周筠

摘? 要： 傳統(tǒng)被動(dòng)式超低能耗建筑墻體保溫性能測(cè)試方法存在測(cè)試誤差大、效果不佳等問題，為了解決該問題，文中提出基于BIM的被動(dòng)式超低能耗建筑墻體保溫性能測(cè)試方法研究。以被動(dòng)式超低能耗建筑墻體為測(cè)試對(duì)象，選擇HT?1?熱流溫度巡檢儀、立式取暖器等，利用數(shù)據(jù)采集軟件獲得被測(cè)墻體傳熱系數(shù)。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)測(cè)試方法，將傳熱公式引入到BIM生態(tài)型建筑模型當(dāng)中，再采用兩種測(cè)試方法獲取通道1室內(nèi)墻體溫度和通道2室外墻體溫度熱流曲線，將其作為測(cè)試數(shù)據(jù)，比較傳統(tǒng)方法與所提方法的測(cè)試值與理論值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所提方法測(cè)試值為0.395 W，更接近理論值。證明基于BIM的被動(dòng)式超低能耗建筑墻體保溫性能測(cè)試方法測(cè)試效果更好。

關(guān)鍵詞： 建筑墻體保溫; 保溫性能測(cè)試; 測(cè)試方法設(shè)計(jì); BIM; 數(shù)據(jù)采集; 對(duì)比分析

Abstract： A BIM?based test method for thermal insulation performance of the passive ultra?low energy?consumption building wall is proposed because the test error and test effect of the traditional thermal insulation performance test method of the passive ultra?low energy?consumption building wall are low. The passive ultra?low energy?consumption building wall is taken as the test object， and the HT?1 heat flow temperature patrol instrument， vertical heater and so on are selected to get the heat transfer coefficient of the measured wall by means of the data acquisition software. On this basis， the test method is designed. The heat transfer formula is introduced into the BIM ecotype building model. The heat flux curves of indoor wall temperature of passage 1 and the outdoor wall temperature of passage 2 are obtained by means of two test methods， which are used as the test data to compare the test values and the theoretical values between the traditional method and the proposed method. The experimental results show that the test value of the proposed method is 0.395 W， which is closer to the theoretical value. It is proved that the BIM?based test method of thermal insulation performance of passive ultra?low energy?consumption building wall is more effective.

Keywords： building wall thermal insulation; thermal insulation performance test; test method design; BIM; data acquisition; contrastive analysis

0? 引? 言

被動(dòng)式超低能耗建筑墻體保溫是可持續(xù)發(fā)展概念的具體表現(xiàn)，也是建筑科學(xué)技術(shù)的一大進(jìn)步。傳統(tǒng)的建筑外圍結(jié)構(gòu)保溫隔熱能力處于次要地位，所采用的材料保溫隔熱能力差。通過近幾年的研制，研發(fā)出一款能夠大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的薄膜聚苯板。它屬于高效保溫材料，比普通的實(shí)心磚保溫能力更強(qiáng)，具有質(zhì)輕和體薄的特點(diǎn)，可以更加靈活地達(dá)到最佳的保溫節(jié)能效果[1]。自2000年起，新建的居住建筑和改建的建筑都要嚴(yán)格執(zhí)行節(jié)能技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)，審計(jì)單位要監(jiān)督房地產(chǎn)開發(fā)與施工設(shè)計(jì)圖的質(zhì)量，為滿足國家建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，需要開發(fā)商將墻體保溫測(cè)試貫穿到整個(gè)施工過程[2]。為此，提出基于BIM的被動(dòng)式超低能耗建筑墻體保溫性能測(cè)試研究。

該方法采用BIM建筑信息模型測(cè)試墻體保溫性能。在Bim模型上，引入非穩(wěn)態(tài)傳熱下墻體傳熱系數(shù)的計(jì)算公式。通過在實(shí)際環(huán)境溫度中，用兩臺(tái)熱像儀測(cè)試試件，獲取通道1墻體室內(nèi)墻體溫度和通道2室外墻體溫度的熱流曲線記錄;選用電腦記錄試件各層溫度值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過Bim處理測(cè)試得到的檢測(cè)數(shù)據(jù)，可以準(zhǔn)確測(cè)得被測(cè)物的平均溫度，為開發(fā)商提供有利的數(shù)據(jù)。

