基于BIM的被动式超低能耗建筑墙体保温性能测试研究

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　　摘  要： 传统被动式超低能耗建筑墙体保温性能测试方法存在测试误差大、效果不佳等问题，为了解决该问题，文中提出基于BIM的被动式超低能耗建筑墙体保温性能测试方法研究。以被动式超低能耗建筑墙体为测试对象，选择HT?1?热流温度巡检仪、立式取暖器等，利用数据采集软件获得被测墙体传热系数。在此基础上，设计测试方法，将传热公式引入到BIM生态型建筑模型当中，再采用两种测试方法获取通道1室内墙体温度和通道2室外墙体温度热流曲线，将其作为测试数据，比较传统方法与所提方法的测试值与理论值。实验结果表明，所提方法测试值为0.395 W，更接近理论值。证明基于BIM的被动式超低能耗建筑墙体保温性能测试方法测试效果更好。
　　关键词： 建筑墙体保温; 保温性能测试; 测试方法设计; BIM; 数据采集; 对比分析
　　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
　　被动式超低能耗建筑墙体保温是可持续发展概念的具体表现，也是建筑科学技术的一大进步。传统的建筑外围结构保温隔热能力处于次要地位，所采用的材料保温隔热能力差。通过近几年的研制，研发出一款能够大规模工业化生产的薄膜聚苯板。它属于高效保温材料，比普通的实心砖保温能力更强，具有质轻和体薄的特点，可以更加灵活地达到最佳的保温节能效果[1]。自2000年起，新建的居住建筑和改建的建筑都要严格执行节能技术的标准，审计单位要监督房地产开发与施工设计图的质量，为满足国家建筑节能标准，需要开发商将墙体保温测试贯穿到整个施工过程[2]。为此，提出基于BIM的被动式超低能耗建筑墙体保温性能测试研究。
　　该方法采用BIM建筑信息模型测试墙体保温性能。在Bim模型上，引入非稳态传热下墙体传热系数的计算公式。通过在实际环境温度中，用两台热像仪测试试件，获取通道1墙体室内墙体温度和通道2室外墙体温度的热流曲线记录;选用電脑记录试件各层温度值。实验结果表明，通过Bim处理测试得到的检测数据，可以准确测得被测物的平均温度，为开发商提供有利的数据。
　　1  测试对象
　　以超低能耗建筑为本次测试的研究对象，建筑墙体如图1所示。
　　2  测试仪器
　　本次实验选用仪器包括HT?1?热流温度巡检仪和立式取暖器。HT?1?热流温度巡检仪仪器参数：7寸TFT真彩屏主机面板和RS 232串口;可插U盘，对采集的数据分析处理。采集速率为64通道5 s每次。具有2 GB存储卡，可根据客户需求扩展。有数显界面和棒图界面。热面温度在0～50 ℃范围内;冷面温度在-20～15 ℃范围内。热流计传感器在0～200 mV范围内。热流计系数：热流系数小于等于10.00 mV，配200 m热流计延长线; 输出电势误差[3]小于0.6%。可使用传热系数计算软件计算墙体传热系数及热阻。当室温接近测定平均温度时，测定准确度[4]可达±3%。电源电压为 　　立式取暖器可摇头和保持恒温，倾倒断电;卤素管加热;最大功率为800 W;适用面积[5]为11～20 m2。
　　通过数据采集软件和计算，获得被测墙体的传热系数[6]。软件将测试结果生成曲线，包括墙体表面温度曲线和墙体结构外表温度曲线等[7]。
　　3  实  验
　　3.1  实验原理
　　通过Bim生态型建筑模型检测墙体围护结构的表面温度，Bim生态型建筑模型见图3。
　　将传热公式引入Bim生态型建筑模型当中，并根据建筑物墙体结构传热系数检测数据可行性[8]。采用算术平均法，计算公式为：
　　式中：[R]为建筑墙体结构的热阻;[Tij]为墙体结构内部表面的第[j]次测量值;[Toj]表示墙体结构外部表面温度的第[j]次测量值;[q]表示热流密度;[j]表示测量值。
　　建筑墙体高温侧表面温度要高于低温侧10 ℃以上，在检测的过程中要依据居住建筑节能建议标准完成测试[9?10]。在检测过程中，任何时刻都不能低于或者高于低温侧表面温度。现场采用热流计法，热流计法检测示意图如图4所示。
　　3.2  测试方法
　　实验使用热流板检测建筑墙体传热阻和传热系数，测试过程如下：
　　1） 选择受太阳辐射最小的一幢被动式超低能耗建筑布点，在测试现场，将温度传感器、热流计贴在墙体的表面上，与墙体紧密接触。
　　2） 布置立式取暖器，在测试现场放置4个取暖器，24 h加热，保持房间温度平衡。
　　3） 布置传感器，遵循墙体传热系数现场检测技术流程和检测标准，在墙体的外面，距地面1.5 m的位置，设置一个热流传感器。在热流传感器周围，设置2个表面温度传感器，再用锡箔纸粘起来。使室外传感器暴露在空气中，在距离地面2.0 m距离，使用铝箔纸遮挡。室内空气传感器要放置在测试现场距离地面1.5 m的位置。
　　4） 进行被动式超低能建筑墙体保温性能测试时，使室内温差大于10 ℃。在测试期间，测试软件自动记录通道1和通道2的热流量。
　　3.3  实验结果分析
　　本次测试时长为136 h，每融17 h分别采用传统测试方法和本文所提方法获取通道1和通道2的热流曲线记录，通道1和通道2分别代表室内墙体温度和室外墙体温度。传统方法测试结果如图5所示。
　　所提测试方法的热流曲线记录如图6所示。
　　分析图5和图6的曲线记录，得到传统的被动式超低能建筑墙体保温性能测试方法与基于BIM的被动式超低能耗建筑墙体保温性能测试方法的均值和范围。为了简化书写，将传统方法的墙体温度和热流均值计算结果用H表示，将所提方法的墙体温度和热流均值计算结果用L表示。根据测试结果，将H和L的墙体温度和热流记录至表1中。
　　參照式（1）Bim生态型建筑模型中的算术平均法计算公式，计算表1中被动式超低能耗建筑墙体的传热系数理论值和测试值，结果如表2所示。
　　由表2可知，使用两种测试方法的测试值比较接近，但从测试值可以看出，使用所提测试方法的传热系数结果为0.395 W，传统测试方法的结果为0.452 W，采用所提测试方法与理论值的结果最接近，证明所提测试方法优于传统测试方法。综上所述，传统方法测试的测试值与理论值相差较大，而所提方法测试的测试值与理论值比较接近，则表明使用所提方法测试被动式超低能耗建筑墙体保温性能效果更好。
　　4  结  语
　　本文针对传统的被动式超低能耗建筑墙体保温性能测试方法存在的问题，提出基于BIM的被动式超低能耗建筑墙体保温性能测试。本文以实验的形式呈现，先设定测试对象，再选择测试仪器，设计测试方法，完成本次设计。分别对比传统方法和所提方法的测试效果，实验结果表明，所提方法得出的测试值更接近理论值，说明该方法测试效果更好。虽然本文方法在一定程度上取得了一定的成果，但还存在很多问题，在以后的研究中将注重对以下两点进行重点研究：实验中，要按照墙体保温材料的导热系数大小排序，否则会影响测试结果;在测试的过程中，两种测试方法都要在等温的环境下完成实验，材料内部水分含量会随着湿度增加，使得测试结果呈现出幂指数式递增趋势。
　　参考文献
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