CN106441712A - 基于红外热成像技术定量检测冷风渗透量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于冷风渗透检测技术领域，具体涉及一种基于红外热成像技术定量检测冷风渗透量的方法,包括如下步骤：步骤(1)：开启红外热成像仪；步骤(2)：检测建筑物窗框的内外压差，获得压差数据；步骤(3)：进行窗框的坐标标定；步骤(4)：扫描窗框内、外表面的四条边；步骤(5)：合成窗框内、外表面温度分布图；步骤(6)：图像分析处理，提取窗框内、外表面的温度分布数据；步骤(7)：将上述步骤(6)中提取的窗框内、外表面的温度分布数据以及上述步骤(2)中获得的压差数据代入冷风渗透分析模型，得出窗框缝隙的风速和缝隙宽度，计算窗框的冷风渗透量。不仅能够定量检测出冷风渗透量，还可准确定位出漏风的位置，为无损检测。
Description
技术领域
本发明属于冷风渗透检测技术领域，具体涉及一种基于红外热成像技术定量检测冷风渗透量的方法。
背景技术
冷风渗透是指室外空气通过建筑的外门或者外窗缝隙进入室内的一种无组织通风，其实质就是室外向室内的漏风，通常建筑物的气密性越差则冷风渗透量就越大。近年来,我国的住宅或者办公建筑基本没有独立的新风系统，冷风渗透在一定程度上扮演着为室内提供新风的角色,但是，由于目前室外大气环境恶化加剧，雾霾日数偏多，重污染空气对人体健康产生了不利的影响,而冷风渗透会携带室外颗粒物进入室内，增加建筑物室内人员暴露的危险。另一方面,冷风渗透会增加冬季采暖的能耗。为了能够对能耗以及室内人员的暴露进行准确的评估，就需要定量分析建筑物室内的冷风渗透量。
在检测冷风渗透时，目前常用的检测方法为增压法，这种方法需要对房间的门或者窗户进行密封，然后向房间内增压，分别测量当室内外压差为5～60Pa时房间的漏风量。这种方法需要在门或者房间的内墙上粘贴胶带，为了获得较为客观的数据，需要用水泥或者钉子来固定密封以及加压设备。因此，这种方法操作比较麻烦，最终得到的只是房间的整体漏风量，并不能准确定位出房间的漏风位置。另外，这种方法还会对建筑的墙面以及门框造成损坏，在测量过程中还会影响建筑物室内人员的正常居住。
目前，虽然也有很多人使用红外热成像来检测建筑的冷风渗透，但这些应用都仅仅停留在定性分析房间的冷风渗透，查找漏风位置，并不能定量检测出房间的漏风量。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于红外热成像技术定量检测冷风渗透量的方法，实现测试过程减少对建筑墙面的破坏，且能够快速发现建筑漏风的位置。
本发明的技术方案是提供一种基于红外热成像技术定量检测冷风渗透量的方法，包括如下步骤：
步骤(1)：开启红外热成像仪；
步骤(2)：检测建筑物窗框的内外压差，获得压差数据；
步骤(3)：进行窗框的坐标标定；
步骤(4)：扫描窗框内、外表面的四条边；
步骤(5)：合成窗框内、外表面温度分布图；
步骤(6)：图像分析处理，提取窗框内、外表面的温度分布数据；
步骤(7)：将上述步骤(6)中提取的窗框内、外表面的温度分布数据以及上述步骤(2)中获得的压差数据代入冷风渗透分析模型，得出窗框缝隙的风速和缝隙宽度，计算窗框的冷风渗透量。
所述步骤(4)扫描窗框内外表面的四条边时，保持红外热成像仪的镜头与窗框的距离为1.5～2.0m；
所述步骤(3)中的坐标标定是将红外热成像仪的镜头正对建筑物窗框的室内面的任一角上，以该角位置作为坐标原点；
所述步骤(6)中图像分析处理是采用Matlab软件，提取出窗框内外表面的温度分布数据；
所述步骤(6)中图像进行分析处理，提取窗框内、外表面的温度分布数据是在处理图像时，从窗框的坐标原点开始，以1cm的长度为宽，以窗框边缘宽度为长绘制矩形区域，这样沿窗框的高度和宽度方向就会得到若干个矩形区域，求出每个矩形区域的平均温度，并以此温度作为窗框室内、外侧的表面温度分布，提取出温度分布数据；
所述步骤(7)所采用的冷风渗透分析模型根据能量守恒定律计算得出。
本发明的有益效果：
1、不仅能够定量检测出冷风渗透量，还可准确定位出漏风的位置。
2、作为无损检测，不会对建筑的墙面以及门窗造成破坏，不影响正常居住。
3、该检测方法重现性较好，且本发明没有破坏性，不必对房间的门窗进行封闭，便于实施，从而降低了检测成本。
4、本发明在冬季环境里的室内外温差范围为15-20℃，室内外压差范围在5-10Pa条件下检测的数据更为准确。
附图说明
图1为本发明试验系统的示意图。
图2为本发明实施例中窗框的缝隙宽度d分布图：(a)为窗框左侧边框的缝隙宽度；(b)为窗框右侧边框的缝隙宽度。
图3为本发明实施例中窗框的缝隙风速u分布图：(a)为窗框左侧边框的缝隙风速；(b)为窗框右侧边框的缝隙风速。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步的说明。本发明的实施例是为了更好地使本领域的技术人员更好地理解本发明，并不对本发明作任何的限制。
本发明的试验系统如图1所示，系统包括一台红外热成像仪以及一台压差计，本发明技术的具体实施步骤如下：
步骤1：开启图1中ESW GmbH 07739Jena型红外热成像仪，放置2-5分钟，直至其内部的声音变小直至消失且图像稳定；
步骤2：开启图1中testo 510型压差计，测量室内外压差，获得压差数据ΔP；
步骤3：利用设备配套软件RBIS3professional进行窗框的坐标标定，将红外热成像仪的镜头正对建筑物窗框的室内面的任一角上，以该角位置作为坐标原点；
