红外热像检测在低温地板辐射采暖中的应用★

周英明 吴国忠 李 栋 齐晗兵 王秋实

(东北石油大学，黑龙江 大庆 163318)

红外热像检测在低温地板辐射采暖中的应用★

周英明 吴国忠 李 栋 齐晗兵 王秋实

(东北石油大学，黑龙江 大庆 163318)

基于红外热像技术及红外热像仪的工作原理，阐述其应用于低温热水地板辐射采暖的检测的可行性，经过现场实际测试，证明了红外热像仪检测不仅可以判断热水管线的敷设质量，检测供暖情况，而且能准确判断管线堵塞和泄漏的准确位置，该技术为地热水管线的维修缩短了时间，在建筑低温热水辐射采暖检测中具有很大的应用前景。

红外热像，检测，低温，辐射采暖

0 引言

随着红外热像仪性能的不断提高及相应的图像分析处理软件的快速发展，红外热像技术的应用越来越广。红外热像检测技术也因其具有方便、快捷、准确、无损、非接触等优点在产品质量控制和监测、设备在线故障诊断、安全保护以及节约能源等方面发挥着重要作用。被应于用军事、冶金、石化、电力、交通、材料、医学等领域，目前红外检测在建筑领域应用也较为广泛。如检测外墙有无空鼓、剥落及裂缝，饰面贴砖粘贴质量；检测建筑物有无受潮及渗漏；检测混凝土及沥青路面质量；检测混凝土结构火灾及冻融后的损伤情况等，给建筑产品质量缺陷和节能效果的评价提供了可靠依据[1]。

1 红外热像检测的原理

红外热像技术检测的原理是针对于自然界中所有温度高过绝对零度(-273 ℃)的物体会持续地向外辐射红外线，红外线(波长在0.76 μm～1 000 μm)是一种不可见光。物体向外辐射红外线的能力主要取决于物质种类、表面温度和表面状况，而与外界条件无关。实际物体辐射能力可以用四次方定律[2]式(1)来计算得出：

(1)

式中：Eb——黑体辐射力；

ε——实际物体发射率(根据不同的材质可以查表得到)；

σ——黑体辐射常数，5.67×108W/(m2·K4)；

C0——黑体辐射系数，5.67 W/(m2·K4)。

红外热像仪是利用红外热像检测技术，将被检测物体的热辐射通过科学原理转换成为可测量的形式，以此来测量并确定被测物体红外辐射的强弱程度。红外摄像仪的工作原理[3]如图1所示。

红外热像检测方法按引起温差的方式分为主动式(Active)和被动式(Passive)。主动红外热检测是指通过加热被测目标使之失去热平衡，在它的内部温度尚不均匀、具有导热过程中进行的红外检测。被动红外热像检测是利用被测目标的温度与周围环境温度不同的条件，在被测目标与环境的热交换过程中进行的红外检测[4]。

2 低温地板采暖应用

2.1 低温热水地板辐射采暖的优点

低温地板辐射采暖是目前国内外公认的较为理想的采暖方式，一种是以低温热水为媒介的地板辐射采暖，另一种是加热电缆的低温地板辐射采暖方式。

目前应用较广的是低温热水地板辐射采暖，其在室内采暖中有以下优点：

1)所需的供水温度比较低，一般为 35 ℃～55 ℃，因而在室外管网的传送过程中无效热损失可大大减少，且同样舒适条件下，低温热水地板辐射采暖的室内设计温度比对流散热器采暖的室内设计温度低2 ℃～3 ℃[5]，从而减少采暖能耗。

