紅(hóng)外熱(rè)成像(xiàng)基(jī)本原(yuán)理
任(rèn)何物體都會釋放出(chū)紅外綫，紅外熱(rè)像(xiàng)儀是利用紅(hóng)外探測器和(hé)光學(xué)成像(xiàng)物鏡接(jiē)受被測(cè)目(mù)標的紅外輻(fú)射能量分布(bù)圖形反(fǎn)映到紅外探(tàn)測(cè)器的光(guāng)敏(mǐn)組件上(shàng)，從而獲(huò)得紅外(wài)熱像圖，這(zhè)種熱像(xiàng)圖與物體表(biǎo)麵的(dí)熱(rè)分(fēn)布(bù)場(cháng)相對(duì)應(yīng)。熱流在(zài)物體(tǐ)內部擴散和傳(chuán)遞(dì)的路徑中(zhōng)，將會由(yóu)於材(cái)料(liào)或(huò)傳導(dǎo)的(dí)熱(rè)物理性質(zhì)不(bù)同，或受(shòu)阻堆積(jī)，或通(tōng)暢(chàng)無阻傳遞，zui終(zhōng)會在物(wù)體(tǐ)表麵(miàn)形成相應(yīng)的“熱區”和“冷區(qū)”,這(zhè)種由(yóu)裏(lǐ)及表出(chū)現(xiàn)的溫差(chà)現象(xiàng)，就是(shì)紅外檢測的基(jī)本原(yuán)理(lǐ)。
應用(yòng)簡(jiǎn)介(jiè)
紅(hóng)外(wài)熱(rè)成(chéng)像(xiàng)檢測(cè)技(jì)術(shù)應用於建(jiàn)築領(lǐng)域(yù)檢測(cè)不(bù)是一(yī)種很新的(dí)技術(shù)。自(zì)二(èr)十世紀70年代(dài)，歐(ōu)美(měi)一些(xiē)發達(dá)國(guó)家先後開(kāi)始了紅外熱像儀在(zài)建築(zhù)領(lǐng)域診(zhěn)斷預維護的(dí)探(tàn)索，紅外熱像技術在建築(zhù)領(lǐng)域中的應(yīng)用日臻*，給(gěi)建築領域(yù)檢測和評(píng)估技(jì)術(shù)前(qián)進和(hé)發展(zhǎn)帶(dài)來(lái)了(liǎo)較(jiào)大的(dí)幫(bāng)助。
在(zài)過(guò)去的幾十(shí)年(nián)的(dí)發(fā)展(zhǎn)中，紅(hóng)外(wài)熱成(chéng)像(xiàng)技(jì)術已(yǐ)經(jīng)在以(yǐ)下幾個(gè)方麵得到了成熟的應用(yòng)（如圖1所示(shì)）：牆麵(miàn)缺陷(xiàn)的檢(jiǎn)測(cè)；粘(nián)貼飾麵的檢測(cè)；滲(shèn)漏(lòu)和受潮的(dí)檢測(cè)；熱(rè)橋(qiáo)等(děng)熱(rè)工缺陷檢(jiǎn)測(cè)；室內(nèi)管(guǎn)道(dào)和(hé)電(diàn)氣(qì)設(shè)施的檢(jiǎn)測。由(yóu)於環(huán)境(jìng)保(bǎo)護和(hé)節能的(dí)迫切(qiē)需(xū)要(yào)，國內外(wài)特別是加(jiā)拿大，美國(guó)，日本(běn)等國家對紅外熱成像(xiàng)在(zài)節(jié)能的應(yīng)用研究，取(qǔ)得(dé)了(liǎo)豐(fēng)富的經(jīng)驗和成果(guǒ)。將著重對近年來紅外熱像技術(shù)應(yīng)用(yòng)於(yú)建築節能(néng)研(yán)究做一下(xià)總結(jié)。
建(jiàn)築(zhù)缺陷(xiàn)的(dí)紅(hóng)外(wài)成(chéng)像儀檢測(cè)圖像(xiàng)
