紅外熱像法快速檢測結(jié)露方法

■ 許利軍 Xu Lijun

0 引言

在廠房的大跨度輕鋼屋面結(jié)構(gòu)中，都會設保溫層以避免造成結(jié)露。但某些廠房雖設置了保溫層，仍然會產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象。結(jié)露的產(chǎn)生不僅影響產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，也腐蝕廠房結(jié)構(gòu)，影響其耐久性。

據(jù)研究，強濕源高大廠房結(jié)露一般都是由冷橋的存在造成，但在高大廠房中，明確冷橋位置和產(chǎn)生原因存在較大困難。紅外熱像法可以通過無損方法快速測量物體表面溫度差別，判別是否存在冷橋，并確定冷橋位置，為分析結(jié)露產(chǎn)生原因提供依據(jù)。本文從結(jié)露產(chǎn)生原因、借助紅外熱像方法判定冷橋位置進而分析某保溫棉紡廠結(jié)露原因，為類似廠房結(jié)露檢測以及避免此類結(jié)露提供參考。

1 結(jié)露成因

結(jié)露的產(chǎn)生跟露點溫度相關。露點溫度是指空氣在固定濕度和氣壓條件下，水汽冷卻到飽和時的溫度。在濕度和氣壓不變的情況下，露點溫度是固定的。在水汽未達到飽和狀態(tài)時，空氣溫度高于露點溫度；相反，當濕空氣所接觸物體的溫度低于露點溫度時，水汽便會在該物體周邊凝結(jié)。

在高濕高溫工業(yè)廠房中，為保持室內(nèi)環(huán)境與室外環(huán)境隔絕，一般會設置保溫層。保溫層熱傳導系數(shù)小，當保溫層無缺陷時，室內(nèi)溫度與保溫層內(nèi)側(cè)面溫度基本一致，不會產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象。但當保溫層存在缺陷時，室內(nèi)環(huán)境與室外環(huán)境交界面為圍護結(jié)構(gòu)或屋面彩鋼板，其熱傳導系數(shù)大；在與外界進行熱量傳導過程中，缺陷部位的傳熱系數(shù)明顯大于其他部位，熱量會集中從這些部位向外快速傳遞。由于熱量損失，缺陷部位室內(nèi)溫度低于其他部位；由于熱量向外界傳遞，缺陷部位室外溫度高于其他部位。這些熱量向外界快速傳遞的缺陷部位即為冷橋存在的位置。當冷橋部位物體表面溫度低于露點溫度時，水汽便會在冷橋處凝結(jié)，從而形成結(jié)露現(xiàn)象。

2 高濕高溫工業(yè)廠房結(jié)露檢測難點

高溫高濕工業(yè)廠房通常采用高大廠房，結(jié)露檢測時需要對整個廠房內(nèi)墻面、屋面處的溫濕度進行測量以確定溫度異常部位，同時需要對保溫層進行全數(shù)檢查以確定是否存在缺陷。高大廠房由于跨度大、凈空高，采用人工進行溫度測量則單次測量的范圍小，無法大面積快速測試。另外，對于高濕高溫環(huán)境下的廠房，通常會在其保溫層內(nèi)側(cè)設置裝飾層或吊頂，從室內(nèi)檢查保溫層缺陷需要鑿除裝飾層或吊頂，并架設腳手架進行全數(shù)檢查，工作量非常大，準確性也不高。因此，常規(guī)檢測方法在高溫高濕工業(yè)廠房結(jié)露檢測中工作量大、效率低、準確性不高等不足。

紅外熱像法是一種無損檢測技術，可以通過物體表面輻射狀況遠距離測量物體表面溫度場。常規(guī)檢測中，溫度計只能測量某點的溫度，而紅外熱像法可以測量整個物體表面的溫度場。在結(jié)露檢測時，只需在室外對圍護墻、屋面進行紅外攝像，通過溫度場分析即可初步判定冷橋的位置及范圍，進而得到保溫層缺陷的位置及范圍，極大地提高了工作效率。

3 紅外熱像法原理

在自然界中，任何高于絕對零度（-273℃）的物體都是紅外輻射源，由于紅外線是輻射波，所以物體均有紅外輻射現(xiàn)象。在波長固定時，不同的表面溫度會有不同的輻射功率，因此，只要在一定波長下測出輻射功率，就可以計算出溫度。在接收到被測物體的紅外輻射后，紅外熱像儀能把輻射功率信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)系統(tǒng)處理后得到物體表面溫度場，并通過圖像的形式顯示。

對于無缺陷的物體，其溫度場分布基本上是均勻的。如果物體內(nèi)部存在缺陷，則缺陷處的溫度分布將產(chǎn)生變化。由熱傳導方程式（1）可知，由于保溫層缺陷處熱導性質(zhì)不同于正常部位，經(jīng)過一定時間延遲τ，熱波在缺陷處將被“反射”或“阻擋”，結(jié)果在缺陷部位發(fā)生熱堆積或熱漏失，從而早其表面形成過熱或冷斑，相對于正常部位，出現(xiàn)了表面溫度異常區(qū)域。

