| 论文标题 | Overheating of residential buildings in the severe cold and cold regions of China: The gap between building policy and performance |
| 发布机构 | Elsevier |
| 发布期刊 | Building and Environment |
| 发布时间 | 2022 年 9 月 |
| 作者/机构 | Rui Bo、Yang Yu、Yitong Xu、Haibo Guo,哈尔滨工业大学;Wen-Shao Chang,英国谢菲尔德大学 |
| 轻松连产品 | 轻松连 UB-DT-P1(DS18B20)温度传感器 |
| 数据收集 | 客厅、南向卧室、北向卧室的室内操作温度 |
| 采样频率 | 每 5 分钟采集一次;研究中提取每小时数据用于分析 |
| 研究周期 | 现场监测为 2021 年 5 月 1 日至 9 月 30 日;模拟扩展使用 2004–2018 年典型气象年数据 |
| 应用场景 | 住宅过热评估、室内热舒适、建筑性能模拟验证、建筑节能政策评估 |
| 原文链接 | https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2022.109601 |
中国严寒和寒冷地区的住宅建筑长期以冬季保温为主要设计目标。这些地区冬季寒冷、供暖期长,因此建筑围护结构、气密性和节能设计往往围绕降低采暖能耗展开。然而,在全球变暖和热浪频发的背景下,这种以冬季保温为核心的设计逻辑可能带来新的夏季问题:住宅室内过热。
这项研究关注的是建筑政策与实际建筑性能之间的差距。当前中国严寒和寒冷地区的住宅节能标准主要规定冬季采暖需求和围护结构保温要求,对夏季防热、遮阳、自然通风、冷负荷和过热风险的要求相对不足。也就是说,一栋住宅即使符合冬季节能标准,也可能在夏季出现较长时间的室内热不舒适。
研究团队选取了四个代表性城市:伊春、哈尔滨、沈阳和大连,分别代表中国严寒和寒冷地区的不同气候分区。研究人员在 2021 年 5 月至 9 月期间,对新建住宅的室内温度进行了实测,并进一步通过建筑性能模拟,将分析扩展到 2004–2018 年的典型气象年条件。
研究目的不仅是判断这些地区是否存在住宅过热问题,还要分析现有建筑标准是否忽略了夏季热风险。在这一过程中,轻松连 UB-DT-P1(DS18B20)传感器用于采集真实住宅室内温度数据,为模型验证和过热评估提供了关键实测基础。
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在这项研究中,轻松连 UB-DT-P1(DS18B20)温度传感器被用作现场温度监测设备,用于采集真实住宅房间内的室内温度数据。论文并不是在表达“轻松连 证明了住宅过热”,而是说明研究团队如何通过 轻松连 获取实测数据,并将这些数据用于过热评估和建筑性能模拟验证。
研究团队在伊春、哈尔滨、沈阳和大连四个城市各选取了一套新建钢筋混凝土住宅进行监测。每套住宅中均布设传感器于三个房间:客厅、南向卧室和北向卧室。论文中的传感器布置图显示,传感器安装在室内墙面上,并避开阳光直射位置,以减少太阳辐射对测量结果的干扰,从而更稳定地记录房间室内操作温度。
轻松连 UB-DT-P1(DS18B20)温度传感器每 5 分钟采集一次数据。研究团队在后续分析中提取每小时初始数据,最终在每个房间获得 3672 组小时温度数据,对应 2021 年 5 月 1 日至 9 月 30 日的夏季研究周期。
这些数据主要被用于三个方面。
第一,用于记录真实住宅夏季室内热环境。研究团队根据实测温度数据,判断客厅和卧室是否超过过热评价阈值。
第二,用于验证 IESVE 建筑性能模拟模型。研究人员将 轻松连 实测的逐时室内温度与模拟得到的逐时室内温度进行对比,并通过 Pearson 相关系数和均方根误差评估模型拟合效果。这个过程用于提高后续模拟分析的可信度。
