红外热成像技术在日光温室保温性能检测中的应用

第 33 卷 第 1 期 青 海 大 学 学 报 自 然 科 学 版 Vol. 33 No. 12015 年 2 月 Journal of Qinghai University Natural Science Edition Feb. 2015收稿日期 2014 －09 －11基金项目 青海省科技厅 “1020”工程 2012 － N －512 ; 青海省省级产业技术转化研发平台项目 QNKP －2014 －03 －06作者简介 陈来生 1963 ， 男 ， 山西临县人 ， 研究员 ， 博士 。研究方向 设施农业 。红外热成像技术在日光温室保温性能检测中的应用陈来生1， 韩 睿1， 祁成文2 1． 青海省农林科学院园艺所 ， 青海 西宁 810016; 2 ． 西宁创美科技环保有限公司 ， 青海 西宁 810016摘要 土墙钢骨架日光温室是青海省建造数量最多的日光温室类型 ， 但日光温室散热途径一直难以观测和计算分析 ， 为了快速准确的检测日光温室散热不保温和设计缺陷 ， 寻求一种快速 、不接触 、经济简便的测试手段 ， 利用红外热成像技术对日光温室散热途径进行检测 ， 红外线成像图表明温室温度分布情况 ， 直观判断出日光温室散热不保温的原因 ， 可为改进和改造日光温室保温性能提供决策依据 。关键词 红外线 ; 日光温室 ; 围护结构 ; 保温性能中图分类号 S123 文献标志码 A 文章编号 1006 －8996 2015 01 －0037 －04DOI 10．13901/j． cnki． qhwxxbzk．2015．01．008Applying infrared thermal imaging technology todetect thermal insulation perance of solar greenhouseCHEN Laisheng1， HAN Ｒui1， QI Chengwen2 1． Qinghai Academy of Agriculture and Forestry， Xining 810016， China; 2． Xining ChuangmeiScience and Technology and Environmental Protection Co． LTD． ， Xining 810016， ChinaAbstract 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 s， 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 transation of greenhouse in-sulation properties．Key words infrared; sunlight greenhouse; retaining structure; thermal insulation perance日光温室是中国北方地区冬季进行蔬菜生产的主要设施 ， 建造好日光温室对于解决菜篮子 、增加农民收入具有重要的作用 。长期以来 ， 日光温室设计是否合理 ， 保温性能如何 ， 主要是靠冬季最冷月日光温室内温度的高低进行判断 ， 缺乏有效的探测 、检测手段 。青海省目前已经建造了 10 万余栋各类日光温室 ， 其中 ， 半地下式厚土墙钢骨架日光温室是青海日光温室中占有比例最高的日光温室 。墙体以机械碾压构筑 ， 墙体厚度 顶高处 达到 2 m， 基部厚度达到 3．5 ～4．5 m， 跨度以 10 m 为主 ， 该类型温室蓄热能力强 ， 保温性能好 ， 是一种适合青海地区的日光温室 ， 也是近年来青海省推广建造的日光温室类型 。各地建造过程中 ， 受气候 、材料 、投资能力和施工技术等影响 ， 日光温室结构上略有差异 ， 特别是后坡面 、前坎和保温材料等 ， 温室温度有较大差异 ， 需要探测原因 。