紅外熱成像技術(shù)在日光溫室保溫性能檢測(cè)中的應(yīng)用

第 33 卷 第 1 期 青 海 大 學(xué) 學(xué) 報(bào) ( 自 然 科 學(xué) 版 ) Vol. 33 No. 12015 年 2 月 Journal of Qinghai University( Natural Science Edition) Feb. 2015收稿日期 : 2014 09 11基金項(xiàng)目 : 青海省科技廳 “1020”工程 ( 2012 N 512) ; 青海省省級(jí)產(chǎn)業(yè)技術(shù)轉(zhuǎn)化研發(fā)平臺(tái)項(xiàng)目 ( QNKP 2014 03 06)作者簡(jiǎn)介 : 陳來生 ( 1963) ， 男 ， 山西臨縣人 ， 研究員 ， 博士 。研究方向 : 設(shè)施農(nóng)業(yè) 。紅外熱成像技術(shù)在日光溫室保溫性能檢測(cè)中的應(yīng)用陳來生1， 韓 睿1， 祁成文2( 1 青海省農(nóng)林科學(xué)院園藝所 ， 青海 西寧 810016; 2 西寧創(chuàng)美科技環(huán)保有限公司 ， 青海 西寧 810016)摘要 : 土墻鋼骨架日光溫室是青海省建造數(shù)量最多的日光溫室類型 ， 但日光溫室散熱途徑一直難以觀測(cè)和計(jì)算分析 ， 為了快速準(zhǔn)確的檢測(cè)日光溫室散熱不保溫和設(shè)計(jì)缺陷 ， 尋求一種快速 、不接觸 、經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)便的測(cè)試手段 ， 利用紅外熱成像技術(shù)對(duì)日光溫室散熱途徑進(jìn)行檢測(cè) ， 紅外線成像圖表明溫室溫度分布情況 ， 直觀判斷出日光溫室散熱不保溫的原因 ， 可為改進(jìn)和改造日光溫室保溫性能提供決策依據(jù) 。關(guān)鍵詞 : 紅外線 ; 日光溫室 ; 圍護(hù)結(jié)構(gòu) ; 保溫性能中圖分類號(hào) : S123 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 : A 文章編號(hào) : 1006 8996( 2015) 01 0037 04DOI: 1013901/j cnki qhwxxbzk201501008Applying infrared thermal imaging technology todetect thermal insulation performance of solar greenhouseCHEN Laisheng1， HAN ui1， QI Chengwen2( 1 Qinghai Academy of Agriculture and Forestry， Xining 810016， China; 2 Xining ChuangmeiScience and Technology and Environmental Protection Co LTD ， Xining 810016， China)Abstract: The solar greenhouses with the earth wall and steel skeleton are widely adopted in Qinghaiprovince But the heat dissipation of solar greenhouse has been difficult to survey and analysis Forfast and accurate detecting greenhouse heat insulation and design flaws， and seeking a fast， non contact， economic and simple testing methods， the infrared thermal imaging technology in the solargreenhouse heat dissipation detection was applied