CN117371241A - 一种用于既有居住建筑热工性能的诊断方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于既有居住建筑热工性能的诊断方法及系统，属于房屋热工性能诊断技术领域，包括：根据既有居住建筑的建筑物现状数据，通过分析建筑与室内外环境的相互作用，获取用于模拟建筑能源需求的建筑室外综合温度边界条件，其中，建筑物现状数据表示既有居住建筑在建筑初期至当前日期所产生的数据；基于建筑室外综合温度边界条件，通过获取既有居住建筑的围护结构数据，通过计算建筑与环境热量交换中对流、辐射及蒸发换热，对既有居住建筑的热工性能进行诊断；本发明通过建立标准化和流程化的环节，取消了大量现场测试工作，能简便、经济、准确地诊断出各诊断项目的改造顺序和方向。
Description
技术领域
本发明涉及房屋热工性能诊断技术领域，具体而言，涉及一种用于既有居住建筑热工性能的诊断方法及系统。
背景技术
随着既有建筑性能的衰减，如何提升量大面广的既有居住建筑热工性能逐渐为现有技术的研究热点，其中，既有建筑特别是既有居住建筑，窗墙比差异较大,在节能改造过程中围护结构传热系数和室外综合温度对性能诊断的影响不可忽视。对其采取有效措施，抑制围护结构性能衰减是极有必要的。
然而既有建筑性能诊断存在诸多问题，主要体现在使用经验措施弥补建筑缺陷，缺乏设计阶段的改造措施权衡判断；以指令性的定性措施付诸实施，缺乏针对建筑性能提升的量化研究；通常需要对建筑外围护结构进行诊断评估，以挖掘建筑节能潜力，提高能源利用效率。热工性能诊断评估的主要内容可大致分为以下几类：1)制定指标；2)确定指标基准值；3)建立方法流程；4)具体案例分析。
其中，对老旧住宅建筑的外围护结构饰面层及保温层存在的热工性能问题进行了分析，确立科学合理的建筑热工性能评价指标，很多学者针对保温层厚度的确定进行了大量的研究。评价指标体系是建筑热工性能诊断评估的基础，目前相关研究的趋势正由单一指标评价向多维度、层次化的多指标综合评价体系发展。
其次，确定指标基准是指赋予评价指标合理的限值，用于判定建筑热工性能的优劣。围护结构节能诊断时，按现行国家标准《民用建筑热工设计规范》GB50176的规定计算其热工性能，必要时应对部分构件进行抽样检测其热工性能。围护结构热工性能检测应符合现行行业标准《居住建筑节能检测标准》JGJ/T132的有关规定。围护结构热工计算和检测包括下列内容：1屋顶的保温性能、隔热性能；2外墙的保温性能、隔热性能；3房间的气密性；4外窗的气密性；5围护结构热工缺陷。
具体而言，常见的基准制定方法包括参考标准规定。建筑外围护结构如屋面、外墙和外窗等热工设计主要目标是提高保温隔热性能以应对不同的环境气候类型，室外综合温度是室外空气温度、太阳辐射、地面反射辐射和长波辐射、大气长波辐射对围护结构外表面的综合热作用。在不同既有建筑状况下综合考虑室外综合温度限值，对既有居住建筑进行性能诊断具有十分重要的意义。
此外，大规模推动建筑节能还需要具体成熟的建筑性能诊断评价操作流程。通常而言，方法流程的研究都会结合具体的案例分析。
但现有的研究在建立完善的住区综合评价诊断指标体系方面还有较大的空缺，如由于部分建筑的高舒适性是通过牺牲设备能源实现的，边界条件设置与既有建筑不符，因此有必要将建筑环境的评价纳入建筑性能诊断当中，部分研究也进一步提出了住区环境评分公式，即如何通过住区环境所得的物理参数进行计算得分。但如何合理地在评价体系中结合既有建筑基础信息与建筑室外综合温度，以及如何将传统的诊断评价流程智慧化均有待深入研究。
因此既有居住建筑性能诊断时，在热工性能批量化诊断、节能设计时均存在不准确的问题，对保证城市住区建筑性能诊断和批量化节能改造设计存在一定的风险。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种综合住区室外综合温度的建筑性能评估诊断方法，可用于快速诊断建筑围护结构表面实际换热边界条件是否准确，做好建筑性能诊断的快速预测。
为了实现上述技术目的，本申请提供了一种用于既有居住建筑热工性能的诊断方法，包括以下步骤：
根据既有居住建筑的建筑物现状数据，通过分析建筑与室内外环境的相互作用，获取用于模拟建筑能源需求的建筑室外综合温度边界条件，其中，建筑物现状数据表示既有居住建筑在建筑初期至当前日期所产生的数据；
