红外热像法快速检测结露方法

■ 许利军 Xu Lijun

0 引言

在厂房的大跨度轻钢屋面结构中，都会设保温层以避免造成结露。但某些厂房虽设置了保温层，仍然会产生结露现象。结露的产生不仅影响产品质量和生产效率，也腐蚀厂房结构，影响其耐久性。

据研究，强湿源高大厂房结露一般都是由冷桥的存在造成，但在高大厂房中，明确冷桥位置和产生原因存在较大困难。红外热像法可以通过无损方法快速测量物体表面温度差别，判别是否存在冷桥，并确定冷桥位置，为分析结露产生原因提供依据。本文从结露产生原因、借助红外热像方法判定冷桥位置进而分析某保温棉纺厂结露原因，为类似厂房结露检测以及避免此类结露提供参考。

1 结露成因

结露的产生跟露点温度相关。露点温度是指空气在固定湿度和气压条件下，水汽冷却到饱和时的温度。在湿度和气压不变的情况下，露点温度是固定的。在水汽未达到饱和状态时，空气温度高于露点温度；相反，当湿空气所接触物体的温度低于露点温度时，水汽便会在该物体周边凝结。

在高湿高温工业厂房中，为保持室内环境与室外环境隔绝，一般会设置保温层。保温层热传导系数小，当保温层无缺陷时，室内温度与保温层内侧面温度基本一致，不会产生结露现象。但当保温层存在缺陷时，室内环境与室外环境交界面为围护结构或屋面彩钢板，其热传导系数大；在与外界进行热量传导过程中，缺陷部位的传热系数明显大于其他部位，热量会集中从这些部位向外快速传递。由于热量损失，缺陷部位室内温度低于其他部位；由于热量向外界传递，缺陷部位室外温度高于其他部位。这些热量向外界快速传递的缺陷部位即为冷桥存在的位置。当冷桥部位物体表面温度低于露点温度时，水汽便会在冷桥处凝结，从而形成结露现象。

2 高湿高温工业厂房结露检测难点

高温高湿工业厂房通常采用高大厂房，结露检测时需要对整个厂房内墙面、屋面处的温湿度进行测量以确定温度异常部位，同时需要对保温层进行全数检查以确定是否存在缺陷。高大厂房由于跨度大、净空高，采用人工进行温度测量则单次测量的范围小，无法大面积快速测试。另外，对于高湿高温环境下的厂房，通常会在其保温层内侧设置装饰层或吊顶，从室内检查保温层缺陷需要凿除装饰层或吊顶，并架设脚手架进行全数检查，工作量非常大，准确性也不高。因此，常规检测方法在高温高湿工业厂房结露检测中工作量大、效率低、准确性不高等不足。

红外热像法是一种无损检测技术，可以通过物体表面辐射状况远距离测量物体表面温度场。常规检测中，温度计只能测量某点的温度，而红外热像法可以测量整个物体表面的温度场。在结露检测时，只需在室外对围护墙、屋面进行红外摄像，通过温度场分析即可初步判定冷桥的位置及范围，进而得到保温层缺陷的位置及范围，极大地提高了工作效率。

3 红外热像法原理

在自然界中，任何高于绝对零度（-273℃）的物体都是红外辐射源，由于红外线是辐射波，所以物体均有红外辐射现象。在波长固定时，不同的表面温度会有不同的辐射功率，因此，只要在一定波长下测出辐射功率，就可以计算出温度。在接收到被测物体的红外辐射后，红外热像仪能把辐射功率信号转换成电信号，经系统处理后得到物体表面温度场，并通过图像的形式显示。

对于无缺陷的物体，其温度场分布基本上是均匀的。如果物体内部存在缺陷，则缺陷处的温度分布将产生变化。由热传导方程式（1）可知，由于保温层缺陷处热导性质不同于正常部位，经过一定时间延迟τ，热波在缺陷处将被“反射”或“阻挡”，结果在缺陷部位发生热堆积或热漏失，从而早其表面形成过热或冷斑，相对于正常部位，出现了表面温度异常区域。