能量的(dí)消耗
能(néng)量的消耗主(zhǔ)要(yào)分成(chéng)三(sān)部分：工(gōng)業，運輸和住宅。根(gēn)據統(tǒng)計(jì)，有(yǒu)30-50%的能量消耗(hào)集(jí)中在第三部(bù)分。其(qí)中(zhōng)又(yòu)有一(yī)半(bàn)的(dí)能量是(shì)為了更(gēng)舒服的生活而(ér)消(xiāo)耗。當(dāng)考慮節能(néng)時(shí)，這一(yī)點是不(bù)能(néng)忽(hū)略的(dí)。提高(gāo)能效(xiào)，提倡節能(néng)建築又是一個緊(jǐn)迫(pò)的(dí)任務。
對於新建築和工程(chéng)，比較(jiào)容易處理(lǐ)：即建(jiàn)立並(bìng)執行(háng)嚴格的節(jié)能(néng)標準(zhǔn)和(hé)法規。而對(duì)於(yú)現有(yǒu)建築(zhù)，能效(xiào)相(xiāng)對(duì)較低，而(ér)每(měi)年(nián)隻有1-2%的(dí)舊(jiù)樓能得到(dào)翻新(xīn)，因此，改(gǎi)善(shàn)現有建築降(jiàng)低其能耗勢在必行(háng)。對(duì)於(yú)舊(jiù)建築(zhù)，很難評(píng)估(gū)其質量，當前(qián)狀況和結構合理(lǐ)性。如(rú)果(guǒ)無(wú)法(fǎ)看見問(wèn)題(tí)所(suǒ)在(zài)，很難對(duì)缺(quē)陷(xiàn)進(jìn)行修補(bǔ)和(hé)改(gǎi)善(shàn)。這是一(yī)個(gè)主要的問題。
紅(hóng)外(wài)檢測和測試(shì)
建(jiàn)築(zhù)中隔熱層和氣(qì)密性缺(quē)陷可能造(zào)成麻(má)煩，諸(zhū)如室內(nèi)空氣(qì)不良，空(kōng)氣(qì)泄漏和受潮，都會(huì)造成居(jū)住不舒(shū)適以及(jí)能源浪費。的解決辦法(fǎ)是(shì)首先發(fā)現問(wèn)題(tí)，確定(dìng)產生問題的(dí)原因，然(rán)後給予相應(yīng)的處理(lǐ)辦法(fǎ)。zui主要(yào)的困難(nán)是找(zhǎo)到(dào)合(hé)適的方(fāng)法(fǎ)和設備來進行診(zhěn)斷出問(wèn)題所(suǒ)在。通過常規(guī)的(dí)視覺檢測(cè)和評(píng)估通常(cháng)效(xiào)率不高，隻能檢(jiǎn)測(cè)一(yī)些(xiē)明(míng)顯(xiǎn)的(dí)缺陷(xiàn)和表麵(miàn)缺(quē)陷(xiàn)，對某些是(shì)可行的，例如(rú)隱(yǐn)藏的大(dà)麵積缺(quē)陷(xiàn)，對用戶造(zào)成(chéng)的影(yǐng)響存在(zài)一定(dìng)的因果關(guān)係(xì)。然而(ér)，通(tōng)常大部(bù)分缺(quē)陷(xiàn)的(dí)因(yīn)果(guǒ)關係並非(fēi)總是(shì)如此(cǐ)，隻有(yǒu)在造(zào)成嚴重(zhòng)的破(pò)壞(huài)之後才(cái)能知道。到時*的(dí)補(bǔ)救辦法(fǎ)隻能是(shì)發(fā)費(fèi)高昂的重(zhòng)建(jiàn)。
