保溫隔熱墻體熱工缺陷紅外熱像檢測技術取得初步成果 (2004-11-01)
發布時間:2007-12-04
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目前,我國建筑節能工作正有計劃地由北向南推進,隨著技術政策和節能標準的完善,墻體保溫隔熱技術得到了迅速發展,一些相對完善的墻體保溫隔熱技術體系已經形成。然而這些技術體系在實際工程中的應用效果如何,則要通過相應的檢測方法和技術才能得出準確的評價。建筑結構的形狀和構造復雜多樣,保溫隔熱墻體中不可避免地會出現各種熱橋,加上某些節點的設計和施工的疏忽,都會造成建筑保溫墻體的熱工缺陷,從而降低建筑的節能標準。這些墻體熱工缺陷大多數是隱蔽的,僅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重程度,從而影響對建筑熱工性能與節能狀況的評價。
為此,2003年5月經建設部批準,“保溫隔熱墻體熱工缺陷紅外熱像檢測技術研究”課題正式立項。經過一年多的專心鉆研攻關,目前課題進展情況如何?是否能夠如期在全國推廣,從而推動建筑節能檢測技術及建筑節能工作開展呢?日前,記者采訪了這一科技攻關項目課題組的有關專家。
研究領域尚屬空白2001年頒布的國家行業標準《采暖居住建筑節能檢驗標準》(JGJ132??2001,J85?2001)中提出用紅外攝像法進行建筑熱工缺陷的定性判斷。由于適用于建筑現場測試的便攜式紅外熱像儀的價格高等因素,我國建筑領域的紅外熱像檢測技術研究仍停滯于起步階段,定量化研究更是空白。
專家介紹說,現在國內建筑節能現場測量中最關鍵的一項指標是建筑墻體的傳熱系數?,F場測量的內容包括熱流密度、室內、外氣溫、保溫隔熱建筑墻體的內、外表面溫度以及熱流計的兩表面溫度。所用的儀表主要是熱流計和熱電偶。
熱流計的測點一般選在有代表性的部位。如結構復雜,需按不同部位求加權平均值,應在不同部位設置測點。但由于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,須將外墻劃分成若干個熱狀況相近的區域,分別測量每個區域中央部位的外墻熱流值和該區域內的表面特征溫度,求出該區域的外墻熱流值后再加權平均,求出整個外墻的耗熱量。熱箱法近年來在一些建筑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制造一個一維傳熱環境,被測部位的內側用熱箱測試,熱箱和室內模擬采暖條件,另一側為室外(自然條件)。通過測量熱箱的發熱量得到被測部位的傳熱量,計算得到該被測部位的傳熱系數。
這兩種方法都能夠定量測量墻體的傳熱系數,由于受測試儀器性能、數量、測試周期等因素的影響,測試人員難以迅速和全面地判斷建筑小區內所有建筑墻體或屋面的熱工缺陷。建筑熱工現場測量急需具有測溫速度快、靈敏度高、形象直觀等優點的測試方法對現有的測試方法進行補充,取長補短,以提高現場測試水平。
加緊攻關尋求突破
上世紀九十年代中期以后至今,在材料的缺陷檢測與評價方面,我國北方交通大學、東南大學、華南理工大學、西安交通大學、清華大學、哈爾濱工業大學等單位的研究人員,對此進行了大量深入的研究工作,取得了一些很有價值的研究成果。但是這些材料幾乎都是應用于電力、石化、航空等領域的材料,而很少涉及建筑材料。
