CN101806762A

CN101806762A - 小温差条件下借助辅助热源识别热工缺陷的方法

Info

Publication number: CN101806762A
Application number: CN201010187305A
Authority: CN
Inventors: 方修睦; 张蕊; 贾永宏; 陈新虎
Original assignee: JIANGSU ENTECH CONSTRUCTION ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY Co Ltd; Harbin Institute of Technology
Current assignee: JIANGSU ENTECH CONSTRUCTION ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY Co Ltd; Harbin Institute of Technology
Priority date: 2010-05-31
Filing date: 2010-05-31
Publication date: 2010-08-18

Abstract

小温差条件下借助辅助热源识别热工缺陷的方法，涉及一种热工缺陷的识别方法。本发明解决了目前红外检测仅仅能用于室内外温差大于10℃的地区的建筑热工缺陷的检测问题，还解决了现有热工缺陷检测受太阳辐射及室外条件的影响问题。本发明首先采用辅助热源照射建筑物墙体的内表面，给所述墙体内表面加热，使所述墙体内侧温度升高后停止照射；然后采用红外热像仪检测所述墙体的内表面的温度场分布，获得表示所述墙体的内表面的温度场分布的红外热谱图；最后分析所述红外热谱图所表现出来的温度差异，进而获得建筑物的热工缺陷。本发明还适用于建筑内墙、保温地面的热工缺陷检测；也可用于非采暖季地板辐射供暖系统、非供冷季辐射供冷系统的管线定位。

Description

小温差条件下借助辅助热源识别热工缺陷的方法

技术领域

本发明涉及红外检测技术。具体涉及到一种热工缺陷的识别方法。

背景技术

我国全面推进建筑节能工作多年，已经由北方严寒、寒冷地区，逐步推进到夏热冬冷地区和夏热冬暖地区。为了使建筑围护结构的热工性能达到建筑节能设计标准的要求，往往在墙体上增加保温层。保温层设在墙体的室外侧称为外保温，保温层设在墙体室内侧称为内保温。建筑外围护结构热工性能的好坏，直接影响到室内环境及建筑能耗。由于墙体及屋面的热工缺陷，属于隐蔽工程，依靠人的肉眼是看不到的，用常规的检测手段，难于检测。从而导致很多有严重建筑热工缺陷的节能建筑，通过了工程验收，卖给了消费者。以往在不节能建筑中很少出现的建筑热工缺陷问题，但在节能建筑中却大量出现，如墙面发霉、结露、淌水等问题，该问题已经成为北方地区房屋建筑工程质量投诉的热点，部分省市已占房屋投诉案件的90％以上（如新疆、齐齐哈尔等地区）。

红外技术是20世纪发展起来的、专门研究红外辐射的产生、传输、转换、探测并付诸应用的一门新兴应用技术。在我国红外热像仪已经广泛用于电力工业、石油化工、钢铁冶金工业、交通运输等行业的故障诊断。利用红外热像仪检测热工缺陷，是目前热故障诊断和检测领域先进有效的方法之一。

红外检测和诊断技术除了在电力部门应用外，在其它民用领域还有多种应用。据不完全统计，全世界有近三十多个国家的工业部门广泛地应用红外检测技术对设备进行定期诊断，如设备故障诊断、节能检测、无损探伤、建筑物保温和渗漏等的检测。美国有专门的红外培训和考核机构，红外服务公司遍布美国各地。在国外，常常可以看到一种很特别的巡逻车在穿街走巷。这是一种专门监视建筑物能耗的车辆。车子走到哪里，只要把镜头对准要检测的房屋，就可以把那所房屋的能耗情况，以热图像的形式记录下来，以便住户采取有效措施，解决这种看不见的耗能漏洞。由于功效显著，红外热成像技术受到许多国家的重视，竞相推广应用。国际标准组织（ISO）最早于1983年制订了《保温—建筑围护热异常的定性诊断—红外方法》，标准号为ISO6781-1983(E)。随后对其进行了修订，发布了同名标准，标准号为BSEN13187：1999。

我国的红外诊断技术始于1979年，逐渐开始在电力工业、石油化工、钢铁冶金工业、交通运输等行业应用。红外检测技术在建筑上应用刚刚起步，最早用于建筑物外墙饰面的损伤检测。由于红外热像设备可以检测被测物体表面的温度差异，因此可以根据这些差异来判断是否存在热工缺陷。红外检测不需要直接接触被测墙体，具有检测速度快，检测简单的优点。目前红外检测热工缺陷仅仅能用于室内外温差大于10℃的地区的检测，要求检测开始前至少12h内受检的外表面不应受到太阳直接照射，受检的内表面不应受到灯光的直接照射，1h内室外风速变化不应大于2级（含2级），室外空气相对湿度不应大于75%。这些要求与国际标准组织（ISO）制订的《保温—建筑围护热异常的定性诊断—红外方法》中的要求是一致的。

