红外成像仪检测技术在建筑节能中的应用

       红外热成像检测技术应用于建筑领域检测不是一种很新的技术。自二十世纪70年代，欧美一些发达国家先后开始了红外热像仪在建筑领域诊断预维护的探索，红外热像技术在建筑领域中的应用日臻完善，给建筑领域检测和评估技术前进和发展带来了较大的帮助。
在过去的几十年的发展中，红外热成像技术已经在以下几个方面得到了成熟的应用（如图1所示）：墙面缺陷的检测；粘贴饰面的检测；渗漏和受潮的检测；热桥等热工缺陷检测；室内管道和电气设施的检测。由于环境保护和节能的迫切需要，国内外特别是加拿大、美国、日本等国家对红外热成像在节能的应用研究，取得了丰富的经验和成果。本文将着重对近年来红外热像技术应用于建筑节能研究做一下总结。

1、    能量的消耗

能量的消耗主要分成三部分：工业，运输和住宅。根据统计，有30-50%的能量消耗集中在第三部分。其中又有一半的能量是为了更舒服的生活而消耗。当考虑节能时，这一点是不能忽略的。提高能效，提倡节能建筑又是一个紧迫的任务。
   对于新建筑和工程，比较容易处理：即建立并执行严格的节能标准和法规。而对于现有建筑，能效相对较低，而每年只有1-2%的旧楼能得到翻新，因此，改善现有建筑降低其能耗势在必行。对于旧建筑，很难评估其质量、当前状况和结构合理性。如果无法看见问题所在，很难对缺陷进行修补和改善。这是一个主要的问题。

2、 红外检测和测试
    建筑中隔热层和气密性缺陷可能造成麻烦，诸如室内空气不良、空气泄漏和受潮，都会造成居住不舒适以及能源浪费。最好的解决办法是首先发现问题，确定产生问题的原因，然后给予相应的处理办法。最主要的困难是找到合适的方法和设备来进行诊断出问题所在。通过常规的视觉检测和评估通常效率不高，只能检测一些明显的缺陷和表面缺陷，对某些是可行的，例如隐藏的大面积缺陷，对用户造成的影响存在一定的因果关系。然而，通常大部分缺陷的因果关系并非总是如此，只有在造成严重的破坏之后才能知道。到时唯一的补救办法只能是发费高昂的重建。
    红外热成像法是一种预维护技术，最为经济，对建筑本身损坏最少的一种诊断办法。热工性缺陷如隔热材料缺失、热桥、漏气和受潮等都会造成墙面的温度变化。通过表面温度热图像来表征出次表面的异常。然而，对这些图像的分析以及对结果给出正确的处理办法，这需要有严格受训的红外成像仪操作人员，对建筑学必须有很好的了解。

3、 热传导损失
    在建筑围护结构设计有隔热层，主要的目的是以最经济的方式达到所期望的室内环境。经验表明，缺少隔热材料、隔热材料安装不正确、气密层和气密性不良都会降低轮廓的整体热性能，从而大幅提升能耗。对于新楼或旧楼，满足新的节能标准非常重要，隔热和气密层以及结构中其它任何缺陷都必须诊断并得到修补。
    建筑和隔热标准在过去几十年中不断改进。许多国家根据新的“环境能源效率指导方针”拥有或正在制订相应的节能标准。

4、 典型的隔热缺陷有：
- 隔热材料没有填充整个设计的空间（缝隙、孔洞、隔热层薄、隔热材料沉降、安装后材料收缩、在错误的位置进行刚性绝缘等）
- 隔热材料安装不当
- HVAC 通过隔热层进行安装
- 有渗透性的隔热材料不足以阻挡气流的运动
- 隔热材料受潮
 
    在墙体空穴中安装隔热材料要求很严，必须填充在空穴中并紧实贴在墙壁上。如果没有这样安装，隔热效果大打折扣，很有可能成为空气对流的一个通道，进一步降低隔热效果。
    建筑围护结构中的一些部位，在室内外温差的作用下，形成热流相对密集、内表面温度较低的区域。这些部位成为传热较多的桥梁，故称为热桥（thermal bridges），有时又可称为冷桥(cold bridges)。由于热桥附加能耗占整体建筑能耗的比例不断上升,根据调查和计算,在非节能型建筑中,各种热桥的附加能耗占建筑能耗的3%～5%,而在新型节能建筑中,一般占节能建筑的20%左右。砌在砖墙或加气混凝土墙内的金属，混凝土或钢筋混凝土的梁、柱、板和肋，预制保温中的肋条，夹心保温墙中为拉结内外两片墙体设置的金属联结件，外保温墙体中为固定保温板加设的金属锚固件，内保温层中设置的龙骨，挑出的阳台板与主体结构的连接部位，保温门窗中的门窗框特别是金属门窗框等等。整个楼房存在大量的热桥，找出了热桥存在的位置，可以通过设置断热条来解决。

5、 对流热损失
    密封连接不良会造成泄漏，气密内衬层安装不当或损坏往往会出现规律性缺陷。空气很容易的通过刚性隔热体之间的部分。这些缺陷会引起不好的温度分布，会引起房间里空气产生运动（气流），从而引起局部温度降低而增加能耗和尘土的沉降。泄漏路径比较复杂，没有红外成像仪很难发现。
    空气外泄只能在外面进行检测，具有相反的红外热图特征，不具有规律性特征。外泄的分析更为复杂，因为往往气体必需经过多层材料。如果在检测组合结构时（例如带有饰面的砖墙面），即使有很严重的空气泄漏也很难在热图上表现出明显的温度场差异。必要时配合渗透性能测试可更准确检测出漏气的位置。
由于在螺栓、电线等旁边没有正确的安装隔热材料形成空隙而造成垂直气流，也将对隔热性能产生明显的影响。

6、 受潮
    受潮恐怕是影响建筑物整体性最为严重的因素之一。是气态时，是空气和建筑材料中必要且有用的组成部分。然而一旦成为液态或者固态，将产生不少麻烦。受潮的原因可能根源于渗漏、冷凝或建筑材料释放的湿气。
    受潮（来源于渗漏或冷凝）会产生许多问题，水可能渗入一个小的裂缝，然后滞留在不渗透水的建筑材料中。砖和混凝土中未粘合好
的区域往往造成砖墙体中积水和气体泄漏。使用不合格的混凝土造成也会造成雨水的渗入。由于建筑结构运动引起的砌墙体裂缝，也会造成开口而引起雨水渗入，这通过红外可以快速清楚的显示。
    办公大楼或者住宅常常会因为外部雨水渗入而造成问题。通过常规办法去寻找渗漏源和渗漏路径往往不能成功。渗水破坏是持续的，造成建筑材料、设备和装饰家具的过早损坏，并引起室内空气污染。渗入点难以确定，因为水往往不按照预想的路径渗入。肉眼看不到任何渗水痕迹，借助于红外热像仪，可以清楚的发现渗水并找到渗漏源。

7、 总结
    红外热成像检测技术是一种已经成功使用30多年的建筑节能和建筑缺陷检有效检测手段。对于大小建筑的所有方面的预维护红外检测是一种最为有效的降低能耗和维护费用的方式。随着科学技术的发展，随着我们对红外热像技术的进一步认识和科研思路及理念的转变，红外热像技术将日趋成熟，将其应用于建筑领域的研究将会有更广阔的前景。