紅(hóng)外(wài)熱成像法(fǎ)是一種預維護技術，zui為經(jīng)濟，對建(jiàn)築本(běn)身損(sǔn)壞(huài)zui少的一(yī)種診斷辦法(fǎ)。熱工(gōng)性缺陷如(rú)隔(gé)熱(rè)材(cái)料缺失，熱(rè)橋，漏(lòu)氣(qì)和(hé)受潮(cháo)等都(dū)會造成牆麵的溫度變化(huà)。通過(guò)表麵(miàn)溫度熱(rè)圖(tú)像(xiàng)來表征出(chū)次表麵的異(yì)常。然而(ér)，對(duì)這些(xiē)圖(tú)像的(dí)分(fēn)析以及對結果給(gěi)出正確(què)的處理辦法，這(zhè)需(xū)要(yào)有嚴格受訓的紅外(wài)成像(xiàng)儀操作人員，對(duì)建築學(xué)必須有很好的(dí)了解。
熱傳(chuán)導(dǎo)損失
在(zài)建(jiàn)築圍護結(jié)構(gòu)設計有隔(gé)熱(rè)層，主(zhǔ)要(yào)的(dí)目(mù)的(dí)是(shì)以的方式達(dá)到(dào)所(suǒ)期望的室(shì)內環境(jìng)。經(jīng)驗表(biǎo)明(míng)，缺少隔熱(rè)材料，隔熱(rè)材料安(ān)裝不(bù)正確(què)，氣(qì)密層和氣(qì)密(mì)性不良(liáng)都會(huì)降(jiàng)低(dī)輪廓的整體熱性能(néng)，從而大幅(fú)提升能(néng)耗。對(duì)於(yú)新樓(lóu)或(huò)舊樓，滿足(zú)新的節(jié)能標準非(fēi)常(cháng)重(zhòng)要，隔熱和氣密(mì)層(céng)以(yǐ)及結構中(zhōng)其它任何缺(quē)陷都(dū)必須(xū)診(zhěn)斷並得(dé)到(dào)修(xiū)補(bǔ)。
建(jiàn)築(zhù)和(hé)隔熱標準在過去幾十(shí)年(nián)中不(bù)斷改(gǎi)進。許多國(guó)家根據新(xīn)的“環境能(néng)源(yuán)效(xiào)率(shuài)指(zhǐ)導方針”擁有或正在製訂相應的節(jié)能(néng)標準。
典型的隔(gé)熱(rè)缺(quē)陷(xiàn)有：
隔熱(rè)材料沒有(yǒu)填充(chōng)整(zhěng)個(gè)設(shè)計的空間（縫(féng)隙(xì)，孔洞，隔熱(rè)層薄，隔熱材(cái)料沉(chén)降，安(ān)裝後材料(liào)收(shōu)縮(suō)，在錯誤的位置(zhì)進(jìn)行剛(gāng)性(xìng)絕緣等）
隔熱(rè)材料(liào)安裝不(bù)當(dāng)
通(tōng)過(guò)隔熱層進行(háng)安(ān)裝(zhuāng)
有滲透(tòu)性的隔熱材(cái)料(liào)不(bù)足以阻擋(dǎng)氣流的(dí)運(yùn)動(dòng)
隔(gé)熱(rè)材料(liào)受潮(cháo)
紅(hóng)外檢測清楚的顯(xiǎn)示(shì)樓(lóu)房能量損(sǔn)失程度。樓齡(líng)為(wéi)8年(nián)，紅外(wài)圖(tú)像顯(xiǎn)示在牆體和(hé)房頂都有(yǒu)明顯的(dí)熱(rè)損失，基(jī)礎(chǔ)處也(yě)沒有(yǒu)隔熱處理。對(duì)樓頂(dǐng)進行(háng)檢(jiǎn)測發現天花板沒(méi)有(yǒu)安(ān)裝(zhuāng)隔(gé)熱材(cái)料(liào)。房屋主(zhǔ)人知道了(liǎo)熱(rè)損失(shī)程度，也確切理(lǐ)解(jiě)了該采(cǎi)取(qǔ)措施進行(háng)改進。修(xiū)補(bǔ)後可(kě)再用紅外(wài)檢測評估隔熱安裝(zhuāng)的(dí)效果和(hé)質量。