式中，t—温度，℃或K；

λ—导热系数，W/(mK)；

τ—时间，s 或 h；

ρ—密度，kg/m3；

α—热扩散率（导温系数），m2/s；

c—比热，J/(kgK)。

对于冷桥类的缺陷，室外检测方式为缺陷处因热量堆积呈现“热点”，室内检测方式为缺陷处呈现“低温点”。通过红外热像法对高大厂房围护墙及屋面进行大面积检测，可以远距离、快速获得整个墙面和屋面的温度场，并以图像的形式直观地显示。对解析热图像进行高精度分析后，可以快速、准确地确定冷桥存在的位置及范围，对结露检测分析做到有的放矢，大幅度提高工作效率。

4 高湿高温工业厂房结露检测实例分析

4.1 厂房概况及结露现象

某厂房为单层大跨轻钢屋面结构（图1），高湿高温环境，2015年投入使用，外总包尺寸252m×144m，间距9m、跨度分为27m和30m（共5跨）。屋面从上至下为上层板（0.6mm厚HV-470型镀铝锌彩钢板）和保温棉层（上层75mm厚欧文斯科宁（16K）、下层75mm厚欧文斯科宁（16K）+W38贴面）。围护墙外侧为0.5mm厚HV-248型镀铝锌彩钢板，其内设保温棉层（外侧75mm厚欧文斯科宁（16K）、内侧75mm厚欧文斯科宁（16K）+W38贴面）。

经现场勘查，该厂房吊顶多处存在因屋面保温棉滴水引起的潮湿现象，部分吊顶板因滴水较多而坠落（图2）。屋面内侧保温棉内大量积水，因重力作用引起保温棉下挠、脱落现象，露出屋面彩钢板，彩钢板底部存在锈蚀及大量水滴现象。但经屋面渗漏勘查，该厂房屋面无明显渗漏现象。因此，初步判断屋面保温层积水、彩钢板锈蚀及水滴聚集现象是由结露造成的。

图1 某厂房一层平面示意图

图2 吊顶受潮位置及温湿度示意图

4.2 红外热像法检测屋面室内外温度

为快速且大面积检测厂房屋面温度场，判别屋面是否存在温度异常点或异常区域，采用红外热像仪对厂房屋面的温度异常情况进行了现场检测。同时，采用红外热像法对室内彩钢板的温度进行检测，判断彩钢板内表面温度是否低于露点温度。根据检测结果，可以全面快速分析是否存在冷桥及其存在的范围（图3～5）。

4.3 红外热像结果分析

根据该厂房温湿度条件，其露点温度为19℃，结合红外热像检测结果，厂房主要存在以下温度异常现象：

图3 厂房北侧屋面红外检测结果

图4 厂房南侧屋面红外检测结果

图5 室内屋面彩钢板温度红外检测结果

（1）屋面存在温度异常区域。对温度异常区域局部破损检测后发现，屋面彩钢板接缝处局部锁缝咬合不密实、翘边，造成该区域水汽溢出，致使该区域温度与周边温度明显异常，形成冷桥。该冷桥位置构件的温度低于露点温度，导致水汽在该处凝结结露。

（2）屋面檐口封板上下区域局部存在温度异常，经局部破损检测后发现，该区域未完全封堵密实，封板上下均有水汽溢出，溢出区域温度与周边温度出现异常，形成冷桥。该冷桥位置构件的温度低于露点温度，导致水汽在该处凝结结露。

（3）室内保温棉在上述水分聚集下产生积水，在重力作用下明显下挠，部分保温棉脱落，致使室内水汽与屋面彩钢板直接接触，使彩钢板表面温度与周边保温棉温度出现明显异常，造成更大范围的冷桥。由于彩钢板表面温度低于露点温度，造成更大区域的结露现象。

5 结语

在高湿高温高大工业厂房结露检测中，传统检测方法存在工作量大、针对性和有效性差等缺点。红外热像法可以快速、大面积、准确测量物体表面温度场，为判别是否存在冷桥以及冷桥位置、范围提供快速、准确的依据。

本文通过检测实例，将红外热像法应用于高湿高温高大厂房结露检测中，快速、全面、准确地发现屋面温度异常部位，分析确定冷桥及其位置，并针对性进行局部破损检查，找出造成冷桥原因。因此，红外热像法在高湿高温高大厂房结露检测中具有科学、全面、高效的特点，对类似检测项目具有较大应用价值。