基于紅外熱像技術(shù)的既有居住建筑圍護結(jié)構(gòu)熱工缺陷案例分析

劉建林，郭朝輝，尚飛凡，白 明

(1.河北建研科技有限公司，河北 石家莊 050021； 2.河北建研工程技術(shù)有限公司，河北 石家莊 050021)

1 引 言

根據(jù)《關(guān)于開展中央財政支持北方地區(qū)冬季清潔取暖試點工作的通知》(財建〔2017〕238號)，2017～2018年，財政部、生態(tài)環(huán)境部、住建部、國家能源局組織開展了中央財政支持北方地區(qū)冬季清潔取暖試點城市工作，有三批共計43個城市入選試點。中央財政支持試點城市推進清潔方式取暖替代散煤燃燒取暖，并同步開展既有建筑節(jié)能改造。

根據(jù)《既有居住建筑節(jié)能改造技術(shù)規(guī)程》JGJ/T 129-2012，既有居住建筑實施節(jié)能改造前，應(yīng)先進行節(jié)能診斷，并根據(jù)節(jié)能診斷的結(jié)果，制定全面的或部分的節(jié)能改造方案[1]。

建筑物外圍護結(jié)構(gòu)熱工缺陷是影響建筑物節(jié)能效果和熱舒適性的關(guān)鍵因素之一。圍護結(jié)構(gòu)熱工缺陷診斷是指通過對建筑資料的搜集、現(xiàn)場檢查及檢測，掌握圍護結(jié)構(gòu)可能存在的熱工缺陷狀況，對圍護結(jié)構(gòu)改造的設(shè)計、施工提供指導(dǎo)[2]。

本文結(jié)合工程案例，簡要介紹紅外熱像技術(shù)在建筑圍護結(jié)構(gòu)熱工缺陷診斷中的應(yīng)用，同時給出既有居住建筑圍護結(jié)構(gòu)熱工缺陷檢測的真實案例，為既有居住建筑節(jié)能改造提供參考。

2 紅外熱像技術(shù)介紹

紅外熱像技術(shù)是基于不同溫度的物體發(fā)射的電磁波輻射強度與波長分布特性不同的原理，計算物體表面溫度分布狀況[3]。

在室內(nèi)外溫差較大的情況下，圍護結(jié)構(gòu)主體部位熱阻較大，熱工缺陷部位成為熱量傳遞的薄弱位置，在圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)外表面形成溫度不一致的區(qū)域。紅外熱像儀，根據(jù)電磁波的強度和波長等特性計算物體的表面溫度分布，并將溫度分布情況轉(zhuǎn)化為可供人類視覺分辨的圖像或圖形[4]。

紅外熱像技術(shù)可用于檢測建筑物內(nèi)部缺陷(內(nèi)部孔空洞、不密實區(qū)、蜂窩、溫度裂縫、變形裂縫等)、屋面滲漏、外墻飾面磚空鼓、熱工缺陷、空氣滲漏點、采暖管道破損等[5]。

3 檢測設(shè)備

使用的設(shè)備是福祿克Ti 32紅外熱像儀，儀器已由計量單位計量檢定。儀器參數(shù)為：正確度±2℃；測量范圍-20℃～600℃。

4 案例分析

4.1 案例一

住宅樓1建于上世紀(jì)九十年代，地上6層，無地下室，其中1層為車庫，共4個單元，建筑面積7704 m2(含車庫)，南北朝向，磚混結(jié)構(gòu)。該建筑外墻為370mm實心黏土磚[6]。于采暖期對住宅樓1的圍護結(jié)構(gòu)熱工缺陷進行了紅外熱成像檢測，檢測照片見圖1～圖5。

圖5 住宅樓1南側(cè)車庫頂板挑檐自然光和紅外圖像

圖1 住宅樓1西側(cè)立面自然光和紅外圖像

由圖1可知，住宅樓1西側(cè)主體區(qū)域表面溫度場分布均勻，無大范圍溫度變化，主體區(qū)域平均溫度為-0.3℃；住宅樓1西立面陽臺內(nèi)墻立柱部位有明顯的豎條狀亮色區(qū)域(含馬牙搓部位)，平均溫度為2.0℃；樓板位置條狀區(qū)域平均溫度為2.2℃，較主體區(qū)域平均溫度高2.5℃。經(jīng)核實，紅外圖像中西立面亮色區(qū)域為混凝土梁板柱區(qū)域，傳熱系數(shù)比實心黏土磚部位的高，導(dǎo)致其傳熱量大，所以混凝土區(qū)域溫度相對實心黏土磚溫度高。