1? 測(cè)試對(duì)象

以超低能耗建筑為本次測(cè)試的研究對(duì)象，建筑墻體如圖1所示。

2? 測(cè)試儀器

本次實(shí)驗(yàn)選用儀器包括HT?1?熱流溫度巡檢儀和立式取暖器。HT?1?熱流溫度巡檢儀儀器參數(shù)：7寸TFT真彩屏主機(jī)面板和RS 232串口;可插U盤，對(duì)采集的數(shù)據(jù)分析處理。采集速率為64通道5 s每次。具有2 GB存儲(chǔ)卡，可根據(jù)客戶需求擴(kuò)展。有數(shù)顯界面和棒圖界面。熱面溫度在0～50 ℃范圍內(nèi);冷面溫度在-20～15 ℃范圍內(nèi)。熱流計(jì)傳感器在0～200 mV范圍內(nèi)。熱流計(jì)系數(shù)：熱流系數(shù)小于等于10.00 mV，配200 m熱流計(jì)延長線; 輸出電勢(shì)誤差[3]小于0.6%。可使用傳熱系數(shù)計(jì)算軟件計(jì)算墻體傳熱系數(shù)及熱阻。當(dāng)室溫接近測(cè)定平均溫度時(shí)，測(cè)定準(zhǔn)確度[4]可達(dá)±3%。電源電壓為

立式取暖器可搖頭和保持恒溫，傾倒斷電;鹵素管加熱;最大功率為800 W;適用面積[5]為11～20 m2。

通過數(shù)據(jù)采集軟件和計(jì)算，獲得被測(cè)墻體的傳熱系數(shù)[6]。軟件將測(cè)試結(jié)果生成曲線，包括墻體表面溫度曲線和墻體結(jié)構(gòu)外表溫度曲線等[7]。

3? 實(shí)? 驗(yàn)

3.1? 實(shí)驗(yàn)原理

通過Bim生態(tài)型建筑模型檢測(cè)墻體圍護(hù)結(jié)構(gòu)的表面溫度，Bim生態(tài)型建筑模型見圖3。

將傳熱公式引入Bim生態(tài)型建筑模型當(dāng)中，并根據(jù)建筑物墻體結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)檢測(cè)數(shù)據(jù)可行性[8]。采用算術(shù)平均法，計(jì)算公式為：

式中：[R]為建筑墻體結(jié)構(gòu)的熱阻;[Tij]為墻體結(jié)構(gòu)內(nèi)部表面的第[j]次測(cè)量值;[Toj]表示墻體結(jié)構(gòu)外部表面溫度的第[j]次測(cè)量值;[q]表示熱流密度;[j]表示測(cè)量值。

建筑墻體高溫側(cè)表面溫度要高于低溫側(cè)10 ℃以上，在檢測(cè)的過程中要依據(jù)居住建筑節(jié)能建議標(biāo)準(zhǔn)完成測(cè)試[9?10]。在檢測(cè)過程中，任何時(shí)刻都不能低于或者高于低溫側(cè)表面溫度?，F(xiàn)場(chǎng)采用熱流計(jì)法，熱流計(jì)法檢測(cè)示意圖如圖4所示。

3.2? 測(cè)試方法

實(shí)驗(yàn)使用熱流板檢測(cè)建筑墻體傳熱阻和傳熱系數(shù)，測(cè)試過程如下：

1） 選擇受太陽輻射最小的一幢被動(dòng)式超低能耗建筑布點(diǎn)，在測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)，將溫度傳感器、熱流計(jì)貼在墻體的表面上，與墻體緊密接觸。

2） 布置立式取暖器，在測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)放置4個(gè)取暖器，24 h加熱，保持房間溫度平衡。

