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建筑科学

如何像建筑科学家一样看待房子(第二部分:热能)

对热成像的细致细节以及它如何在远远超过热量损失时脱光

本文是关于各种建筑诊断工具的系列文章的第二篇,这些工具用于探查建筑中的问题。如果你错过了,你可能想读一下第1部分:空气在潜入这里之前。

我回来是为了分享更多我用来进行法医检查和诊断建筑物问题的工具。这些栏目的粗略分解将涵盖空气、热量和湿气的主题,以及我用来确定它们在建筑中如何发挥作用的工具。这一次,我们要看热量,或者更具体地说温度。

我在建筑调查中的一个转换工具是红外相机或IR相机,这是本专栏的焦点。IR摄像机并不总是有问题的解决方案,但他们经常拿起提供有用线索的异常,他们总是提供娱乐故事。本文并不旨在作为IR摄像机的介绍。有很多培训课程您可以找到。它旨在展示我如何使用IR相机扫描冷点,热点和其他“热异常”的广泛区域,因为我们在我们的报告中称之为。

红外线观测的例子

为了解释红外图像,使用颜色(或黑白)刻度来表示表面温度。在下面的图像中,我使用了蓝色/紫色显示冷却器温度的颜色刻度,黄色/橙色显示温暖的温度。我应该警告你,当我在红外图像的第一眼看起来有足够的时候导致错误的答案。例如,我在粗糙的框架中走进这个房子,并被横跨地板的大温热异常吓了(图1)。热量跑步,导致管道通过地板传导?不,那些只是窗户的地板上的阳光照射点,起初并不明显,因为太阳已经落后了云。

图1:粗糙的结构在地板上有神秘的热异常

一个非常令人震惊的空气泄漏的例子如图2所示。为什么在这冬季冬季拍摄的暖砖表面的带有暖砖曲面射击了多型建筑物?可能是钢结构的热传导,也许?

图2:在建筑外部外壳上可以看到明显的空气泄漏

从吊顶上方看,在混凝土块/CMU和钢柱墙上方有一个防火钢梁(图3)。如果你仔细看,你可以看到在两者之间的缝隙中有一点蓝色。那是蓝色的道氏泡沫塑料。

这个问题在建筑部分更加明显(图4)。该建筑有一个钢结构框架,填充CMU块和钢柱框架,停止了钢。这座建筑没有外部空气屏障,所以外部空气(来自砖洞)可以自由地通过泡沫接缝,并通过围绕整个建筑周长半英寸的缝隙进入。

图3:梁-墙界面(天花板上方)图4:梁-墙间隙处漏气

图2中所示的暖空气泄漏朝向建筑物的顶部最差,与堆叠效果一致,或暖空气升高。但问题比能源使用差。在夏季,堆叠效果逆转,较低的水平倾向于吮吸砖腔。他们拉进足够的外部潮湿空气,它们在悬浮的天花板上方的冷水管道上具有冷凝和模具问题。

揭示水问题

IR相机还可以捕获水问题;关键是在正确的时间捕获条件。降雨通常冷却表面(特别是在夏季),蒸发也冷却湿表面。此外,湿表面具有更大的热质量,因此当室外温度上升或下降时,它们的反应将落后于建筑物的其余部分。

这在图5中的砌体建筑的窗台上显示了。窗户或玻璃,与大多数墙壁覆盖物不同,几乎所有的风吹雨都在下面的墙上。因此,窗台对于通过滴水边缘将这种集中的水流消失的窗台至关重要,否则您最终会在窗口下方的口径模式最终,如图所示。

图5:砌体大厦外观,显示窗台水径流

如果有室内室外温差,则通过框架的热桥接可以非常明显。图6是钢螺柱的冬季射击,比木螺柱更热导电。诸如绝缘壁中嵌入的绝缘板的绝缘板边缘或结构钢等热桥将以类似的方式出现。

图6:热桥通过钢螺柱墙结构

已经传递的一个故事是拉斯维加斯的一个房地产利用者曾经在木材价格飙升期间尝试钢框架。他们把房子卖给了一个吸烟者,钢螺柱的表面足以冷却,以将烟雾送到墙壁内部,导致每个钢螺柱上的电报线。建筑师最终从所有者那里掏出房子。

红外摄像机和空气

要记住的一件事是IR摄像机没有看到热或冷空气 - 红外照相机正在通过空气,只显示表面的温度。因此,您可以看到空气影响的气温,但不是空气本身。

例如,在图7中,这些安装在地板上的加热器将空气很好地扔到墙上。作为额外的奖励,这证明了Coandă效应,即空气(或其他流体)跟随相邻的平面或曲面,从而导致投掷增加(查看ACCA Manual T更多)。

