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福禄克热像仪发现建筑物的空调能耗损失

福禄克热像仪发现建筑物的空调能耗损失

  • 内容摘要:商用、工业和机构大楼的管理人员总是想方设法地降低营运开支,其中包括大楼维护费用、制冷供暖费用等。有一种工具在上述两方面都大有用武之地既可以用于建筑物的日常维护,也

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详细描述

商用、工业和机构大楼的管理人员总是想方设法地降低营运开支,其中包括大楼维护费用、制冷供暖费用等。有一种工具在上述两方面都大有用武之地——既可以用于建筑物的日常维护,也可以帮助节约能源——这就是手提式热像仪,有时也称为红外仪或红外相机。使用热像技术(或称为热像学),我们就能够捕捉大楼表面(如屋顶、墙面、门、窗、施工接缝等)温度的二维图像。一般来说,这类图像反映出的温度或温差,可以帮助人们发现楼内存在冷暖气外溢和过量能源浪费的情况。

一、热像仪屋顶检测

热像学的用途广泛,可以诊断昆虫或动物体内是否感染寄生虫,也能够发现浇铸混凝土结构中存在的空洞,这里,我们的探讨范围仅仅局限在如何降低大楼的维护和能耗费用上:

1、屋顶。美国国内的商用、工业和机构建筑物楼顶通常为平坦式的。在"红外线解决方案公司"(现Fluke 公司)发布的一份报告中,Chaz Nabji写道:"每年铺设的数百万平方英尺的屋顶之中,预计其中的百分之四十在使用的头一年就会出现问题。这类屋顶的平均寿命只有七年,但是,如果安装和保养得当,其实可以延长到二十年左右。如果要重新安装屋顶,每平方英尺的更新费用是八到十美元,其中包括旧屋顶的处理费用。每一年,由于屋顶提前损坏造成的损失就高达数十亿美元。如果我们只是简单地做一些维护工作,就可以节省下一大笔费用另作他用。在延长平面屋顶结构的寿命方面,红外屋顶检测法要优于其它检测方法。*

常规屋顶检测,寻找屋顶材料是否存在受潮现象
《使用IR-Insight™ 进行红外线屋顶检测》


2、平面屋顶(其实是斜率很小的屋顶)由底层、隔热层和一层薄膜构成。一般来说,薄膜层由屋顶毡料拼合而成、或是单层粘合橡胶或塑料经碎石固定而成。薄膜主要用于防水。如果薄膜层发生泄露,就会接触到隔热层。

使用下述方法,可以轻松地使用红外相机、通过外部检测发现隔热层中或表面存在的潮气。事实上,正如某位热像学专家所言:在平面屋顶上寻找受潮点,特别是发生水渗漏现象的隔热层,简直如"探囊取物"般轻松。当然,隔热层一旦受潮,就失效了,也就是说,不能再用于隔热隔冷,必须进行更换。

 

二、热像仪探测墙表面的湿气

如果屋顶漏水,但隔热层并不吸水,那么,要想进行有意义的热学图像检测,您还需要更深入地掌握隔热层的类型、水渗透模式等知识。但是,如果您所在的建筑物屋顶由拼合毡料与吸水隔热层(如珍珠岩、木质纤维、软木、或纤维玻璃)共同构成,那么,只需要一架红外相机,就可以减少取暖或制冷过程中的能源浪费,并/或降低巨额的屋顶维修费用。

墙壁适当的情况下对建筑物外墙进行检查,使用热像仪可以精确定位墙内的湿气,其准确程度不亚于屋顶检测。当然,如果建筑物的墙壁(或屋顶)受潮,可能会导致霉变,从而影响到对此过敏的居住者。此外,如果墙内受潮(与屋顶类似),且隔热层具有吸水性,那么其性能会大打折扣,应当及时更换。后一种情况相当于隔热性能部分完好的墙面,即使不存在受潮问题,也会在一定的环境之下体现出来。

使用Fluke InSight 热像仪探测墙表面的湿气
使用Fluke InSight 热像仪探测墙表面的湿气


因为缺乏比照对象,要探测隔热性能完全丧失的墙面,具有其特殊性。如果墙面的热像学读数一致,就必须对内墙作进一步测试,才能确认其隔热性能是否完好。

建筑物的门窗、施工接缝、墙面和屋顶渗漏 如果空气泄漏,夏天会造成制冷效率低下,冬天则会引起取暖热气不足,遇到这种情况,可对窗户、关闭的门、施工接缝(如:楼板底面、水泥和构架墙的过渡区)、墙内设施(即:管道和电气线路等)、屋顶内部结构(如:通风设备、通风与空调控制管道、烟囱等)进行检查。适当的条件下,使用红外相机可检测出温差,这就表示制冷或取暖过程中存在气体泄漏。


如果窗户是双层玻璃,其内部的真空层会随着时间的流逝慢慢失效,玻璃上聚集的湿气就表示真空层开始损耗。在这种情况下,如果怀疑某一扇窗户的真空层受到破坏,可以使用红外相机对其外侧表面进行检查,如果测得的表面温度与其它窗户不同,就说明其真空层已经失效。由于隔热功能丧失,此扇窗户的R值也和其它窗户不同。

通过红外热像学,可以探测到窗户隔热封条的损坏或缺失情况,但是,如果只将其用于窗户的维修,显然回报周期过长。正如一名经验丰富的热学专家所言:"热像仪在建筑物探测方面还有更大的用武之地。"精明的管理人员会从投资回报最快的一处入手。除了失去隔热性能的窗户,精明的管理人员可能会首先处理屋顶的维护问题。

