紅外熱像法快速檢測結露方法

■ 許利軍 Xu Lijun

0 引言

在廠房的大跨度輕鋼屋面結構中，都會設保溫層以避免造成結露。但某些廠房雖設置了保溫層，仍然會產生結露現象。結露的產生不僅影響產品質量和生產效率，也腐蝕廠房結構，影響其耐久性。

據研究，強濕源高大廠房結露一般都是由冷橋的存在造成，但在高大廠房中，明確冷橋位置和產生原因存在較大困難。紅外熱像法可以通過無損方法快速測量物體表面溫度差別，判別是否存在冷橋，并確定冷橋位置，為分析結露產生原因提供依據。本文從結露產生原因、借助紅外熱像方法判定冷橋位置進而分析某保溫棉紡廠結露原因，為類似廠房結露檢測以及避免此類結露提供參考。

1 結露成因

結露的產生跟露點溫度相關。露點溫度是指空氣在固定濕度和氣壓條件下，水汽冷卻到飽和時的溫度。在濕度和氣壓不變的情況下，露點溫度是固定的。在水汽未達到飽和狀態時，空氣溫度高于露點溫度；相反，當濕空氣所接觸物體的溫度低于露點溫度時，水汽便會在該物體周邊凝結。

在高濕高溫工業廠房中，為保持室內環境與室外環境隔絕，一般會設置保溫層。保溫層熱傳導系數小，當保溫層無缺陷時，室內溫度與保溫層內側面溫度基本一致，不會產生結露現象。但當保溫層存在缺陷時，室內環境與室外環境交界面為圍護結構或屋面彩鋼板，其熱傳導系數大；在與外界進行熱量傳導過程中，缺陷部位的傳熱系數明顯大于其他部位，熱量會集中從這些部位向外快速傳遞。由于熱量損失，缺陷部位室內溫度低于其他部位；由于熱量向外界傳遞，缺陷部位室外溫度高于其他部位。這些熱量向外界快速傳遞的缺陷部位即為冷橋存在的位置。當冷橋部位物體表面溫度低于露點溫度時，水汽便會在冷橋處凝結，從而形成結露現象。

2 高濕高溫工業廠房結露檢測難點

高溫高濕工業廠房通常采用高大廠房，結露檢測時需要對整個廠房內墻面、屋面處的溫濕度進行測量以確定溫度異常部位，同時需要對保溫層進行全數檢查以確定是否存在缺陷。高大廠房由于跨度大、凈空高，采用人工進行溫度測量則單次測量的范圍小，無法大面積快速測試。另外，對于高濕高溫環境下的廠房，通常會在其保溫層內側設置裝飾層或吊頂，從室內檢查保溫層缺陷需要鑿除裝飾層或吊頂，并架設腳手架進行全數檢查，工作量非常大，準確性也不高。因此，常規檢測方法在高溫高濕工業廠房結露檢測中工作量大、效率低、準確性不高等不足。

紅外熱像法是一種無損檢測技術，可以通過物體表面輻射狀況遠距離測量物體表面溫度場。常規檢測中，溫度計只能測量某點的溫度，而紅外熱像法可以測量整個物體表面的溫度場。在結露檢測時，只需在室外對圍護墻、屋面進行紅外攝像，通過溫度場分析即可初步判定冷橋的位置及范圍，進而得到保溫層缺陷的位置及范圍，極大地提高了工作效率。

3 紅外熱像法原理

在自然界中，任何高于絕對零度（-273℃）的物體都是紅外輻射源，由于紅外線是輻射波，所以物體均有紅外輻射現象。在波長固定時，不同的表面溫度會有不同的輻射功率，因此，只要在一定波長下測出輻射功率，就可以計算出溫度。在接收到被測物體的紅外輻射后，紅外熱像儀能把輻射功率信號轉換成電信號，經系統處理后得到物體表面溫度場，并通過圖像的形式顯示。

對于無缺陷的物體，其溫度場分布基本上是均勻的。如果物體內部存在缺陷，則缺陷處的溫度分布將產生變化。由熱傳導方程式（1）可知，由于保溫層缺陷處熱導性質不同于正常部位，經過一定時間延遲τ，熱波在缺陷處將被“反射”或“阻擋”，結果在缺陷部位發生熱堆積或熱漏失，從而早其表面形成過熱或冷斑，相對于正常部位，出現了表面溫度異常區域。

