CN113970388A - 基于红外线成像技术的建筑物围护结构外表面净辐射热流量定量测量方法 - Google Patents
基于红外线成像技术的建筑物围护结构外表面净辐射热流量定量测量方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113970388A CN113970388A CN202111229806.4A CN202111229806A CN113970388A CN 113970388 A CN113970388 A CN 113970388A CN 202111229806 A CN202111229806 A CN 202111229806A CN 113970388 A CN113970388 A CN 113970388A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- building
- radiant heat
- heat flow
- infrared thermal
- infrared
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 238000003331 infrared imaging Methods 0.000 title claims abstract description 8
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000001931 thermography Methods 0.000 claims description 15
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 12
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 claims description 3
- 239000004576 sand Substances 0.000 claims 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 8
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 4
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 abstract description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 8
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 3
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 2
- 238000011545 laboratory measurement Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- 230000005457 Black-body radiation Effects 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 235000013399 edible fruits Nutrition 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K17/00—Measuring quantity of heat
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J2005/0077—Imaging
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
现有的建筑物围护结构辐射热流量测量方法存在(1)误差较大(2)测量效率低这两个问题。为了克服以上辐射热流量测量方法的缺陷，本发明提出一种基于红外线成像技术的建筑物围护结构外表面净辐射热流量定量测量方法，在斯特藩·玻尔兹曼定律的基础上结合红外线热成像技术，借助红外热成像处理软件，使其可以在不同地区、不同建筑条件下快速地对围护结构外表面净辐射热流量进行计算，较好的弥补了现有辐射热流量测量的缺陷。
Description
(一)技术领域
本发明属于建筑检测技术领域，具体涉及一种基于红外线成像技术的建筑物围护结构外表面净辐射热流量定量测量方法，用途在于能够方便的检测出建筑围护结构外表面的净辐射热流量。
(二)背景技术
建筑物的辐射热流量是建筑围护结构能耗分析极为重要的组成部分，为了获得辐射热流量，需要利用工具设备对围护结构外表面进行测量，目前测量建筑物围护结构外表面辐射热流量的常规方法是热流计法。热流计法的原理是使用热流计以及相关参数测量工具(温度计，风速仪等)，热平衡后，对建筑物围护结构外表面进行全面测量，并利用传热学辐射计算公式进行，可以得到建筑外表面辐射热流量。国内外已有很多学者研究了不同的辐射热流量计算模型，但是热流计法这种方法操作较为复杂，无法实现快速的即时测量。目前，利用红外热成像仪，用以定性分析辐射热流量的方法较为快速。
Aversa等人[1]考虑了总发射率，利用调整发射率大小校正辐射热流量计算公式，基于斯特藩·玻尔兹曼定律计算辐射热流密度，计算公式如下：
σ为黑体辐射常数，等于5.67×10-8，Ts为建筑外表面表面温度，Tae为环境温度，单位K。Marshall等人[2]在辐射热流密度计算公式中，利用线性化方法处理，所用的表面温度的三次幂涉及斯特藩·玻尔兹曼定律的线性化，他们提出的具体表达式如下：
Madding[3]也利用线性化方法，表达式与Marshall等人[28]很接近，但是他将温度的三次项改变为表面温度和反射温度的平均值，他所提出的具体表达式如下：
其中
以上三种测量方法均为利用热流计法测量，测量周期长，测量准确性低，导致计算结果并不精确。
综上所述，现有的建筑物围护结构辐射热流量测量方法存在(1)误差较大(2)测量效率低这两个问题。为了克服以上辐射热流量测量方法的缺陷，本发明提出一种基于红外线成像技术的建筑物围护结构外表面净辐射热流量定量测量方法，在斯特藩·玻尔兹曼定律的基础上结合红外线热成像技术，借助红外热成像处理软件，使其可以在不同地区、不同建筑条件下快速地对围护结构外表面净辐射热流量进行计算，较好的弥补了现有辐射热流量测量的缺陷。
参考文献
[1]P.Aversa，U.Galietti，V.A.M.Luprano，D.Palumbo，C.Racioppo，R.Tamborrino，Comparison between thermographic and heat flux meter technique：acase study，Proceedings of the 13th Intemational Workshop on Advanced InfraredTechnology and Applications(AITA-2015).
[2]A.Marshall，J.Francou，R.Fitton，W.Swan，J.Owen，M.Benjaber，Variationsin the U-Value Measurement of a Whole Dwelling Using Infrared Thermographyunder Controlled Conditions，Buildings 8(2018)46.
[3]R.Madding，Finding R-Values of Study Frame Constructed Houses withIR Thermography，in AA.VV.“Proceedings of InfraMation conference”，Reno，November 3-72008，Nashua：Infrared Training Center，2008，pp.89-95.