基于建筑室外综合温度边界条件，通过获取既有居住建筑的围护结构数据，通过计算建筑与环境热量交换中辐射换热，对既有居住建筑的热工性能进行诊断。
优选地，在获取建筑物现状数据的过程中，通过获取既有居住建筑的建筑设计施工图、计算书及竣工图，建筑装修和改造资料，历年修缮资料，以及所在地城市建设规划和市容要求，生成建筑物现状数据。
优选地，在获取建筑室外综合温度边界条件的过程中，根据外表面换热系数、空气温度、相对湿度、太阳辐射、长波辐射、风速和风向的室外气象参数，作为住区室外参数，获取室外综合温度，并依据住区室外参数，生成建筑室外综合温度边界条件。
优选地，在获取室外综合温度的过程中，室外综合温度表示为：
式中，ρc为地面对太阳辐射的吸收系数，为围护结构外表面对地面的辐射角系数，Ic为入射到地面上的法向太阳辐射强度，ρ′c为临近建筑物表面对太阳辐射吸收系数，为围护结构外表面对临近建筑物表面的辐射角系数，I′c为入射到建筑物表面上的法向太阳辐射强度。
优选地，在对既有居住建筑的热工性能进行诊断的过程中，基于围护结构数据，将室外综合温度作为既有居住建筑的围护结构性能诊断边界条件，分析建筑与环境热量交换中辐射换热，通过评估大气辐射率和天空有效温度，对既有居住建筑的热工性能进行诊断。
优选地，在获取围护结构数据的过程中，围护结构数据包括：
墙体、屋顶、地面以及门窗的裂缝、渗漏、破损状况；
屋顶结构构造：结构形式、遮阳板、防水构造、保温隔热构造及厚度；
外墙结构构造：墙体结构形式、厚度、保温隔热构造及厚度；
外窗：窗户型材种类、开启方式、玻璃结构、密封形式；
遮阳：遮阳形式、构造和材料；
户门：构造、材料、密闭形式；
其他：分户墙、楼板、外挑楼板、底层楼板等的材料、厚度。
优选地，在对既有居住建筑的热工性能进行诊断的过程中，将围护结构的室外综合温度边界值与规范判定值进行对比时，当其超过该判定值时，则认为围护结构为改造对象，判定值使用同类建筑的围护结构的室外综合温度统计平均值。
优选地，在对既有居住建筑的热工性能进行诊断的过程中，当外墙或外窗确定为改造对象，且其对应的室外综合温度状态为节能时，判定其初步改造方向为性能调试，否则判定其改造方向为构造更换。
优选地，在对既有居住建筑的热工性能进行诊断的过程中，当围护结构的室外综合温度状态为不节能时，判定其改造方向为构造更换或对围护结构增加节能措施。
本发明公开了一种用于既有居住建筑热工性能的诊断系统，包括：
边界条件生成模块，用于根据既有居住建筑的建筑物现状数据，通过分析建筑与室内外环境的相互作用，获取用于模拟建筑能源需求的建筑室外综合温度边界条件，其中，建筑物现状数据表示既有居住建筑在建筑初期至当前日期所产生的数据；
热工性能诊断模块，用于基于建筑室外综合温度边界条件，通过获取既有居住建筑的围护结构数据，通过计算建筑与环境热量交换中辐射换热，对既有居住建筑的热工性能进行诊断。
本发明公开了以下技术效果：
(1)本发明建立了住区环境综合温度的建筑热工性能快速诊断流程和方法，实现了对建筑热工性能的快速诊断。
(2)本发明的方法通过建立标准化和流程化的环节，取消了大量现场测试工作，能简便、经济、准确地诊断出各诊断项目的改造顺序和方向。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明所述的围护结构性能模拟计算示意图；
图2是本发明所述的快速诊断方法系统转换示意图；
图3是本发明所述的方法流程示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
如图1-3所示，本发明提出一种综合住区建筑室外综合温度与围护结构基础热工性能的快速诊断的方法，具体如下：
(1)、围护结构节能诊断前，应收集下列资料：建筑的设计施工图、计算书及竣工图；建筑装修和改造资料；历年修缮资料；所在地城市建设规划和市容要求。
(2)、围护结构节能诊断应根据建筑物现状、围护结构现场检查和热工性能计算与检测的结果等对其热工性能进行判定,并对围护结构进行现场检查，包括但不限于：
1、墙体、屋顶、地面以及门窗的裂缝、渗漏、破损状况；
2、屋顶结构构造：结构形式、遮阳板、防水构造、保温隔热构造及厚度；
3、外墙结构构造：墙体结构形式、厚度、保温隔热构造及厚度；
4、外窗：窗户型材种类、开启方式、玻璃结构、密封形式；
