CN112901013B - 通过红外热成像从室外快速获取开窗室内空气温度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出的一种通过红外热成像从室外快速获取开窗室内空气温度的方法，包括：获取被测开窗房间所属建筑的环境参数并获取被测开窗房间外立面上外窗开启区域的红外图像；所述环境参数包括环境反射温度和室外空气温度，获取所述红外图像时需向红外相机输入所述环境参数；所述被测开窗房间的窗户开度应满足红外相机的分辨率要求；对获取的红外图像进行图像处理，得到开窗区域的红外温度场的温度平均值，以此作为开窗前的室内空气温度。本发明利用开窗区域的红外温度场的温度平均值对应窗户对面的内墙温度，在室内热环境稳定的情况下，内墙温度与开窗前的室内空气温度近乎一致的特点，实现无需入户即能通过红外图像获得开窗用户的室内空气温度。

Description

通过红外热成像从室外快速获取开窗室内空气温度的方法

技术领域

本发明属于建筑节能诊断技术领域，特别涉及一种通过红外热成像从室外快速获取开窗室内空气温度的方法。

背景技术

对于北方地区冬季集中供热系统，室内空气温度是评价供热质量的重要指标。由于供热系统不平衡问题，用户室内常出现过热现象。而过热时用户常采用开窗降温的方法，室内供热环境不舒适的同时也导致了能源浪费。目前大多数室温监测设备具有入户难，投资成本高的特点，因而快速、便捷地获得开窗用户室内空气温度信息是实现集中供热系统节能诊断的关键。红外热成像(Infrared Thermography,IRT)作为非破坏性技术之一，可观察物体表面发出的红外辐射的强度分布，在现有的建筑物能源审计中，红外热像技术已应用于快速识别与结构特征、建筑材料和能源相关的缺陷问题，如热桥、空气泄漏点、水分渗透、保温脱落等，从而提高解决问题的效率。但是，目前在我国的集中供热领域中应用红外热像技术的实践案例，仍限制在供热管道的泄漏检测，有关实际供热效果的快速评估方面仍是空白状态。

发明内容

本发明的目的是从室外快速获取开窗用户室内温度信息，提出一种通过红外热成像从室外快速获取开窗室内空气温度的方法，本发明具有快速、非接触式测量的优点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提出的一种通过红外热成像从室外快速获取开窗室内空气温度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)获取被测开窗房间所属建筑的环境参数并获取被测开窗房间外立面上外窗开启区域的红外图像；其中，所述环境参数包括环境反射温度和室外空气温度，获取所述红外图像时需向红外相机输入所述环境参数；所述被测开窗房间的窗户开度应满足红外相机的分辨率要求；

2)对获取的红外图像进行图像处理，得到开窗区域的红外温度场的温度平均值；

3)将得到的开窗区域的红外温度场的温度平均值作为开窗前的室内空气温度。

本发明的特点及有益效果：

本发明所涉及的技术特点为快速和无接触，这两个特点使得红外热成像技术可以实现从室外快速获取开窗用户的室内温度分布情况。本发明首次将红外热成像技术应用于从室外获取室内空气温度，提出利用红外热成像技术通过用户开启的外窗来获得室内空气温度信息的方法。从而实现在无需入户情况下，快速、无接触地准确测量室内空气温度。

根据该技术特点所带来的有益效果包括：操作简单，缩短时间，节省人力物力等，无需入户就能通过红外图像获得室内空气温度信息，从而实现对集中供热效果的快速评估，为集中供热系统的节能诊断提供数据支撑。

附图说明

图1为验证本发明有效性进行的实验示意图。

图2为在8种不同的窗户开度下测量的建筑外立面的红外图像。

图3为验证本发明有效性进行的实验得到的实验温度数据图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

为了更好地理解本发明，以下详细阐述本发明提出的一种通过红外热成像从室外快速获取开窗室内空气温度的方法的应用实例。

参见图1，本发明提出的一种通过红外热成像从室外快速获取开窗室内空气温度的方法包括以下步骤：

1)获取被测开窗房间所属建筑的环境参数并获取被测房间外立面上外窗开启区域的红外图像，为了避免太阳直射影响测量结果，所述环境参数和红外图像均在无太阳直射的条件下(如夜间或阴天)获取。具体步骤如下：