牆(qiáng)體(tǐ)沒有(yǒu)足夠(gòu)的(dí)隔熱層也會造成明(míng)顯的熱損失。室內外溫(wēn)差越(yuè)大或材(cái)料的(dí)K值越低，就(jiù)需要(yào)越(yuè)大的(dí)製(zhì)冷或致(zhì)熱功率。圖4顯示在窗(chuāng)戶和天花板之間的隔(gé)熱(rè)層(céng)存(cún)在孔(kǒng)穴。
紅(hóng)外成(chéng)像可以(yǐ)找出(chū)天(tiān)花(huā)板和(hé)窗口之間隔熱(rè)材料的(dí)缺(quē)損(sǔn)。在(zài)此樓(lóu)的其它地方也(yě)可(kě)以找到類(lèi)似的(dí)情(qíng)況。這可(kě)能導致(zhì)更為嚴重(zhòng)的問題(tí)，如在(zài)牆(qiáng)體空穴中(zhōng)形成(chéng)受(shòu)潮。合同(tóng)承(chéng)包(bāo)商忽略(lüè)了在牆體空(kōng)穴(xué)中(zhōng)放(fàng)置(zhì)隔熱材(cái)料(liào)，通過紅外(wài)熱像(xiàng)儀(yí)檢(jiǎn)測很容(róng)易(yì)發(fā)現(xiàn)。
在(zài)牆體空穴中安(ān)裝隔熱材(cái)料要(yào)求很(hěn)嚴，必(bì)須填充在空穴中(zhōng)並緊實貼(tiē)在牆壁上(shàng)。如果沒有(yǒu)這樣安(ān)裝，隔(gé)熱(rè)效(xiào)果大打(dǎ)折(zhē)扣(kòu)，很有(yǒu)可能(néng)成(chéng)為空氣(qì)對(duì)流(liú)的(dí)一(yī)個(gè)通道(dào)，進一步降低隔熱效(xiào)果(guǒ)。
建築圍(wéi)護(hù)結(jié)構中的(dí)一些部位，在室內(nèi)外(wài)溫差的(dí)作用下(xià)，形成(chéng)熱流相(xiāng)對(duì)密集，內表麵溫(wēn)度(dù)較(jiào)低的(dí)區(qū)域。這些部(bù)位(wèi)成為傳熱較多的橋(qiáo)梁，故(gù)稱為熱橋（thermal bridges），有時又可稱為(wéi)冷橋（cold bridges）。由於熱(rè)橋(qiáo)附加能耗(hào)占整體建築(zhù)能耗(hào)的(dí)比(bǐ)例不(bù)斷(duàn)上升(shēng)，根據(jù)調(tiáo)查和(hé)計(jì)算，在非節能(néng)型(xíng)建築(zhù)中(zhōng)，各種熱(rè)橋的附加(jiā)能(néng)耗(hào)占建築能耗的(dí)3%~5%,而(ér)在(zài)新型節(jié)能(néng)建築中，一(yī)般(bān)占節能建築的20%左右。砌在磚(zhuān)牆或加(jiā)氣混(hùn)凝土(tǔ)牆(qiáng)內的金屬，混凝(níng)土或鋼(gāng)筋混凝土的(dí)梁，柱，板(bǎn)和肋(lèi)，預製保溫中(zhōng)的肋(lèi)條(tiáo)，夾心保溫牆中(zhōng)為(wéi)拉結內外兩片(piàn)牆(qiáng)體設置的金屬(shǔ)聯(lián)結件，外(wài)保溫(wēn)牆(qiáng)體中為(wéi)固定(dìng)保(bǎo)溫板(bǎn)加設(shè)的金屬錨(máo)固(gù)件，內保(bǎo)溫層(céng)中設(shè)置(zhì)的(dí)龍骨，挑出的(dí)陽台(tái)板(bǎn)與主體結構的連接部(bù)位，保(bǎo)溫門窗中的(dí)門窗(chuāng)框特(tè)別是金屬門窗框等(děng)等(děng)。整(zhěng)個樓房存在(zài)大量(liáng)的熱(rè)橋(qiáo)，若圖(tú)6所示(shì)，找出(chū)了熱橋(qiáo)存(cún)在的位(wèi)置，可以(yǐ)通過設置斷熱條來解決。
