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，利用數據采集軟件獲得被測墻體傳熱系數。在此基礎上，設計測試方法，將傳熱公式引入到BIM生態型建筑模型當中，再采用兩種測試方法獲取通道1室內墻體溫度和通道2室外墻體溫度熱流曲線，將其作為測試數據，比較傳統方法與所提方法的測試值與理論值。實驗結果表明，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。

關鍵詞： 建筑墻體保溫; 保溫性能測試; 測試方法設計; BIM; 數據采集; 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發展概念的具體表現，也是建筑科學技術的一大進步。傳統的建筑外圍結構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，研發出一款能夠大規模工業化生產的薄膜聚苯板。它屬于高效保溫材料，比普通的實心磚保溫能力更強，具有質輕和體薄的特點，可以更加靈活地達到最佳的保溫節能效果[1]。自2000年起，新建的居住建筑和改建的建筑都要嚴格執行節能技術的標準，審計單位要監督房地產開發與施工設計圖的質量，為滿足國家建筑節能標準，需要開發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，引入非穩態傳熱下墻體傳熱系數的計算公式。通過在實際環境溫度中，用兩臺熱像儀測試試件，獲取通道1墻體室內墻體溫度和通道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。實驗結果表明，通過Bim處理測試得到的檢測數據，可以準確測得被測物的平均溫度，為開發商提供有利的數據。

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：7寸TFT真彩屏主機面板和RS 232串口;可插U盤，對采集的數據分析處理。采集速率為64通道5 s每次。具有2 GB存儲卡，可根據客戶需求擴展。有數顯界面和棒圖界面。熱面溫度在0～50 ℃范圍內;冷面溫度在-20～15 ℃范圍內。熱流計傳感器在0～200 mV范圍內。熱流計系數：熱流系數小于等于10.00 mV，配200 m熱流計延長線; 輸出電勢誤差[3]小于0.6%。可使用傳熱系數計算軟件計算墻體傳熱系數及熱阻。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。

通過數據采集軟件和計算，獲得被測墻體的傳熱系數[6]。軟件將測試結果生成曲線，包括墻體表面溫度曲線和墻體結構外表溫度曲線等[7]。

3? 實? 驗

3.1? 實驗原理

通過Bim生態型建筑模型檢測墻體圍護結構的表面溫度，Bim生態型建筑模型見圖3。

將傳熱公式引入Bim生態型建筑模型當中，并根據建筑物墻體結構傳熱系數檢測數據可行性[8]。采用算術平均法，計算公式為：

式中：[R]為建筑墻體結構的熱阻;[Tij]為墻體結構內部表面的第[j]次測量值;[Toj]表示墻體結構外部表面溫度的第[j]次測量值;[q]表示熱流密度;[j]表示測量值。

建筑墻體高溫側表面溫度要高于低溫側10 ℃以上，在檢測的過程中要依據居住建筑節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表面溫度。現場采用熱流計法，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，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，遵循墻體傳熱系數現場檢測技術流程和檢測標準，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。室內空氣傳感器要放置在測試現場距離地面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? 實驗結果分析

本次測試時長為136 h，每融17 h分別采用傳統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分別代表室內墻體溫度和室外墻體溫度。傳統方法測試結果如圖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，將傳統方法的墻體溫度和熱流均值計算結果用H表示，將所提方法的墻體溫度和熱流均值計算結果用L表示。根據測試結果，將H和L的墻體溫度和熱流記錄至表1中。

參照式（1）Bim生態型建筑模型中的算術平均法計算公式，計算表1中被動式超低能耗建筑墻體的傳熱系數理論值和測試值，結果如表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結果為0.395 W，傳統測試方法的結果為0.452 W，采用所提測試方法與理論值的結果最接近，證明所提測試方法優于傳統測試方法。綜上所述，傳統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? 語

本文針對傳統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，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。分別對比傳統方法和所提方法的測試效果，實驗結果表明，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大小排序，否則會影響測試結果;在測試的過程中，兩種測試方法都要在等溫的環境下完成實驗，材料內部水分含量會隨著濕度增加，使得測試結果呈現出冪指數式遞增趨勢。

參考文獻

[1] 沈玲華，王激揚，徐世烺.新型TRC自保溫三明治墻體結構的研發[J].新型建筑材料，2019，46（4）：46?50.

[2] 楊金龍，米海惠，蘇振國，等.含水率對建筑外墻保溫材料導熱性能的影響[J].建筑材料學報，2017，20（6）：986?990.

[3] 張垚，崔寶霞，牛建剛，等.基于等效采暖度時數建筑外墻保溫經濟厚度研究[J].干旱區資源與環境，2018，32（9）：117?125.

[4] 尚文勇，王貴娟，劉洋.低能耗裝配式建筑外墻掛板傳熱性能優化仿真[J].計算機仿真，2018，35（7）：208?211.

[5] 曾晰，鐘珂，張紅嬰.保溫形式對建筑南墻冬季吸收太陽輻射的影響[J].四川建筑科學研究，2019，45（4）：107?113.

[6] 牛艷玲，王潔寧.景觀建筑擋土墻優化設計后抗震性能的實驗測試研究[J].地震工程學報，2019，41（3）：596?600.

[7] 程杰，許鑫華，張曉穎，等.熱冷循環下外墻外保溫系統耐候性能數值模擬[J].工程科學學報，2018，40（6）：754?759.

[8] 葉繼紅，陳偉，許陽.冷彎薄壁型鋼復合墻體受剪性能數值模擬及簡化力學模型研究[J].建筑結構學報，2018，39（11）：94?103.

[9] 石韻，韓鵬舉，劉軍生，等.基于BIM技術的結構健康監測管理系統設計與應用[J].建筑鋼結構進展，2019，21（2）：107?114.

[10] 張先鋒.基于小波神經網絡的建筑BIM能耗預測算法研究[J].機床與液壓，2018，46（24）：42?47.