步骤4：以镜头垂直于窗框的角度进行录像，并沿平行于窗框的方向移动设备，直至扫描完窗框内外表面的四条边，扫描窗框内外表面的四条边时，保持红外热成像仪的镜头与窗框的距离为1.5～2.0m，保存内容；测试之前要确保室内外的温差为15～20℃，室内外压差为5～10Pa，并且保证测试之前的4小时内天气不能有明显的变化，包括室外的风速、风向等；
步骤5：利用RBIS3professional软件合成窗框表面温度分布图；
步骤6：使用Matlab对上述步骤(5)合成的窗框表面温度分布图进行分析处理，在处理图像时，从窗框的坐标原点开始，以1cm的长度为宽，以窗框边缘宽度为长绘制矩形区域，这样沿窗框的高度和宽度方向就会得到若干个矩形区域，求出每个矩形区域的平均温度，并以此温度作为窗框内外表面的表面温度分布，提取出温度分布数据，包括：窗框室内侧的表面温度Ti1、窗框室外侧的表面温度To1及缝隙出口处的空气温度Tf1；
步骤7:将上述步骤(6)中提取出的温度分布数据Ti1、To1及Tf1以及上述步骤(2)获得的压差数据代入冷风渗透分析模型，根据缝隙内气流的具体状况选择相应的压降计算公式，从而计算出窗框的冷风渗透量。
所述步骤(7)中的冷风渗透分析模型的计算公式如下：
紊流压降计算公式(2)
层流压降计算公式(3)
式中：
Ti—没有冷风渗透时窗框室内侧的表面温度；
To—没有冷风渗透时窗框室外侧的表面温度；
Ti1—存在冷风渗透时窗框室内侧的表面温度；
To1—存在冷风渗透时窗框室外侧的表面温度；
Tf1—缝隙出口处的空气温度；
Pr—气体普朗特常数；
λ—窗框材料导热系数；
δ—窗框材料的厚度；
λa—空气导热系数；
l—窗框材料的宽度；
d—窗框缝隙的宽度；
ν—空气的动力粘度；
μ—空气的运动粘度；
—冷风渗透量；
u—窗框缝隙的风速；
ΔP—室内外压差；
L—窗框的周长；
z—窗框缝隙的深度；
ρ—空气的密度；
C—阻力修正系数，当缝隙为直条缝时C＝1.5；当缝隙有一个直角弯时C＝1.5+1＝2.；5有n个直角弯时C＝1.5+n。
下面结合图2和图3，以一个常见的建筑外窗为例，作进一步详细说明：开启ESWGmbH 07739Jena型红外热成像仪，放置5分钟，直至其内部的声音变小直至消失且图像稳定；开启testo 510型压差计，测量室内外压差，压差为6Pa；测量室内外温差，温差为15℃；稳定4小时以后，将热成像仪正对窗框的左下角，以该点为坐标原点，热成像仪镜头离窗框的距离为2m；与窗框保持平行地移动热成像仪，扫描窗框的内外表面的四条边，分别获得窗框内表面和外表面的温度分布；再使用Matlab软件提取窗框的温度数据，从坐标原点开始，以1cm的长度为宽，以窗框边缘宽度为长来绘制矩形区域，并求取每个区域内的平均温度，并以此温度作为窗框内外表面的表面温度分布，提取出温度分布数据Ti1、To1及Tf1；把温度数据Ti1、To1及Tf1代入渗透分析模型的计算公式(1)和(2)中计算出窗框的缝隙宽度d的分布图，及缝隙的风速u的分布图。根据缝隙宽度d，缝隙的风速u以及窗户的周长L，代入渗透分析模型公式(4)就可以计算整个窗户的冷风渗透量
应当理解的是，这里所讨论的实施方案及实例只是为了说明，对本领域技术人员来说，可以加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (6)
1.基于红外热成像技术定量检测冷风渗透量的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤(1)：开启红外热成像仪；
步骤(2)：检测建筑物窗框的内外压差，获得压差数据；
步骤(3)：进行窗框的坐标标定；
步骤(4)：扫描窗框内、外表面的四条边；
步骤(5)：合成窗框内、外表面温度分布图；
步骤(6)：图像分析处理，提取窗框内、外表面的温度分布数据；
步骤(7)：将上述步骤(6)中提取的窗框内、外表面的温度分布数据以及上述步骤(2)中获得的压差数据代入冷风渗透分析模型，得出窗框缝隙的风速和缝隙宽度，计算窗框的冷风渗透量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)扫描窗框内外表面的四条边时，保持红外热成像仪的镜头与窗框的距离为1.5～2.0m。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中的坐标标定是将红外热成像仪的镜头正对建筑物窗框的室内面的任一角上，以该角位置作为坐标原点。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(6)中图像分析处理是采用Matlab软件，提取出窗框内外表面的温度分布数据。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(6)中图像进行分析处理，提取窗框内、外表面的温度分布数据是在处理图像时，从窗框的坐标原点开始，以1cm的长度为宽，以窗框边缘宽度为长绘制矩形区域，这样沿窗框的高度和宽度方向就会得到若干个矩形区域，求出每个矩形区域的平均温度，并以此温度作为窗框室内、外侧的表面温度分布，提取出温度分布数据。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(7)中冷风渗透分析模型根据能量守恒定律计算得出。
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| CN106441712B (zh) | 2019-06-04 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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