牆體傳熱係數及熱工缺陷紅外熱像現場檢測技術研究

牆體(ti) 傳(chuan) 熱係數及熱工缺陷紅外熱像現場檢測技術研究

(摘 要) 分析目前建築保溫牆體(ti) 熱工測試的方法，提出了科學完善的測試方法，即牆體(ti) 傳(chuan) 熱係數現場測試和紅外線診斷牆體(ti) 熱工缺陷兩(liang) 種方法相結合的現場測試手段，用以評價(jia) 建築的節能效果。

(關(guan) 鍵詞) 傳(chuan) 熱係數 熱工缺陷 紅外熱像

1 前言

目前，我國的建築節能工作正有計劃地由北向南推進，發布實施了《民用建築節能設計標準(采暖居住建築部分)》、《夏熱冬冷地區居住建築節能設計標準》，2003年將發布執行《夏熱冬暖地區居住建築節能設計標準》。在國家技術政策和節能標準的推動下，近年來牆體(ti) 保溫隔熱技術迅速發展，一些相對完善的牆體(ti) 保溫隔熱技術體(ti) 係已經形成。這些技術體(ti) 係通過計算、設計，較好地為(wei) 建築節能工作提供了一定的技術保證和技術發展動力，但在如何評價(jia) 技術係統在現場應用，成型牆體(ti) 是否滿足節能標準還有待於(yu) 進一步驗證。

建築結構的形狀和構造複雜多樣，保溫隔熱牆體(ti) 中不可避免的會(hui) 出現各種熱橋，加上某些節點的設計和施工的疏忽，都會(hui) 造成建築保溫牆體(ti) 的熱工缺陷，從(cong) 而降低了建築的節能標準。這些牆體(ti) 熱工缺陷大多數是隱蔽的，僅(jin) 憑工程資料和現有現場檢測方法，不足以判斷其部位所在和嚴(yan) 重程度，從(cong) 而影響對建築熱工性能與(yu) 節能狀況的評價(jia) 。

2 現有牆體(ti) 傳(chuan) 熱係數現場檢測方法

目前，國內(nei) 外評價(jia) 建築節能是否達標，一般采用兩(liang) 種方法。一種方法是在熱源(冷源)處直接測取采暖耗煤量指標(耗電量指標)，然後求出建築物的耗熱量指標(耗冷量指標)，此法稱為(wei) 熱(冷)源法。另一種方法是在建築物處，直接測取建築物的耗熱量指標(耗冷量指標)，然後求出采暖耗煤量指標(耗電量指標)，此法稱為(wei) 建築熱工法。前一方法由於(yu) 設備效率(如鍋爐年平均運行效率、管網輸送效率等)難以確定，因而實踐中較少采用。目前大多采用建築熱工法現場測量。建築熱工法現場測量中關(guan) 鍵的指標是建築牆體(ti) 的傳(chuan) 熱係數。

2.1 傳(chuan) 熱係數現場測試原理

目前，現場測試牆體(ti) 傳(chuan) 熱係數應用普遍的是熱流計法，測量的內(nei) 容包括熱流密度，室內(nei) 、外氣溫，保溫隔熱建築牆體(ti) 的內(nei) 、外表麵溫度以及熱流計的兩(liang) 表麵溫度。所用的儀(yi) 表主要是熱流計和熱電偶。熱流計可以獲得各被測點的熱流密度，熱電偶可以獲得各點的表麵溫度，由熱流和溫度計算出被測牆體(ti) 的熱阻和傳(chuan) 熱係數。

熱流計的測點應選在有代表性的部位。如結構複雜，需按不同部位求加權平均值，應在不同部位設置測點。但由於(yu) 實際的房間中有橫豎暖氣管道，有門、窗、圈梁等，各部分材料、構造及位置和熱環境不同，在實際的測量中，須將外牆劃分成若幹個(ge) 熱狀況相近的區域，分別測量每個(ge) 區域中央部位的外牆熱流值和該區域內(nei) 的表麵特征溫度，求出該區域的外牆熱流值後再加權平均，求出整個(ge) 外牆的耗熱量。北京中建建築科學技術研究院研發的熱箱法，近年來在一些建築工程的現場檢測中也有一定程度的應用。熱箱法測試原理是人工製造一個(ge) 一維傳(chuan) 熱環境，被測部位的內(nei) 側(ce) 用熱箱測試，熱箱和室內(nei) 模擬采暖條件，另一側(ce) 為(wei) 室外(自然條件)。通過測量熱箱的發熱量得到被測部位的傳(chuan) 熱量，計算得到該被測部位的傳(chuan) 熱係數。熱箱法測試選擇測點位置，不靠近熱橋、裂縫和有空氣滲透的部位；測試室內(nei) 外空氣和內(nei) 外表麵溫度、熱箱內(nei) 空氣溫度、熱量和熱箱開口麵積，計算被測部位傳(chuan) 熱係數。