图7:加热过程中地板上的热烟流

解决一个问题的红外观察是这个冬天在图8中拍摄了一个房子里面。为什么房间的顶部发光?一条线索是在这些一楼的吊顶式寄存器,是可见的热点,这些热点也吹到墙壁上。

图8:天花板寄存器分布差造成的热分层

问题是,这些记录器是为了水平投掷而不是垂直投掷而建的,所以它们最终将热空气分层到房间空气夹层的顶部,导致了相当壮观的热分层。没有什么东西能驱散房间顶部的热空气,所以它就呆在那里,而让下半部分是冷的。

如果你把黑啤酒和古铜色啤酒倒进去(用一品脱玻璃杯把黑啤酒加在Bass麦芽酒上),这个加热系统基本上也是在做同样的事情,在一楼的空气夹层的顶部轻轻地倒出一层热空气,而不会把东西搅动起来。

这所房子的问题比不适更糟糕。通过该分层,恒温器通常低于热寒边界线。因此,加热系统在热层足够深时达到几小时以影响恒温器。系统会关闭,然后循环会重复。但当然,二楼的整个时间都闷热。

最后一个可视化气流的技巧是Steven Winter and Associates公司的Robb Aldrich提供的。如果你想想象一个暖通空调系统是如何甩出空气的——例如,一个迷你分裂——用一块纸板切出空气羽流的横截面,然后它在红外线上发表漂亮

空气+热(外壳减压和红外)

许多人可能熟悉的组合是粉丝加压或减压加上侦探的红外线相机,建立空气泄漏 - 我们现在结合了空气和热的主题。这种强大的技术依赖于室内室外温度差异来可视化泄漏

我们可以选择加压或减压建筑物。加压(迫使空气进入建筑物,图9)导致“诱导的抗滤成”或内部空气的外侧泄漏;泄漏将在建筑物外部可见。然而,这些空气泄漏热异常通常被室外表面温度所淹没,特别是在当天,当建筑物阳光照射时。

图9:建筑增压图10:建筑减压

减压(拉出建筑物,图10)导致“诱导渗透”或外部空气的内向泄漏;泄漏将在建筑物内部可见。这是我典型的进入技术。我建议使用红外相机在建筑物周围行走,找到任何现有的热异常(如热桥)。然后,我会减压房子(打开鼓风机门扇),并竭尽全力,看看发生了什么变化。

空气泄漏的一个特征是它们通常出现为空气的羽毛或喷射,如图11所示。再次,这在通过该冷外部空气(诱导渗透)的表面击中的表面上显示。

图11:门框垫片处的渗入空气泄漏羽流(冬季)

舌形和槽形天花板是一个典型问题,当它们在山墙末端或屋顶耙子从室内跑到室外时。冬季的减压显示空气在每个板连接处喷射进来(图12)。

图12:舌头和沟槽屋顶/天花板的空气泄漏,延伸在室内/户外(冬季)

这种技术也可以用来发现隐藏在室内饰面的漏气。图13显示了在夏季降压时,教堂的通风口:外面的热空气通过玻璃纤维绝缘从屋顶山脊的通风口漏进来,并通过嵌入式灯和其他天花板漏风面被拉进室内。

图13:教堂天花板的诱导渗透;注意脊灯和凹灯(夏季)

类似地,图14示出了外部空气从天花板上方的热排放的阁楼拉入内壁(“翼墙”在浴室)和外壁的顶板。

图14:通风阁楼向内墙和外部顶板的诱导渗透(夏季)

经常使用泡沫喷雾,因为它有收紧空气的特性。它提供了一个很好的空气屏障,它是存在的和连续的。然而,在不连续处,当它不存在时,它不能阻止气流。换句话说,当泡沫喷雾剂不存在时,它不会密封。这通常发生在木框架结构的木与木的连接,如国王/千斤顶/cripple螺栓连接,角,顶部和底部板,椽连接。

图15中示出了这一示例,其是闪光灯和扣玻子组件(闭孔喷雾泡沫和玻璃纤维BATT),示出了在冬季减压。在屋顶到墙上的接头上被拉进了一个巨大的冷空气风扇。拉回玻璃纤维(图16)在椽子上的托梁连接处揭示了一排未密封的木头接头。