用红外检测热工缺陷，关于室内外温差大于10℃的要求，在严寒和寒冷地区采暖期间是可以满足的。我国的夏热冬冷地区，冬季不采暖，室内平均温度在8.5℃左右，夏季空调间歇运行，夏季气温在28~38℃；夏热冬冷地区室内外温差很小，无法满足检测标准规定的检测条件。严寒和寒冷地区非采暖季也很难满足检测标准规定的检测条件。

红外检测所要求的检测前12h内受检的外表面不受太阳直接照射的检测条件，表明只有北侧墙体能满足标准规定的检测条件，而其他方向的墙体，可用于检测的时间有限。

这些苛刻的检测条件表明，目前北方严寒和寒冷地区利用室内外温差进行热工缺陷检测的方法，在夏热冬冷地区很难应用。检测前12h内受检的外表面不应受到太阳直接照射的要求，将红外技术的应用限制在一个很小的范围内，不利于红外技术的发展和建筑热工缺陷的检测。

目前，我国每个城市每年都要有大量的建筑竣工，竣工时间又相对集中，需要进行热工缺陷检测的建筑物数量很多。现有的红外检测技术无法满足实际工程的需要，需要采用新的技术路线、发明新的检测方法来检测墙体的热工缺陷。

发明内容

为了解决目前红外检测仅仅能用于室内外温差大于10℃的地区的建筑热工缺陷的检测问题，解决热工缺陷检测受太阳辐射及室外条件的影响问题，本发明公布了一种小温差条件下借助辅助热源识别热工缺陷的方法。

本发明的方法为：

采用辅助热源照射建筑物墙体的内表面，给所述墙体内表面加热，当所述墙体内表面温度比外侧温度高出x度后，停止照射；所述x的取值范围是[3,15]；

采用红外热像仪检测所述墙体的内表面的温度场分布，获得表示所述墙体的内表面的温度场分布的红外热谱图；

分析所述红外热谱图所表现出来的温度差异，进而获得建筑物的热工缺陷。

本发明还提供另一种方法，具体为：

采用辅助热源照射建筑物墙体的内表面，给所述墙体内表面加热；所述辅助热源的照射方向为被照射墙体内表面的法线方向，即垂直入射，并保证照射角度稳定、光源的照射面均匀分布，照射强度分布不均匀性在±５％以内；并且所述辅助热源照射到墙体表面的热流密度为[760W/m²,800W/m²]，持续照射30分钟到50分钟之后，停止照射；

本发明的方法的优点有：

1.本发明突破了国际标准组织（ISO）制订的《保温—建筑围护热异常的定性诊断—红外方法》关于检测温差的限制，解决了室内外温差小于10℃的时外墙体热工缺陷的检测问题。

本发明不但解决了我国夏热冬冷地区室内外温差小，无法利用红外热像仪进行墙体热工缺陷检测的矛盾，为该地区的围护结构热工缺陷检测提供了一种行之有效的可操作的一种新的检测方法；也解决了严寒及寒冷地区非采暖季由于室内外温差小而导致的无法利用红外热像仪进行建筑热工缺陷检测的问题。

2.本发明的检测方法，不受室内外环境条件影响，不受检测时间限制，解决了全天候检测问题。

室外温度、风速、太阳和背景辐射等因素，均影响红外检测结果。国际标准组织（ISO）制订的《保温—建筑围护热异常的定性诊断—红外方法》对检测环境做了苛刻的规定，从而将红外检测的有效检测时间限制在了一个很小的范围。本发明的方法，可排除室外气象条件和室内环境的干扰，随时都可进行检测。检测方便、简单、迅速。

3.本发明的方法不但解决了内保温墙体的热工缺陷检测问题，还解决了不保温墙体的热工缺陷检测问题。

本发明的方法不但用于对建筑物外围护结构（外墙、屋面）建筑热工缺陷的检测，还可用于建筑内墙、保温地面的热工缺陷检测；也可用于非采暖季地板辐射供暖系统、非供冷季辐射供冷系统的管线定位。

附图说明

图1是本发明所述的一种辅助热源的结构示意图。图2是图1的左视图。图3是采用图1所示的辅助热源对墙体进行照射加热时，与被照射墙体之间的位置关系。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式所述的小温差条件下借助辅助热源识别热工缺陷的方法，具体过程为：