(三)发明内容
解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提出了一种基于红外线成像技术的建筑围护结构外表面净辐射热流量定量测量方法，使其可以在不同地区、不同建筑条件下快速地对围护结构外表面净辐射热流量进行测量。
技术方案
1、基于红外线成像技术的建筑物围护结构外表面净辐射热流量定量测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)：选取需要测量的建筑围护结构外表面，设置红外热成像仪发射率为1；
步骤(2)：镜头沿目标表面内法线方向并包含整个待测表面，距离尽量近以减小大气透射率的影响，拍摄红外热成像图片；
步骤(3)：旋转镜头沿目标表面外法线方向，使相机贴近建筑表面拍摄建筑对面的红外热成像图片；
步骤(4)：拍摄完成后利用热图像软件对所得红外热图像进行分析处理。对建筑外表面红外热成像图片，取平均温度，得到Ts。同样，对建筑对面红外热成像图片，取平均温度，得到T0；
步骤(5)：利用步骤(4)得到的两个平均温度(Ts，T0)，结合斯特藩·玻尔兹曼定律(Mb(T)＝σT4)得到两个辐射热流量的具体数值，分别是建筑外表面向外的辐射热流量：Mb(Ts)和周围环境向建筑外表面的辐射热流量：Mb(To)；
步骤(6)：两辐射热流量相减，即为建筑物围护结构外表面净辐射热流量，qrad＝Mb(Ts)-Mb(To)。
有益效果
本发明利用红外线热成像技术结合斯特藩·玻尔兹曼定律来计算建筑物围护结构外表面净辐射热流量，克服了原有测量方法效率低、误差大的缺陷。与传统热流计法相比，提高了测量的速度和精度；本发明能够通过红外热成像设备，结合数学算法，快速求得建筑物围护结构外表面净辐射热流量。
(四)附图说明
图1为本发明实施方式中利用铝箔得到建筑外表面净辐射热流量原理简示图。
图2为本发明实施方式中利用红外热成像仪测量建筑外表面净辐射热流量原理简示图。
图3为对发明技术方案作进一步详细描述和验证的实验室测量实例图。
(五)具体实施方式
下面结合附图和实例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述，以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
图3所示为实验室测量实例图，实施方式如下：
(1)打开热成像仪和热流计，将数据采集仪接口与热电偶连接并打开。
(2)如图1原理所示，需要测量表面热流和温度，所以用胶带将热流传感器贴片粘在图3所示位置，注意需要完全贴合表面，将一个热电偶远离加热板悬在空气中用于测量气温To，另外两个如图3所示使用相变片粘在热流传感器上。
(3)图1、2所示建筑表面散热用铸铝加热板代替，如图3；连接加热板电源，设置温控为80℃，开始加热；启动数据采集仪记录加热板表面及空气温度，并启动热流计记录加热板表面热流。
(4)如图1右边所示，加热板温度到达峰值时(一段时间内温度稳定)，记录热流计热流值q，热电偶温度值Ts2；随即如图2所示使用热成像仪，镜头沿热流传感器表面内法线方向并包含整个待测表面，距离尽量近以减小大气透射率的影响，拍摄红外热成像图片，接着旋转镜头沿热流传感器表面外法线方向，使相机贴近热流传感器表面拍摄加热板对面的红外热成像图片。
(5)热成像图片拍摄完成后，如图1左边所示，迅速用自粘铝箔覆盖热流传感器，随即记录热流计热流值qcon1，热电偶温度值Ts1。
(6)处理过程及结果：利用热成像处理软件处理热成像图片，分别取平均温度值为Ts、Te。
1、如图1原理所示，通过求得准确h得到净辐射热流量：
qrad1＝q-h(Ts2-To)
2、如图2原理所示，通过热成像仪正反拍摄求得净辐射热流量：
结果如下表：
Claims (3)
1.基于红外线成像技术的建筑围护结构外表面净辐射热流量定量测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)：选取需要测量的建筑围护结构外表面，设置红外热成像仪发射率为1；
步骤(2)：镜头沿目标表面内法线方向并包含整个待测表面，拍摄红外热成像图片；
步骤(3)：旋转镜头沿目标表面外法线方向，拍摄建筑对面的红外热成像图片；
步骤(4)：拍摄完成后利用热图像软件对所得红外热图像进行分析处理，对建筑外表面红外热成像图片，取平均温度，得到Ts，同样对建筑对面红外热成像图片，取平均温度，得到T0；
步骤(5)：利用步骤(4)得到的两个平均温度(Ts，T0)，结合斯特藩·玻尔兹曼定律(Mb(T)＝σT4)得到两个辐射热流量的具体数值，分别是建筑外表面向外的辐射热流量：Mb(Ts)和周围环境向建筑外表面的辐射热流量：Mb(To)；
步骤(6)：两辐射热流量相减，即为建筑物围护结构外表面净辐射热流量，qrad＝Mb(Ts)-Mb(To)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，镜头和目标的距离应在5m以内，以减小大气透射率的影响。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，相机应紧贴建筑表面拍摄，以最大限度的包含来自不同空间角的辐射。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111229806.4A CN113970388A (zh) | 2021-10-21 | 2021-10-21 | 基于红外线成像技术的建筑物围护结构外表面净辐射热流量定量测量方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111229806.4A CN113970388A (zh) | 2021-10-21 | 2021-10-21 | 基于红外线成像技术的建筑物围护结构外表面净辐射热流量定量测量方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113970388A true CN113970388A (zh) | 2022-01-25 |
Family
ID=79587823
