CN101246137B - 用红外热像仪检测建筑围护结构传热阻/传热系数的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用红外热像仪现场定量检测建筑围护结构传热阻/传热系数方法。用通电电热丝在围护结构的表面选定区域进行标识；用电子测温仪对所标识区域温度进行测量；对所标定的区域用红外热像仪拍照，得到区域的红外热像图谱，并用电子测温仪对室内室外温度进行测量并记录；对红外热像图谱用红外热像仪图像分析软件进行分析处理，得到的值，代入公式

得建筑围护结构平均传热阻

，用公式

Description

用红外热像仪检测建筑围护结构传热阻/传热系数的方法

技术领域

本发明涉及建筑物围护结构的检测方法，尤其是用红外热像仪现场定量检测建筑物围护结构传热阻/传热系数现场检测方法。

背景技术

随着建筑节能工作的深入进行，建筑节能现场检测工作将迎来前所未有的挑战。从目前国内情况来看，现场检测建筑围护结构传热阻/传热系数大都采用热流计法、热箱法。

热流计法是在一维稳态传热的前提下，通过检测热流计的热流密度和砌体两面的温差，根据公式：R＝Δt/q来计算砌体的热工性能(热阻、传热系数)。但这种方法在实践中应用的可信性受到质疑，其原因在于：

1、热流计适用于相对均质的材料。而现有建筑砌体材料的多样性很难满足这个要求，特别是空心砌块、空心砖、复合砌块等砌体材料，空心和加芯的尺寸对于热流计来说远够不上均质，所以，直接用热流计法来检测这样不均质的砌体，误差就会很大，一般用多贴热流计、测试数据平均的方法来减小误差。从实际效果来看，这种检测方法并不科学，小区域范围内的几个数据的差别是比较明显的。

2、热流计在砌体表面粘贴时，为了使粘贴平整且没有气孔，需用外力挤压，而且是经常性的。经常性的挤压很可能破坏热流计的工况，但热流计的工况是否正常，一般情况下是很不容易知道的，因为热流计的标定是不易操作的，所以，数据的可靠性很难保证。

3、热流计法检测时，需要测量砌体外表面温度，这在实际操作时是比较困难的，特别是高层建筑，在建筑物外墙表面布置温度传感器是很危险也很不容易的。

热箱法也是基于一维稳态传热的前提下，通过测量计量箱为维持一定的设定温度而需要的加热功率和砌体两面的温差，通过公式R＝(AΔt)/Q来计算砌体的热工性能(热阻和传热系数)。热箱法检测装置由恒温箱、计量箱、温度传感器、数据采集仪等组成。为了保证计量箱所占面积足够代表砌体的热工性能，计量箱就要有一定大的尺寸要求，恒温箱就更大了，不便于搬运安装，现场检测比较困难。

另外，热流计法和热箱法现场检测受条件限制比较多，周期长(一般不少于96小时)，操作繁琐。近年来，随着红外热成像技术的进一步发展，红外热成像技术越来越得到广泛的应用，国内外在建筑节能现场检测中也开始应用红外热成像技术。但目前红外热成像技术只是用来检测建筑物的热桥、缺陷。红外热成像仪可以通过接收物体表面发射的红外射线，从而得到物体的表面温度而以阵列的方式显示出来，形成一个物体表面的热像图谱。在有一定传热温差条件下，通过对建筑物表面的拍照，可以得到一些建筑物表面温度分布的热像图，通过分析这些热像图，就可以知道建筑物围护结构是否存在缺陷、热桥等影响建筑物热工性能的因素。

传热阻/传热系数是建筑围护结构两个最主要的指标，如何使用红外热像仪定量、准确、快速检测建筑物围护结构的热阻/传热系数，是当前建立资源节约型、环境友好型国度的需要。