另外 ， 大量旧棚改造中需提出针对性的提高保温性能的措施 。红外热成像技术能够对建筑 、电气等设施的发热现象进行检测 ， 并通过热成像的温度青海大学学报 第 33 卷分布找出异常温度点 或温度区域 ， 起到预维护的作用［ 1 －5］。但目前红外热成像技术作为一种直观有效的诊断措施在农业上的应用文献较少［ 6 －7］， 鲜见在日光温室设计和检测中应用 。因此 ， 我们利用红外线热成像技术对日光温室进行现场测试 ， 寻求温室散热不保温的途径和确切位置 ， 为温室保温进行温室设计改进和改造指出具体的途径和指明方向 。1 红外热成像技术探测方法1．1 测试日光温室选择以青海省典型的日光温室土墙钢骨架日光温室进行测试 ， 测试日光温室位于互助县台子乡设施蔬菜生产基地 ， 日光温室墙体为机械碾压墙体 ， 墙体厚度 顶高处 2． 00 m， 底部厚度 3． 50 ～4． 50 m， 长度65．00 ～95．00 m， 立柱钢骨架 ， 跨度 10．00 m， 脊高 5．60 m， 无滴塑料薄膜 ， 外覆盖保温被 。1．2 测试方法利用红外热成像技术探测日光温室围护结构保温性能进行测试 ， 测试时间为 2014 年 1 月 19 至 21日 19∶30 ～21∶00， 9∶40 ～10∶00， 最冷月 ， 夜间最低温度在 －16 ～ －23 ℃， 白昼温度在 －8 ～6 ℃， 温室内种植叶菜类蔬菜为主 ， 温室内外温差达到 25 ～35 ℃， 是测试温室保温性能最佳时期 。测试仪器采用选择美国 FLUKE 公司生产的 Ti25 型红外线热像仪 。采用从室外对日光温室测试和室内对日光温室测试2 种方式 ， 测试时间选择在扣棚后 ， 19∶30 天黑后 ， 此时室外温度下降大 ， 室内外温差大 ， 红外线热像仪成像效果好 ， 可以对日光温室保温性能有完整的测试效果 。2 红外热像技术在日光温室保温性能检测2．1 热传导损失检测2．1．1 热桥的诊断检测热桥在日光温室中出现较多 ， 由于室内外温差大 ， 墙体产生了热量的传递 ， 在热桥部位其导热系数较大 ， 热流在此处较密集 ， 相对其他正常墙体而言其壁面温度较高 。日光温室主要的热桥实测表现在温室前坎砼圈梁 图 1 。图 1 红外成像找出的前坎热桥散热Fig. 1 Thermal bridge radiator detected by infrared imaging in front foundation beam2．1．2 隔热性能测试日光温室围护结构中的隔热层主要是保温层 ， 一般为草苫 、保温被 ， 其次是后屋面 。日光温室隔热对温室内的温度有重要影响 ， 一般认为散热量占热能损耗的 60 ～80， 实际测试的日光温室隔热缺陷有 一是隔热材料隔热效果不佳 ， 没有完全隔热 ， 或者隔热层内隔热层薄 、隔热材料沉降 、安装后材料收缩 、在错误的位置进行刚性绝缘等 ; 二是隔热材料安装不当 ， 有漏缝 、漏眼或缺损 ; 三是隔热材料受潮 ，83第 1 期 陈来生等 红外热成像技术在日光温室保温性能检测中的应用失去隔热保温作用 图 2 。图 2 保温被对日光温室温度的影响Fig. 2 Effects of heat preservation cover on temperature of greenhouse detected by infrared imaging2．2 对流热损失检测日光温室夜间密封性差 ， 会造成热量泄漏 ， 引起温室内空气产生运动 ， 引起不均匀的温度分布 ， 引起局部温度降低而增加能耗 。测试中红外图像清晰地显示门缝 、山墙顶部和后坡面结合部 ， 屋脊顶部 ， 形成大量的 “热斑 ”或 “冷斑 ” 图 3 。表明这些部位存在墙体断裂 、或者裂缝 ， 外墙存在脱落 、结合部没有密闭等缺陷 ， 在冬季室内外空气存在的热压差 ， 使其通过门窗缝隙或外围护结构上的其他小孔洞进入室内 ， 进而降低了温度 。