小溫差條件下藉助輔助熱源識別熱工缺陷的方法

2023-06-10 14:28:36 3

專利名稱：：小溫差條件下藉助輔助熱源識別熱工缺陷的方法
技術領域：
：本發明涉及紅外檢測技術。具體涉及到一種熱工缺陷的識別方法。
背景技術：
：我國全面推進建築節能工作多年，已經由北方嚴寒、寒冷地區，逐步推進到夏熱冬冷地區和夏熱冬暖地區。為了使建築圍護結構的熱工性能達到建築節能設計標準的要求，往往在牆體上增加保溫層。保溫層設在牆體的室外側稱為外保溫，保溫層設在牆體室內側稱為內保溫。建築外圍護結構熱工性能的好壞，直接影響到室內環境及建築能耗。由於牆體及屋面的熱工缺陷，屬於隱蔽工程，依靠人的肉眼是看不到的，用常規的檢測手段，難於檢測。從而導致很多有嚴重建築熱工缺陷的節能建築，通過了工程驗收，賣給了消費者。以往在不節能建築中很少出現的建築熱工缺陷問題，但在節能建築中卻大量出現，如牆面發黴、結露、淌水等問題，該問題已經成為北方地區房屋建築工程質量投訴的熱點，部分省市已佔房屋投訴案件的90%以上(如新疆、齊齊哈爾等地區)。紅外技術是20世紀發展起來的、專門研究紅外輻射的產生、傳輸、轉換、探測並付諸應用的一門新興應用技術。在我國紅外熱像儀已經廣泛用於電力工業、石油化工、鋼鐵冶金工業、交通運輸等行業的故障診斷。利用紅外熱像儀檢測熱工缺陷，是目前熱故障診斷和檢測領域先進有效的方法之一。紅外檢測和診斷技術除了在電力部門應用外，在其它民用領域還有多種應用。據不完全統計，全世界有近三十多個國家的工業部門廣泛地應用紅外檢測技術對設備進行定期診斷，如設備故障診斷、節能檢測、無損探傷、建築物保溫和滲漏等的檢測。美國有專門的紅外培訓和考核機構，紅外服務公司遍布美國各地。在國外，常常可以看到一種很特別的巡邏車在穿街走巷。這是一種專門監視建築物能耗的車輛。車子走到哪裡，只要把鏡頭對準要檢測的房屋，就可以把那所房屋的能耗情況，以熱圖像的形式記錄下來，以便住戶採取有效措施，解決這種看不見的耗能漏洞。由於功效顯著，紅外熱成像技術受到許多國家的重視，競相推廣應用。國際標準組織(ISO)最早於1983年制訂了《保溫一建築圍護熱異常的定性診斷一紅外方法》，標準號為IS06781-1983(E)。隨後對其進行了修訂，發布了同名標準，標準號為BSEN13187:1999。我國的紅外診斷技術始於1979年，逐漸開始在電力工業、石油化工、鋼鐵冶金工業、交通運輸等行業應用。紅外檢測技術在建築上應用剛剛起步，最早用於建築物外牆飾面的損傷檢測。由於紅外熱像設備可以檢測被測物體表面的溫度差異，因此可以根據這些差異來判斷是否存在熱工缺陷。紅外檢測不需要直接接觸被測牆體，具有檢測速度快，檢測簡單的優點。目前紅外檢測熱工缺陷僅僅能用於室內外溫差大於10°c的地區的檢測，要求檢測開始前至少12h內受檢的外表面不應受到太陽直接照射，受檢的內表面不應受到燈光的直接照射，Ih內室外風速變化不應大於2級(含2級)，室外空氣相對溼度不應大於75%。這些要求與國際標準組織(ISO)制訂的《保溫一建築圍護熱異常的定性診斷一紅外方法》中的要求是一致的。用紅外檢測熱工缺陷，關於室內外溫差大於10°C的要求，在嚴寒和寒冷地區採暖期間是可以滿足的。我國的夏熱冬冷地區，冬季不採暖，室內平均溫度在8.5°C左右，夏季空調間歇運行，夏季氣溫在2838°C；夏熱冬冷地區室內外溫差很小，無法滿足檢測標準規定的檢測條件。嚴寒和寒冷地區非採暖季也很難滿足檢測標準規定的檢測條件。