发明内容

鉴于目我国正处于建筑业发展的鼎盛时期。建筑耗能引起的能源、环保等方面的巨大压力已引起我国政府高度重视，制定了一系列建筑物及建筑设备节能的标准，将其作为市场准入的重要考核指标，实现国家节能减排的战略目标。基于这个目的，本发明的目的在于提供一种利用红外热像仪现场定量检测建筑围护结构传热阻/传热系数的方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种利用红外热像仪现场定量检测建筑围护结构传热阻/传热系数的方法，其步骤是：

a.用一根通电电热丝在围护结构的表面对选定的区域进行标识；

b.用电子测温仪对所标识区域几何中心的温度进行测量；

c.用电子测温仪所测到的温度值对红外热像仪的发射率进行调整；

d.对所标定的区域用红外热像仪拍照，得到这个区域的红外热像图谱，同时用电子测温仪对室内室外温度进行测量并记录；

e.对红外热像图谱用红外热像仪图像分析软件smartview进行分析处理，得到的值，代入公式

进行计算，得建筑围护结构平均传热阻，用公式 $K=\frac{1}{R_0}$ 计算围护结构的平均传热系数。

用红外热像仪现场定量检测建筑围护结构传热阻/传热系数原理：

当建筑物室内室外存在温度差，室内室外就会有热量传递，在一维稳态传热条件下，即传热稳定条件下，如果室内温度为t_i，室外温度为t_e，又有t_i＞t_e，室内的热量就会向室外传递，根据传热学理论，计算建筑围护结构内表面温度的公式为：

${\mathrm{\θ}}_m=t_i-\frac{t_i-t_e}{R_0}{R}_1---\left(1\right)$

将公式(1)变换可得到公式：

$R_0=\frac{t_i-t_e}{t_i-{\mathrm{\θ}}_m}{R}_i---\left(2\right)$

围护结构的传热系数可以用下式计算：

$K=\frac{1}{R_0}---\left(3\right)$

在(1)、(2)、(3)式中：

t_i——室内温度(℃)；

t_e——室外温度(℃)；

R_o——围护结构传热阻(m²·K/W)；

R₁——围护结构内表面换热阻(m²·K/W)；

θ_m——围护结构内表面温度。

其中R₀为围护结构的传热阻，是建筑节能现场检测的一个重要指标；

t_i(室内温度)、t_e(室外温度)，可以用测温计或测温仪测量得到；

R_i(内表面换热阻)是一个选用值，在建筑节能计算中一般取值为0.11m²·K/W。

θ_m(围护结构内表面温度)，可以用红外热像仪或其它的测温仪表测量得到。

由于现有建筑砌体材料的多样性，特别是空心砌块、空心砖、复合砌块等砌体材料的不均匀性，决定了砌体的热工性能的不均匀性，这样就使得围护结构传热是不均匀的，即构造不同的区域的传热阻是不同的，在传热学理论里，热阻不同的结构并联的平均传热阻可以用面积加权的方法用公式(4)

计算。

假设将一个选定区域划分成相等的n个微分区域，将公式(2)代入公式(4)推导：

因为微分区域的大小是相同的，所以F₁＝F₂＝……＝F_n，F₁+F₂+……+F_n＝F₀，得到F₁＝F₂＝……＝F_n＝F₀/h

代入上式，得到：

式中就是测定区域的平均温度，

传热阻不同的结构在公式(5)中就体现出内表面温度在各个区域是不相等的，即θ_m1、θ_m2、……θ_mn是不相等的。对热流计法检测不均质的砌体来说，在砌块肋的区域的内表面温度就低，在空心或有加芯保温的区域的温度就高。这样用单点接触式测温仪表测量表面温度，就很难全面的对每一个不同的温度点进行检测，就会以点带面，检测数据就会有较大的误差产生。

利用红外热成像仪可以一次扫描到较大区域的表面温度，得到包含许多表面温度点阵的高清晰度的热像图谱，根据这个热像图谱进行分析计算，就能准确的得到围护结构的平均传热阻/传热系数，完成现场检测的任务。