图15:喷雾泡沫/玻璃纤维(闪光灯和毡)阁楼屋顶墙连接(冬季)诱导浸润
图16:在木头接头处喷涂泡沫缺陷

另一个麻烦的细节是使用侧夹(通常称为砌体带)和/或窗口垫片安装的Windows。图17示出了围绕其周边密封的窗口,除了垫片穿透的地方。建议的细节是将垫片切红,并在表面上运行空气密封细节。

图17:窗-墙粗开口垫片周围漏风(夏季)

窗口侧夹的良好解决方案包括覆盖整个夹子/带(图18)的磁带密封,或者在窗户周边周围的相同密封剂中嵌入整个夹子(图19)。

图18:用磁带覆盖安装夹图19:通过嵌入密封胶中的空气密封窗口

有点关于相机

自2008年以来,我只使用IR摄像机,所以我绝对不是液体 - 氮罐头和推车尺寸相机的旧计时器。我开始使用FLIR B40(图20),当它是新的,售出了大约5000美元,进入了装甲鹈鹕的情况,并推出了240 x 240像素图像(IR分辨率:120 x 120像素)。拿5000美元的乐器在阁楼里爆炸从来都不是一种舒适的感觉。而且,图像是狭窄的苏打秸秆视野。你必须退后一步,欣赏到建筑物的美好观点,此时,图像太模糊不清。

这是一个提示:使用固定温度刻度,在全景中捕捉多个图像,如果需要,请在照片编辑软件中拼接它们。

如今,我们都可以从技术的进步中获益。我目前围绕一个专业版,插入智能手机并运行约400美元(图21)。它介绍了1440 x 1080像素的图像,用红外镜头覆盖视觉图像(显示边缘)。覆盖层是一个非常有用的参考(“右......这次射击在房间里有了那个哥泼的天鹅绒画”)。那幅画与墙壁的温度相同,而且单独用红外线看不见。它还滑入你的口袋里,以便乘坐阁楼。简单地说,今天我在第十位获得了更好的形象。

图20:FLIR B40红外相机图21:FLIR一位专业智能手机

有许多品牌和型号可用。我没有尝试过寻求红外线照相机,所以我不能提供任何比较。但是,我有几个警告和从我的红外照相机吸取的经验教训。我从温度读数得到了一些非常奇怪的数字,所以我依靠图像比表面绝对温度测量更多。似乎手机电池在运行软件时快速排放。在冬季使用这个设置,在冬季将结果非常快速,所以我需要将它塞进镜头之间的外套。用视觉镜头配对红外镜头(就像我上面的那样)使报告和演示中发生的事情更加清晰。最后 - 要小心插入手机的连接器:如果你敲开它,它可以掉下来(图22)。Flir没有修复这些单位,但它们在送回破损的单位时会在替代品提供折扣。

图22:从FLIR ONE Pro上断开连接器

闪亮的表面和毛茸茸的东西

IR相机依赖于发射率 - 发射率的假设值是窗口中的“E”,“低E”涂层。闪亮的表面具有低的发射率,可以导致奇怪的结果。具体而言,闪亮的表面反映在红外线中,与视觉频谱中的相同方式。

我在扫描一座建筑的走廊时发现了这个(图23)。“哇,”我想,“那个电梯门有一些严重的热异常。夏季会有大规模的空气泄漏吗?哦,等等,这是我和同事的倒影,还有头顶上的灯。”是的,我不小心拍了一张红外自拍。

图23:发光电梯门上的红外反射

当你在悬挂的天花板内部抬头时,同样的事情就会发生在发光的钣金管道上的悬挂式上限。讲述是当你四处走动时热异常开始移动。

最后,您有时会遇到如图24所示的红外摄像机的意外情况。我扫了一眼客户的地下室,心里想:“酷炫的地下室墙壁,热水加热器,热管……这是什么?!”如果你打开手电筒(或在视觉镜头中调高亮度),你会看到房主的黑猫喜欢栖息在地下室的墙上。

图24:毛茸茸的基底热异常

kohta Ueno是Building Science Corporation的高级助理。照片和插图由作者提供。

13评论

  1. 斯科特岛||#1

    嗨,谢谢你,我可以访问一个FLIR iPhone附件。我想知道,为了得到最好的数据,结构内部和外部温度之间是否存在理想的温差?这取决于我在找什么吗?从内部,冷空气气流/点。从外面来的,因为热泄漏?