紅外檢測所要求的檢測前12h內受檢的外表面不受太陽直接照射的檢測條件，表明只有北側牆體能滿足標準規定的檢測條件，而其他方向的牆體，可用於檢測的時間有限。這些苛刻的檢測條件表明，目前北方嚴寒和寒冷地區利用室內外溫差進行熱工缺陷檢測的方法，在夏熱冬冷地區很難應用。檢測前12h內受檢的外表面不應受到太陽直接照射的要求，將紅外技術的應用限制在一個很小的範圍內，不利於紅外技術的發展和建築熱工缺陷的檢測。目前，我國每個城市每年都要有大量的建築竣工，竣工時間又相對集中，需要進行熱工缺陷檢測的建築物數量很多。現有的紅外檢測技術無法滿足實際工程的需要，需要採用新的技術路線、發明新的檢測方法來檢測牆體的熱工缺陷。
發明內容為了解決目前紅外檢測僅僅能用於室內外溫差大於10°C的地區的建築熱工缺陷的檢測問題，解決熱工缺陷檢測受太陽輻射及室外條件的影響問題，本發明公布了一種小溫差條件下藉助輔助熱源識別熱工缺陷的方法。本發明的方法為採用輔助熱源照射建築物牆體的內表面，給所述牆體內表面加熱，當所述牆體內表面溫度比外側溫度高出X度後，停止照射；所述X的取值範圍是[3，15]；採用紅外熱像儀檢測所述牆體的內表面的溫度場分布，獲得表示所述牆體的內表面的溫度場分布的紅外熱譜分析所述紅外熱譜圖所表現出來的溫度差異，進而獲得建築物的熱工缺陷。本發明還提供另一種方法，具體為採用輔助熱源照射建築物牆體的內表面，給所述牆體內表面加熱；所述輔助熱源的照射方向為被照射牆體內表面的法線方向，即垂直入射，並保證照射角度穩定、光源的照射面均勻分布，照射強度分布不均勻性在士5%以內；並且所述輔助熱源照射到牆體表面的熱流密度為[760W/m2，800ff/m2]，持續照射30分鐘到50分鐘之後，停止照射；採用紅外熱像儀檢測所述牆體的內表面的溫度場分布，獲得表示所述牆體的內表面的溫度場分布的紅外熱譜分析所述紅外熱譜圖所表現出來的溫度差異，進而獲得建築物的熱工缺陷。本發明的方法的優點有1.本發明突破了國際標準組織(ISO)制訂的《保溫一建築圍護熱異常的定性診斷一紅外方法》關於檢測溫差的限制，解決了室內外溫差小於10°c的時外牆體熱工缺陷的檢測問題。本發明不但解決了我國夏熱冬冷地區室內外溫差小，無法利用紅外熱像儀進行牆體熱工缺陷檢測的矛盾，為該地區的圍護結構熱工缺陷檢測提供了一種行之有效的可操作的一種新的檢測方法；也解決了嚴寒及寒冷地區非採暖季由於室內外溫差小而導致的無法利用紅外熱像儀進行建築熱工缺陷檢測的問題。2.本發明的檢測方法，不受室內外環境條件影響，不受檢測時間限制，解決了全天候檢測問題。室外溫度、風速、太陽和背景輻射等因素，均影響紅外檢測結果。國際標準組織(ISO)制訂的《保溫一建築圍護熱異常的定性診斷一紅外方法》對檢測環境做了苛刻的規定，從而將紅外檢測的有效檢測時間限制在了一個很小的範圍。本發明的方法，可排除室外氣象條件和室內環境的幹擾，隨時都可進行檢測。檢測方便、簡單、迅速。3.本發明的方法不但解決了內保溫牆體的熱工缺陷檢測問題，還解決了不保溫牆體的熱工缺陷檢測問題。本發明的方法不但用於對建築物外圍護結構(外牆、屋面)建築熱工缺陷的檢測，還可用於建築內牆、保溫地面的熱工缺陷檢測；也可用於非採暖季地板輻射供暖系統、非供冷季輻射供冷系統的管線定位。圖1是本發明所述的一種輔助熱源的結構示意圖。圖2是圖1的左視圖。圖3是採用圖1所示的輔助熱源對牆體進行照射加熱時，與被照射牆體之間的位置關係。