由圖2可知，住宅樓1北側(cè)陽臺主體區(qū)域平均溫度為1.5℃；住宅樓1北側(cè)陽臺樓板位置有明顯的亮色條狀區(qū)域，條狀區(qū)域平均溫度為3.5℃，較主體區(qū)域平均溫度高2.0℃。

圖2 住宅樓1北側(cè)陽臺立面自然光和紅外圖像

由圖3可知，住宅樓1車庫內(nèi)部頂板區(qū)域平均溫度為15.7℃，車庫內(nèi)墻平均溫度為12.7℃。住宅樓1車庫內(nèi)部頂板有明顯的亮色區(qū)域，溫度最大值為16.4℃，較內(nèi)墻區(qū)域平均溫度高3.7℃。經(jīng)核實，車庫內(nèi)部頂板未進行保溫處理，導(dǎo)致該樓一層居民室內(nèi)溫度普遍較低。

圖3 住宅樓1車庫內(nèi)部頂板紅外圖像

由圖4可知，住宅樓1外窗東側(cè)外墻平均溫度為-1.7℃，外窗上側(cè)外墻平均溫度為2.8℃，外窗下側(cè)外墻平均溫度為2.4℃。經(jīng)核實，室內(nèi)外窗上側(cè)為采暖水平管道，外窗下側(cè)為室內(nèi)散熱器，且外墻未進行保溫處理，為熱工缺陷部分。

圖4 住宅樓1外窗自然光和紅外圖像

由圖4可知，居民自行在外窗外側(cè)增加了一層鋁合金窗戶，窗框溫度約4.3℃，說明外窗窗框材質(zhì)嚴(yán)重影響窗戶整體保溫性能。

由圖5可知，住宅樓1南側(cè)車庫頂板挑檐下側(cè)呈現(xiàn)亮色區(qū)域，下側(cè)最高溫度為15.0℃，下側(cè)平均溫度為12.5℃，挑檐外沿區(qū)域平均溫度為9.5℃。經(jīng)核實，車庫頂板挑檐處未進行保溫處理。

4.2 案例二

住宅樓2建于上世紀(jì)九十年代，為地上4層，無地下室，共5個單元，建筑面積4240m2，南北朝向，磚混結(jié)構(gòu)。該建筑外墻為370mm實心黏土磚，清水墻面；外窗原為單玻木窗，但80%以上已自行改造為鋁合金窗或塑鋼窗。于采暖期對住宅樓2的圍護結(jié)構(gòu)熱工缺陷進行了紅外熱成像檢測，檢測照片見圖6～圖8。

圖8 住宅樓2入戶門自然光和紅外圖像

圖6 住宅樓2北側(cè)外墻主體部位自然光和紅外圖像

由圖6可知，住宅樓2北側(cè)外墻主體部位溫度均勻，無明顯亮色區(qū)域，無熱工缺陷以及冷熱橋、施工空洞等區(qū)域。

由圖7可知，住宅樓2外窗北側(cè)外墻平均溫度為4.0℃，外窗下側(cè)外墻平均溫度為5.8℃，最高溫度為7.8℃。經(jīng)核實，室內(nèi)外窗下側(cè)為散熱器位置，未進行保溫處理，為熱工缺陷部分。

圖7 住宅樓2北側(cè)外窗下部自然光和紅外圖像

由圖8可知，住宅樓2的102室的入戶門周邊墻壁平均溫度為9.3℃，入戶門平均溫度為12.9℃，呈現(xiàn)亮黃色，這是由于住宅樓2的5個單元均無單元門，而入戶門為鐵門，成為嚴(yán)重的熱工缺陷部位。

5 結(jié) 語

(1)紅外熱像技術(shù)能夠快速確定建筑圍護結(jié)構(gòu)熱工缺陷的位置、規(guī)模、嚴(yán)重程度，提高既有建筑節(jié)能改造的針對性；

(2)既有居住建筑圍護結(jié)構(gòu)熱工缺陷常見部位有外墻梁板柱位置、未保溫地下室頂板(車庫頂板)、散熱器對應(yīng)外墻部位、空調(diào)孔洞、防雷測試箱等；

(3)既有居住建筑圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能改造宜優(yōu)先選擇非節(jié)能外窗、金屬入戶門的改造，無單元門的增設(shè)保溫型單元門；

(4)既有建筑改造前，房屋管理部門、物業(yè)或小區(qū)管理方宜對建筑進行節(jié)能診斷，詳細(xì)了解建筑基本情況和能耗狀況，以及圍護結(jié)構(gòu)熱工缺陷部位，為節(jié)能改造方案的制定提供技術(shù)支持，提升節(jié)能改造的技術(shù)經(jīng)濟性。