采用辅助热源照射建筑物墙体6的内表面，给所述墙体内表面加热，当所述墙体内表面温度比外侧温度高出x度后，停止照射；所述x的取值范围是[3,10]℃；

所述辅助热源，可以采用现有任何一种辐射加热装置实现，例如：采用能够模拟太阳光辐射的人工光，例如可以采用氙灯或碘钨灯。

本实施方式在给所述墙体内表面加热的同时，获得墙体内表面的温度变化的方法，可以采用红外热像仪监测所述墙体内表面的温度；进而获得所述墙体内表面的温度变化。

本实施方式所述的辅助热源可以采用现有任何一种辐射加热装置实现，例如：采用能够模拟太阳光辐射的人工光源，例如可以采用氙灯或碘钨灯等。

本实施方式所述的方法利用辅助热源提高围护结构内表面温度，增大围护结构内外侧的温差，通过使用红外热像仪检测墙体内表面的温度场分布，根据红外热谱图上的温度差异来识别建筑热工缺陷。本方法不受室内外环境限制、不受时间限制、不受地域限制。本发明尤其适用于室内外温差比较小的条件下对建筑热工缺陷进行检测。

表1为实验条件下测出的各种保温层缺失情况下的无缺陷区域与缺陷区域的温差。

表1墙体内外侧不同温差时的无缺陷区域与缺陷区域的温差（单位/℃）：

Figure 201010187305X100002DEST_PATH_IMAGE001

。

因此实际条件下，由于缺陷的情况难以确定，在室内外温差比较小的情况下，必须辅助外热源，才能够检测出热工缺陷。

所加热的内表面温度比外侧温度高出数值，受保温层缺失类型及所选用的红外热像仪的温度分辨率制约，所述x可以选择不同的最佳数值，一般取值范围是[3,10]℃，最佳取值范围是[6,10]℃。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一所述的小温差条件下借助辅助热源识别热工缺陷的方法的区别在于：采用控制给所述墙体内表面加热的时间来作为停止加热的条件的，具体过程为：

采用辅助热源照射建筑物墙体的内表面，给所述墙体内表面加热，所述辅助热源的照射方向为被照射墙体内表面的法线方向，即垂直入射，并保证照射角度稳定、光源的照射面均匀分布，照射强度分布不均匀性在±５％以内；并且所述辅助热源照射到墙体表面的热流密度为[760W/m²,800W/m²]，持续照射30分钟到50分钟之后，停止照射；

本实施方式，在采用辅助热源对墙体照射的同时，不需要测量墙体内表面的温度变化，而是采用控制辅助热源的技术参数及照射时间来控制加热过程。

本实施方式中的持续加热时间与所述辅助热源照射到墙体表面的热流密度成正比，即：当所述辅助热源照射到墙体表面的热流密度比较大时，持续加热时间相对比较短，相反，当所述辅助热源照射到墙体表面的热流密度比较小时，持续加热时间相对比较长。

上述两种实施方式都是根据待检墙体内外温差，以及待检墙体的热工缺陷距表层的距离，选择不同分辨率的红外热像仪，可以方便的检测出建筑的热工缺陷。

例如：当墙体的热工缺陷距表层10mm的情况下，配用温度分辨率为0.02℃的红外热像仪，将墙内表面温度加热到高出外侧温度3℃时，即可识别热工缺陷；配用温度分辨率为0.06℃的红外热像仪，将墙内表面温度加热到高出外侧温度4℃时，即可识别热工缺陷；配用温度分辨率为0.1℃的红外热像仪，将墙内表面温度加热到高出外侧温度5℃时，即可识别热工缺陷；。保温层完全缺失时，配用温度分辨率为0.06℃的红外热像仪，将墙内表面温度加热到高出外侧温度3℃时，即可识别热工缺陷。

在采用辅助热源照射在墙体内表面上，给所述墙体内表面加热，使得墙体内表面的温度升高，此时墙体内表面的温度T₀可以表示为：

（1）

式中 Q_1,0——辐射换热量，单位W；

σ_b——黑体的辐射常数，单位w/(m².K⁴)；

F₁——模拟光源发出的光照射在墙体上所覆盖的面积，单位m²；

T₁——模拟光源发出光的平均温度，单位K；

——辐射面的黑度；

墙体内表面温度T₀的单位是K；

在辅助热源的照射下，使得墙体内表面温度发生变化，此时采用红外热像仪来检测所述墙体内表面的温度变化情况，红外热像仪检测到的内表面的温度为

Figure 201010187305X100002DEST_PATH_IMAGE004

（2）

式中

Figure 201010187305X100002DEST_PATH_IMAGE005

——被测物体表面温度，单位是K；

——环境温度，单位是K；

Figure 201010187305X100002DEST_PATH_IMAGE007

——大气透射率；

Figure 201010187305X100002DEST_PATH_IMAGE008

——热像仪指示的辐射温度，单位是K；

n——与设备有关的系数；

——墙体内表面发射率。

如果墙体构造均匀，不存在热工缺陷，则墙体的热流密度没有差异，墙体表面温度一致。如果墙体存在热工缺陷，势必会导致没有热工缺陷的区域的热流密度与有缺陷区域的热流密度存在差异。这样就会使得墙体没有热工缺陷区域的表面温度与缺陷区域的表面温度不一致。墙体表面温度的差异，产生在能量和光谱分布上的辐射差异，这种辐射差异所携带的目标信息，经红外探测器转换成相应电信号，通过信息处理后，在显示器上显示出被测物体表面温度分布的热图像。根据红外热谱图上的温度差异，既可以用来识别建筑热工缺陷，进而确定出热工缺陷的位置、大小以及缺陷程度。