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111229806.4A Pending CN113970388A (zh) | 2021-10-21 | 2021-10-21 | 基于红外线成像技术的建筑物围护结构外表面净辐射热流量定量测量方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113970388A (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100296694A1 (en) * | 2007-12-11 | 2010-11-25 | Irt Surveys Ltd. | Quantification of energy loss from buildings |
| WO2011128927A2 (en) * | 2010-04-16 | 2011-10-20 | Ermanno Grinzato | Measuring thermal parameters of a building envelope |
| CN102809433A (zh) * | 2011-05-30 | 2012-12-05 | 喜利得股份公司 | 用于测量在目标物体处的散热的成像测量系统和测量方法 |
| CN104412081A (zh) * | 2012-05-09 | 2015-03-11 | 杰拉尔德.米施克 | 测量和计算热传输的方法 |
-
2021
- 2021-10-21 CN CN202111229806.4A patent/CN113970388A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100296694A1 (en) * | 2007-12-11 | 2010-11-25 | Irt Surveys Ltd. | Quantification of energy loss from buildings |
| WO2011128927A2 (en) * | 2010-04-16 | 2011-10-20 | Ermanno Grinzato | Measuring thermal parameters of a building envelope |
| CN102809433A (zh) * | 2011-05-30 | 2012-12-05 | 喜利得股份公司 | 用于测量在目标物体处的散热的成像测量系统和测量方法 |
| CN104412081A (zh) * | 2012-05-09 | 2015-03-11 | 杰拉尔德.米施克 | 测量和计算热传输的方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 解国梁等: "红外热像仪用于建筑围护结构传热系数的现场检测", 《河北理工大学学报(自然科学版)》 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Cardone et al. | Temperature maps measurements on 3D surfaces with infrared thermography | |
| CN112050948B (zh) | 基于探测器温度漂移模型的无挡片红外测温方法 | |
| CN103675019B (zh) | 一种红外热像仪快速测量材料表面发射率的方法 | |
| CN109520671B (zh) | 基于红外热成像技术的冷热风渗透量定量测量方法 | |
| CN110487842A (zh) | 同时测量薄膜面内热导率与红外发射率的装置与方法 | |
| CN105628208B (zh) | 一种基于红外成像系统的温度测量方法 | |
| CN111413364A (zh) | 一种建筑墙体内混凝土蓄热系数原位无损检测方法及系统 | |
| CN111947785A (zh) | 一种测温红外热像仪噪声等效温差校准方法 | |
| CN206074130U (zh) | 标准黑体辐射源 | |
| CN103983365B (zh) | 多测头瞬态辐射热流计及热辐射热流密度的测定方法 | |
| CN102621180A (zh) | 一种节能门窗性能测试方法 | |
| CN106885824A (zh) | 一种基于红外图像处理的建筑墙体传热系数检测方法 | |
| CN106248214A (zh) | 一种红外热像仪测量物体表面发射率的方法 | |
| Rakrueangdet et al. | Emissivity measurements of reflective materials using infrared thermography | |
| CN109932059A (zh) | 一种基于贝叶斯推断的红外热成像温度高精度标定方法 | |
| CN113970388A (zh) | 基于红外线成像技术的建筑物围护结构外表面净辐射热流量定量测量方法 | |
| CN109269682A (zh) | 一种热流传感器的标定装置和标定方法 | |
| CN112229523A (zh) | 一种红外热成像测温方法及装置 | |
| CN105157847A (zh) | 一种电力设备在线式精确测温方法及测温系统 | |
| Vendt et al. | Effects of environmental conditions on the performance of thermal imagers | |
| CN110207829B (zh) | 一种基于红外光谱仪同时获取材料温度及光谱方向发射率的测量方法 | |
| CN114719996B (zh) | 一种高精度谱带辐射率测量系统和方法 | |
| CN106679818B (zh) | 光滑表面温度分布的测量装置及方法 | |
| CN213364035U (zh) | 一种红外热成像测温装置 | |
| CN105387941B (zh) | 一种动物体表发射率的测量系统及方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20220125 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |