一种基于红外热像仪定量分析建筑热桥热损失的新方法
阅读说明：本技术 一种基于红外热像仪定量分析建筑热桥热损失的新方法 (Novel method for quantitatively analyzing heat loss of thermal bridge of building based on thermal infrared imager ) 是由 郭兴国 林�智 杨佳乐 汪桦林 刘向伟 于 2021-06-21 设计创作，主要内容包括：本发明的一种基于红外热像仪定量分析建筑热桥热损失的新方法,以红外热像仪为工具,提供了一种无创、易用的热损失定量评估方法,可在建筑围护结构的内部构造未知的情况下,解释表面温度与对流和辐射换热系数之间的相关性,通过计算热图像数据所得到的单位高度热流率和线性热透过率来对建筑围护结构热桥部分的热损失进行评估,以此来实现对建筑围护结构热工性能的优化,从而达到建筑节能的目的。(The invention relates to a novel method for quantitatively analyzing heat loss of a thermal bridge of a building based on a thermal infrared imager, which takes the thermal infrared imager as a tool, provides a noninvasive and easy-to-use quantitative evaluation method for heat loss, can explain the correlation between surface temperature and convection and radiation heat exchange coefficients under the condition that the internal structure of a building enclosure is unknown, and evaluates the heat loss of the thermal bridge part of the building enclosure by calculating the heat flow rate of unit height and linear heat transmittance obtained by thermal image data, thereby realizing the optimization of the thermal performance of the building enclosure and further achieving the purpose of building energy conservation.)
技术领域
本发明涉及建筑节能以及热成像技术领域，更具体的，涉及一种基于红外热像仪定量分析建筑热桥热损失的新方法。
背景技术
建筑能耗约占全球一次能源消耗的三分之一，通过改善建筑物的热工性能可以对全球减少能源消耗做出重大贡献。在对建筑围护结构的热标准的评估中，目前主要使用的方法有热流计法和热箱法，此两种方法有一定局限性，而且误差较大，而红外热像仪的功能主要是作为一种定性分析手段，为节能改造提供可靠的数据支持，在定量分析方面的研究较少，但是，红外热成像技术作为一项新兴技术，比起传统热标准评估方法有着显著的优势。因此，将红外热成像技术发展为定量分析的手段成为了研究的重点。
发明内容
为解决上述问题，本发明以红外热像仪为工具，提供了一种无创、易用的热损失评估方法，可在建筑围护结构的内部构造未知的情况下，解释表面温度与对流和辐射系数之间的相关性，通过计算热图像数据所得到的单位高度热流率和线性热透过率来对建筑围护结构热桥部分的热损失进行评估，以此来实现对建筑围护结构热性能的优化，从而达到建筑节能的目的。
本发明具体采用以下方案：
一种基于红外热像仪定量分析建筑热桥热损失的新方法，其步骤如下：
S1：围护结构热桥标本的设置；
S2：设置热桥标本所处环境的温差、风速流向和大小；
S3：设置红外热像仪的分辨率大小及其放置距离；
S4：热桥标本中各个像素点的表面温度及其周围空气的物性参数的获取；
S5：像素点对流换热系数、辐射换热系数的确定；
S6：热桥标本热桥部分单位高度热流率和线性热透过率的确定。
进一步的方案是，S1中所述的热桥标本的长度为1.5m，高度为1.5m，所有试件由结构绝缘板组成，总厚度为130mm，结构绝缘板由100mm厚的低电导率聚苯乙烯绝缘板组成，两侧有15mm厚的欧松板，热桥标本中心设有一根100mm×100mm×5mm的钢空心管以模拟线性热桥。
进一步的方案是，S2中所述的热桥标本嵌入冷热室的绝热隔墙中，所处环境温差维持在30度左右，标本表面设置大小为0.1m/s，方向与表面平行、自上而下的均匀风流。