1.1)获取被测开窗房间所属建筑的环境参数

获取被测开窗房间所属建筑的环境参数包括环境反射温度和室外空气温度，具体过程包括：

将一张弄皱的铝箔纸展开贴在被测开窗房间的建筑外立面上，在红外相机上将辐射率设置为1.0，拍摄铝箔纸的红外图像，并在红外相机上直接读取铝箔纸的红外温度，该值即为环境反射温度，在红外相机上设置环境反射温度。用温度传感器测量室外空气温度，读取数值后在红外相机上设置室外空气温度。

1.2)获取被测房间外立面上外窗开启区域的红外图像

将建筑无遮挡的外立面上需要获取室内温度的被测房间的窗户开启区域作为拍摄对象；在红外相机上设置合适的拍摄距离(小于10米)以确保平视拍摄能得到拍摄对象的清晰、完整的红外图像；在红外相机上设置发射率，建议取值范围为0.9～0.97，红外相机将根据设置的环境反射温度和室外空气温度自动修正获取的红外图像；利用红外相机以设置的拍摄距离和发射率获取拍摄对象的红外图像。需要说明的是，外窗的开度应满足红外相机的分辨率要求，以满足后续红外温度场计算的准确性。

2)通过红外图像处理软件读取开窗区域的红外温度场的温度平均值

本实施例中，将步骤1)采集的红外图像输入至红外相机自带的图像处理软件中，得到开窗区域的红外温度场的温度平均值。

3)利用开窗区域温度计算室内空气温度

开窗情况下，开窗区域的红外温度场的温度平均值对应窗户对面的内墙温度，而在室内热环境稳定的情况下，内墙温度与开窗前的室内空气温度近乎一致，则将得到的开窗区域的红外温度场的温度平均值作为开窗前的室内空气温度，误差在±1K以内。

下面通过实验验证本发明方法的有效性：

为了验证在开窗情况下开窗区域获取的红外热成像温度与开窗前实测室内空气温度的关联性，在实验房间的供热工况下，对不同窗户开度拍摄的准确性进行了实验验证，对该方法的测量精度及可行性进行分析。

实验所用房间如图1所示，房间尺寸为3m×3m×3m，房间供热末端为风机盘管，在房间内布置了室内空气温度以及内墙表面温度测点，室外布置了室外空气温度监测点，各类温度传感器均采用热电阻Pt100。在外窗洞旁边的外墙上贴设揉皱的铝箔纸，以辅助后续便室外环境反射温度的获取。

考虑到外窗洞处温度应与室内空气温度和内墙表面温度有关联，选择8个不同的窗户开度(分别是5％、10％、15％、20％、35％、50％、75％和100％)对墙体外立面进行快速拍摄。在图像处理的过程中，由于室外空气温度随时间而变化，导致环境反射温度也随之产生变化，因此每次处理红外图像时对环境反射温度进行了实时修正。将获得的红外温度与温度传感器实测值进行对比，实验结果及对应的数据表格在图2、图3和表1中展示。

表1开窗实验数据表

通过分析图表可以看出：

1)在冬季供热时，开窗前的室内空气温度更能反映冬季供热室内环境情况，但开窗后室内空气温度迅速下降，无法真实反映室内过热的情况，而内墙温度相对稳定；当窗户开度大于35％时，通过开窗区域获得的红外温度值趋近于窗户对面的内墙温度值，红外温度与实测内墙温度误差的绝对值小于0.5K。进一步地，在窗户开度大于35％时，红外温度与开窗前(开度0％)的空气温度误差的绝对值小于1K。

2)在房间长时间采暖的情况下，内墙温度与空气温度非常接近，因此通过该方法获得的红外测试温度能较为准确地反映开窗前的空气温度值，误差在±1K以内。

3)该方法能从室外快速、便捷地获取用户室内空气温度信息，且误差范围在±1K以内，因此利用红外热成像技术获取室内空气温度有较高可行性。

综上所述，本发明首次将红外热像技术应用于用户室内供热质量评估，提出了一种从室外快速、无接触地获得开窗用户室温数据的方法，为集中供热系统的节能诊断提供数据支撑。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (1)

1.一种通过红外热成像从室外快速获取开窗室内空气温度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)获取被测开窗房间所属建筑的环境参数并获取被测开窗房间外立面上外窗开启区域的红外图像；其中，所述环境参数包括环境反射温度和室外空气温度，获取所述红外图像时需向红外相机输入所述环境参数；所述被测开窗房间的窗户开度应满足红外相机的分辨率要求；

2)对获取的红外图像进行图像处理，得到开窗区域的红外温度场的温度平均值，对应窗户对面的内墙温度；

3)将得到的开窗区域的红外温度场的温度平均值作为开窗前的室内空气温度。

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