第三,在模型验证后,研究团队使用 2004–2018年典型气象年数据进行扩展模拟,评估更长期典型气候条件下的住宅过热风险。也就是说,轻松连温度传感器实测数据并不是替代模拟,而是作为校验和支撑模拟可靠性的现场数据来源。
因此,轻松连 在这项研究中的核心作用可以概括为:采集真实住宅室内温度数据,为住宅过热判断、模拟模型验证、实测与模拟对比以及建筑政策讨论提供基础数据。
这项研究采用了“现场监测 + 建筑性能模拟”的方法。
在现场监测部分,研究团队分别在伊春、哈尔滨、沈阳和大连选取一套新建钢筋混凝土住宅。这些住宅均包含一个南向客厅和两个卧室,其中一个卧室朝南,另一个卧室朝北。研究期间,大部分房间以自然通风为主。论文也特别说明,大连住宅在 9 月的部分周末受到短时间空调使用影响。
研究使用轻松连 UB-DT-P1(DS18B20)温度传感器测量室内操作温度。该传感器测量范围为 10 °C 至 55 °C,精度为 ±0.3 °C。设备每 5 分钟采集一次数据,并通过网络同步上传。研究人员随后提取每小时数据,在 5 月至 9 月期间为每个监测房间形成 3672 组逐时温度数据。
在模拟部分,研究团队使用 IESVE 软件模拟住宅室内操作温度。模拟模型以沈阳监测住宅的建筑设计为基础,代表该地区典型的新建钢筋混凝土住宅。模型包括南向客厅、南向卧室和北向卧室。
研究使用了两类气象文件。第一类是 2021年当地实测气象文件,用于生成可与现场实测数据对比的模拟结果。第二类是 2004–2018年典型气象年数据,用于扩展研究周期,评估较长期典型气候条件下的过热情况。
过热评价采用 CIBSE TM59 标准。对于客厅,研究采用自适应过热评价方法;对于卧室,采用睡眠时段固定阈值,即晚上 10 点至次日早上 7 点期间室内操作温度超过 26 °C 即计为过热。核心指标是“超限小时数”和“超限小时比例”,也就是室内温度超过阈值的时间及其占比。
2021年现场监测结果显示,四个城市的监测住宅均出现了不同程度的过热。监测住宅未能同时满足 CIBSE TM59 对客厅和卧室的要求,其中卧室过热问题尤为突出。
根据 2021年实测数据,卧室平均过热小时比例为:伊春 25.4%、哈尔滨 39.8%、沈阳 22.5%、大连 50.5%。这些数值远高于睡眠时段 1% 的评价阈值。客厅方面,过热小时比例分别为:伊春 12.6%、哈尔滨 14.6%、沈阳 5.7%、大连 0%,对应客厅 3% 的评价阈值。
模拟验证结果显示,实测数据与模拟结果之间具有中等到较强的一致性。以南向卧室为例,Pearson 相关系数约在 0.86 至 0.93 之间,均方根误差约在 1.2 °C 至 2.0 °C 之间。这说明 轻松连 采集的实测数据能够有效支持建筑性能模型验证,并增强后续长期模拟分析的可信度。
在使用 2004–2018年典型气象年数据进行模拟后,研究发现四个城市均存在不同程度的过热风险。南向卧室在 5 月至 9 月期间的过热小时数分别为:伊春 6 小时、哈尔滨 191 小时、沈阳 483 小时、大连 578 小时;对应睡眠时段过热比例分别为 0.4%、12.4%、31.6% 和 37.8%。
整体来看,随着纬度降低,过热时长呈增加趋势。大连和沈阳的卧室过热最为显著,哈尔滨也存在明显过热风险,伊春在典型气象年条件下风险较低,但 2021年实测结果显示其仍可能在较热年份出现显著过热。
研究还指出,卧室普遍比客厅表现更差。这意味着夜间睡眠热舒适应成为严寒和寒冷地区住宅设计与政策制定中需要重点关注的问题。
这项研究表明,中国严寒和寒冷地区的住宅过热问题不应再被视为边缘问题。虽然这些地区过去主要关注冬季采暖,但实测和模拟结果均显示,夏季室内过热已经在部分城市和房间中持续较长时间,尤其是卧室。