具體實施例方式具體實施方式一本實施方式所述的小溫差條件下藉助輔助熱源識別熱工缺陷的方法，具體過程為採用輔助熱源照射建築物牆體6的內表面，給所述牆體內表面加熱，當所述牆體內表面溫度比外側溫度高出χ度後，停止照射；所述χ的取值範圍是[3，10]V；採用紅外熱像儀檢測所述牆體的內表面的溫度場分布，獲得表示所述牆體的內表面的溫度場分布的紅外熱譜分析所述紅外熱譜圖所表現出來的溫度差異，進而獲得建築物的熱工缺陷。所述輔助熱源，可以採用現有任何一種輻射加熱裝置實現，例如採用能夠模擬太陽光輻射的人工光，例如可以採用氙燈或碘鎢燈。本實施方式在給所述牆體內表面加熱的同時，獲得牆體內表面的溫度變化的方法，可以採用紅外熱像儀監測所述牆體內表面的溫度；進而獲得所述牆體內表面的溫度變化。本實施方式所述的輔助熱源可以採用現有任何一種輻射加熱裝置實現，例如採用能夠模擬太陽光輻射的人工光源，例如可以採用氙燈或碘鎢燈等。本實施方式所述的方法利用輔助熱源提高圍護結構內表面溫度，增大圍護結構內外側的溫差，通過使用紅外熱像儀檢測牆體內表面的溫度場分布，根據紅外熱譜圖上的溫度差異來識別建築熱工缺陷。本方法不受室內外環境限制、不受時間限制、不受地域限制。本發明尤其適用於室內外溫差比較小的條件下對建築熱工缺陷進行檢測。表1為實驗條件下測出的各種保溫層缺失情況下的無缺陷區域與缺陷區域的溫差。表1牆體內外側不同溫差時的無缺陷區域與缺陷區域的溫差(單位/°C)tableseeoriginaldocumentpage6因此實際條件下，由於缺陷的情況難以確定，在室內外溫差比較小的情況下，必須輔助外熱源，才能夠檢測出熱工缺陷。所加熱的內表面溫度比外側溫度高出數值，受保溫層缺失類型及所選用的紅外熱像儀的溫度解析度制約，所述χ可以選擇不同的最佳數值，一般取值範圍是[3，10]°C，最佳取值範圍是[6，10]°C。具體實施方式二本實施方式與具體實施方式一所述的小溫差條件下藉助輔助熱源識別熱工缺陷的方法的區別在於採用控制給所述牆體內表面加熱的時間來作為停止加熱的條件的，具體過程為採用輔助熱源照射建築物牆體的內表面，給所述牆體內表面加熱，所述輔助熱源的照射方向為被照射牆體內表面的法線方向，即垂直入射，並保證照射角度穩定、光源的照射面均勻分布，照射強度分布不均勻性在士5%以內；並且所述輔助熱源照射到牆體表面的熱流密度為[760W/m2，800ff/m2]，持續照射30分鐘到50分鐘之後，停止照射；採用紅外熱像儀檢測所述牆體的內表面的溫度場分布，獲得表示所述牆體的內表面的溫度場分布的紅外熱譜分析所述紅外熱譜圖所表現出來的溫度差異，進而獲得建築物的熱工缺陷。本實施方式，在採用輔助熱源對牆體照射的同時，不需要測量牆體內表面的溫度變化，而是採用控制輔助熱源的技術參數及照射時間來控制加熱過程。本實施方式中的持續加熱時間與所述輔助熱源照射到牆體表面的熱流密度成正比，即當所述輔助熱源照射到牆體表面的熱流密度比較大時，持續加熱時間相對比較短，相反，當所述輔助熱源照射到牆體表面的熱流密度比較小時，持續加熱時間相對比較長。上述兩種實施方式都是根據待檢牆體內外溫差，以及待檢牆體的熱工缺陷距表層的距離，選擇不同解析度的紅外熱像儀，可以方便的檢測出建築的熱工缺陷。例如當牆體的熱工缺陷距表層IOmm的情況下，配用溫度解析度為0.02°C的紅外熱像儀，將牆內表面溫度加熱到高出外側溫度3°C時，即可識別熱工缺陷；配用溫度解析度為0.06°C的紅外熱像儀，將牆內表面溫度加熱到高出外側溫度4°C時，即可識別熱工缺陷；配用溫度解析度為0.1°C的紅外熱像儀，將牆內表面溫度加熱到高出外側溫度5°C時，即可識別熱工缺陷；。