紅(hóng)外(wài)圖(tú)像顯示不當(dāng)的(dí)隔(gé)熱材(cái)料安裝的影響(xiǎng)。隔熱(rè)材(cái)料(liào)沒(méi)有緊(jǐn)貼在(zài)牆體上(shàng)。這(zhè)降低隔熱效率從而(ér)造成熱損(sǔn)失(shī)。
建(jiàn)築(zhù)圍護(hù)結(jié)構(gòu)中(zhōng)熱橋紅外圖像
對流熱損(sǔn)失(shī)
密(mì)封連接不良(liáng)會(huì)造成泄(xiè)漏，氣(qì)密(mì)內襯層安裝(zhuāng)不當或損壞(huài)往(wǎng)往會出現規(guī)律性缺陷。空氣很容(róng)易(yì)的(dí)通過剛(gāng)性隔熱(rè)體(tǐ)之間(jiān)的部分。這(zhè)些缺(quē)陷會(huì)引(yǐn)起不好(hǎo)的溫度分布(bù)，會引起(qǐ)房間裏(lǐ)空(kōng)氣產(chǎn)生(shēng)運動(dòng)（氣流），從而引起(qǐ)局部(bù)溫(wēn)度(dù)降低而(ér)增加能耗和塵(chén)土的沉降。泄漏路徑(jìng)比(bǐ)較復雜，沒有紅(hóng)外(wài)成像儀很難(nán)發現(xiàn)。
紅外圖像(xiàng)清晰(xī)的顯(xiǎn)示牆(qiáng)體上蓋(gài)板(bǎn)連接(jiē)處的冷(lěng)空氣滲(shèn)透。整(zhěng)個(gè)房子密(mì)封(fēng)性很差(chà)，造成(chéng)較大的能量(liáng)損失。
建(jiàn)築圍護結(jié)構(gòu)連(lián)接處密(mì)封(fēng)不良(liáng)，造成(chéng)嚴重的(dí)空(kōng)氣(qì)外(wài)泄(xiè)的紅外(wài)圖譜(pǔ)。
空氣外泄(xiè)隻能在(zài)外麵(miàn)進行檢(jiǎn)測，具有相反(fǎn)的(dí)紅外熱(rè)圖(tú)特(tè)征(zhēng)，不(bù)具有規律性特征。外(wài)泄的分(fēn)析更(gēng)為(wéi)復雜(zá)，因為往往氣體(tǐ)必需(xū)經過多(duō)層(céng)材(cái)料。如果在檢(jiǎn)測組(zǔ)合(hé)結(jié)構(gòu)時(shí)（例如(rú)帶(dài)有飾麵(miàn)的(dí)磚牆麵），即(jí)使有(yǒu)很(hěn)嚴重的空氣泄(xiè)漏(lòu)也(yě)很難(nán)在(zài)熱圖(tú)上(shàng)表(biǎo)現出明顯的溫(wēn)度場(cháng)差(chà)異(yì)。必(bì)要時配(pèi)合滲(shèn)透(tòu)性能測(cè)試可更準(zhǔn)確(què)檢測(cè)出(chū)漏氣的位置。
由於(yú)在(zài)螺栓(shuān)，電(diàn)綫等旁邊沒有(yǒu)正確的安裝隔(gé)熱(rè)材料(liào)形成空(kōng)隙而造成垂直(zhí)氣流(liú)，也將(jiāng)對(duì)隔熱(rè)性(xìng)能產(chǎn)生(shēng)明(míng)顯的影響(xiǎng).由於在(zài)電(diàn)綫(xiàn)旁(páng)不正(zhèng)確的(dí)放置隔(gé)熱材料以(yǐ)及(jí)聚乙(yǐ)烯(xī)氣凝剝裂(liè)而(ér)造成隔(gé)熱和氣密性缺(quē)陷(xiàn)。
受潮