对于建筑性能研究而言,这项研究展示了传感器实测与模拟结合的重要性。轻松连 UB-DT-P1(DS18B20)温度传感器采集的现场数据帮助研究团队检验模型是否能够反映真实室内温度变化。模型经过验证后,研究人员才能更有依据地使用长期气象数据开展扩展分析。
对于住宅设计而言,研究说明单纯强调冬季节能和保温可能带来夏季热舒适风险。较高保温水平和较强气密性有助于减少冬季热损失,但如果缺乏有效的夏季通风、遮阳和太阳辐射控制,室内热量也可能更难散出。
对于建筑政策而言,研究提示中国严寒和寒冷地区的设计标准应同时考虑冬季保温和夏季防热。未来标准可能需要更明确地纳入夏季通风、遮阳设计、太阳得热系数控制以及区域化的过热风险评价方法。
在这项研究中,轻松连 UB-DT-P1(DS18B20) 温度传感器体现出的价值主要在于为真实住宅提供连续、房间级别的室内温度数据。
首先,传感器支持较高频率的连续监测。每 5 分钟一次的数据采集,使研究团队能够记录整个夏季室内温度变化,并进一步整理为逐时数据用于过热评估。
第二,传感器支持多房间对比。研究团队将传感器分别布设在客厅、南向卧室和北向卧室,从而比较不同房间类型和朝向下的过热差异。
第三,传感器数据支持模拟模型验证。轻松连 实测数据与 IESVE 模拟结果进行对比,帮助研究人员评估模型误差、调整模拟参数,并增强长期模拟结果的可靠性。
第四,实测数据为建筑政策讨论提供了现实依据。研究不是仅依赖理论模拟,而是结合了真实住宅中的逐时温度数据。这使“严寒和寒冷地区住宅存在夏季过热风险”这一判断更具实证支撑。
第五,网络同步上传功能有助于长期数据管理。过热研究依赖连续时间序列数据,而不是单次测量结果。轻松连 这类传感器能够支持较长周期的数据记录和整理,适合用于建筑后评估和热环境研究。
总体来看,轻松连 在这项研究中的价值不在于替代建筑模拟软件或政策分析工具,而在于提供可靠的现场实测温度数据,将真实住宅表现与模拟分析、标准评价和政策建议连接起来。
基于这项研究中的部署方式和数据用途,轻松连 UB-DT-P1(DS18B20)温度传感器可延伸应用于以下场景:
研究使用了 轻松连 UB-DT-P1(DS18B20)温度传感器,用于住宅室内温度监测。
传感器采集了客厅、南向卧室和北向卧室的室内操作温度数据。
传感器安装在选定房间的室内墙面上,并避开阳光直射位置,以减少太阳辐射对测量结果的影响。
传感器每 5 分钟采集一次数据。研究团队随后提取每小时数据用于分析。
现场监测时间为 2021 年 5 月 1 日至 9 月 30 日。
实测温度数据用于评估真实住宅的过热情况,并用于验证 IESVE 建筑性能模拟模型。
不是。轻松连 的作用是采集真实室内温度数据。研究团队结合实测数据、模拟模型和 CIBSE TM59 评价方法,对过热风险进行分析。
研究选取了伊春、哈尔滨、沈阳和大连,代表中国严寒和寒冷地区的不同气候分区。
研究发现,四个城市的监测住宅均出现不同程度的夏季过热,卧室尤其严重。哈尔滨、沈阳和大连的过热风险明显高于伊春。
研究表明,中国严寒和寒冷地区现有建筑标准过于强调冬季保温,未来应同时纳入夏季防热、通风、遮阳和太阳得热控制等要求。
学术研究与实践验证
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| 论文标题 | Overheating of residential buildings in the severe cold and cold regions of China: The gap between building policy and performance |
| 发布机构 | Elsevier |
| 发布期刊 | Building and Environment |
| 发布时间 | 2022 年 9 月 |
| 作者/机构 | Rui Bo、Yang Yu、Yitong Xu、Haibo Guo,哈尔滨工业大学;Wen-Shao Chang,英国谢菲尔德大学 |