The infrared imaging map shows that the green-house temperature distribution， with which intuitive judge greenhouse heat insulation flaws can bedone The results provide technical support for the improvement and transformation of greenhouse in-sulation propertiesKey words: infrared; sunlight greenhouse; retaining structure; thermal insulation performance日光溫室是中國(guó)北方地區(qū)冬季進(jìn)行蔬菜生產(chǎn)的主要設(shè)施 ， 建造好日光溫室對(duì)于解決菜籃子 、增加農(nóng)民收入具有重要的作用 。長(zhǎng)期以來 ， 日光溫室設(shè)計(jì)是否合理 ， 保溫性能如何 ， 主要是靠冬季最冷月日光溫室內(nèi)溫度的高低進(jìn)行判斷 ， 缺乏有效的探測(cè) 、檢測(cè)手段 。青海省目前已經(jīng)建造了 10 萬(wàn)余棟各類日光溫室 ， 其中 ， 半地下式厚土墻鋼骨架日光溫室是青海日光溫室中占有比例最高的日光溫室 。墻體以機(jī)械碾壓構(gòu)筑 ， 墻體厚度 ( 頂高處 ) 達(dá)到 2 m， 基部厚度達(dá)到 35 45 m， 跨度以 10 m 為主 ， 該類型溫室蓄熱能力強(qiáng) ， 保溫性能好 ， 是一種適合青海地區(qū)的日光溫室 ， 也是近年來青海省推廣建造的日光溫室類型 。各地建造過程中 ， 受氣候 、材料 、投資能力和施工技術(shù)等影響 ， 日光溫室結(jié)構(gòu)上略有差異 ， 特別是后坡面 、前坎和保溫材料等 ， 溫室溫度有較大差異 ， 需要探測(cè)原因 。另外 ， 大量舊棚改造中需提出針對(duì)性的提高保溫性能的措施 。紅外熱成像技術(shù)能夠?qū)ㄖ?、電氣等設(shè)施的發(fā)熱現(xiàn)象進(jìn)行檢測(cè) ， 并通過熱成像的溫度青海大學(xué)學(xué)報(bào) 第 33 卷分布找出異常溫度點(diǎn) ( 或溫度區(qū)域 ) ， 起到預(yù)維護(hù)的作用 1 5。但目前紅外熱成像技術(shù)作為一種直觀有效的診斷措施在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用文獻(xiàn)較少 6 7， 鮮見在日光溫室設(shè)計(jì)和檢測(cè)中應(yīng)用 。因此 ， 我們利用紅外線熱成像技術(shù)對(duì)日光溫室進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試 ， 尋求溫室散熱不保溫的途徑和確切位置 ， 為溫室保溫進(jìn)行溫室設(shè)計(jì)改進(jìn)和改造指出具體的途徑和指明方向 。1 紅外熱成像技術(shù)探測(cè)方法11 測(cè)試日光溫室選擇以青海省典型的日光溫室土墻鋼骨架日光溫室進(jìn)行測(cè)試 ， 測(cè)試日光溫室位于互助縣臺(tái)子鄉(xiāng)設(shè)施蔬菜生產(chǎn)基地 ， 日光溫室墻體為機(jī)械碾壓墻體 ， 墻體厚度 ( 頂高處 ) 2 00 m， 底部厚度 3 50 4 50 m， 長(zhǎng)度6500 9500 m， 立柱鋼骨架 ， 跨度 1000 m， 脊高 560 m， 無滴塑料薄膜 ， 外覆蓋保溫被 。12 測(cè)試方法利用紅外熱成像技術(shù)探測(cè)日光溫室圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能進(jìn)行測(cè)試 ， 測(cè)試時(shí)間為 2014 年 1 月 19 至 21日 1930 2100， 940 1000， 最冷月 ， 夜間最低溫度在 16 23 ， 白晝溫度在 8 6 ， 溫室內(nèi)種植葉菜類蔬菜為主 ， 溫室內(nèi)外溫差達(dá)到 25 35 ， 是測(cè)試溫室保溫性能最佳時(shí)期 。