摘要：本文主要闡述使用紅外熱像手段對建筑的安全性能如滲漏、白蟻防治、空鼓等進(jìn)行無損檢測的原理和方法，通過四個現(xiàn)場案例表明使用紅外熱像檢測的效果，使讀者對紅外熱像這種新型的無損檢測方法較為深刻的認(rèn)識。

關(guān)鍵詞：建筑型紅外熱像、建筑安全、建筑節(jié)能、滲水、白蟻防治、空鼓

*部分：紅外熱像的發(fā)展和在國內(nèi)的使用現(xiàn)狀

一、紅外熱像儀的發(fā)展歷史

自從1800年赫謝爾利用水銀溫度計制作的原始的熱敏探測器發(fā)現(xiàn)了紅外輻射以來，人們就開始不斷運用各種方法對紅外輻射進(jìn)行檢測，并根據(jù)紅外光的特點而加以應(yīng)用，相繼制成了各種紅外探測器，如熱敏型輻射探測器（溫差電偶探測器、電阻測輻射熱計、熱釋電探測器）和半導(dǎo)體光電探測器（光電導(dǎo)探測器、光伏型探測器等）。初，人們只能以單個探測單元通過光機掃描的方式并協(xié)同低溫制冷器來實現(xiàn)圖像探測；后來，則出現(xiàn)了探測單元數(shù)目在一萬以上，且自帶有信號讀出電路的二維N×M元焦平面陣列（FPA）探測器；而現(xiàn)今，集成了探測器后續(xù)信號處理電路，包括信號讀出電路、前放、模數(shù)轉(zhuǎn)換器等的第三代被稱為“靈巧”（smart）凝視的大陣列焦平面也已開始嶄露頭角。

紅外焦平面熱像儀是一種可探測目標(biāo)的紅外輻射，并能通過光電轉(zhuǎn)換、電信號處理等手段，將目標(biāo)物體的溫度分布圖像轉(zhuǎn)換成視頻圖像的設(shè)備，是集光、機、電等技術(shù)于一體的高科技產(chǎn)品。因其具有較強的抗*力，隱蔽性能好、跟蹤、制導(dǎo)精度高等優(yōu)點，在軍事及民用領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。

二、紅外熱像探測器的分類

紅外熱像探測器的焦平面上排列著感光元件陣列，從無限遠(yuǎn)處發(fā)射的紅外線經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)成像在系統(tǒng)焦平面的這些感光元件上，探測器將接受到光信號轉(zhuǎn)換為電信號并進(jìn)行積分放大、采樣保持，通過輸出緩沖和多路傳輸系統(tǒng)，終送達(dá)監(jiān)視系統(tǒng)形成圖像。

紅外焦平面陣列分類有：
1、根據(jù)制冷方式劃分制冷型和非制冷型。

2、依照光輻射與物質(zhì)相互作用原理劃分為光子探測器與熱探測器兩大類。

3、按照結(jié)構(gòu)形式劃分為單片式和混成式兩種。

4、按成像方式劃分為掃描型和凝視型兩種

5、根據(jù)波長劃分：1～3μm的短波紅外、3～5μm的中波紅外、8～14μm的長波紅外三種不同波長的探測器。

三、紅外熱像技術(shù)在國內(nèi)應(yīng)用狀況

    隨著科技的進(jìn)步，目前紅外熱像技術(shù)除在軍事領(lǐng)域外，在民用領(lǐng)域也得到了長足的發(fā)展。現(xiàn)在在民用領(lǐng)域使用的紅外熱像儀探測波段為8～14μm長波的非制冷焦平面凝視型紅外熱成像儀，其體積、重量、操作性均比*代制冷型紅外熱像儀有了很大的改進(jìn)。

紅外熱像儀在國內(nèi)現(xiàn)主要應(yīng)用于如下行業(yè)：

l 建筑檢測：檢測房屋的節(jié)能、滲漏和空鼓等狀況。

l 設(shè)備預(yù)測性維護(hù)：主要對設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行巡檢，提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的問題。

l 研發(fā)與品質(zhì)管理：主要對產(chǎn)品的發(fā)熱狀態(tài)進(jìn)行檢測，提高產(chǎn)品的質(zhì)量。

l 消防：搜救和日常防火安全檢測。

l 其他：如科研、教育、醫(yī)療等。

四、紅外熱像技術(shù)在國內(nèi)建筑檢測的應(yīng)用狀況

目前，紅外熱像儀在國內(nèi)部分建筑行業(yè)已經(jīng)開始使用，主要應(yīng)用有：

建筑安全檢測：建筑滲漏檢測

              白蟻防治

              空鼓及外墻飾面粘貼缺陷檢測

              建筑電氣檢測

建筑節(jié)能檢測：節(jié)能材料檢測

              建筑密封性檢測

              暖通系統(tǒng)檢測

第二部分：紅外熱像儀的工作原理

1800年英國的天文學(xué)家William Herschel 用分光棱鏡將太陽光分解成從紅色到紫色的單色光，依次測量不同顏色光的熱效應(yīng)。他發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水銀溫度計移到紅色光邊界以外，人眼看不見任何光線的黑暗區(qū)的時候，溫度反而比紅光區(qū)更高。反復(fù)試驗證明，在紅光外側(cè)，確實存在一種人眼看不見的“”，后來稱為“紅外線”，也就是“紅外輻射”。自然界任何物體，只要溫度高于零度（-273.15 C?），就會以電磁輻射的形式在非常寬的波長范圍內(nèi)發(fā)射能量，產(chǎn)生電磁波（輻射能）。