2)低温热水地板辐射采暖的主要散热方式以辐射散热为主，减少室内的空气流动，提高了室内环境的舒适性，干净卫生。

3)低温热水地板辐射采暖的散热部分主要集中在人体活动区内，近地面温度高，上部温度低，室温比较稳定，增加了室内的舒适度。

4)低温热水地板辐射采暖与建筑构造相结合，进出口均设置在厨房或卫生间，基本无裸露的管线，比散热器采暖节省了1%～3%的建筑面积，其敷设方式见图2。

2.2 低温地板采暖存在的问题

低温热水地板辐射采暖的构造做法如图3(GJB T—882—2005,05J909《工程做法》)所示，其主要构造层面层一般为散热较好、厚度较小的材料，如水泥砂浆、地砖、薄型模板及水泥砂浆上做涂料面层等，且面层应适当分格。填充层一般用细石，其内埋设热水管及两层地毯钢丝网，上层网防止地面开裂，下层网为固定水管用。保温层一般用聚苯乙烯泡沫板保温层上敷设一层真空镀铝聚酚薄膜或玻璃布铝箔。无论哪种做法，地热管线都敷设于楼地面内。而现在的盘管技术，热水管材质及给水条件，并不能保证管线长期使用而不破坏，无论哪种构造做法，都难以及时发现管道泄漏及泄漏的准确位置。如果水质很差，管道还容易发生堵塞现象，造成室内温度降低，影响房屋的正常的使用。

3 红外检测技术在低温地板采暖中的应用

红外热像仪通过接收物体表面辐射出的红外线，来测定物体表面的温度，并能根据图像来分析物体温度分布及温度变化情况，判断物体状态、变化趋势。利用此原理，笔者试图将红外热像检测技术应用到建筑工程低温热水地板采暖的检测中(该测试属于主动测试)。在供暖期，低温热水管线将热量传给地表，地表会向外辐射热量，因地热水管线敷设时，管线之间需满足一定的施工间距，在红外热像仪的显示器上就会显示出地面的温度分布情况，进而显示出管路的敷设形态及温度分布情况。一旦热水管线出现渗漏、堵塞等情况就能及时通过红外热像仪检测出具体位置，以便维修人员能尽快的解决问题。此外，红外热像仪还能检测出热水管线敷设的是否均匀，间距是否满足供热要求，并能为热量计量提供重要的基础数据。笔者在大庆某住宅小区家现场测试，使用的是flir型摄像仪，该住户地面敷设的是釉面瓷砖，在进行检测时，因温度不确定，现将其法向发射率ε设为0.93。测试结果如图4所示。

从图4b)红外热像仪的图片上可以看出，该用户家地热水管线敷设不够均匀，间距大小不一，施工质量一般。图4d)红外热像仪图片上显示，部分位置出现了热量不连续的情况，经与主人咨询并分析得知应为电器线路敷设在热水管线的上部所致。局部出现的高温地区为太阳光照射的结果。两组图片显示，地面平均温度白天在26.3 ℃，晚上平均温度在25.8 ℃，温度相对稳定，且符合住户供暖需求。

4 结语

通过上述理论分析及测试研究，红外检测技术在低温热水地板辐射采暖中的应用是可行的，即可以从使用者的角度判断热水管线的敷设质量，检测供暖情况。而且能使维修人员准确判断管线堵塞和泄漏的位置，减少地热水管线的维修时间，降低经济损失。随着红外检测技术的不断发展，其在建筑工程领域中的应用将会越来越广泛。

[1] 谢春霞.红外热像检测技术在土木工程中的应用[D].成都：西南交通大学，2009.

[2] 杨世铭，陶文铨.传热学[M].第4版.北京：高等教育出版社，2006.

[3] 吴宗凡.红外热像仪的原理和技术发展[J].现代科学仪器，1997(2)：28-30，40.

[4] 戴景民，汪子君.红外热成像无损检测技术及其应用现状[J].自动化技术与应用，2007，26(1)：35-36.

[5] 王光荣，沈天行，郑维民.太阳能、地热利用与地板辐射采暖[J].建筑节能，2002(37):54-61.

Analysis of infrared thermography testing application in the low-temperature hot-water floor heating★

Zhou Yingming Wu Guozhong Li Dong Qi Hanbing Wang Qiushi

(NortheastPetroleumUniversity,Daqing163318,China)

Application in the feasibility of the detection of low-temperature hot-water floor radiant heating is expounded, that is based on infrared thermal imaging technology and working principle of infrared thermal imager. Through the field test, hot water pipe laying quality is proven and heating conditions are detected, position of the pipe blockage and leakage can be accurate judgment. Maintenance and testing time adopted this technology of low-temperature hot-water radiant heating test has been reduced， and has great application prospect in the construction.

infrared thermal, testing, low temperature, radiation heating of the heat

2015-01-16★：国家大学生创新创业训练计划项目“防灾减灾评估咨询事务所模拟运营”(项目编号：201310220044)

周英明(1979- )，女，硕士，副教授

1009-6825(2015)09-0114-02

TU111

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