用紅外熱像儀檢測建筑圍護結構傳熱阻/傳熱系數的方法

文檔序號：5942566閱讀：854來源：國知局

專利名稱：用紅外熱像儀檢測建筑圍護結構傳熱阻/傳熱系數的方法
技術領域：
本發明涉及建筑物圍護結構的檢測方法，尤其是用紅外熱像儀現場定量檢測建筑物圍護結構傳熱阻/傳熱系數現場檢測方法。
背景技術：
隨著建筑節能工作的深入進行，建筑節能現場檢測工作將迎來前所未有的挑戰。從目前國內情況來看，現場檢測建筑圍護結構傳熱阻/傳熱系數大都采用熱流計法、熱箱法。熱流計法是在一維穩態傳熱的前提下，通過檢測熱流計的熱流密度和砌體兩面的溫差，根據公式R二At/q來計算砌體的熱工性能(熱阻、傳熱系數)。但這種方法在實踐中應用的可信性受到質疑，其原因在于
1、熱流計適用于相對均質的材料。而現有建筑砌體材料的多樣性很難滿足這個要求，特別是空心砌塊、空心磚、復合砌塊等砌體材料，空心和加芯的尺寸對于熱流計來說遠夠不上均質，所以，直接用熱流計法來檢測這樣不均質的砌體，誤差就會很大，一般用多貼熱流計、測試數據平均的方法來減小誤差。從實際效果來看，這種檢測方法并不科學，小區域范圍內的幾個數據的差別是比較明顯的。
2、熱流計在砌體表面粘貼時，為了使粘貼平整且沒有氣孔，需用外力擠壓，而且是經常性的。經常性的擠壓很可能破壞熱流計的工況，但熱流計的工況是否正常，一般情況下是很不容易知道的，因為熱流計的標定是不易操作的，所以，數據的可靠性很難保證。3、熱流計法檢測時，需要測量砌體外表面溫度，這在實際操作時是比較困難的，特別是高層建筑，在建筑物外墻表面布置溫度傳感器是很危險也很不容易的。熱箱法也是基于一維穩態傳熱的前提下，通過測量計量箱為維持一定的設定溫度而需要的加熱功率和砌體兩面的溫差，通過公式R- (AAt) /Q來計算砌體的熱工性能(熱阻和傳熱系數)。熱箱法檢測裝置由恒溫箱、計量箱、溫度傳感器、數據采集儀等組成。為了保證計量箱所占面積足夠代表砌體的熱工性能，計量箱就要有一定大的尺寸要求，恒溫箱就更大了，不便于搬運安裝，現場檢測比較困難。另外，熱流計法和熱箱法現場檢測受條件限制比較多，周期長(一般不少于96小時)，操作繁瑣。近年來，隨著紅外熱成像技術的進一步發展，紅外熱成像技術越來越得到廣泛的應用，國內外在建筑節能現場檢測中也開始應用紅外熱成像技術。但目前紅外熱成像技術只是用來檢測建筑物的熱橋、缺陷。紅外熱成像儀可以通過接收物體表面發射的紅外射線，從而得到物體的表面溫度而以陣列的方式顯示出來，形成一個物體表面的熱像圖譜。在有一定傳熱溫差條件下，通過對建筑物表面的拍照，可以得到一些建筑物表面^度分布的熱像圖，通過分析這些熱像圖，就可以知道建筑物圍護結構是否存在缺陷、熱橋等影響建筑物熱工性能的因素。傳熱阻/傳熱系數是建筑圍護結構兩個最主要的指標，如何使用紅外熱像儀定量、準確、快速檢測建筑物圍護結構的熱阻/傳熱系數，是當前建立資源節約型、環境友好型國度的需要。發明內容鑒于目我國正處于建筑業發展的鼎盛時期。建筑耗能引起的能源、環保等方面的巨夫壓力己引起我國政府高度重視，制定了一系列建筑物及建筑設備節能的標準，將其作為市場準入的重要考核指標，實現國家節能減排的戰略目標。基于這個目的，本發明的目的在于提供一種利用紅外熱像儀現場定量檢測建筑圍護結構傳熱阻/傳熱系數的方法。本發明的目的是這樣實現的-一種利用紅外熱像儀現場定量檢測建筑圍護結構傳熱阻/傳熱系數的方法，其步驟是a. 用一根通電電熱絲在圍護結構的表面對選定的區域進行標識；b. 用電子領!|溫儀對所標識區域幾何中心的溫度進行測量；C.用電子測溫儀所測到的溫度值對紅外熱像儀的發射率進行調整；d. 對所標定的區域用紅外熱像儀拍照，得到這個區域的紅外熱像圖譜，同時用電子測溫儀對室內室外溫度進行測量并記錄；e. 對紅外熱像圖譜用紅外熱像儀圖像分析軟件smartview進行分析處理，得到^il^i!AA^L的值，代入公式&= 。