5、遮阳：遮阳形式、构造和材料；
6、户门：构造、材料、密闭形式；
7、其他：分户墙、楼板、外挑楼板、底层楼板等的材料、厚度。外窗的传热系数应按现行行业标准《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程》JGJ/T151的规定进行计算；外窗的综合遮阳系数应按现行行业标准《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》JGJ75和《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程》JGJ/T151的有关规定进行计算。
(3)、为了分析建筑与室内外环境的相互作用，本发明提出了复杂代码来模拟建筑能源需求，建筑室外综合温度边界条件设定；获取住区室外参数，包括但不限于外表面换热系数、空气温度、相对湿度、太阳辐射、长波辐射、风速、风向的室外气象参数；运行下列室外综合温度计算式：
式中，ρc为地面对太阳辐射的吸收系数，为围护结构外表面对地面的辐射角系数，Ic为入射到地面上的法向太阳辐射强度，ρ′c为临近建筑物表面对太阳辐射吸收系数，为围护结构外表面对临近建筑物表面的辐射角系数，I′c为入射到建筑物表面上的法向太阳辐射强度。
(4)、以室外综合温度结果为围护结构性能诊断边界条件输入，计算建筑与环境热量交换中辐射换热，需要准确评估大气辐射率、天空有效温度。包括但不限于EnergyPlus软件的天空辐射模型，采用Walton提出的露点温度函数，多云条件下由Clark和Allen模型计算。由云校正因子(Ca)修正用于评估云的影响。Ca与天空覆盖度(N)有关；ENVI-met软件将外部表面性质、短波辐射、长波辐射、室外气温和表面风速等相关的地表气候变量纳入一个单一指标。作为表面假设温度在对内传热过程中进行计算，假定不考虑水分蒸发造成的蒸发散热；TRNSYS软件通过TRN-Build建立建筑几何模型，长波辐射标准库包括一个特定的类型能够计算天空温度，TRNSYS子程序使用Berdahl和Martin公式来计算天空发射率。
(5)、将一般围护结构的室外综合温度边界值与规范判定值进行对比时，当其超过该判定值时，则认为该一般围护结构为改造对象，判定值使用同类建筑的该一般围护结构的室外综合温度统计平均值。
(6)、当外墙或外窗确定为改造对象，且其对应的室外综合温度状态为节能时，判定其初步改造方向为性能调试，否则判定其改造方向为构造更换；当围护结构的室外综合温度状态为不节能时，判定其改造方向为构造更换或对围护结构增加节能措施。
(7)、形成诊断报告提供下列内容:
1、建筑围护结构各组成部分的传热系数；
2、建筑围护结构可能存在的热工缺陷状况；
3、建筑物耗热量指标。
(8)综合评分通过以下计算模型获得：
在给定两侧空气温度及变化规律的情况下,外墙内表面最高温度限值应满足以下条件；空调房间运行工况下，重质围护结构(D≥2.5)内表面最高温度≤Ti+2，否则判定为不满足条件。空调房间运行工况下，轻质围护结构(D＜2.5)内表面最高温度≤Ti+3，否则判定为不满足条件；自然通风房间工况运行下，内表面最高温度≤Temax，否则判定为不满足条件，其中，Ti为围护结构内表面温度(℃)；D热惰性指标，是表征围护结构对周期性温度波在其内部衰减快慢程度的一个无量纲指标，D值愈大，周期性温度波在其内部的衰减愈快，围护结构的热稳定性愈好；Temax为围护结构外表面最高温度(℃)。
本发明提出一种综合住区建筑室外综合温度与围护结构基础热工性能的快速诊断的系统，包括如下功能模块：
1.数据获取模块：根据既有居住建筑的建筑物现状数据，进行热工性能诊断指标提取，主要内容为依据气候区及建筑类型确定指标基准值；
2.边界条件生成模块：通过获取既有居住建筑的围护结构数据，计算建筑与环境热量交换中对流、辐射及蒸发换热，通过分析建筑与室内外环境的相互作用，获取用于模拟建筑能源需求的建筑室外综合温度边界条件；
3.模拟计算模块：既有居住建筑在建筑初期至当前日期所产生的数据，输入诊断流程，一般围护结构的室外综合温度边界值与规范判定值进行对比；
