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(gè)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(jì)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(yùn)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(diǎn)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(jì)、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(gè)探測單元通過光機(jī)掃描的方式并協(xié)同低溫制冷器來實(shí)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(jī)、電等技術(shù)于一體的高科技產(chǎn)品。因其具有較強(qiáng)的抗*力，隱蔽性能好、跟蹤、制導(dǎo)精度高等優(yōu)點(diǎn)，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(jì)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(shí)候，溫度反而比紅光區(qū)更高。反復(fù)試驗(yàn)證明，在紅光外側(cè)，確實(shí)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(gè)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(qiáng)度；同時(shí)，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(shí)、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(diǎn)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(jī)組外機(jī)，上班時(shí)間持續(xù)運(yùn)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(shí)懷疑在屋頂某處有滲漏點(diǎn)，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(gè)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(diǎn)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(shí)和修復(fù)了該滲漏點(diǎn)。

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(yàn)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(qiáng)的特點(diǎn)，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(gè)建筑物的各個(gè)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(shí)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(diǎn)：

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(shí)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(diǎn)是否出現(xiàn)白蟻時(shí)，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(shí)的指導(dǎo)。

檢測時(shí)間以早晨太陽升起前1小時(shí)、下午太陽落山后1小時(shí)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(shí)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(yàn)時(shí)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(yàn)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(diǎn)，后根據(jù)熱像圖進(jìn)行問題點(diǎn)進(jìn)行維修；或者對可以部位特別是平時(shí)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(diǎn)，只須簡單地扣動(dòng)扳機(jī)，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(xiàng)新的檢測方法，大大提高了檢測的準(zhǔn)確性、實(shí)效性、合理性，讓建筑無損檢測變得更加科學(xué)、進(jìn)步與實(shí)用。