(V"uf'A 。 P進行計算，得建筑圍護結構平均傳熱阻，用公式《=+計算圍護結構的平均傳及o熱系數。用紅外熱像儀現場定量檢測建筑圍護結構傳熱阻/傳熱系數原理當建筑物室內室外存在溫度差，室內室外就會有熱量傳遞，在一維穩態傳熱條件下，.即傳熱穩定條件下，如果室內溫度為ti，室外溫度為U又有ti〉ts，室內的熱量就會向室外傳遞，根據傳熱學理論，計算建筑圍護結構內表面溫度的公式為(1)火o將公式變換可得到公式<formula>formula see original document page 6</formula> (2)圍護結構的傳熱系數可以用下式計算<formula>formula see original document page 6</formula>(3) 及o在(1)、 (2)、 (3)式中 ti——室內溫度(°C); t8——室外溫度(°C); R。——圍護結構傳熱阻(m2 K/W); Rt——'閨護結構內表面換熱阻(m2*K/W);em——圍護結構內表面溫度。其中R。為圍護結構的傳熱阻，是建筑節能現場檢測的一個重要指標； ti (室內溫度)、te (室外溫度)，可以用測溫計或測溫儀測量得到； Ri (內表面換熱阻)是一個選用值，在建筑節能計算中一般取值為0. 11 m2 K/W。e (圍護結構內表面溫度)，可以用紅外熱像儀或其它的測溫儀表測量得到。由于現有建筑砌體材料的多樣性，特別是空心砌塊、空心磚、復合砌塊等砌體材料的不均勻性，決定了砌體的熱工性能的不均勻性，這樣就使得圍護結構傳熱是不均勻的，即構造不同的區域的傳熱阻是不同的，在傳熱學理論里，熱阻不同的結構并聯的平均傳熱阻可以用面積加權的方法用公式(4)<formula>formula see original document page 7</formula>假設將一個選定區域劃分成相等的n個微分區域，將公式(2)代入公式(4)推導:<formula>formula see original document page 7</formula>因為微分區域的大小是相同的，所以F產F^……=F ， Fi+F2+……+Fn=F。，得到F產Ff…"=Fn=F0/n 代入上式，得到<formula>formula see original document page 7</formula>式中 +《'2 +A A 就是測定區域的平均溫度，傳熱阻不同的結構在公式(5)中就體現出內表面溫度在各個區域是不相等的，即e^、 em2、……e^是不相等的。對熱流計法檢測不均質的砌體來說，在砌塊肋的區域的內表面溫度就低，在空心或有加芯保溫的區域的溫度就高。這樣用單點接觸式測溫儀表測量表面溫度，就很難全面的對每一個不同的溫度點進行檢測，就會以點帶面，檢測數據就會有較大的誤差產生。利用紅外熱成像儀可以一次掃描到較大區域的表面溫度，得到包含許多表面溫度點陣的高清晰度的熱像圖譜，根據這個熱像圖譜進行分析計算，就能準確的得到圍護結構的平均傳熱阻/傳熱系數，完成現場檢測的任務。本發明的優點和產生的有益效果是1、建筑節能檢測的公正、公平是建立在科學、準確的數據支持上的。本發明可以實時拍攝圍護結構表面溫度，得出表面溫度的熱像圖譜，根據熱像圖譜可以整體判斷圍護結構溫度的分布情況，通過數據處理，公式計算，比較準確的得出建筑圍護結構傳熱阻/傳熱系數。2、紅外熱像拍攝靈活，操作簡單，對實驗條件要求低。3、檢測快速，測試數據準確，克服了熱流計法測試數據誤差大的缺陷和熱箱法對計量箱和恒溫箱的要求。
具體實施方式
和熱流計法要求相同，檢測條件要求是一維穩態傳熱。首先，對圍護結構進行抽樣選點，檢測區域面積應能夠代表所檢測圍護結構的熱工特性，區域的長寬比應與紅外熱成像儀的顯示窗口長寬比例一致，以便使檢測區域充滿紅外熱像儀的顯示窗口。選點前用紅外熱像儀(美國FLUCKTi45型)對檢測區域進行觀察，使得選定區域的幾:可中心不要有極端溫度區域(最高溫度或最低溫度)，對選定區域進行標識，可以用一根電熱絲在選定區域的四周圍成，通電后這個區域在紅外熱像儀的視窗里會清晰可見。紅外熱像儀準確測量表面溫度的關鍵是準確確定所測表面的發射率，但是，物體表面的發射率是不易準確得到的，可以用精度較高的電子測溫儀表準確測量選定區域幾何中心的溫度。用紅外熱像儀進行測溫時，先觀察選定區域幾何中心(也就是熱像儀視窗幾何中心)的溫度是否和電子測溫儀顯示的溫度相同，若相同就可以直接拍照，若不同則調整熱像儀的發射率，使熱像儀視窗中心的溫度與電子測溫儀顯示的溫度相同再拍照。最好采用多通道溫度采集儀，可以同時測量檢測區域幾何中心的溫度、室內室外空氣溫度。因為計算時重要的是溫差，所以同一臺儀表測量的數據求溫差后，計算的結果可以減小系統誤差，提高測量精度。這樣，就得到檢測區域的紅外熱像圖譜，同時得到室內室外溫度。根據公式S = 。
(、—~)，八。^計算圍護結構的傳熱阻需要知道^+^'2 +aa& 的值，即所測區域溫度按面積加權的平均溫度。美國FLUCK Ti45型紅外熱像儀，分辨率160X120點陣，波長8 — 14 微米。其所帶fk象圖分析軟件smartview可以對選定區域的溫度值按點陣求取平均值，用到圍護結構的測試中就是按點陣面積加權平均的溫度值。這樣，將測到的室內室外溫度和計算得到的檢測區域的平均溫度代入<formula>formula see original document page 10</formula>，可以得到的圍護結構的平均傳熱阻，根據公式《=+計算得到檢測區域的傳熱系數，即為圍護結構需要檢測的指標。