    Tx。斯科特

    1. 安德鲁·C||# 5

      我找不到原因,但很多参考文献使用10C作为最小温差。我也有一个审计师告诉我,他们不能做“正式”审计少于10c的差异。

    2. 专家成员
      Kohta上野||#6

      我通常拍摄10-20华氏度的温差,但不期望在这个范围的低端的结果。此外,一定要注意一些棘手的情况——如果你想在室外感到寒冷,例如,晴天有通风的阁楼可能足够暖和,以减少冷空气的影响。此外,“短路径”的空气泄漏——比如门的门槛或窗与栏杆的接触——比需要冷却/加热表面的隐藏的空气泄漏(隐藏在石膏板后面的泄漏)更容易被发现,在那里空气需要走“曲折的路径”。

  2. Jon R.||#2

    我想象有一些优势,可以进行加压和减压,看看外部和内部。此外,如果它发生在内外70F,你可以曲柄建筑物,以获得可用的温差。

    1. 专家成员
      Kohta上野||# 7

      你*有时可以*得到体面的结果加压和观察外部,但你必须注意太阳温暖的表面和热质量(例如,砖贴面保持温暖后,太阳下山)。在晚上加压可能是一种更有用的技术,但我在调查中很少能在晚上使用。

      另外,完全同意预暖或预冷建筑物,以“goose”温差/delta t。这需要与操作大楼的人员进行一些协调,但这是有效的。

  3. Trevor Lambert.||# 3

    图中的“神秘”热热点非常明显。我才开始在阅读文章之前浏览图片,并立即理解那些没有思考的东西。我猜大多数人只能通过这种巨人,在天空中发光的球体和它所做的。

    我上冬天和周围的热摄像头和邻居的房子一起玩。我学到的一件事是你必须非常小心你校准它。允许其自动校准图像可以提供非常误导的结果。根据范围,它可以完全隐藏热像差,或者通过强调它们。你几乎可以让它展示你想要的任何东西。

    我注意到您使用的相机具有同样的缺点,即我使用的缺点(一个密尔沃基)所做的:IR图像的分辨率/缩放与可见光图像不同。这是一个巨大的短缺,我认为不会那么难以解决。

    1. 专家成员
      Dana多赛特||#4

      >“我注意到你用的相机和我用的(密尔沃基)相机有同样的缺陷:红外图像的分辨率/视野/变焦与可见光图像不同。这是一个巨大的缺口,我本以为解决起来不会那么困难。”

      在房间温度IR成像仪中根本不容易解决。可见光成像仪在光电效应上操作,并且像素尺寸可以非常小,用于高分辨率图像。对于在光电效果上运行的低温IR成像仪,像素尺寸也可以很小,但即使是散装和设备上的最小的制冷系统,也使其在现场使用较低/可靠。

      几十年前,该行业开始转向在微热隔离硅酸洗叉上的微机械电阻器,这种电阻器可以在不需要低温的情况下提供合理的红外温度分辨率。但是微机械电阻比CCD单元或CMOS成像单元大几个数量级。

      仍然有大量的军事、科学和工程应用需要更高分辨率的红外成像仪,但所有廉价的商业和工业(现在实际上是消费)类型的红外相机都转向了非低温但低分辨率的解决方案。对于诸如在建筑物和供暖系统中追踪热泄漏的应用,即使是200美元的FLIR One也是一个相当好的工具。

      1. 兰斯•彼得斯||#8

        我的FLIR One已经被证明是非常有用的。显然,由于典型建筑表面的各种辐射率,温度读数充其量是接近的,但一旦你理解了这个概念,它是非常棒的检查地板或墙壁的温差。如果你需要精确的金属管道的温度,一罐半光泽的黑色油漆就派上用场了。

        关于可见光和热成像视场,FLIR使用可见光和热成像来提供复合图像。他们称之为MSX,这使得原本分辨率较低的热成像变得更加有用。

        1. Jon R.||#13.

          看着这只猫,我想说使用了不同的相机和/或位置。所以简单的缩放并不能解决这个问题。

      2. 兰斯•彼得斯||#9

        一个例子显示了我以前通风(和寒冷)的厨房地板。在密封边缘搁栅后,地板暖和多了:

      3. Trevor Lambert.||#11

        不管本机分辨率如何,让两个图像对齐只是一个缩放问题。它们已经被缩放了,已经很接近了。只要距离足够远,如果两者都没有明显的地标,就很难匹配图像中的物体。

  4. 兰斯•彼得斯||#10

    气封后同面积:

    1. 专家成员
      马尔科姆泰勒||#12

      好了!

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