紅外線在大氣中穿透比較好的波段，通常稱為 “大氣窗口”。紅外熱成像檢測技術(shù)，就是利用了 “大氣窗口”。

維恩位移定律

X軸：波長

Y軸：每單位波長對應(yīng)波譜區(qū)域的輻射量——光波輻射量（W/m2x µm）

從普朗克定律可以得知，物體的溫度越高，其輻射得峰值能量就越偏向短波方向，故紅外熱像儀，特別是用以建筑檢測得紅外熱像儀，其工作波段通常在8-14μm的長波波段，建筑用紅外檢測的溫度范圍一般在-20-100℃范圍內(nèi)。

紅外熱像儀是一種新型的光電探測設(shè)備，可將被測目標(biāo)表面的熱信息瞬間可視化，快速定位故障，并且在專業(yè)的分析軟件的幫助下，可進(jìn)行分析，完成建筑、節(jié)能、安全檢測和電氣預(yù)防性維護(hù)工作。

熱像儀由兩個基本部分組成：光學(xué)器件和探測器。

光學(xué)器件將物體發(fā)出的紅外輻射聚集到探測器上，探測器把入射的輻射轉(zhuǎn)換成電信號，進(jìn)而被處理成可見圖像，即熱圖。

  紅外熱像儀檢測原理圖

第三部分：紅外熱像在建筑安全檢測方面的應(yīng)用

一、建筑滲漏檢測

建筑滲水可導(dǎo)致混凝土表面炭化，使得混凝土表面出現(xiàn)裂縫后銹蝕鋼筋，鋼筋銹蝕后直徑變粗，并繼續(xù)擴(kuò)大裂縫，從而危害建筑的結(jié)構(gòu)強度；同時，建筑滲漏也會對居民的正常生活造成很大影響。

當(dāng)發(fā)生滲漏，滲水部位與正常部位的熱容量不一致，在環(huán)境溫度發(fā)生變化的過程中，滲漏部位與正常部位的溫度將會出現(xiàn)差異，這樣雖然表面的顏色一致，但溫度的差異可以在熱像儀上及時、清晰地反映出來。

在建筑物經(jīng)受了熱負(fù)荷之后（例如在高溫、干燥的晴天中陽光照射之后），對建筑物的外墻和屋頂進(jìn)行紅外熱像檢查。東面的墻壁可在下午進(jìn)行檢查，南面和西面的墻壁和屋頂可在日落后進(jìn)行檢查。在識別出外墻和屋頂中滲漏點之后，要在建筑物內(nèi)部進(jìn)行檢查，以進(jìn)一步確認(rèn)外部檢測結(jié)果。紅外熱像檢測還可指示出天花板和墻壁中由泄漏、水管斷裂等所帶來的部位。

從其不規(guī)則的擴(kuò)散形狀判斷為外墻滲漏（TiR32熱像儀拍攝）

案例一：上海市某來水公司辦公樓樓頂滲漏檢測

該樓房一共五層，頂樓為兩排空調(diào)機組外機，上班時間持續(xù)運行。由于空調(diào)冷凝水的緣故，造成屋頂上空調(diào)安放區(qū)域一直有水。從而引起五樓房間內(nèi)以及4樓房間內(nèi)墻壁有水滲漏；當(dāng)時懷疑在屋頂某處有滲漏點，但該屋頂面積較大，若全部修復(fù)成本太高，故使用熱像檢測為縮小修復(fù)工作提供位置參考。

先將屋頂分為幾個區(qū)域，在現(xiàn)場操作只需兩名操作人員：一位在樓頂對待確認(rèn)區(qū)域澆熱水，還有一位在房間內(nèi)對滲漏部位進(jìn)行熱像跟蹤，當(dāng)滲漏區(qū)域被澆上熱水后，5分鐘內(nèi)在房間進(jìn)行熱像跟蹤的人員就可以發(fā)現(xiàn)至少0.7℃以上的溫升。

通過五次熱像檢測滲漏點范圍縮小在屋頂面與西山墻的連接墻縫處的1米范圍內(nèi)，該部分面積僅是原先懷疑滲漏面積的1%，后通過施工已證實和修復(fù)了該滲漏點。