權利要求
1、一種利用紅外熱像儀現場定量檢測建筑圍護結構傳熱阻/傳熱系數的方法，其步驟是a.用一根通電電熱絲在圍護結構的表面對選定的區域進行標識；b.用電子測溫儀對所標識區域幾何中心的溫度進行精確測量；c.用電子測溫儀所測到的溫度值對紅外熱像儀的發射率進行調整；d.對所標定的區域用紅外熱像儀拍照，得到這個區域的紅外熱像圖譜，同時用電子測溫儀對室內室外溫度進行測量并記錄；e.對紅外熱像圖譜用紅外熱像儀圖像分析軟件smartview進行分析處理，得到<math-cwu><![CDATA[<math> <mfrac><mrow> <msub><mi>θ</mi><mrow> <mi>m</mi> <mn>1</mn></mrow> </msub> <mo>+</mo> <msub><mi>θ</mi><mrow> <mi>m</mi> <mn>2</mn></mrow> </msub> <mo>+</mo> <mi>ΛΛ</mi> <msub><mi>θ</mi><mi>mn</mi> </msub></mrow><mi>n</mi> </mfrac></math>]]></math-cwu>的值，代入公式<math-cwu><![CDATA[<math> <mrow><msub> <mover><mi>R</mi><mo>&OverBar;</mo> </mover> <mn>0</mn></msub><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>t</mi><mi>i</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>t</mi><mi>e</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><msub> <mi>R</mi> <mi>i</mi></msub> </mrow> <mrow><msub> <mi>t</mi> <mi>i</mi></msub><mo>-</mo><mfrac> <mrow><msub> <mi>θ</mi> <mrow><mi>m</mi><mn>1</mn> </mrow></msub><mo>+</mo><msub> <mi>θ</mi> <mrow><mi>m</mi><mn>2</mn> </mrow></msub><mo>+</mo><mi>ΛΛ</mi><mo>+</mo><msub> <mi>θ</mi> <mi>mn</mi></msub> </mrow> <mi>n</mi></mfrac> </mrow></mfrac> </mrow></math>]]></math-cwu>進行計算，得建筑圍護結構平均傳熱阻，用公式<math-cwu><![CDATA[<math> <mrow><mi>K</mi><mo>=</mo><mfrac> <mn>1</mn> <msub><mi>R</mi><mn>0</mn> </msub></mfrac> </mrow></math>]]></math-cwu>計算圍護結構的平均傳熱系數。
全文摘要
本發明涉及一種利用紅外熱像儀現場定量檢測建筑圍護結構傳熱阻/傳熱系數方法。用通電電熱絲在圍護結構的表面選定區域進行標識；用電子測溫儀對所標識區域溫度進行測量；對所標定的區域用紅外熱像儀拍照，得到區域的紅外熱像圖譜，并用電子測溫儀對室內室外溫度進行測量并記錄；對紅外熱像圖譜用紅外熱像儀圖像分析軟件進行分析處理，得到①的值，代入公式②得建筑圍護結構平均傳熱阻R<sub>0</sub>，用公式③計算圍護結構的平均傳熱系數。本發明紅外熱像拍攝靈活，對實驗條件要求低，檢測快速，數據準確，克服熱流計法測試數據誤差大的缺陷和熱箱法對計量箱和恒溫箱的要求。
文檔編號G01N25/20GK101246137SQ200810017520
公開日2008年8月20日申請日期2008年1月29日優先權日2008年1月29日
發明者曹萬智, 楊永恒, 王洪鎮, 甘季中申請人:西北民族大學

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