另外一处经常被忽略的能量流失渠道就是货物的进出通道大门。几乎所有的商业、工业或机构大楼(无论其运营规模多大),都会有货物的进出通道。除非通道内部不考虑工作人员的舒适程度,没有安装空调,否则,即使是一辆卡车卡车通过该通道时带来的能源浪费也是巨大的。借助热学图像,我们可以记录能源浪费的大小。

设备经理在检查屋顶的热像色斑,确认不存在潮气入侵。
设备经理在检查屋顶的热像色斑,确认不存在潮气入侵。

 

三、检测时间、检测内容

屋顶。隔热层受潮,是屋顶提前老化和产生巨额维护费用的主要原因。请在炎热的一天结束之后对屋顶进行检查。如果发现受潮,那么尽管周边的建筑物结构和隔热层会慢慢冷却,潮湿之处却会保留白天吸收到的热量。Nanji指出,不同类型的隔热层具有不同的热学模式。因此,在屋顶系统的测湿过程中,如果知晓该屋顶的隔热类型及有水情况下的热学模式,将会大有裨益。

Nanji 作了如下叙述:黄昏时分,受潮之后的吸水型隔热层表现为较高的温度,但水一般会滑过非吸水型隔热层,最终聚集在隔热接缝处。在这个案例中,热学图像呈"窗框"式。相反,泡沫玻璃材料的块状隔热层只在表面的空洞处聚集水分。因此,一旦水受冷结冰,其体积会增大,导致隔热层破裂,最终形成"破裂"型的模式。


石料隔热层(如:轻型水泥、石膏、泡沫聚氨酯等)上聚集的水,会导致非结晶体的异常现象,形状不规则,而铝质覆膜屋顶则能够反射太阳能。正是由于存在反射性,要测得其中的温差较为不易,但对于长期积满灰尘的铝质覆膜而言,测量温差容易取得成功。

请注意:由于水吸收热量的速度比周边干燥的物体要慢,因此对建筑物屋顶的检测工作可在清晨或黄昏进行,此时潮湿的区域温度低于干燥处。"但是," Nanji 补充说,"通常业界的惯例是在黄昏进行测试。"

最后,请不要独自在屋顶测量温度。如果有同伴一起工作,特别是在黑暗的环境当中,安全系数要高得多。此外,这样还可以多一个帮手,帮您将可能受潮或者隔热性能丧失的区域标注出来。

墙壁。冬夏时分,内外墙之间存在较大温差,或者通过取暖或空调系统人工制造室内外的温差,此时可以对外墙的温度进行测试。和屋顶的情况一样,如果希望找到墙内存在的受潮处,炎热之日的清晨或黄昏是最适合的,此时的温差比较大,测得的热学图像更为有用。当然,西墙的最佳监测时间是黄昏,而东墙最好在清晨测量。北半球的南墙在清晨或黄昏测试都比较适合,但北墙通常不会有太大温差,所得到的热像图也不具有很高的信息价值。但不管什么情况,即使温差很小,只要建筑物的表面温度存在异常或不一致,就表示存在问题。

与工业环境中的生产设备热像检测不同,建筑物外壁的探测结果很少遵循以下规则:"如果目标A和目标B之间存在x度温差,就表示有问题。"换句话说,建筑物墙壁的温差可能很小——小到只有一到两度,该温差取决于墙壁问题的严重程度。因此,要进行建筑物检查,可以选用高敏性的热像仪。

窗户、门、施工接缝、墙壁及屋顶内嵌构造。检查是否存在热学异常和空气流动性差异,这反应了建筑物外壁存在热损失或吸热现象。用于扩大室内外温差的方法,同样可以帮助识别窗户、门、施工接缝和大楼外层的内嵌构造是否存在制冷或取暖时的热损耗。此外,对于小型建筑或可隔离区域,您也可以考虑采用鼓风机,对该建筑或区域进行加压处理,这种方法可以使得不同温度的空气外溢现象更为明显。

建筑物内,大多数装有冷暖空调的货物装载出入口安装门封,以此减少冷暖气的外溢损失,这种门封常常作用于出入的卡车货仓侧部。如果使用红外相机,就比较容易确定门封在控制温度方面的有效性,便于及时更换无效门罩,或进行更新。只需要在门内外温差较大时、选择该门封发挥作用的时机通过仪器进行检测。

技工测量受潮损伤的程度
技工测量受潮损伤的程度

 

四、正确选择

关于诊断建筑物的最佳热像方法,通常有两个派别。一方认为,应当使用基本的热像仪,快速检查潮湿之处或其它潜在的问题;这种方法关注的是温差,而不需要测量具体的温度。如果发现可能存在的问题,就通过适用湿度计或其它标准测量工具来进一步确认。

另一方认为:检查大楼外部的热像学家工作人员应当取得潜在问题的完整辐射图,如可以确定精确温度数值的图像。该理论的支持者坚持认为,探测建筑物受潮情况时,应当把红外相机测量范围的低点定在露点上,然后对建筑物进行检查,寻找低温设置饱和处。如果发生这种情况,就说明该处受潮。此时,热像仪充当诊断工具,而不是用来找出问题。但是,和不具有温度测量功能的热像仪相比,辐射相机的售价更加昂贵。

如果您考虑购买带有测温功能的热像仪来测试建筑物,请注意:尽管热像仪无需热敏度和测温范围的规定,70 mK的噪声等效温差和100 °C以下的温度范围便已足够。此外,如果您计划把热像仪同时用于楼内电气或机械系统的热像检测,上述规格可能不够。

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