使用澆熱水的方式可以使?jié)B漏部位發(fā)生明顯的溫度分布變化，高水溫、大水量將使熱像檢測效果更為明顯，該檢測方法適合外墻表面因物品安裝位置、潮濕等原因無法直接進(jìn)行熱像檢測的現(xiàn)場，利用水溫的變化，在房間內(nèi)部發(fā)現(xiàn)滲漏部位并加以驗證。

二、白蟻防治

由于在施工和裝潢過程中大量使用未經(jīng)白蟻預(yù)防處理的木構(gòu)件以及現(xiàn)場環(huán)境比較潮濕，為白蟻的生存提供了必需的水份，使這部分建筑及木構(gòu)件也極易遭受白蟻危害，從而威脅到建筑本身的安全。

白蟻具有隱蔽性強的特點，紅外熱像儀與傳統(tǒng)的檢測工具相比，可在幾米或幾十米之外快速掃描整個建筑物的各個部分，能快速方便地確定建筑物白蟻可能發(fā)生的部位，不僅能節(jié)省檢查的時間，還能提高檢測的準(zhǔn)確性。

使用紅外熱像儀進(jìn)行白蟻防治主要突出兩點：

1、防

對于潮濕部分，由于表面的水分蒸發(fā)形成溫差，熱像儀可以進(jìn)行快速檢測，及時更換或維修表面潮濕的建筑木構(gòu)件部分。

2、治

   由于白蟻蟻穴的熱容量和熱傳導(dǎo)系數(shù)正常建筑材料不一致，故可以方便地通過溫差對白蟻的蟻穴進(jìn)行定位。

案例二、廣州市白蟻防治所使用紅外熱像儀進(jìn)行白蟻探查

以前在檢查住所或辦公地點是否出現(xiàn)白蟻時，通常采用兩種探測法：肉眼檢查和可識別白蟻所發(fā)出的聲波的儀器。

不過這些探測方法各有局限。例如，肉眼可能無法探測到隱藏在木頭內(nèi)的白蟻、聲波儀器可能探測到其他類似的聲響等，紅外熱像儀則可以避免該問題。

三、空鼓及外墻飾面粘貼缺陷檢測

   在2006年11月由上海房地產(chǎn)科學(xué)研究院主編、中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會批準(zhǔn)的《紅外熱像發(fā)檢測建筑外墻飾面層粘結(jié)缺陷技術(shù)規(guī)程》公布，該標(biāo)準(zhǔn)對使用紅外熱像進(jìn)行建筑外墻由于空鼓、裂縫等原因造成外墻飾面脫落隱患的排查進(jìn)行了科學(xué)、詳實的指導(dǎo)。

檢測時間以早晨太陽升起前1小時、下午太陽落山后1小時為佳，中午檢測需要避開陽光直射。

案例三、上海建科院對建筑質(zhì)量和節(jié)能檢測時拍攝的建筑外立面空鼓的情況。

案例四、泰州某小區(qū)新房交驗時進(jìn)行的紅外熱像檢測（建筑型紅外熱像儀拍攝）

第四部分：紅外熱像在建筑節(jié)能檢測方面的應(yīng)用

2009年底中國建筑科學(xué)研究院制定了兩份建筑節(jié)能行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并下發(fā)國家建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心執(zhí)行，這兩份標(biāo)準(zhǔn)是：

《居住建筑節(jié)能檢測標(biāo)準(zhǔn)》 JGJ/T 132 – 2009

《公共建筑節(jié)能檢測標(biāo)準(zhǔn)》 JGJ/T 177 – 2009

該標(biāo)準(zhǔn)在外圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工缺陷、外圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱橋部位內(nèi)表面溫度及外圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔熱性能等方面描述了紅外熱像的功能和使用方法，通過檢測熱工缺陷，熱橋缺陷，外墻保溫節(jié)能等方面確保建筑性能及質(zhì)量。

第五部分：總結(jié)

使用便攜式紅外熱像儀在日常巡檢中對建筑質(zhì)量問題情況進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)問題后拍攝紅外熱圖（含可見光），并使用語音記錄功能說明問題發(fā)生的地點，后根據(jù)熱像圖進(jìn)行問題點進(jìn)行維修；或者對可以部位特別是平時無法判斷的滲水部位進(jìn)行確認(rèn)，從而大大提高維修準(zhǔn)確性和維修效率。

紅外熱像儀是—款輕便小巧、操作簡便的建筑檢測儀器，它具有靈敏度高、檢測快速、無須照明等優(yōu)點，只須簡單地扣動扳機，便可以得到高質(zhì)量的熱像圖。紅外熱像儀為“建筑行業(yè)的診斷”提供了一項新的檢測方法，大大提高了檢測的準(zhǔn)確性、實效性、合理性，讓建筑無損檢測變得更加科學(xué)、進(jìn)步與實用。