本发明的优点和产生的有益效果是：

1、建筑节能检测的公正、公平是建立在科学、准确的数据支持上的。本发明可以实时拍摄围护结构表面温度，得出表面温度的热像图谱，根据热像图谱可以整体判断围护结构温度的分布情况，通过数据处理，公式计算，比较准确的得出建筑围护结构传热阻/传热系数。

2、红外热像拍摄灵活，操作简单，对实验条件要求低。

3、检测快速，测试数据准确，克服了热流计法测试数据误差大的缺陷和热箱法对计量箱和恒温箱的要求。

具体实施方式

和热流计法要求相同，检测条件要求是一维稳态传热。

首先，对围护结构进行抽样选点，检测区域面积应能够代表所检测围护结构的热工特性，区域的长宽比应与红外热成像仪的显示窗口长宽比例一致，以便使检测区域充满红外热像仪的显示窗口。

选点前用红外热像仪(美国FLUCK Ti45型)对检测区域进行观察，使得选定区域的几何中心不要有极端温度区域(最高温度或最低温度)，对选定区域进行标识，可以用一根电热丝在选定区域的四周围成，通电后这个区域在红外热像仪的视窗里会清晰可见。

红外热像仪准确测量表面温度的关键是准确确定所测表面的发射率，但是，物体表面的发射率是不易准确得到的，可以用精度较高的电子测温仪表准确测量选定区域几何中心的温度。用红外热像仪进行测温时，先观察选定区域几何中心(也就是热像仪视窗几何中心)的温度是否和电子测温仪显示的温度相同，若相同就可以直接拍照，若不同则调整热像仪的发射率，使热像仪视窗中心的温度与电子测温仪显示的温度相同再拍照。

最好采用多通道温度采集仪，可以同时测量检测区域几何中心的温度、室内室外空气温度。因为计算时重要的是温差，所以同一台仪表测量的数据求温差后，计算的结果可以减小系统误差，提高测量精度。

这样，就得到检测区域的红外热像图谱，同时得到室内室外温度。

根据公式

计算围护结构的传热阻需要知道

的值，即所测区域温度按面积加权的平均温度。

美国FLUCK Ti45型红外热像仪，分辨率160×120点阵，波长8-14微米。其所带热像图分析软件smartview可以对选定区域的温度值按点阵求取平均值，用到围护结构的测试中就是按点阵面积加权平均的温度值。

这样，将测到的室内室外温度和计算得到的检测区域的平均温度代入公式

可以得到的围护结构的平均传热阻，根据公式 $K=\frac{1}{{\stackrel{\‾}{R}}_0}$ 计算得到检测区域的传热系数，即为围护结构需要检测的指标。

Claims (1)

1.一种利用红外热像仪现场定量检测建筑围护结构传热阻和传热系数的方法，其步骤是：

a.用一根通电电热丝在围护结构的表面对选定的区域进行标识；

b.用电子测温仪对所标识区域几何中心的温度进行精确测量；

c.用电子测温仪所测到的温度值对红外热像仪的发射率进行调整；

d.对所标定的区域用红外热像仪拍照，得到这个区域的红外热像图谱，同时用电子测温仪对室内室外温度进行测量并记录；

e.用红外热像仪图像分析软件smartview对选定区域的温度值按点阵求取平均值，用到围护结构的测试中就是按点阵面积加权平均的温度值，假设将选定的区域划分成相等的n个微分区域，得到

的值，代入公式

进行计算，得建筑围护结构平均传热阻，用公式

计算围护结构的平均传热系数，

式中：θ_m——围护结构内表面温度；

      n——选定区域的微分数量；

      t_i——室内温度，单位：℃；

      t_e——室外温度，单位：℃；

      R_i——围护结构内表面换热阻，单位：m²·K/W；

——修正系数；

——为围护结构的平均传热阻，单位：m²·K/W；

      K——围护结构的传热系数。