【摘 要】
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我国既有建筑存量较大,运行能耗普遍高于新建建筑,既有建筑的节能改造势在必行且减碳潜力巨大,是实现“双碳”目标的关键环节。同时既有建筑因建成年代不同,运行维护的水平不同,不同建筑的能耗和室内环境存在显著的差异性。本文基于无人机红外热像技术,提出了建筑三维热红外模型的建立方法,并基于多建筑三维热红外模型提出了针对采暖建筑高热损失的快速筛查方法和围护结构整体热损失的量化评价方法。主要研究工作如下:(1)
【基金项目】
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国家重点研发计划项目—政府间国际科技创新合作重点专项“近零能耗高层建筑自适应围护结构关键技术研究”(编号:No.2019YFE0124500); 广东省科技计划项目——协同创新与平台环境建设“基于城市级的热像和空气品质识别的智慧城市感知研究”(编号:No.2018A050501007);
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我国既有建筑存量较大,运行能耗普遍高于新建建筑,既有建筑的节能改造势在必行且减碳潜力巨大,是实现“双碳”目标的关键环节。同时既有建筑因建成年代不同,运行维护的水平不同,不同建筑的能耗和室内环境存在显著的差异性。本文基于无人机红外热像技术,提出了建筑三维热红外模型的建立方法,并基于多建筑三维热红外模型提出了针对采暖建筑高热损失的快速筛查方法和围护结构整体热损失的量化评价方法。主要研究工作如下:(1)分析了采暖建筑围护结构外表面温度的变化机理,阐明其与建筑热损失之间的高度关联。通过对围护结构传热过程的分析,揭示了传热系数、室内外环境温度、风速、热桥等因素对外表面温度的影响规律;通过红外测温原理分析,论证了基于红外热像测试温度判断由围护结构热工性能差、供暖过度和热桥引起的建筑高热损失问题的可行性。(2)确定了利用无人机搭载红外相机采集建筑红外热像图的实验方法。通过文献调研及实测验证,明确了用于热损失研究的红外图像采集环境要求及图像重叠度要求;通过现场对比实验,明确了图像采集时无人机的飞行航线、距离范围以及红外相机的拍摄角度范围。(3)提出了基于无人机红外热像图的建筑三维热红外模型的建立方法。基于SFM三维重建的原理分析,揭示了三维热红外模型中温度丢失的原因,建立了具有温度信息的彩色三维点云模型,并通过实测数据验证了三维点云模型中温度的准确性;利用无人机搭载红外相机采集了山东地区五栋测试建筑的红外热像图,采用此方法建立了各单体建筑三维热红外模型。(4)提出了高热损失采暖建筑的快速筛查方法。引入典型工况,将不同时间和气候条件下获得的建筑三维热红外模型典型化,并建立统一的温度-色彩映射关系,以实现通过色彩感知不同建筑热损失情况;建立了山东济宁五栋单体建筑的多建筑三维热红外模型,提出了高热损失采暖建筑的筛查方法;通过实际能耗数据验证了本方法的可行性。(5)引入围护结构外表面“温度基准线”的概念并建立其动态预测模型,提出了单体建筑立面的局部热损失评价方法和整体热损失定级方法。采用“数值模拟+回归分析”的方法,确定了基于相关向量机(Relevance Vector Machine,RVM)的“温度基准线”预测模型;提出了针对建筑围护结构各立面整体图像的掩膜方法以及外墙和外窗的分割方法;以“温度基准线”为对比温度,提出了局部热损失的量化评价方法;将实测温度平均值与“温度基准线”的差值作为定级指标,通过计算瞬时热损失量之差,进而提出了整体热损失定级与评价方法。本文基于定性分析与定量评估相结合的原则,提出了中观层面针对区域尺度的快速普测技术以及微观层面针对建筑及立面的详细检测技术,有利于实现对采暖地区既有建筑的精细化和动态管理,为既有建筑节能改造的项目确定提供理论依据。这对于构建城市信息模型(CIM)、实现建筑领域的节能减排具有重要的意义。
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