式中，t—溫度，℃或K；

λ—導熱系數，W/(mK)；

τ—時間，s 或 h；

ρ—密度，kg/m3；

α—熱擴散率（導溫系數），m2/s；

c—比熱，J/(kgK)。

對于冷橋類的缺陷，室外檢測方式為缺陷處因熱量堆積呈現“熱點”，室內檢測方式為缺陷處呈現“低溫點”。通過紅外熱像法對高大廠房圍護墻及屋面進行大面積檢測，可以遠距離、快速獲得整個墻面和屋面的溫度場，并以圖像的形式直觀地顯示。對解析熱圖像進行高精度分析后，可以快速、準確地確定冷橋存在的位置及范圍，對結露檢測分析做到有的放矢，大幅度提高工作效率。

4 高濕高溫工業廠房結露檢測實例分析

4.1 廠房概況及結露現象

某廠房為單層大跨輕鋼屋面結構（圖1），高濕高溫環境，2015年投入使用，外總包尺寸252m×144m，間距9m、跨度分為27m和30m（共5跨）。屋面從上至下為上層板（0.6mm厚HV-470型鍍鋁鋅彩鋼板）和保溫棉層（上層75mm厚歐文斯科寧（16K）、下層75mm厚歐文斯科寧（16K）+W38貼面）。圍護墻外側為0.5mm厚HV-248型鍍鋁鋅彩鋼板，其內設保溫棉層（外側75mm厚歐文斯科寧（16K）、內側75mm厚歐文斯科寧（16K）+W38貼面）。

經現場勘查，該廠房吊頂多處存在因屋面保溫棉滴水引起的潮濕現象，部分吊頂板因滴水較多而墜落（圖2）。屋面內側保溫棉內大量積水，因重力作用引起保溫棉下撓、脫落現象，露出屋面彩鋼板，彩鋼板底部存在銹蝕及大量水滴現象。但經屋面滲漏勘查，該廠房屋面無明顯滲漏現象。因此，初步判斷屋面保溫層積水、彩鋼板銹蝕及水滴聚集現象是由結露造成的。

圖1 某廠房一層平面示意圖

圖2 吊頂受潮位置及溫濕度示意圖

4.2 紅外熱像法檢測屋面室內外溫度

為快速且大面積檢測廠房屋面溫度場，判別屋面是否存在溫度異常點或異常區域，采用紅外熱像儀對廠房屋面的溫度異常情況進行了現場檢測。同時，采用紅外熱像法對室內彩鋼板的溫度進行檢測，判斷彩鋼板內表面溫度是否低于露點溫度。根據檢測結果，可以全面快速分析是否存在冷橋及其存在的范圍（圖3～5）。

4.3 紅外熱像結果分析

根據該廠房溫濕度條件，其露點溫度為19℃，結合紅外熱像檢測結果，廠房主要存在以下溫度異常現象：

圖3 廠房北側屋面紅外檢測結果

圖4 廠房南側屋面紅外檢測結果

圖5 室內屋面彩鋼板溫度紅外檢測結果

（1）屋面存在溫度異常區域。對溫度異常區域局部破損檢測后發現，屋面彩鋼板接縫處局部鎖縫咬合不密實、翹邊，造成該區域水汽溢出，致使該區域溫度與周邊溫度明顯異常，形成冷橋。該冷橋位置構件的溫度低于露點溫度，導致水汽在該處凝結結露。

（2）屋面檐口封板上下區域局部存在溫度異常，經局部破損檢測后發現，該區域未完全封堵密實，封板上下均有水汽溢出，溢出區域溫度與周邊溫度出現異常，形成冷橋。該冷橋位置構件的溫度低于露點溫度，導致水汽在該處凝結結露。

（3）室內保溫棉在上述水分聚集下產生積水，在重力作用下明顯下撓，部分保溫棉脫落，致使室內水汽與屋面彩鋼板直接接觸，使彩鋼板表面溫度與周邊保溫棉溫度出現明顯異常，造成更大范圍的冷橋。由于彩鋼板表面溫度低于露點溫度，造成更大區域的結露現象。

5 結語

在高濕高溫高大工業廠房結露檢測中，傳統檢測方法存在工作量大、針對性和有效性差等缺點。紅外熱像法可以快速、大面積、準確測量物體表面溫度場，為判別是否存在冷橋以及冷橋位置、范圍提供快速、準確的依據。

本文通過檢測實例，將紅外熱像法應用于高濕高溫高大廠房結露檢測中，快速、全面、準確地發現屋面溫度異常部位，分析確定冷橋及其位置，并針對性進行局部破損檢查，找出造成冷橋原因。因此，紅外熱像法在高濕高溫高大廠房結露檢測中具有科學、全面、高效的特點，對類似檢測項目具有較大應用價值。