2．2 傳(chuan) 熱係數現場測試存在的不足

(1)以測試單元牆體(ti) 熱工性能的測試結果代表整幢建築的牆體(ti) 熱工性能

現場實測中，由於(yu) 測試儀(yi) 器數量、測試周期等因素的影響，測試時往往選擇一個(ge) 單元進行測試。對於(yu) 該樓其他單元的牆體(ti) ，如果設計與(yu) 施工有出入或其他因素造成保溫材料受損的話，測試人員是難以知曉的。因此，我國目前節能建築驗收的實際狀況是，僅(jin) 僅(jin) 依據測試的一個(ge) 建築單元的牆體(ti) 傳(chuan) 熱係數值，來判斷一幢樓，甚至一個(ge) 小區的建築牆體(ti) 是否滿足節能要求，這樣往往造成以偏概全的錯誤。

(2)測試時代表性的測點難以確定

在現場測量中，對於(yu) 已粉刷的建築牆體(ti) 、屋頂等，測試人員無法直觀判斷其熱工缺陷部位，大都根據設計圖紙確定梁、板、柱等熱橋部位，將外牆劃分成若幹個(ge) 熱狀況相近的區域進行測試，如圖l所示。如果沒有紅外熱像圖，測試人員很難判斷主體(ti) 牆上散布的熱工缺陷位置和數量，很難確定代表性測點，即使所謂的代表性測點，往往是理論上的而不一定符合實際建築工程。現場測試傳(chuan) 熱係數的測點選擇的依據僅(jin) 憑設計圖紙或猜測，不一定符合實際工程。

上述方法難以迅速和全麵地確定建築小區內(nei) 所有建築牆體(ti) 或屋麵的傳(chuan) 熱係數值，建築熱工法現場測量急需具有測溫速度快、靈敏度高、形象直觀等優(you) 點的測試手段予以輔助，以提高現場測試水平。

3 牆體(ti) 熱工缺陷紅外熱像技術

2002年底由建設部科技促進中心牽頭，包括多所高等院校及全國不同氣候區的建築設計、建築施工及建築節能技術等方麵科研和管理部門共同參加的“保溫隔熱牆體(ti) 熱工缺陷紅外熱像檢測技術研究”課題組成立，研製開發建築牆體(ti) 熱工缺陷紅外熱像檢測技術。

3.1 熱像儀(yi) 的工作原理及優(you) 點

任何物體(ti) 隻要其溫度高於(yu) 零度都會(hui) 因分子的熱運動而發射紅外線，且發出的紅外輻射能量與(yu) 物體(ti) 溫度的四次方成正比。熱像儀(yi) 可以攝取來自被測物體(ti) 各部分射向儀(yi) 器的紅外輻射通量的分布。利用紅外探測器，按／頃序直接測量物體(ti) 各部分發射出的紅外輻射，綜合起來就得到物體(ti) 發射紅外輻射通量的分布圖像，這種圖像稱為(wei) 熱像圖。熱像儀(yi) 就是根據這一特性來測量物體(ti) 的溫度場。

熱像儀(yi) 對測量物體(ti) 表麵溫度分布，具有比其他測溫技術更為(wei) 顯著的*性。紅外熱像技術是一種非接觸式的測量技術，不會(hui) 破壞被測溫度場；直觀地顯示物體(ti) 表麵的溫度場，並以圖像形式顯示出來；溫度分辨率高，可達0．01℃；可采用多種顯示方式，例如，對視頻信號進行偽(wei) 彩色處理，便可由不同顏色顯示溫度的熱圖像；可進行數據存儲(chu) 和計算機處理；操作簡單、攜帶方便，儀(yi) 器重量已小於(yu) 2kg，單手即可方便地操作，不僅(jin) 對新建建築的熱工缺陷進行準確診斷，還可對舊有建築的節能改造提供科學依據。

3．2 牆體(ti) 熱工缺陷紅外熱像檢測技術的基本原理

當被測牆體(ti) 存在不連續性時，由於(yu) 連續區域和不連續區域的熱擴散係數不同，物體(ti) 表麵相應位置

的溫度也就不同，即牆體(ti) 表麵局部區域產(chan) 生溫度梯度，從(cong) 而導致牆體(ti) 表麵紅外輻射能發生差異，紅外探測器探測到牆體(ti) 的紅外輻射能，經信號處理係統為(wei) 熱像圖後由顯示器顯示出來，通過分析熱像圖就可以進行測溫或推斷牆體(ti) 內(nei) 部是否存在缺陷。當牆體(ti) 內(nei) 部存在缺陷，如空洞，熱橋、保溫層受潮，外牆麵磚或水泥砂漿抹麵產(chan) 生剝離等現象時，這些有缺陷的部位與(yu) 正常部位相比，會(hui) 在外表麵產(chan) 生溫度差，通過分析紅外熱像儀(yi) 所測得的溫度分布圖像，便可知空洞、熱橋、受潮或剝離等缺陷部位的位置及大小。如圖3，某內(nei) 保溫牆體(ti) 的室內(nei) 熱像圖，可見內(nei) 保溫牆轉角、屋麵板與(yu) 牆體(ti) 交界、開關(guan) 盒及其附近等處保溫缺陷。