进一步的方案是，S3中所述的红外热像仪的分辨率大小为320×240，放置在离样本合适距离的中高位置。
进一步的方案是，S4中所述的热桥标本的各个像素点的表面温度通过在热像图的中高位置建立平均IR线并通过曲线拟合的方式获得，像素点周围空气的物性参数是在表面空气薄膜温度下通过查表得出的。
进一步的方案是，S5中的对流换热系数是通过与努塞尔数有关的方程确定的。
进一步的方案是，S6中的热流率是通过对每个像素点的热流率进行求和而得出的。
本发明的有益效果为：本发明以红外热像仪为工具，提供了一种无创、易用的热损失评估方法；可在建筑围护结构的内部构造未知的情况下，解释表面温度与对流和辐射系数之间的相关性，通过计算热图像数据所得到的单位高度热流率和线性热透过率来对建筑围护结构热桥部分的热损失进行评估，以此来实现对建筑围护结构热性能的优化，从而达到建筑节能的目的。红外热像仪体积小易于携带，检测耗时短，提高了检测效率。
附图说明
图1为本发明实施例中使用红外热像仪定量分析热桥热损失的新方法的流程图；
图2为本发明实施例中热桥标本表面温度的曲线拟合图；
图3为本发明实施例中热桥标本对流换热系数的曲线拟合图；
图4为本发明实施例中热桥标本的辐射系数曲线拟合图；
图5为本发明实施例中热桥标本单位高度热流率的曲线拟合图；
图6为本发明实施例中热桥标本热桥部分单位高度热流率的曲线拟合图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施样例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
使用红外热像仪定量分析热桥热损失的新方法，其步骤如下：
S1：围护结构热桥标本的设置；
S2：设置热桥标本所处环境的温差、风速流向和大小；
S3：设置红外热像仪的分辨率大小及其放置距离；
S4：热桥标本中各个像素点的表面温度及其周围空气的物性参数的获取；
S5：像素点对流换热系数、辐射换热系数的确定方法根据对流换热系数计算方法：式中Nux为热成像图上每个像素点的努塞尔数，无量纲；kx为热成像图上每个像素点表面空气薄膜温度下的导热系数，W/(mK)；lch为热桥标本的特征长度，m；根据辐射换热系数计算方法：hcx＝εσ(Tsx+Ti)(Tsx 2+Ti 2)式中ε为热桥标本的表面发射率，无量纲；σ为玻尔兹曼常数，W/(m2K4)；Tsx为热成像图上每个像素点的表面温度，K；Ti为热桥标本热侧的空气温度，K；
式中Rax为瑞利数，无量纲；Prx为普朗特数，无量纲；
式中g为重力加速度，m/s2；β为体积膨胀系数，1/K；Ti为热桥标本热侧的空气温度，K；Tsx为热成像图上每个像素点的表面温度，K；lch为热桥标本的特征长度；ν为热成像图上每个像素点表面空气薄膜温度下的运动粘度，m2/s；α为热成像图上每个像素点表面空气薄膜温度下的热导率，W/mK。
S6：热桥标本热桥部分热流率和线性热透过率的确定方法根据热流率的计算方法：qx＝lx[(hcx+hrx)(Ti-Tsx)]式中lx为每个像素点所对应的实际长度，m；hcx为每个像素点的对流换热系数，W/(m2K)；hrx为每个像素点的辐射换热系数，W/(m2K)；Ti为热桥标本热侧的空气温度，K；Tsx为热成像图上每个像素点的表面温度，K；
qxTB＝qx-qxu；qx为热成像图上每个像素点的单位高度热流率，W/m；qxu为热成像图上不含有热桥部分每个像素点的单位高度热流率；根据线性热透过率的计算方法：式中qTB为热桥部分的单位高度热流率；Ti为热桥标本热侧的空气温度；Te为热桥标本冷测的空气温度。
在本实施例中，将热量通过热桥标本的传热过程视为一维传热，当冷热室两边温度达到稳定时，利用红外热成像仪进行热成像，并对热成像数据进行处理，最终得到热桥标本的单位高度热流率qTB为6.776W/m，线性热透过率ψ为0.229W/(mK)；同等条件下利用热箱法得到的qTB为7.32W/m，线性热透过率ψ为0.247W/(mK),
本发明的单位高度热流率较之误差为7.43％，线性热透过率ψ较之误差为7.29％。
在本实施例中，S2中所述的热桥标本嵌入冷热室的绝热隔墙中，所处环境温差维持在30度左右，标本表面设置大小为0.1m/s，方向与表面平行、自上而下的均匀风流。
在本实施例中，S3中所述的红外热像仪的分辨率大小为320×240，放置在离样本合适距离的中高位置。
在本实施例中，S4中所述的热桥标本的各个像素点的表面温度通过在热像图的中高位置建立平均IR线并通过曲线拟合的方式获得，像素点周围空气的物性参数是在表面空气薄膜温度下通过查表得出的。
在本实施例中，S5中的对流换热系数是通过与努塞尔数有关的方程确定的。
在本实施例中，S6中的单位高度的热流率是通过对每个像素点的单位高度热流率进行求和而得出的。
最后说明的是，以上仅对本发明具体实施进行详细描述说明。但本发明并不限制于以上描述具体实施例。本领域的技术人员对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都涵盖在本发明范围内。