基于BIM的被動式超低能耗建筑墻體保溫性能測試研究

周筠

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

關(guān)鍵詞： 建筑墻體保溫; 保溫性能測試; 測試方法設計; BIM; 數(shù)據(jù)采集; 對比分析

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)，也是建筑科學技術(shù)的一大進步。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，比普通的實心磚保溫能力更強，具有質(zhì)輕和體薄的特點，可以更加靈活地達到最佳的保溫節(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格執(zhí)行節(jié)能技術(shù)的標準，審計單位要監(jiān)督房地產(chǎn)開發(fā)與施工設計圖的質(zhì)量，為滿足國家建筑節(jié)能標準，需要開發(fā)商將墻體保溫測試貫穿到整個施工過程[2]。為此，提出基于BIM的被動式超低能耗建筑墻體保溫性能測試研究。

該方法采用BIM建筑信息模型測試墻體保溫性能。在Bim模型上，引入非穩(wěn)態(tài)傳熱下墻體傳熱系數(shù)的計算公式。通過在實際環(huán)境溫度中，用兩臺熱像儀測試試件，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。實驗結(jié)果表明，通過Bim處理測試得到的檢測數(shù)據(jù)，可以準確測得被測物的平均溫度，為開發(fā)商提供有利的數(shù)據(jù)。

1? 測試對象

以超低能耗建筑為本次測試的研究對象，建筑墻體如圖1所示。

2? 測試儀器

本次實驗選用儀器包括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真彩屏主機面板和RS 232串口;可插U盤，對采集的數(shù)據(jù)分析處理。采集速率為64通道5 s每次。具有2 GB存儲卡，可根據(jù)客戶需求擴展。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)。熱流計傳感器在0～200 mV范圍內(nèi)。熱流計系數(shù)：熱流系數(shù)小于等于10.00 mV，配200 m熱流計延長線; 輸出電勢誤差[3]小于0.6%。可使用傳熱系數(shù)計算軟件計算墻體傳熱系數(shù)及熱阻。當室溫接近測定平均溫度時，測定準確度[4]可達±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)采集軟件和計算，獲得被測墻體的傳熱系數(shù)[6]。軟件將測試結(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? 驗

3.1? 實驗原理

通過Bim生態(tài)型建筑模型檢測墻體圍護結(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)型建筑模型當中，并根據(jù)建筑物墻體結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)檢測數(shù)據(jù)可行性[8]。采用算術(shù)平均法，計算公式為：

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]次測量值;[Toj]表示墻體結(jié)構(gòu)外部表面溫度的第[j]次測量值;[q]表示熱流密度;[j]表示測量值。

建筑墻體高溫側(cè)表面溫度要高于低溫側(cè)10 ℃以上，在檢測的過程中要依據(jù)居住建筑節(jié)能建議標準完成測試[9?10]。在檢測過程中，任何時刻都不能低于或者高于低溫側(cè)表面溫度?，F(xiàn)場采用熱流計法，熱流計法檢測示意圖如圖4所示。

3.2? 測試方法

實驗使用熱流板檢測建筑墻體傳熱阻和傳熱系數(shù)，測試過程如下：

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

2） 布置立式取暖器，在測試現(xiàn)場放置4個取暖器，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)場檢測技術(shù)流程和檢測標準，在墻體的外面，距地面1.5 m的位置，設置一個熱流傳感器。在熱流傳感器周圍，設置2個表面溫度傳感器，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試現(xiàn)場距離地面1.5 m的位置。

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

3.3? 實驗結(jié)果分析

本次測試時長為136 h，每融17 h分別采用傳統(tǒng)測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)方法測試結(jié)果如圖5所示。

所提測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)的被動式超低能建筑墻體保溫性能測試方法與基于BIM的被動式超低能耗建筑墻體保溫性能測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算結(jié)果用H表示，將所提方法的墻體溫度和熱流均值計算結(jié)果用L表示。根據(jù)測試結(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)平均法計算公式，計算表1中被動式超低能耗建筑墻體的傳熱系數(shù)理論值和測試值，結(jié)果如表2所示。

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

4? 結(jié)? 語

本文針對傳統(tǒng)的被動式超低能耗建筑墻體保溫性能測試方法存在的問題，提出基于BIM的被動式超低能耗建筑墻體保溫性能測試。本文以實驗的形式呈現(xiàn)，先設定測試對象，再選擇測試儀器，設計測試方法，完成本次設計。分別對比傳統(tǒng)方法和所提方法的測試效果，實驗結(jié)果表明，所提方法得出的測試值更接近理論值，說明該方法測試效果更好。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以下兩點進行重點研究：實驗中，要按照墻體保溫材料的導熱系數(shù)大小排序，否則會影響測試結(jié)果;在測試的過程中，兩種測試方法都要在等溫的環(huán)境下完成實驗，材料內(nèi)部水分含量會隨著濕度增加，使得測試結(jié)果呈現(xiàn)出冪指數(shù)式遞增趨勢。

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