3.3 牆體(ti) 熱工缺陷紅外熱像檢測技術主要研究內(nei) 容及預期成果

本課題的主要研究內(nei) 容是根據建築牆體(ti) 表麵溫度場分布的有限信息，判斷各種保溫隔熱建築牆體(ti) 的技術狀態。包括保溫隔熱牆體(ti) 紅外輻射能量發射、傳(chuan) 輸與(yu) 探測規律，各種環境因素影響規律及對策；保溫隔熱牆體(ti) 內(nei) 部的主要缺陷模式和缺陷的統計規律等；缺陷特征與(yu) 檢測判別，即判別缺陷對牆體(ti) 綜合保溫隔熱效果的影響程度。

預期研究成果將包括以下幾個(ge) 方麵：(1)確定建築牆體(ti) 常用內(nei) 外飾麵材料的發射率基礎數據。

(2)研究氣候等環境因數對紅外測試精度的影響，確定紅外檢測的環境條件。

(3)根據牆體(ti) 表麵溫度場各等級溫度分布、所占比重大小，確定好測試布點方案；或評估熱流計、熱電偶法測試牆體(ti) 傳(chuan) 熱係數的測試方案，並確定測試結果的修正係數。

(4)編製集成紅外檢測技術的牆體(ti) 熱工性能檢測分析軟件。

3．4 紅外熱像檢測技術存在的不足

由於(yu) 建築牆體(ti) 是多層複合材料，且建築牆體(ti) 的表麵紅外輻射能受周圍環境影響較大，所以利用紅外熱像儀(yi) 進行定量化測試和分析尚有許多技術問題需要解決(jue) 。雖然紅外檢測方便快捷，可以迅速判別保溫隔熱牆體(ti) 的熱工缺陷及其嚴(yan) 重程度，該技術單獨應用在工程現場的節能檢測中，還不能夠定量的評價(jia) 節能效果，隻能定性的診斷熱工缺陷，用以輔助傳(chuan) 熱係數檢測，對傳(chuan) 統的檢測方法進行提升、補充，從(cong) 而提高檢測效率和準確性。

4 傳(chuan) 熱係數和紅外熱像技術兩(liang) 種方法相結合的現場測試方法

為(wei) 了科學準確的評價(jia) 建築的熱工性能，綜合現有檢測技術各自的優(you) 勢，理想的方法是將傳(chuan) 熱係數現場測試與(yu) 紅外線現場診斷熱工缺陷兩(liang) 種方法相結合，可以相互彌補不足，從(cong) 而使檢測結果更加科學準確。

建築熱工測試中，首先用紅外熱像儀(yi) 對整個(ge) 建築進行掃描，初步診斷整個(ge) 建築的熱工情況，選擇有代表性的外牆作為(wei) 被測牆體(ti) ，然後對被測牆體(ti) 進行掃描，初步檢測牆體(ti) 溫度場分布情況和熱工缺陷部位和麵積，找到不同的等溫麵並測量各個(ge) 等溫麵的麵積，在不同的等溫區域內(nei) 找幾個(ge) 代表點，測定熱阻和傳(chuan) 熱係數，再根據各個(ge) 等溫麵的麵積和熱阻值計算出被測外牆的平均傳(chuan) 熱係數，後再結合整個(ge) 建築的熱工缺陷總體(ti) 情況對整個(ge) 建築進行熱工評價(jia) 。

2002年由北京振利高新技術公司牽頭，在北京望京高校住宅樓的節能測試中，由中建建築科學技術研究院運用熱箱法測試牆體(ti) 傳(chuan) 熱係數，華中科技大學運用紅外線熱像技術進行熱工診斷，兩(liang) 種方法共同運用在現場建築節能測試中，合作完成了該工程的節能檢測。

2003年底，國家康居示範工程“新疆華美文軒家園”，以及石河子7號小區兩(liang) 個(ge) 工程運用了熱流計法和紅外熱像兩(liang) 種方法相結合的現場熱工測試手段。首先紅外熱像儀(yi) 對整個(ge) 小區的建築牆體(ti) 進行熱工診斷，然後依據熱像圖選擇有代表性的外牆和等溫麵，通過熱流計法測試牆體(ti) 的傳(chuan) 熱係數，該工程節能測試由中國建築科學研究院和華中科技大學合作共同完成。

5 結論

隨著建築節能技術的不斷發展，我們(men) 應該不斷發展、提升節能檢測技術。在建築工程節能效果的評價(jia) 上，應該提倡傳(chuan) 熱係數和紅外線熱工缺陷檢測技術兩(liang) 種方法結合應用於(yu) 工程現場節能測試中，這不但能夠對建築工程的熱工性能做出科學有效的評價(jia) ，推進建築節能檢測技術的發展，而且還對建築工程設計和建築保溫行業(ye) 的發展起到相當大指導作用。

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