式中，t—溫度，℃或K；

λ—導熱系數(shù)，W/(mK)；

τ—時間，s 或 h；

ρ—密度，kg/m3；

α—熱擴散率（導溫系數(shù)），m2/s；

c—比熱，J/(kgK)。

對于冷橋類的缺陷，室外檢測方式為缺陷處因熱量堆積呈現(xiàn)“熱點”，室內(nèi)檢測方式為缺陷處呈現(xiàn)“低溫點”。通過紅外熱像法對高大廠房圍護墻及屋面進行大面積檢測，可以遠距離、快速獲得整個墻面和屋面的溫度場，并以圖像的形式直觀地顯示。對解析熱圖像進行高精度分析后，可以快速、準確地確定冷橋存在的位置及范圍，對結(jié)露檢測分析做到有的放矢，大幅度提高工作效率。

4 高濕高溫工業(yè)廠房結(jié)露檢測實例分析

4.1 廠房概況及結(jié)露現(xiàn)象

某廠房為單層大跨輕鋼屋面結(jié)構(gòu)（圖1），高濕高溫環(huán)境，2015年投入使用，外總包尺寸252m×144m，間距9m、跨度分為27m和30m（共5跨）。屋面從上至下為上層板（0.6mm厚HV-470型鍍鋁鋅彩鋼板）和保溫棉層（上層75mm厚歐文斯科寧（16K）、下層75mm厚歐文斯科寧（16K）+W38貼面）。圍護墻外側(cè)為0.5mm厚HV-248型鍍鋁鋅彩鋼板，其內(nèi)設保溫棉層（外側(cè)75mm厚歐文斯科寧（16K）、內(nèi)側(cè)75mm厚歐文斯科寧（16K）+W38貼面）。

經(jīng)現(xiàn)場勘查，該廠房吊頂多處存在因屋面保溫棉滴水引起的潮濕現(xiàn)象，部分吊頂板因滴水較多而墜落（圖2）。屋面內(nèi)側(cè)保溫棉內(nèi)大量積水，因重力作用引起保溫棉下?lián)?、脫落現(xiàn)象，露出屋面彩鋼板，彩鋼板底部存在銹蝕及大量水滴現(xiàn)象。但經(jīng)屋面滲漏勘查，該廠房屋面無明顯滲漏現(xiàn)象。因此，初步判斷屋面保溫層積水、彩鋼板銹蝕及水滴聚集現(xiàn)象是由結(jié)露造成的。

圖1 某廠房一層平面示意圖

圖2 吊頂受潮位置及溫濕度示意圖

4.2 紅外熱像法檢測屋面室內(nèi)外溫度

為快速且大面積檢測廠房屋面溫度場，判別屋面是否存在溫度異常點或異常區(qū)域，采用紅外熱像儀對廠房屋面的溫度異常情況進行了現(xiàn)場檢測。同時，采用紅外熱像法對室內(nèi)彩鋼板的溫度進行檢測，判斷彩鋼板內(nèi)表面溫度是否低于露點溫度。根據(jù)檢測結(jié)果，可以全面快速分析是否存在冷橋及其存在的范圍（圖3～5）。

4.3 紅外熱像結(jié)果分析

根據(jù)該廠房溫濕度條件，其露點溫度為19℃，結(jié)合紅外熱像檢測結(jié)果，廠房主要存在以下溫度異常現(xiàn)象：

圖3 廠房北側(cè)屋面紅外檢測結(jié)果

圖4 廠房南側(cè)屋面紅外檢測結(jié)果

圖5 室內(nèi)屋面彩鋼板溫度紅外檢測結(jié)果

（1）屋面存在溫度異常區(qū)域。對溫度異常區(qū)域局部破損檢測后發(fā)現(xiàn)，屋面彩鋼板接縫處局部鎖縫咬合不密實、翹邊，造成該區(qū)域水汽溢出，致使該區(qū)域溫度與周邊溫度明顯異常，形成冷橋。該冷橋位置構(gòu)件的溫度低于露點溫度，導致水汽在該處凝結(jié)結(jié)露。

（2）屋面檐口封板上下區(qū)域局部存在溫度異常，經(jīng)局部破損檢測后發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域未完全封堵密實，封板上下均有水汽溢出，溢出區(qū)域溫度與周邊溫度出現(xiàn)異常，形成冷橋。該冷橋位置構(gòu)件的溫度低于露點溫度，導致水汽在該處凝結(jié)結(jié)露。

（3）室內(nèi)保溫棉在上述水分聚集下產(chǎn)生積水，在重力作用下明顯下?lián)希糠直孛廾撀?，致使室?nèi)水汽與屋面彩鋼板直接接觸，使彩鋼板表面溫度與周邊保溫棉溫度出現(xiàn)明顯異常，造成更大范圍的冷橋。由于彩鋼板表面溫度低于露點溫度，造成更大區(qū)域的結(jié)露現(xiàn)象。

5 結(jié)語

在高濕高溫高大工業(yè)廠房結(jié)露檢測中，傳統(tǒng)檢測方法存在工作量大、針對性和有效性差等缺點。紅外熱像法可以快速、大面積、準確測量物體表面溫度場，為判別是否存在冷橋以及冷橋位置、范圍提供快速、準確的依據(jù)。

本文通過檢測實例，將紅外熱像法應用于高濕高溫高大廠房結(jié)露檢測中，快速、全面、準確地發(fā)現(xiàn)屋面溫度異常部位，分析確定冷橋及其位置，并針對性進行局部破損檢查，找出造成冷橋原因。因此，紅外熱像法在高濕高溫高大廠房結(jié)露檢測中具有科學、全面、高效的特點，對類似檢測項目具有較大應用價值。