保溫層完全缺失時，配用溫度解析度為0.06°C的紅外熱像儀，將牆內表面溫度加熱到高出外側溫度3°C時，即可識別熱工缺陷。在採用輔助熱源照射在牆體內表面上，給所述牆體內表面加熱，使得牆體內表面的溫度升高，此時牆體內表面的溫度Ttl可以表示為formulaseeoriginaldocumentpage7式中Q1,。——福射換熱量，單位W;Ob——黑體的輻射常數，單位W/(m2.K4)；F1——模擬光源發出的光照射在牆體上所覆蓋的面積，單位m2；T1——模擬光源發出光的平均溫度，單位K；——輻射面的黑度；牆體內表面溫度Ttl的單位是K；在輔助熱源的照射下，使得牆體內表面溫度發生變化，此時採用紅外熱像儀來檢測所述牆體內表面的溫度變化情況，紅外熱像儀檢測到的內表面的溫度為formulaseeoriginaldocumentpage7式中τ；'—被測物體表面溫度，單位是κ；Z—環境溫度，單位是κ;\—大氣透射率；%—熱像儀指示的輻射溫度，單位是κ；η——與設備有關的係數；^——牆體內表面發射率。如果牆體構造均勻，不存在熱工缺陷，則牆體的熱流密度沒有差異，牆體表面溫度一致。如果牆體存在熱工缺陷，勢必會導致沒有熱工缺陷的區域的熱流密度與有缺陷區域的熱流密度存在差異。這樣就會使得牆體沒有熱工缺陷區域的表面溫度與缺陷區域的表面溫度不一致。牆體表面溫度的差異，產生在能量和光譜分布上的輻射差異，這種輻射差異所攜帶的目標信息，經紅外探測器轉換成相應電信號，通過信息處理後，在顯示器上顯示出被測物體表面溫度分布的熱圖像。根據紅外熱譜圖上的溫度差異，既可以用來識別建築熱工缺陷，進而確定出熱工缺陷的位置、大小以及缺陷程度。取獲得的熱譜圖上溫度沒有異常部位的平均溫度作為比較的基礎溫度，求取所述基礎溫度與溫度異常部位的溫度之差，則溫度差值大於某一限值的溫度等溫線所包圍的區域即為缺陷區域，缺陷區域的大小，直接反應了缺陷的嚴重程度。所述輔助熱源可採用模擬光源及光源的調節系統安裝在移動支架上實現，通過調節照射強度實現模擬太陽光的分光分布的情況。在採用輔助熱源對牆體表面加熱完成之後，關閉並移開輔助熱源，採用紅外熱像儀拍攝牆面，根據拍攝的熱譜圖進行熱工缺陷診斷。本發明的主要特點是提供一種在室內外溫差比較小的條件下，檢測圍護結構熱工缺陷的方法。所發明的方法，利用人工模擬光源作為輔助光源，實現提高牆體內表面溫度，使用紅外熱像儀檢測牆體內表面的溫度場分布，根據紅外熱譜圖上的溫度差異來識別圍護結構的熱工缺陷。取熱譜圖上溫度沒有異常部位的平均溫度與熱譜圖上的溫度異常部位的溫度之差大於某一限值的溫度等溫線所包圍的區域為缺陷區域，缺陷區域的大小，直接反應了缺陷的嚴重程度。本發明的方法不受檢測時間、不受室外環境限制。具體實施方式三本實施方式提供一種輔助光源的結構，參見圖1和圖2。本實施方式所述的輔助光源採用組裝式結構，它由可移動底座4、支架1、光源2、反射罩3組成，所述可移動底座4底部設置有車輪5，支架1固定在可移動底座4的上表面上，所述支架1為平面式網狀結構，多個光源2成矩陣式均勻分布固定在支架1的一側，在每個光源2和支架1之間固定有反光罩3。本實施方式所述的輔助光源，可以根據待檢測的牆體的面積，調整支架1的面積，並調整光源的分布情況。在實際應用中，將本實施方式所述的輔助光源移動至待測牆體前，並使支架1與待測牆體表面平行，多個光源2形成的照射區覆蓋待測牆體表面。為了保證本實施方式所述的輔助光源的結構穩固，所述支架1可採用剛性材料的立柱和橫梁交叉固定組成網格結構，然後將光源2固定在所述立柱和橫梁相交叉的位置上。所述立柱和橫梁可採用不鏽鋼管或電鍍鋼管。