使用红外热像仪对外墙外保温系统的缺陷分析

2018-05-02吴世勇

安徽建筑 2018年2期

关键词：热像仪空鼓外保温

吴世勇，汪洋

（合肥学院，安徽合肥 230061）

1 概况

1.1 外墙外保温存在问题

外墙外保温技术在我国夏热冬冷地区包括安徽省得到了较快发展，但经过近年来的应用实践，主要存在如下两方面问题。

①建筑物设计年限与外保温系统设计年限的矛盾。《外墙外保温工程技术规程》(JGJ144-2008)规定外墙外保温工程的使用年限应不少于25年[1]，而一般民用建筑的设计年限为50～70年，在当前可持续发展的新形势下，有要求新建建筑使用年限100年甚至更长周期。这就意味着，在建筑物的寿命周期内需要多次更换外保温系统。

②外保温系统设计年限与其实际使用年限的矛盾。房屋在设计时若已满足国家节能指标的规定，但房屋建成后的保温性能在其使用周期内能否真正达到实际节能的效果，需要充分的现场检测手段加以证明。在本地区多雨、炎热、温差等特殊的气候环境下，特别是湿度的影响，使保温层受潮后，导热系数增加，保温能力降低，降低材料的机械强度，产生破坏性变形等不利因素，都会降低结构的使用质量与耐久性。因此其后续使用情况如何,使用年限能否达到设计年限，需要实际验证。

当前对建筑物保温效果的实际检测并不是特别充分，近年来,虽然国内市场上已经产生了几十种外墙外保温体系,但只是停留在实践应用的试错阶段,低价位竞争严重,大量不合格的、质量差的外墙外保温体系进入到外保温市场,施工技术也欠成熟规范[2]。这些都严重制约了其实际使用效果。

1.2 本研究的必要性和现实意义

合肥市目前普遍采用的外墙外保温体系，其投入使用才10年左右，随着时间的推移，各种不利因素特别是湿含量对保温系统的影响、保温系统的耐久性耐候性不足等问题会进一步凸现，必将会迎来大规模的整改和修缮。合肥学院南二期教学楼办公楼于2012年竣工，迄今仅仅5年时间，但部分外墙外保温层的空鼓和吸湿现象严重并出现脱落，造成了不小的安全隐患，其局部修缮或整体大规模修缮已经迫切提到日程上来。

住建部于2015年颁布了《建筑外墙外保温系统修缮标准》（JGJ376-2015），自2016年5月1日起严格实施，其中规定外保温使用年限9年内检测周期为3年1次，9～15年检测周期为2年1次，使用年限大于等于15年的必须每年实测。该标准规定现场检测手段中，主要利用红外热像仪定位空鼓和热桥等缺陷[3]。

2 实验设计与过程

2.1 实验原理

红外热像仪近年来在建筑领域特别是建筑节能现场检测方面得到越来越广泛的应用，本课题通过使用建筑领域专用的B360红外热像仪，做如下两方面的测试工作。

①建筑物墙体脱离层的检测：饰面层与保温层受湿度，温度变化的影响，与墙体结构层产生脱离，即发生“空鼓”现象，从而形成空气夹层，空气的导热系数低，热容量小，这就降低了墙体的热传导性，使得空鼓部位外墙体与主墙体之间的热传导变小，当外部温度变化时，该部位温度分布将会与完好部位的墙体有明显的差异，高精度红外热成像仪能够直观地检测出这个差异。

②外墙面渗漏检测：墙面防水层失效和墙面微裂所造成的雨水渗漏，导致疏松多孔易吸水的保温层受潮，水的导热系数相对较大，热容量大，当外部温度有变化时，缺陷部位表面层的温度分布将会与正常部位表面层的温度有较大差别，红外热像仪同样可以显现这个差别，从而快速找到漏点和渗水区域[4]。