受潮恐(kǒng)怕是(shì)影響(xiǎng)建築(zhù)物(wù)整(zhěng)體性zui為嚴重的因素(sù)之(zhī)一(yī)。是(shì)氣(qì)態時，是空(kōng)氣(qì)和建(jiàn)築(zhù)材料中必要且(qiě)有用的(dí)組(zǔ)成部分(fēn)。然(rán)而(ér)一(yī)旦成為(wéi)液態(tài)或(huò)者固(gù)態(tài)，將產生不少(shǎo)麻(má)煩。受(shòu)潮的原因可能根(gēn)源(yuán)於(yú)滲(shèn)漏，冷(lěng)凝或建築(zhù)材料釋放的濕氣。
受潮(cháo)（來源(yuán)於滲(shèn)漏或冷凝）會產生許(xǔ)多問題(tí)，水(shuǐ)可(kě)能(néng)滲(shèn)入一(yī)個小的裂縫，然後滯(zhì)留在不滲(shèn)透(tòu)水的建(jiàn)築材料(liào)中。磚(zhuān)和(hé)混凝(níng)土(tǔ)中(zhōng)未粘(nián)合好
的區(qū)域往(wǎng)往造成(chéng)磚(zhuān)牆體中積水和(hé)氣體(tǐ)泄(xiè)漏。使用不合格(gé)的混凝(níng)土(tǔ)造成(chéng)也會(huì)造(zào)成雨(yǔ)水的滲(shèn)入(rù)。由於建築結(jié)構(gòu)運動引起的砌牆(qiáng)體(tǐ)裂縫，也會造成開(kāi)口而(ér)引起雨(yǔ)水(shuǐ)滲(shèn)入(rù)，這通過紅外可以快速清楚的顯示.
辦(bàn)公大(dà)樓或者(zhě)住宅常常會(huì)因(yīn)為(wéi)外部雨(yǔ)水(shuǐ)滲(shèn)入(rù)而(ér)造(zào)成問題(tí)。通過常(cháng)規辦法(fǎ)去(qù)尋找滲漏(lòu)源(yuán)和滲(shèn)漏(lòu)路徑往往(wǎng)不(bù)能成功。滲(shèn)水(shuǐ)破(pò)壞是持續的(dí)，造成建築材(cái)料(liào)，設備和裝(zhuāng)飾家具(jù)的(dí)過早(zǎo)損壞(huài)，並(bìng)引(yǐn)起(qǐ)室(shì)內空氣汙(wū)染。滲入點難(nán)以確(què)定，因為水往(wǎng)往(wǎng)不按照預(yù)想的(dí)路徑(jìng)滲(shèn)入(rù)。肉眼看不到(dào)任(rèn)何滲(shèn)水(shuǐ)痕(hén)跡，借助於紅外(wài)熱像儀(yí)，可以(yǐ)清楚的(dí)發(fā)現滲(shèn)水並(bìng)找到(dào)滲(shèn)漏(lòu)源。
總結(jié)
紅(hóng)外熱成像(xiàng)檢(jiǎn)測技術是一(yī)種已經成功使用30多(duō)年的建(jiàn)築節(jié)能和(hé)建築缺陷(xiàn)檢(jiǎn)有(yǒu)效(xiào)檢測(cè)手段(duàn)。對於(yú)大小建築的所有方麵的預(yù)維(wéi)護紅外檢測是一種zui為(wéi)有(yǒu)效的降低能(néng)耗(hào)和(hé)維護費用的方式。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，隨著我(wǒ)們對(duì)紅(hóng)外熱(rè)像技術(shù)的(dí)進一(yī)步認(rèn)識(shí)和科(kē)研思路(lù)及(jí)理念的轉變，紅(hóng)外(wài)熱像(xiàng)技術(shù)將(jiāng)日趨成熟(shú)，將其應用(yòng)於(yú)建築領域的研(yán)究將(jiāng)會有更(gēng)廣闊(kuò)的前(qián)景。