本實施方式的輔助光源的支架1可以根據被檢牆面的大小現場組裝而成。本實施方式的輔助光源中的光源2可採用氙燈或者碘鎢燈。本實施方式所述的輔助光源還可以包括光源強度調節裝置，所述光源強度調節裝置固定在可移動底座4上，所述光源強度調節裝置用於調整每一個光源2的照度，使多個光源2所形成的區域中的照射強度分布不均勻性在士5%以內。本實施方式所述的輔助光源的底座帶有車輪，為可移動結構，可以隨時調整位置。權利要求一種小溫差條件下藉助輔助熱源識別熱工缺陷的方法，其特徵在於它的具體過程為採用輔助熱源照射建築物牆體的內表面，給所述牆體內表面加熱；當所述牆體內表面溫度比外側溫度高出x度後，停止照射；所述x的取值範圍是[3,10]；採用紅外熱像儀檢測所述牆體的內表面的溫度場分布，獲得表示所述牆體的內表面的溫度場分布的紅外熱譜圖；分析所述紅外熱譜圖所表現出來的溫度差異，進而獲得建築物的熱工缺陷。2.根據權利要求1所述的小溫差條件下藉助輔助熱源識別熱工缺陷的方法，其特徵在於所述χ的取值範圍是[6，10]。3.根據權利要求1所述的小溫差條件下藉助輔助熱源識別熱工缺陷的方法，其特徵在於，在給所述牆體內表面加熱的同時，採用紅外熱像儀監測內表面溫度；進而獲得所述牆體內表面的溫度變化。4.根據權利要求1所述的小溫差條件下藉助輔助熱源識別熱工缺陷的方法，其特徵在於所述輔助熱源採用能夠模擬太陽光輻射的人工光源實現。5.根據權利要求1所述的小溫差條件下藉助輔助熱源識別熱工缺陷的方法，其特徵在於所述輔助熱源採用氙燈或碘鎢燈實現。6.一種小溫差條件下藉助輔助熱源識別熱工缺陷的方法，其特徵在於它的具體過程為採用輔助熱源照射建築物牆體的內表面，給所述牆體內表面加熱；所述輔助熱源的照射方向為被照射牆體內表面的法線方向，即垂直入射，並保證照射角度穩定、光源的照射面均勻分布，照射強度分布不均勻性在士5%以內；並且所述輔助熱源照射到牆體表面的熱流密度為[760W/m2，800ff/m2]，持續照射30分鐘到50分鐘之後，停止照射；採用紅外熱像儀檢測所述牆體的內表面的溫度場分布，獲得表示所述牆體的內表面的溫度場分布的紅外熱譜圖；分析所述紅外熱譜圖所表現出來的溫度差異，進而獲得建築物的熱工缺陷。7.根據權利要求6所述的小溫差條件下藉助輔助熱源識別熱工缺陷的方法，其特徵在於所述輔助熱源採用能夠模擬太陽光輻射的人工光源實現。8.根據權利要求6所述的小溫差條件下藉助輔助熱源識別熱工缺陷的方法，其特徵在於所述輔助熱源採用氙燈或碘鎢燈實現。全文摘要小溫差條件下藉助輔助熱源識別熱工缺陷的方法，涉及一種熱工缺陷的識別方法。本發明解決了目前紅外檢測僅僅能用於室內外溫差大於10℃的地區的建築熱工缺陷的檢測問題，還解決了現有熱工缺陷檢測受太陽輻射及室外條件的影響問題。本發明首先採用輔助熱源照射建築物牆體的內表面，給所述牆體內表面加熱，使所述牆體內側溫度升高後停止照射；然後採用紅外熱像儀檢測所述牆體的內表面的溫度場分布，獲得表示所述牆體的內表面的溫度場分布的紅外熱譜圖；最後分析所述紅外熱譜圖所表現出來的溫度差異，進而獲得建築物的熱工缺陷。本發明還適用於建築內牆、保溫地面的熱工缺陷檢測；也可用於非採暖季地板輻射供暖系統、非供冷季輻射供冷系統的管線定位。文檔編號G01N25/72GK101806762SQ20101018730公開日2010年8月18日申請日期2010年5月31日優先權日2010年5月31日發明者張蕊,方修睦,賈永宏,陳新虎申請人:哈爾濱工業大學;江蘇省英泰柯建築節能科技股份有限公司