測(cè)試儀器采用選擇美國(guó) FLUKE 公司生產(chǎn)的 Ti25 型紅外線熱像儀 。采用從室外對(duì)日光溫室測(cè)試和室內(nèi)對(duì)日光溫室測(cè)試2 種方式 ， 測(cè)試時(shí)間選擇在扣棚后 ， 1930 天黑后 ， 此時(shí)室外溫度下降大 ， 室內(nèi)外溫差大 ， 紅外線熱像儀成像效果好 ， 可以對(duì)日光溫室保溫性能有完整的測(cè)試效果 。2 紅外熱像技術(shù)在日光溫室保溫性能檢測(cè)21 熱傳導(dǎo)損失檢測(cè)211 熱橋的診斷檢測(cè)熱橋在日光溫室中出現(xiàn)較多 ， 由于室內(nèi)外溫差大 ， 墻體產(chǎn)生了熱量的傳遞 ， 在熱橋部位其導(dǎo)熱系數(shù)較大 ， 熱流在此處較密集 ， 相對(duì)其他正常墻體而言其壁面溫度較高 。日光溫室主要的熱橋?qū)崪y(cè)表現(xiàn)在溫室前坎砼圈梁 ( 圖 1) 。圖 1 紅外成像找出的前坎熱橋散熱Fig. 1 Thermal bridge radiator detected by infrared imaging in front foundation beam212 隔熱性能測(cè)試日光溫室圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的隔熱層主要是保溫層 ， 一般為草苫 、保溫被 ， 其次是后屋面 。日光溫室隔熱對(duì)溫室內(nèi)的溫度有重要影響 ， 一般認(rèn)為散熱量占熱能損耗的 60% 80%， 實(shí)際測(cè)試的日光溫室隔熱缺陷有 : 一是隔熱材料隔熱效果不佳 ， 沒有完全隔熱 ， 或者隔熱層內(nèi)隔熱層薄 、隔熱材料沉降 、安裝后材料收縮 、在錯(cuò)誤的位置進(jìn)行剛性絕緣等 ; 二是隔熱材料安裝不當(dāng) ， 有漏縫 、漏眼或缺損 ; 三是隔熱材料受潮 ，83第 1 期 陳來生等 : 紅外熱成像技術(shù)在日光溫室保溫性能檢測(cè)中的應(yīng)用失去隔熱保溫作用 ( 圖 2) 。圖 2 保溫被對(duì)日光溫室溫度的影響Fig. 2 Effects of heat preservation cover on temperature of greenhouse detected by infrared imaging22 對(duì)流熱損失檢測(cè)日光溫室夜間密封性差 ， 會(huì)造成熱量泄漏 ， 引起溫室內(nèi)空氣產(chǎn)生運(yùn)動(dòng) ， 引起不均勻的溫度分布 ， 引起局部溫度降低而增加能耗 。測(cè)試中紅外圖像清晰地顯示門縫 、山墻頂部和后坡面結(jié)合部 ， 屋脊頂部 ， 形成大量的 “熱斑 ”或 “冷斑 ”( 圖 3) 。表明這些部位存在墻體斷裂 、或者裂縫 ， 外墻存在脫落 、結(jié)合部沒有密閉等缺陷 ， 在冬季室內(nèi)外空氣存在的熱壓差 ， 使其通過門窗縫隙或外圍護(hù)結(jié)構(gòu)上的其他小孔洞進(jìn)入室內(nèi) ， 進(jìn)而降低了溫度 。如圖 3b， 后屋角雨水塌陷造成熱量散失 。圖 3 縫隙形成對(duì)流熱對(duì)日光溫室溫度的影響Fig. 3 Infrared imaging of convection heat by gap23 受潮結(jié)冰檢測(cè)日光溫室受潮會(huì)產(chǎn)生許多問題 ， 水可能滲入一個(gè)小的裂縫 ， 然后滯留在不透水的建筑材料中 。磚和混凝土中未粘合好的區(qū)域往往造成磚墻體中積水和氣體泄漏 。此外還由于溫室結(jié)構(gòu)開裂造成縫隙引起雨水滲入 ， 以及棚膜凝結(jié)水 ， 滴流在前坎 ， 在冬季使日光溫室前坎處形成結(jié)冰 ， 造成溫室熱量在融化冰塊和冰塊導(dǎo)熱中大量散失 。