2.2 实验过程

利用热像仪对本学院南二期35栋～41栋总共7栋教学楼外墙外保温体系的保温缺陷和结构缺陷进行全面扫描，总共获得有效图谱达200多幅。

扫描对象墙体外保温构造由外向内分别是8mm抗裂砂浆，40mm玻化微珠保温砂浆（保温层），200mm煤矸石烧结空心砖（结构层）以及20mm石灰砂浆内墙抹面。内墙饰面层是涂料，外墙饰面层高度12m以下饰面砖，12m以上涂料。

所用B360红外热像仪是FLIR Systems公司专用于建筑业的热像仪产品，其像素、分辨率和测试波段等指标均符合《居住建筑节能检测标准》（JGJ/T132-2009）规范中的要求，环境温湿度和风速测量采用手持式温湿度仪和风速仪，在红外图像扫描过程中环境参数也均符合规范中的要求[5]。所有检测指标和手段符合《红外热像法检测建筑物外墙饰面层粘结缺陷技术规程》（CECS204-2006）提出的要求。根据测试对象所用材料，辐射率取0.90。

我们拍出来的热像图基本排除了视角、温度梯度、日照、环境温度湿度、风速和热辐射等外在因素的干扰，把能够反映实际缺陷状况的热像图导入到分析软件Reporter8.0中仔细鉴别，从而判断潜在的吸湿缺陷和空鼓缺陷。

在判定吸湿缺陷时，红外图像的获取时段是在持续3d以上阴雨天气后放晴这个时机，最终发现有大量的外墙渗漏区域（图1紫色部分），这也是墙体出现诸多空鼓剥落的重要原因。

我们在墙体200mm煤矸石烧结空心砖结构层预埋传感器再连接ALBORN2908手持式数据采集仪，测得墙体内部空气区域的相对湿度长期稳定在90%以上，计算墙体结构各层饱和水蒸汽分压力，发现并没有出现内部结露现象，从而佐证了墙体潮湿原因是外墙吸水渗漏所致。

图1 35#楼南立面、37#楼西立面局部可见光图和对应区域热像图

3 实验结果及分析

在大量拍摄红外热像图阶段，我们增强了红外热像仪实际使用经验，丰富完善了热像仪的使用技巧，对墙体脱离层和渗漏区域面积等做了简单的估算，对同一位置有日照和无日照图谱做了比对，等等。这其中重点探讨研究了最佳拍摄时间和最佳方位朝向等因素。

3.1 不同的扫描时段对热像图缺陷显示效果的影响

把空鼓缺陷升温和降温热像图导入到Reporter8.0分析软件中，选取空鼓部位和正常部位各6个温度点（图2左），从软件中导出表格（图2右），2组温度分别取平均值，求两者的差值△t作为缺陷部分“热斑”和“冷斑”显示效果的依据。在连续的不同时段拍摄10幅热像图，在相同位置取点计算，得出温差随时间变化的曲线图（图3、图4）。

由图中可以看出，升温阶段温差大，10组温差的平均值3.47，峰值达到5.85℃，最佳观测时段在下午2点～3点之间，时值冬季，此时段阳光照射较强。相对应的降温阶段，温差较小，10组温差的平均值1.28℃，峰值2.24℃，这可能是因为此时天色已黑，降温跳跃不明显导致。最佳观测时段在5点～7点之间。

图2 39#楼西立面红外图像和对应的温度点

图3 升温阶段温差随时间的变化曲线

图4 降温阶段温差随时间的变化曲线

3.2 方位朝向对检测效果的影响

在东、南、西、北4个外立面的最佳升温观测时段分别拍摄热像图，正常点和缺陷点分别取6个温度点，求2组之间平均温差，其值分别为东向2.17℃、南向4.26℃、西向2.01℃和北向0.86℃（图表略）。由于不是同一位置缺陷图，可比性不是很强，但也能够明显看出，南向温差大，图谱辨识度高，北向冬季无阳光直射，温差小，辨识度低，这就需要更加细致审慎地识别缺陷存在，避免误判。