科学研究—红外热成像与瞬态仿真的比较

建筑专业人员会采用各种方法来评估实际建筑物中存在的缺陷。尽管基于稳态条件计算建筑物的热性能对评估设计很有用，但不适合评估实际建筑物围护结构的条件和性能。诸如墙壁中的水分和大型建筑组件中存储的热量，它们可以动态地改变材料的特性。如果墙壁中具有水分热，则可能会减少建筑系统的整体性能并造成破坏。

红外热成像技术是一种新兴技术，着眼于建筑物状态性能检测。从物体表面发出的红外辐射，并将其转换为红外热像图。热成像师通常将红外数据记录为单个瞬时图像。在建筑物中可以使用温度来评估热流，由于环境变化的时间尺度，在瞬时热像图中，瞬态条件（例如热质量和阻尼效应）并不总是可见的。一些红外热像仪还具有记录时间序列和延时图像的能力，这使热成像师能够长时间观察结构的热表面条件的变化。

图为材料样品，包括砖块（左上）、软木（右上）、混凝土砌块（左下）、板岩（右下）

本工作旨在加深对建筑物红外热成像图像的理解，报道了实验设置的红外热成像图像与同一实验使用Voltra瞬态传热程序进行仿真的瞬态模型进行比较。这项工作解释了实际建筑物的红外热像图存在的一些固有问题，并建议如何能够更好地理解现实生活中的材料性能。

研究在两种情况下都观察到了四个简单的材料样品。结果表明，从红外热像仪的角度来看，可以从热像图获得的信息水平很重要。许多行业将红外热成像技术视为“相对”工具，通过红外热像仪观察色彩梯度，并利用他们的经验和最佳判断来解释他们所看到的东西。从瞬态分析的角度来看，这项研究证明了在条件不断变化的情况下，长期研究材料行为的重要性。这项研究中的红外热成像实验成功地证明了干燥和潮湿样品的瞬态热流。

图为仿真实验与红外热像图

尽管很难对现实生活中的情况进行建模，但建模与红外热成像等测量结合使用时，能更好地了解材料或建筑织物的性能。在将该实验扩展到实际生活中的示例时，应格外小心，因为其他参数可能在半受控条件下开始出现。诸如占用率和天气变化之类的额外因素可能结合在一起，这些参数对多层结构将施加影响。特别是对于建筑专业人士而言，如果他们要对建筑物的热性能有更深入的了解，结合这两种方法尤其重要。因为基于更常见的设计的“稳态”结构分析掩盖了在频繁变化的环境条件下建筑物的真实生活性能。

图为软木材料样品的红外图像显示由于样品内的结而异常

因此，这项工作有机会让人们提高对瞬态分析的认识，并提高一些观察和理解这一现象的方法。结合红外热像仪帮助热像师和建筑设计师更好地了解建筑织物的复杂性能具有重要意义。

参考资料：

Matthew Fox, David Coley, Steve Goodhew, et al. Comparing Transient Simulation with Thermography Time Series. IBPSA-England in First Building Simulation and Optimization Conference (2012).