24 溫室建造質(zhì)量檢測(cè)土墻日光溫室墻體厚實(shí) ， 有很大的熱容量 ， 結(jié)構(gòu)的主體在正常情況下 ， 溫室內(nèi)外表面蓄積熱量 ， 夜間熱量會(huì)由外墻飾面?zhèn)鬟f給溫室內(nèi)逐漸降冷的空間 。土墻外表面 ， 隨著外部溫度下降 ， 與溫室內(nèi)形成較大93青海大學(xué)學(xué)報(bào) 第 33 卷的溫差 ， 日光溫室建造質(zhì)量好壞 ， 在溫差很大的情況下 ， 通過紅外線就可以進(jìn)行檢測(cè)墻體是否夯實(shí) ， 有沒有空隙帶走熱量 。實(shí)際檢測(cè)中 ， 墻體頂部經(jīng)常出現(xiàn)未碾壓夯實(shí)的部位 ， 后屋面接縫施工缺陷 ( 圖 4) ， 需要修補(bǔ) 。圖 4 溫室墻體未夯實(shí)和后屋面接縫不密造成散熱Fig. 4 Infrared imaging of heat disiipation resulted from cooling gap on wall and roof3 結(jié)論( 1) 紅外熱像儀對(duì)日光溫室不同部位的檢測(cè) ， 快速精確地顯示出日光溫室的溫度分布情況 ， 我們能夠直觀判斷日光溫室散熱不保溫的途徑和原因 。表明紅外線成像技術(shù)是一簡(jiǎn)單 、實(shí)用的技術(shù)手段 ， 可以快速地對(duì)日光溫室進(jìn)行紅外熱像直觀圖像和量化分析 ， 迅速全面地判斷日光溫室熱工缺陷狀況 。紅外線成像技術(shù)檢測(cè)不僅對(duì)日光溫室設(shè)計(jì)有重要的檢測(cè)作用 ， 彌補(bǔ)設(shè)計(jì)中對(duì)保溫性能不足的缺陷 ， 而且還可以作為一種預(yù)維護(hù)診斷技術(shù) ， 提供了一種極為經(jīng)濟(jì)且對(duì)溫室本身沒有損壞的診斷辦法 。我國(guó)日光溫室存量規(guī)模大 ， 需要維修改造 ， 但改造前的保溫性能診斷工程量大 ， 針對(duì)性差 ， 任務(wù)繁重 ， 應(yīng)該在設(shè)施農(nóng)業(yè) ，特別是日光溫室建造和改造中大力提倡應(yīng)用 。( 2) 根據(jù)檢測(cè)結(jié)果 ， 對(duì)日光溫室提出維修改造的建議 ， 一是增加保溫層的保溫能力 ， 如加蓋一層塑料薄膜 ， 形成一層靜止空氣 ， 減少熱量損失 ， 或更新保溫效果好的保溫被等 ， 二是對(duì)形成對(duì)流熱量損失的門 、后坡面等縫隙進(jìn)行處理 ， 冬季加掛門簾以及維修 。三是更換無滴棚膜 ， 防止前坎潮濕結(jié)冰融冰散熱 ，四是前坎處 ， 冬季加草苫覆蓋 ， 阻止溫室前坎熱橋傳熱 ， 或夏季進(jìn)行防寒處理 。參考文獻(xiàn) : 1 趙建安 ， 馮書濤 建筑節(jié)能工程檢測(cè)技術(shù)方法初探 J 商品與質(zhì)量 ( 學(xué)術(shù)觀察 ) ， 2012( 10) : 248 249 2 楊曉虹 ， 許國(guó)東 紅外熱像法檢測(cè)建筑節(jié)能缺陷的應(yīng)用研究 J 工程質(zhì)量 ， 2011( 3) : 57 59 3 楊麗萍 ， 閆增峰 ， 孫立新 ， 等 紅外熱成像技術(shù)在建筑外墻熱工缺陷檢測(cè)中的應(yīng)用 J 新型建筑材料 ， 2010( 6) : 53 57 4 牛玉新 基于紅外熱成像技術(shù)的電力設(shè)備檢修與維護(hù)探討 J 科技創(chuàng)業(yè)家 ， 2013( 6) : 97 5 胡達(dá)明 紅外熱像法在建筑節(jié)能工程質(zhì)量缺陷檢測(cè)中的應(yīng)用 J 節(jié)能與環(huán)保 ， 2009( 9) : 29 31 6 周建民 ， 周其顯 ， 劉燕德 紅外熱成像技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用 J 農(nóng)機(jī)化研究 ， 2010( 2) : 1 4 7 徐惠榮 ， 應(yīng)義斌 紅外熱成像在樹上柑桔識(shí)別中的應(yīng)用研究 J 紅外與毫米波學(xué)報(bào) ， 2004， 23( 5) : 353 355( 責(zé)任編輯 楊君麗 )04