取获得的热谱图上温度没有异常部位的平均温度作为比较的基础温度，求取所述基础温度与温度异常部位的温度之差，则温度差值大于某一限值的温度等温线所包围的区域即为缺陷区域，缺陷区域的大小，直接反应了缺陷的严重程度。

所述辅助热源可采用模拟光源及光源的调节系统安装在移动支架上实现，通过调节照射强度实现模拟太阳光的分光分布的情况。在采用辅助热源对墙体表面加热完成之后，关闭并移开辅助热源，采用红外热像仪拍摄墙面，根据拍摄的热谱图进行热工缺陷诊断。

本发明的主要特点是提供一种在室内外温差比较小的条件下，检测围护结构热工缺陷的方法。所发明的方法，利用人工模拟光源作为辅助光源，实现提高墙体内表面温度，使用红外热像仪检测墙体内表面的温度场分布，根据红外热谱图上的温度差异来识别围护结构的热工缺陷。取热谱图上温度没有异常部位的平均温度与热谱图上的温度异常部位的温度之差大于某一限值的温度等温线所包围的区域为缺陷区域，缺陷区域的大小，直接反应了缺陷的严重程度。本发明的方法不受检测时间、不受室外环境限制。

具体实施方式三：本实施方式提供一种辅助光源的结构，参见图1和图2。本实施方式所述的辅助光源采用组装式结构，它由可移动底座4、支架1、光源2、反射罩3组成，所述可移动底座4底部设置有车轮5，支架1固定在可移动底座4的上表面上，所述支架1为平面式网状结构，多个光源2成矩阵式均匀分布固定在支架1的一侧，在每个光源2和支架1之间固定有反光罩3。

本实施方式所述的辅助光源，可以根据待检测的墙体的面积，调整支架1的面积，并调整光源的分布情况。

在实际应用中，将本实施方式所述的辅助光源移动至待测墙体前，并使支架1与待测墙体表面平行，多个光源2形成的照射区覆盖待测墙体表面。

为了保证本实施方式所述的辅助光源的结构稳固，所述支架1可采用刚性材料的立柱和横梁交叉固定组成网格结构，然后将光源2固定在所述立柱和横梁相交叉的位置上。

所述立柱和横梁可采用不锈钢管或电镀钢管。

本实施方式的辅助光源的支架1可以根据被检墙面的大小现场组装而成。

本实施方式的辅助光源中的光源2可采用氙灯或者碘钨灯。

本实施方式所述的辅助光源还可以包括光源强度调节装置，所述光源强度调节装置固定在可移动底座4上，所述光源强度调节装置用于调整每一个光源2的照度，使多个光源2所形成的区域中的照射强度分布不均匀性在±5%以内。

本实施方式所述的辅助光源的底座带有车轮，为可移动结构，可以随时调整位置。

Claims

1.一种小温差条件下借助辅助热源识别热工缺陷的方法，其特征在于它的具体过程为：

采用辅助热源照射建筑物墙体的内表面，给所述墙体内表面加热；当所述墙体内表面温度比外侧温度高出x度后，停止照射；所述x的取值范围是[3,10]；

2. 根据权利要求1所述的小温差条件下借助辅助热源识别热工缺陷的方法，其特征在于所述x的取值范围是[6,10]。

3.根据权利要求1所述的小温差条件下借助辅助热源识别热工缺陷的方法，其特征在于，在给所述墙体内表面加热的同时，采用红外热像仪监测内表面温度；进而获得所述墙体内表面的温度变化。

4.根据权利要求1所述的小温差条件下借助辅助热源识别热工缺陷的方法，其特征在于所述辅助热源采用能够模拟太阳光辐射的人工光源实现。

5.根据权利要求1所述的小温差条件下借助辅助热源识别热工缺陷的方法，其特征在于所述辅助热源采用氙灯或碘钨灯实现。

6.一种小温差条件下借助辅助热源识别热工缺陷的方法，其特征在于它的具体过程为：

7.根据权利要求6所述的小温差条件下借助辅助热源识别热工缺陷的方法，其特征在于所述辅助热源采用能够模拟太阳光辐射的人工光源实现。

8.根据权利要求6所述的小温差条件下借助辅助热源识别热工缺陷的方法，其特征在于所述辅助热源采用氙灯或碘钨灯实现。