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(fā)布時間:2007-12-04
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目前,我國建筑節(jié)能工作正有計劃地由北向南推進,隨著技術政策和節(jié)能標準的完善,墻體保溫隔熱技術得到了迅速發(fā)展,一些相對完善的墻體保溫隔熱技術體系已經(jīng)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(xiàn)各種熱橋,加上某些節(jié)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(jié)能標準。這些墻體熱工缺陷大多數(shù)是隱蔽的,僅憑工程資料和現(xiàn)有現(xiàn)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(jié)能狀況的評價。
為此,2003年5月經(jīng)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(jīng)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(jié)能檢測技術及建筑節(jié)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(yè)標準《采暖居住建筑節(jié)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(xiàn)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(xiàn)在國內建筑節(jié)能現(xiàn)場測量中最關鍵的一項指標是建筑墻體的傳熱系數(shù)?,F(xiàn)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(huán)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(qū)域,分別測量每個區(qū)域中央部位的外墻熱流值和該區(qū)域內的表面特征溫度,求出該區(qū)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(xiàn)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(huán)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(fā)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(shù)。
這兩種方法都能夠定量測量墻體的傳熱系數(shù),由于受測試儀器性能、數(shù)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(qū)內所有建筑墻體或屋面的熱工缺陷。建筑熱工現(xiàn)場測量急需具有測溫速度快、靈敏度高、形象直觀等優(yōu)點的測試方法對現(xiàn)有的測試方法進行補充,取長補短,以提高現(xiàn)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(yè)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(chǎn)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(yōu)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(jié)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(huán)境溫度調節(jié)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(wěn)定傳熱情況下,測出室內外環(huán)境溫度、氣流速度,利用表面熱交換系數(shù)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(shù)值。這一思路極具參考價值。
發(fā)達國家在建筑節(jié)能領域注重建筑節(jié)能設計規(guī)范、標準的制定以適應社會的發(fā)展需要;注重建筑節(jié)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(jié)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(xiàn)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(jié)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(tǒng)建筑節(jié)能檢測方法進行提升、補充、集成。在應用中與傳統(tǒng)現(xiàn)場節(jié)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(shù),最終依據(jù)熱工缺陷情況和傳熱系數(shù)實測值共同評價工程的節(jié)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(jié)能改造提供科學依據(jù)。項目研究成果將能推廣應用于全國,促進我國建筑節(jié)能檢測技術及建筑節(jié)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(jié)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(fā)展促進中心牽頭負責項目立項組織和協(xié)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(jīng)費;北京市節(jié)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(jié)能管理部門,主動協(xié)助項目的現(xiàn)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(xiàn)場紅外熱像測試,基本按計劃完成了現(xiàn)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(xiàn)有節(jié)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(shù)的實驗室對比試驗,進行了典型采暖節(jié)能工程的建筑墻體傳熱系數(shù)現(xiàn)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(jīng)基本掌握了適用于建筑節(jié)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(huán)境條件,并多次在建筑節(jié)能會議上進行學術交流、發(fā)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(jié)能效果,判斷其是否符合節(jié)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(qū)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(jié)能工作的開展。為此,讓我們共同等待。