红外热成像技术在建筑节能检测中的应用

建筑中隔热层和气密性缺陷会造成室内空气不良、空气泄漏和受潮等，导致居住不舒适以及能源浪费。而解决这些问题最主要的困难是难以找到合适的方法和设备来诊断出问题所在。常规的视觉检测和评估通常效率不高，只能检测出一些明显的缺陷、表面缺陷，或隐藏的大面积缺陷。然而通常大部分缺陷并不明显，而且往往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花费高昂的重建费用。

红外热像仪作为一种预维护诊断技术，是一种极为经济而且对建筑物本身没有损坏的诊断办法。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，通过红外热图像测得的表面温度可以表征出次表面的异常。以下将通过一些图片资料来阐述红外热成像技术在热传导损失、热对流损失、受潮、渗漏、外墙饰面质量检测中的应用。

1、热传导损失检测

在建筑围护结构中设计有隔热层，主要目的是以最合理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隔热性能，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。

图1 红外热图显示出此新建楼房的节能效果很好，在检测中找不出热缺陷

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

图2红外检测清楚的显示楼房能量损失程度

图2中楼龄为8年，红外图像显示在墙体和房顶都有明显的热损失，基础部位也没有隔热处理。对楼顶进行检测发现天花板没有安装隔热材料。

另外，墙体没有足够的隔热层也会造成明显的热损失。室内外温差越大或材料的K值越低，就需要越大的制冷或制热功率。图3中显示在窗户和天花板之间的隔热层存在孔穴。

图3红外成像可以找出天花板和窗口之间隔热材料的缺损

图3中此楼的其它地方也可以找到类似的情况。这可能导致更为严重的问题，如在墙体空穴中形成受潮。合同承包商忽略了在墙体空穴中放置隔热材料，通过红外热像仪检测很容易发现。

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。如果没有这样安装很有可能成为空气对流的一个通道，隔热效果将会大打折扣。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（thermalbridges），有时又可称为冷桥(coldbridges)。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，若图6所示，找出了热桥存在的位置，可以通过设置断热条来解决。

图4不当的隔热材料安装的影响

图4中红外图像显示了不当的隔热材料安装的影响隔热材料没有紧贴在墙体上。这降低了隔热效率从而造成热损失。

图5建筑围护结构中热桥红外图像

2、对流热损失检测

密封连接不良就会造成泄漏，气密内衬层安装不当或损坏往往会出现规律性缺陷。空气很容易通过刚性隔热体之间的部分。这些缺陷会引起不均匀的度分布，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。这种泄漏路径比较复杂，不利用红外成像仪就很难发现。虽然气密性测试可以找出房间总体的漏气量，可以为气密性准确定量，但不能很好的找出气漏位置，除了窗边，门缝之外，很多时候气漏的位置在墙壁某处，一般不易被肉眼察觉。要找出气漏位置，传统方法是放烟，然后为房间增压，观察烟的走向来锁定气漏位置。这方法的缺点是如果房间有多个气漏位置，烟的走向很难将所有位置显示出来，如果位置包括地板，比空气轻的烟更难走向该位置，而且检测过后不能存盘记录，比较不方便。

在气密性测试中，红外热像技术可以帮助定性，找出渗漏位置。原理是当室内气压和外面有偏差时，会差生空气流动，空气会经过房间的洞流出流入，那地方的温度由于有空气流动，会跟其它地方不同。譬如室内是充满冷气，增压时冷气被排到外面，那些洞由于有冷气不断流出，温度便会比较低，利用红外热像便可寻找具体气漏地方，如图6所示。

图6墙体上盖板连接处的冷空气渗透

图6中红外图像清晰的显示墙体上盖板连接处的冷空气渗透。整个房子密封性很差，造成较大的能量损失

图7 建筑围护结构连接处密封不良，造成严重的空气外泄的红外图谱

空气外泄只能在外面进行检测，具有相反的红外热像图特征。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，如图8所示。

图8由于电线旁不正确的放置隔热材料以及聚乙烯气凝剥裂而造成隔热和气密性缺陷

3、受潮检测

受潮恐怕是影响建筑物整体性最为严重的因素之一。水是气态时，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。

受潮会产生许多问题，水可能渗入一个小的裂缝，然后滞留在不透水的建筑材料中。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，如图9所示。

图9建筑受潮的红外图像

4、渗漏检测

建（构）筑物墙面、屋面及各种管道在使用过程中因各种因素导致的开裂、断裂而造成渗漏等缺陷均可用红外热像仪进行检测，而且方便、快速、可大面积检测，而有时人工目测却找不出问题所在。如果建筑物表面深层相对于周围的材料表现出热或凉，则其表面的温度也相应地表现出热或凉，借助红外热像仪可探测出这一深层热或凉的位置。如地下管道隔热层断裂，那么，在表面将会产生热点，用热像仪可直接测得；管道热水泄漏浸透周围区域，使区域导热性增加，从而使周围温度比无泄漏干燥区温度高，据此可探测泄漏部位，可以避免不必要的开挖过程，节省费用。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。而渗入点难以确定，因为水经常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。如图10所示。

图10建筑渗漏的红外图像

5、外墙饰面质量检测

墙体结构有很大的热容量，如混凝土或砖砌体结构的主体，在正常情况下，外表面的温度比结构材料的温度高时，热量会由外墙饰面传递给结构墙体材料。当外墙饰面板（砖）的温度比结构材料的温度低时，则热量会反向传递。当外墙饰面板（砖）产生空鼓时，在其空鼓的位置就会形成很薄的空气层，由于空气层具有很好的隔热性能，因此，有空鼓的外墙板（砖）在日照或外气温发生变化时，空鼓部位的温度就会比正常墙体的温度变化大。一般说来，日照时外墙板（砖）表面温度会升高，空鼓部位温度比正常部位的温度要高；当外表面日照减少或气温降低时，与上述情况正好相反。因此，若外墙存在脱落、空鼓等粘结缺陷部位，在红外热像图上将表现为“热斑”或“冷斑”，其检测结果直观、可靠，分析外墙的红外热像特征图谱，并对其进行理论计算，即可确定外墙的粘结质量。

图11 建筑物外墙检测