| 轻松连产品 | 轻松连 UB-DT-P1(DS18B20)温度传感器 |
| 数据收集 | 客厅、南向卧室、北向卧室的室内操作温度 |
| 采样频率 | 每 5 分钟采集一次;研究中提取每小时数据用于分析 |
| 研究周期 | 现场监测为 2021 年 5 月 1 日至 9 月 30 日;模拟扩展使用 2004–2018 年典型气象年数据 |
| 应用场景 | 住宅过热评估、室内热舒适、建筑性能模拟验证、建筑节能政策评估 |
| 原文链接 | https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2022.109601 |
中国严寒和寒冷地区的住宅建筑长期以冬季保温为主要设计目标。这些地区冬季寒冷、供暖期长,因此建筑围护结构、气密性和节能设计往往围绕降低采暖能耗展开。然而,在全球变暖和热浪频发的背景下,这种以冬季保温为核心的设计逻辑可能带来新的夏季问题:住宅室内过热。
这项研究关注的是建筑政策与实际建筑性能之间的差距。当前中国严寒和寒冷地区的住宅节能标准主要规定冬季采暖需求和围护结构保温要求,对夏季防热、遮阳、自然通风、冷负荷和过热风险的要求相对不足。也就是说,一栋住宅即使符合冬季节能标准,也可能在夏季出现较长时间的室内热不舒适。
研究团队选取了四个代表性城市:伊春、哈尔滨、沈阳和大连,分别代表中国严寒和寒冷地区的不同气候分区。研究人员在 2021 年 5 月至 9 月期间,对新建住宅的室内温度进行了实测,并进一步通过建筑性能模拟,将分析扩展到 2004–2018 年的典型气象年条件。
研究目的不仅是判断这些地区是否存在住宅过热问题,还要分析现有建筑标准是否忽略了夏季热风险。在这一过程中,轻松连 UB-DT-P1(DS18B20)传感器用于采集真实住宅室内温度数据,为模型验证和过热评估提供了关键实测基础。
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在这项研究中,轻松连 UB-DT-P1(DS18B20)温度传感器被用作现场温度监测设备,用于采集真实住宅房间内的室内温度数据。论文并不是在表达“轻松连 证明了住宅过热”,而是说明研究团队如何通过 轻松连 获取实测数据,并将这些数据用于过热评估和建筑性能模拟验证。
研究团队在伊春、哈尔滨、沈阳和大连四个城市各选取了一套新建钢筋混凝土住宅进行监测。每套住宅中均布设传感器于三个房间:客厅、南向卧室和北向卧室。论文中的传感器布置图显示,传感器安装在室内墙面上,并避开阳光直射位置,以减少太阳辐射对测量结果的干扰,从而更稳定地记录房间室内操作温度。
轻松连 UB-DT-P1(DS18B20)温度传感器每 5 分钟采集一次数据。研究团队在后续分析中提取每小时初始数据,最终在每个房间获得 3672 组小时温度数据,对应 2021 年 5 月 1 日至 9 月 30 日的夏季研究周期。
这些数据主要被用于三个方面。
第一,用于记录真实住宅夏季室内热环境。研究团队根据实测温度数据,判断客厅和卧室是否超过过热评价阈值。
第二,用于验证 IESVE 建筑性能模拟模型。研究人员将 轻松连 实测的逐时室内温度与模拟得到的逐时室内温度进行对比,并通过 Pearson 相关系数和均方根误差评估模型拟合效果。这个过程用于提高后续模拟分析的可信度。
第三,在模型验证后,研究团队使用 2004–2018年典型气象年数据进行扩展模拟,评估更长期典型气候条件下的住宅过热风险。也就是说,轻松连温度传感器实测数据并不是替代模拟,而是作为校验和支撑模拟可靠性的现场数据来源。
因此,轻松连 在这项研究中的核心作用可以概括为:采集真实住宅室内温度数据,为住宅过热判断、模拟模型验证、实测与模拟对比以及建筑政策讨论提供基础数据。
这项研究采用了“现场监测 + 建筑性能模拟”的方法。