如图 3b， 后屋角雨水塌陷造成热量散失 。图 3 缝隙形成对流热对日光温室温度的影响Fig. 3 Infrared imaging of convection heat by gap2．3 受潮结冰检测日光温室受潮会产生许多问题 ， 水可能渗入一个小的裂缝 ， 然后滞留在不透水的建筑材料中 。砖和混凝土中未粘合好的区域往往造成砖墙体中积水和气体泄漏 。此外还由于温室结构开裂造成缝隙引起雨水渗入 ， 以及棚膜凝结水 ， 滴流在前坎 ， 在冬季使日光温室前坎处形成结冰 ， 造成温室热量在融化冰块和冰块导热中大量散失 。2．4 温室建造质量检测土墙日光温室墙体厚实 ， 有很大的热容量 ， 结构的主体在正常情况下 ， 温室内外表面蓄积热量 ， 夜间热量会由外墙饰面传递给温室内逐渐降冷的空间 。土墙外表面 ， 随着外部温度下降 ， 与温室内形成较大93青海大学学报 第 33 卷的温差 ， 日光温室建造质量好坏 ， 在温差很大的情况下 ， 通过红外线就可以进行检测墙体是否夯实 ， 有没有空隙带走热量 。实际检测中 ， 墙体顶部经常出现未碾压夯实的部位 ， 后屋面接缝施工缺陷 图 4 ， 需要修补 。图 4 温室墙体未夯实和后屋面接缝不密造成散热Fig. 4 Infrared imaging of heat disiipation resulted from cooling gap on wall and roof3 结论 1 红外热像仪对日光温室不同部位的检测 ， 快速精确地显示出日光温室的温度分布情况 ， 我们能够直观判断日光温室散热不保温的途径和原因 。表明红外线成像技术是一简单 、实用的技术手段 ， 可以快速地对日光温室进行红外热像直观图像和量化分析 ， 迅速全面地判断日光温室热工缺陷状况 。红外线成像技术检测不仅对日光温室设计有重要的检测作用 ， 弥补设计中对保温性能不足的缺陷 ， 而且还可以作为一种预维护诊断技术 ， 提供了一种极为经济且对温室本身没有损坏的诊断办法 。我国日光温室存量规模大 ， 需要维修改造 ， 但改造前的保温性能诊断工程量大 ， 针对性差 ， 任务繁重 ， 应该在设施农业 ，特别是日光温室建造和改造中大力提倡应用 。 2 根据检测结果 ， 对日光温室提出维修改造的建议 ， 一是增加保温层的保温能力 ， 如加盖一层塑料薄膜 ， 形成一层静止空气 ， 减少热量损失 ， 或更新保温效果好的保温被等 ， 二是对形成对流热量损失的门 、后坡面等缝隙进行处理 ， 冬季加挂门帘以及维修 。三是更换无滴棚膜 ， 防止前坎潮湿结冰融冰散热 ，四是前坎处 ， 冬季加草苫覆盖 ， 阻止温室前坎热桥传热 ， 或夏季进行防寒处理 。参考文献 ［ 1］ 赵建安 ， 冯书涛 ． 建筑节能工程检测技术方法初探 ［ J］ ． 商品与质量 学术观察 ， 2012 10 248 －249．［ 2］ 杨晓虹 ， 许国东 ． 红外热像法检测建筑节能缺陷的应用研究 ［ J］ ． 工程质量 ， 2011 3 57 －59．［ 3］ 杨丽萍 ， 闫增峰 ， 孙立新 ， 等 ． 红外热成像技术在建筑外墙热工缺陷检测中的应用 ［ J］ ． 新型建筑材料 ， 2010 6 53 －57．［ 4］ 牛玉新 ． 基于红外热成像技术的电力设备检修与维护探讨 ［ J］ ． 科技创业家 ， 2013 6 97．［ 5］ 胡达明 ． 红外热像法在建筑节能工程质量缺陷检测中的应用 ［ J］ ． 节能与环保 ， 2009 9 29 －31．［ 6］ 周建民 ， 周其显 ， 刘燕德 ． 红外热成像技术在农业生产中的应用 ［ J］ ． 农机化研究 ， 2010 2 1 －4．［ 7］ 徐惠荣 ， 应义斌 ． 红外热成像在树上柑桔识别中的应用研究 ［ J］ ． 红外与毫米波学报 ， 2004， 23 5 353 －355． 责任编辑 杨君丽 04