3） 布置傳感器，遵循墻體傳熱系數(shù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)流程和檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，在墻體的外面，距地面1.5 m的位置，設(shè)置一個(gè)熱流傳感器。在熱流傳感器周圍，設(shè)置2個(gè)表面溫度傳感器，再用錫箔紙粘起來。使室外傳感器暴露在空氣中，在距離地面2.0 m距離，使用鋁箔紙遮擋。室內(nèi)空氣傳感器要放置在測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)距離地面1.5 m的位置。

4） 進(jìn)行被動(dòng)式超低能建筑墻體保溫性能測(cè)試時(shí)，使室內(nèi)溫差大于10 ℃。在測(cè)試期間，測(cè)試軟件自動(dòng)記錄通道1和通道2的熱流量。

3.3? 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

本次測(cè)試時(shí)長為136 h，每融17 h分別采用傳統(tǒng)測(cè)試方法和本文所提方法獲取通道1和通道2的熱流曲線記錄，通道1和通道2分別代表室內(nèi)墻體溫度和室外墻體溫度。傳統(tǒng)方法測(cè)試結(jié)果如圖5所示。

所提測(cè)試方法的熱流曲線記錄如圖6所示。

分析圖5和圖6的曲線記錄，得到傳統(tǒng)的被動(dòng)式超低能建筑墻體保溫性能測(cè)試方法與基于BIM的被動(dòng)式超低能耗建筑墻體保溫性能測(cè)試方法的均值和范圍。為了簡化書寫，將傳統(tǒng)方法的墻體溫度和熱流均值計(jì)算結(jié)果用H表示，將所提方法的墻體溫度和熱流均值計(jì)算結(jié)果用L表示。根據(jù)測(cè)試結(jié)果，將H和L的墻體溫度和熱流記錄至表1中。

參照式（1）Bim生態(tài)型建筑模型中的算術(shù)平均法計(jì)算公式，計(jì)算表1中被動(dòng)式超低能耗建筑墻體的傳熱系數(shù)理論值和測(cè)試值，結(jié)果如表2所示。

由表2可知，使用兩種測(cè)試方法的測(cè)試值比較接近，但從測(cè)試值可以看出，使用所提測(cè)試方法的傳熱系數(shù)結(jié)果為0.395 W，傳統(tǒng)測(cè)試方法的結(jié)果為0.452 W，采用所提測(cè)試方法與理論值的結(jié)果最接近，證明所提測(cè)試方法優(yōu)于傳統(tǒng)測(cè)試方法。綜上所述，傳統(tǒng)方法測(cè)試的測(cè)試值與理論值相差較大，而所提方法測(cè)試的測(cè)試值與理論值比較接近，則表明使用所提方法測(cè)試被動(dòng)式超低能耗建筑墻體保溫性能效果更好。

4? 結(jié)? 語

本文針對(duì)傳統(tǒng)的被動(dòng)式超低能耗建筑墻體保溫性能測(cè)試方法存在的問題，提出基于BIM的被動(dòng)式超低能耗建筑墻體保溫性能測(cè)試。本文以實(shí)驗(yàn)的形式呈現(xiàn)，先設(shè)定測(cè)試對(duì)象，再選擇測(cè)試儀器，設(shè)計(jì)測(cè)試方法，完成本次設(shè)計(jì)。分別對(duì)比傳統(tǒng)方法和所提方法的測(cè)試效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所提方法得出的測(cè)試值更接近理論值，說明該方法測(cè)試效果更好。雖然本文方法在一定程度上取得了一定的成果，但還存在很多問題，在以后的研究中將注重對(duì)以下兩點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)研究：實(shí)驗(yàn)中，要按照墻體保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)大小排序，否則會(huì)影響測(cè)試結(jié)果;在測(cè)試的過程中，兩種測(cè)試方法都要在等溫的環(huán)境下完成實(shí)驗(yàn)，材料內(nèi)部水分含量會(huì)隨著濕度增加，使得測(cè)試結(jié)果呈現(xiàn)出冪指數(shù)式遞增趨勢(shì)。

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