保温隔热墙体热工缺陷红外热像检测技术取得初步成果 (2004-11-01)
发布时间:2007-12-04
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目前,我国建筑节能工作正有计划地由北向南推进,随着技术政策和节能标准的完善,墙体保温隔热技术得到了迅速发展,一些相对完善的墙体保温隔热技术体系已经形成。然而这些技术体系在实际工程中的应用效果如何,则要通过相应的检测方法和技术才能得出准确的评价。建筑结构的形状和构造复杂多样,保温隔热墙体中不可避免地会出现各种热桥,加上某些节点的设计和施工的疏忽,都会造成建筑保温墙体的热工缺陷,从而降低建筑的节能标准。这些墙体热工缺陷大多数是隐蔽的,仅凭工程资料和现有现场检测方法不足以判断其部位所在和严重程度,从而影响对建筑热工性能与节能状况的评价。
为此,2003年5月经建设部批准,“保温隔热墙体热工缺陷红外热像检测技术研究”课题正式立项。经过一年多的专心钻研攻关,目前课题进展情况如何?是否能够如期在全国推广,从而推动建筑节能检测技术及建筑节能工作开展呢?日前,记者采访了这一科技攻关项目课题组的有关专家。
研究领域尚属空白2001年颁布的国家行业标准《采暖居住建筑节能检验标准》(JGJ132??2001,J85?2001)中提出用红外摄像法进行建筑热工缺陷的定性判断。由于适用于建筑现场测试的便携式红外热像仪的价格高等因素,我国建筑领域的红外热像检测技术研究仍停滞于起步阶段,定量化研究更是空白。
专家介绍说,现在国内建筑节能现场测量中最关键的一项指标是建筑墙体的传热系数。现场测量的内容包括热流密度、室内、外气温、保温隔热建筑墙体的内、外表面温度以及热流计的两表面温度。所用的仪表主要是热流计和热电偶。
热流计的测点一般选在有代表性的部位。如结构复杂,需按不同部位求加权平均值,应在不同部位设置测点。但由于实际的房间中有横竖暖气管道,有门、窗、圈梁等,各部分材料、构造及位置和热环境不同,在实际的测量中,须将外墙划分成若干个热状况相近的区域,分别测量每个区域中央部位的外墙热流值和该区域内的表面特征温度,求出该区域的外墙热流值后再加权平均,求出整个外墙的耗热量。热箱法近年来在一些建筑工程的现场检测中也有一定程度的应用。热箱法测试原理是人工制造一个一维传热环境,被测部位的内侧用热箱测试,热箱和室内模拟采暖条件,另一侧为室外(自然条件)。通过测量热箱的发热量得到被测部位的传热量,计算得到该被测部位的传热系数。
这两种方法都能够定量测量墙体的传热系数,由于受测试仪器性能、数量、测试周期等因素的影响,测试人员难以迅速和全面地判断建筑小区内所有建筑墙体或屋面的热工缺陷。建筑热工现场测量急需具有测温速度快、灵敏度高、形象直观等优点的测试方法对现有的测试方法进行补充,取长补短,以提高现场测试水平。
加紧攻关寻求突破
上世纪九十年代中期以后至今,在材料的缺陷检测与评价方面,我国北方交通大学、东南大学、华南理工大学、西安交通大学、清华大学、哈尔滨工业大学等单位的研究人员,对此进行了大量深入的研究工作,取得了一些很有价值的研究成果。但是这些材料几乎都是应用于电力、石化、航空等领域的材料,而很少涉及建筑材料。
红外热像仪是集先进的光电子技术、红外探测器技术和红外图像处理技术于一身的高科技产品,具有测温速度快、灵敏度高、测温范围广、形象直观、非接触等优点,是目前热工故障诊断和检测领域较为先进有效的手段之一。天津大学1996年初步探讨了红外建筑节能诊断技术问题,主要是针对当时我国自制光机扫描型红外热像仪,测温范围窄,配套辅助部分(如三角架、蓄电池、液氮罐等)体积庞大,以及热像仪无环境温度调节功能等情况提出自己的思考;同时提出检测墙体热工缺陷的思路:在稳定传热情况下,测出室内外环境温度、气流速度,利用表面热交换系数计算出热流密度;通过红外热像仪确定墙体的内外表面温度分布和平均温度差,计算出墙体的热阻或传热系数值。这一思路极具参考价值。
发达国家在建筑节能领域注重建筑节能设计规范、标准的制定以适应社会的发展需要;注重建筑节能设计的严格审查和建筑施工过程中建筑质量的保证。他们普遍采用能耗软件模拟进行节能建筑的验收评估(性能性指标评估);在检测方面,一般都是对建筑构件或材料进行热工性能的测试,而对建成后的整体建筑除个别研究需要外,一般不做现场检测。所以专家指出,红外热像技术在建筑热工缺陷检测方面的研究和应用历史短暂,研究中定性的多定量的少。对于适合我国建筑节能需要的建筑墙体热工缺陷的红外检测技术研究尚属空白。
课题研究初结成果
专家讲解说,项目研究一方面以光电技术为依托,判别保温隔热墙体的热工缺陷,并对其严重程度进行定量化研究,对传统建筑节能检测方法进行提升、补充、集成。在应用中与传统现场节能检测方法结合,红外线初步检测墙体温度场分布情况和热工缺陷部位和面积,然后科学选择被测点检测其传热系数,最终依据热工缺陷情况和传热系数实测值共同评价工程的节能效果,从而提高检测效率和准确性。该技术不仅对新建建筑的热工缺陷进行准确诊断,还可对旧有建筑的节能改造提供科学依据。项目研究成果将能推广应用于全国,促进我国建筑节能检测技术及建筑节能工作的顺利进行,具有极其广阔的应用前景。
由于项目研究的内容涉及红外技术、建筑物理、建筑设计、建筑构造和材料、建筑节能技术,建筑检测技术等,内容广泛、难度很大。为此,该项目由建设部科技发展促进中心牵头负责项目立项组织和协调;西安建筑科技大学、华中科技大学等单位的项目主要参加人员,负责整个科研工作的实施;北京振利高新技术公司承担项目的研究经费;北京市节能墙改办、天津市建委科技处、新疆建设厅科技处、山东省建设厅科技处等地方建筑节能管理部门,主动协助项目的现场测试,从而保证了项目的研究进度和水平。
该项目正式立项后,课题组主要参加单位积极收集资料,至今已进行了多方面的科研基础工作,进行了大量实验室及现场红外热像测试,基本按计划完成了现阶段研究。2002年12月至2004年1月他们主要对北京、天津、西安、济南及乌鲁木齐等城市的大量住宅进行了红外热像测试,基本掌握了我国北方现有节能住宅外保温和内保温热工缺陷的主要模式。同时进行了红外热像法与热流计法测试墙体传热系数的实验室对比试验,进行了典型采暖节能工程的建筑墙体传热系数现场测试及建筑女儿墙裂缝工程红外热像法测试。
此外,课题组已经基本掌握了适用于建筑节能检测领域的红外热像仪性能要求和墙体红外热像检测的环境条件,并多次在建筑节能会议上进行学术交流、发表相关研究论文。这些都值得我们期待,也许不久的将来,我们评价一个工程的节能效果,判断其是否符合节能要求,将不再受到检测周期长、被测部位随机性大的限制,轻松操作,就能迅速和全面地判断整个建筑小区内所有建筑墙体或屋面的热工缺陷情况,从而做出准确论断,指导建筑节能工作的开展。为此,让我们共同等待。