紅外熱像儀是集先進的光電子技術、紅外探測器技術和紅外圖像處理技術于一身的高科技產品,具有測溫速度快、靈敏度高、測溫范圍廣、形象直觀、非接觸等優點,是目前熱工故障診斷和檢測領域較為先進有效的手段之一。天津大學1996年初步探討了紅外建筑節能診斷技術問題,主要是針對當時我國自制光機掃描型紅外熱像儀,測溫范圍窄,配套輔助部分(如三角架、蓄電池、液氮罐等)體積龐大,以及熱像儀無環境溫度調節功能等情況提出自己的思考;同時提出檢測墻體熱工缺陷的思路:在穩定傳熱情況下,測出室內外環境溫度、氣流速度,利用表面熱交換系數計算出熱流密度;通過紅外熱像儀確定墻體的內外表面溫度分布和平均溫度差,計算出墻體的熱阻或傳熱系數值。這一思路極具參考價值。
發達國家在建筑節能領域注重建筑節能設計規范、標準的制定以適應社會的發展需要;注重建筑節能設計的嚴格審查和建筑施工過程中建筑質量的保證。他們普遍采用能耗軟件模擬進行節能建筑的驗收評估(性能性指標評估);在檢測方面,一般都是對建筑構件或材料進行熱工性能的測試,而對建成后的整體建筑除個別研究需要外,一般不做現場檢測。所以專家指出,紅外熱像技術在建筑熱工缺陷檢測方面的研究和應用歷史短暫,研究中定性的多定量的少。對于適合我國建筑節能需要的建筑墻體熱工缺陷的紅外檢測技術研究尚屬空白。
課題研究初結成果
專家講解說,項目研究一方面以光電技術為依托,判別保溫隔熱墻體的熱工缺陷,并對其嚴重程度進行定量化研究,對傳統建筑節能檢測方法進行提升、補充、集成。在應用中與傳統現場節能檢測方法結合,紅外線初步檢測墻體溫度場分布情況和熱工缺陷部位和面積,然后科學選擇被測點檢測其傳熱系數,最終依據熱工缺陷情況和傳熱系數實測值共同評價工程的節能效果,從而提高檢測效率和準確性。該技術不僅對新建建筑的熱工缺陷進行準確診斷,還可對舊有建筑的節能改造提供科學依據。項目研究成果將能推廣應用于全國,促進我國建筑節能檢測技術及建筑節能工作的順利進行,具有極其廣闊的應用前景。
由于項目研究的內容涉及紅外技術、建筑物理、建筑設計、建筑構造和材料、建筑節能技術,建筑檢測技術等,內容廣泛、難度很大。為此,該項目由建設部科技發展促進中心牽頭負責項目立項組織和協調;西安建筑科技大學、華中科技大學等單位的項目主要參加人員,負責整個科研工作的實施;北京振利高新技術公司承擔項目的研究經費;北京市節能墻改辦、天津市建委科技處、新疆建設廳科技處、山東省建設廳科技處等地方建筑節能管理部門,主動協助項目的現場測試,從而保證了項目的研究進度和水平。
該項目正式立項后,課題組主要參加單位積極收集資料,至今已進行了多方面的科研基礎工作,進行了大量實驗室及現場紅外熱像測試,基本按計劃完成了現階段研究。2002年12月至2004年1月他們主要對北京、天津、西安、濟南及烏魯木齊等城市的大量住宅進行了紅外熱像測試,基本掌握了我國北方現有節能住宅外保溫和內保溫熱工缺陷的主要模式。同時進行了紅外熱像法與熱流計法測試墻體傳熱系數的實驗室對比試驗,進行了典型采暖節能工程的建筑墻體傳熱系數現場測試及建筑女兒墻裂縫工程紅外熱像法測試。
此外,課題組已經基本掌握了適用于建筑節能檢測領域的紅外熱像儀性能要求和墻體紅外熱像檢測的環境條件,并多次在建筑節能會議上進行學術交流、發表相關研究論文。這些都值得我們期待,也許不久的將來,我們評價一個工程的節能效果,判斷其是否符合節能要求,將不再受到檢測周期長、被測部位隨機性大的限制,輕松操作,就能迅速和全面地判斷整個建筑小區內所有建筑墻體或屋面的熱工缺陷情況,從而做出準確論斷,指導建筑節能工作的開展。為此,讓我們共同等待。