4.性能诊断模块：对一个或多个既有居住建筑进行批量热工性能诊断，生成改造部件节能判断的评估报告。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种用于既有居住建筑热工性能的诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据既有居住建筑的建筑物现状数据，通过分析建筑与室内外环境的相互作用，获取用于模拟建筑能源需求的建筑室外综合温度边界条件，其中，所述建筑物现状数据表示所述既有居住建筑在建筑初期至当前日期所产生的数据；
基于所述建筑室外综合温度边界条件，通过获取所述既有居住建筑的围护结构数据，通过计算建筑与环境热量交换中辐射换热，对所述既有居住建筑的热工性能进行诊断。
2.根据权利要求1所述一种用于既有居住建筑热工性能的诊断方法，其特征在于：
在获取建筑物现状数据的过程中，通过获取所述既有居住建筑的建筑设计施工图、计算书及竣工图，建筑装修和改造资料，历年修缮资料，以及所在地城市建设规划和市容要求，生成所述建筑物现状数据。
3.根据权利要求2所述一种用于既有居住建筑热工性能的诊断方法，其特征在于：
在获取建筑室外综合温度边界条件的过程中，根据外表面换热系数、空气温度、相对湿度、太阳辐射、长波辐射、风速和风向的室外气象参数，作为住区室外参数，获取室外综合温度，并依据所述住区室外参数，生成所述建筑室外综合温度边界条件。
4.根据权利要求3所述一种用于既有居住建筑热工性能的诊断方法，其特征在于：
在获取室外综合温度的过程中，所述室外综合温度表示为：
式中，ρc为地面对太阳辐射的吸收系数，为围护结构外表面对地面的辐射角系数，Ic为入射到地面上的法向太阳辐射强度，ρ′c为临近建筑物表面对太阳辐射吸收系数，/>为围护结构外表面对临近建筑物表面的辐射角系数，I′c为入射到建筑物表面上的法向太阳辐射强度。
5.根据权利要求4所述一种用于既有居住建筑热工性能的诊断方法，其特征在于：
在对既有居住建筑的热工性能进行诊断的过程中，基于所述围护结构数据，将所述室外综合温度作为所述既有居住建筑的围护结构性能诊断边界条件，分析建筑与环境热量交换中辐射换热，通过评估大气辐射率和天空有效温度，对所述既有居住建筑的热工性能进行诊断。
6.根据权利要求5所述一种用于既有居住建筑热工性能的诊断方法，其特征在于：
在获取围护结构数据的过程中，所述围护结构数据包括：
墙体、屋顶、地面以及门窗的裂缝、渗漏、破损状况；
屋顶结构构造：结构形式、遮阳板、防水构造、保温隔热构造及厚度；
外墙结构构造：墙体结构形式、厚度、保温隔热构造及厚度；
外窗：窗户型材种类、开启方式、玻璃结构、密封形式；
遮阳：遮阳形式、构造和材料；
户门：构造、材料、密闭形式；
其他：分户墙、楼板、外挑楼板、底层楼板等的材料、厚度。
7.根据权利要求6所述一种用于既有居住建筑热工性能的诊断方法，其特征在于：
在对既有居住建筑的热工性能进行诊断的过程中，将围护结构的室外综合温度边界值与规范判定值进行对比时，当其超过该判定值时，则认为围护结构为改造对象，判定值使用同类建筑的围护结构的室外综合温度统计平均值。
8.根据权利要求7所述一种用于既有居住建筑热工性能的诊断方法，其特征在于：
在对既有居住建筑的热工性能进行诊断的过程中，当外墙或外窗确定为改造对象，且其对应的室外综合温度状态为节能时，判定其初步改造方向为性能调试，否则判定其改造方向为构造更换。
9.根据权利要求8所述一种用于既有居住建筑热工性能的诊断方法，其特征在于：
在对既有居住建筑的热工性能进行诊断的过程中，当围护结构的室外综合温度状态为不节能时，判定其改造方向为构造更换或对围护结构增加节能措施。
10.一种用于既有居住建筑热工性能的诊断系统，其特征在于，包括：
边界条件生成模块，用于根据既有居住建筑的建筑物现状数据，通过分析建筑与室内外环境的相互作用，获取用于模拟建筑能源需求的建筑室外综合温度边界条件，其中，所述建筑物现状数据表示所述既有居住建筑在建筑初期至当前日期所产生的数据；
热工性能诊断模块，用于基于所述建筑室外综合温度边界条件，通过获取所述既有居住建筑的围护结构数据，通过计算建筑与环境热量交换中辐射换热，对所述既有居住建筑的热工性能进行诊断。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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