在现场监测部分,研究团队分别在伊春、哈尔滨、沈阳和大连选取一套新建钢筋混凝土住宅。这些住宅均包含一个南向客厅和两个卧室,其中一个卧室朝南,另一个卧室朝北。研究期间,大部分房间以自然通风为主。论文也特别说明,大连住宅在 9 月的部分周末受到短时间空调使用影响。
研究使用轻松连 UB-DT-P1(DS18B20)温度传感器测量室内操作温度。该传感器测量范围为 10 °C 至 55 °C,精度为 ±0.3 °C。设备每 5 分钟采集一次数据,并通过网络同步上传。研究人员随后提取每小时数据,在 5 月至 9 月期间为每个监测房间形成 3672 组逐时温度数据。
在模拟部分,研究团队使用 IESVE 软件模拟住宅室内操作温度。模拟模型以沈阳监测住宅的建筑设计为基础,代表该地区典型的新建钢筋混凝土住宅。模型包括南向客厅、南向卧室和北向卧室。
研究使用了两类气象文件。第一类是 2021年当地实测气象文件,用于生成可与现场实测数据对比的模拟结果。第二类是 2004–2018年典型气象年数据,用于扩展研究周期,评估较长期典型气候条件下的过热情况。
过热评价采用 CIBSE TM59 标准。对于客厅,研究采用自适应过热评价方法;对于卧室,采用睡眠时段固定阈值,即晚上 10 点至次日早上 7 点期间室内操作温度超过 26 °C 即计为过热。核心指标是“超限小时数”和“超限小时比例”,也就是室内温度超过阈值的时间及其占比。
2021年现场监测结果显示,四个城市的监测住宅均出现了不同程度的过热。监测住宅未能同时满足 CIBSE TM59 对客厅和卧室的要求,其中卧室过热问题尤为突出。
根据 2021年实测数据,卧室平均过热小时比例为:伊春 25.4%、哈尔滨 39.8%、沈阳 22.5%、大连 50.5%。这些数值远高于睡眠时段 1% 的评价阈值。客厅方面,过热小时比例分别为:伊春 12.6%、哈尔滨 14.6%、沈阳 5.7%、大连 0%,对应客厅 3% 的评价阈值。
模拟验证结果显示,实测数据与模拟结果之间具有中等到较强的一致性。以南向卧室为例,Pearson 相关系数约在 0.86 至 0.93 之间,均方根误差约在 1.2 °C 至 2.0 °C 之间。这说明 轻松连 采集的实测数据能够有效支持建筑性能模型验证,并增强后续长期模拟分析的可信度。
在使用 2004–2018年典型气象年数据进行模拟后,研究发现四个城市均存在不同程度的过热风险。南向卧室在 5 月至 9 月期间的过热小时数分别为:伊春 6 小时、哈尔滨 191 小时、沈阳 483 小时、大连 578 小时;对应睡眠时段过热比例分别为 0.4%、12.4%、31.6% 和 37.8%。
整体来看,随着纬度降低,过热时长呈增加趋势。大连和沈阳的卧室过热最为显著,哈尔滨也存在明显过热风险,伊春在典型气象年条件下风险较低,但 2021年实测结果显示其仍可能在较热年份出现显著过热。
研究还指出,卧室普遍比客厅表现更差。这意味着夜间睡眠热舒适应成为严寒和寒冷地区住宅设计与政策制定中需要重点关注的问题。
这项研究表明,中国严寒和寒冷地区的住宅过热问题不应再被视为边缘问题。虽然这些地区过去主要关注冬季采暖,但实测和模拟结果均显示,夏季室内过热已经在部分城市和房间中持续较长时间,尤其是卧室。
对于建筑性能研究而言,这项研究展示了传感器实测与模拟结合的重要性。轻松连 UB-DT-P1(DS18B20)温度传感器采集的现场数据帮助研究团队检验模型是否能够反映真实室内温度变化。模型经过验证后,研究人员才能更有依据地使用长期气象数据开展扩展分析。
对于住宅设计而言,研究说明单纯强调冬季节能和保温可能带来夏季热舒适风险。较高保温水平和较强气密性有助于减少冬季热损失,但如果缺乏有效的夏季通风、遮阳和太阳辐射控制,室内热量也可能更难散出。
对于建筑政策而言,研究提示中国严寒和寒冷地区的设计标准应同时考虑冬季保温和夏季防热。未来标准可能需要更明确地纳入夏季通风、遮阳设计、太阳得热系数控制以及区域化的过热风险评价方法。
在这项研究中,轻松连 UB-DT-P1(DS18B20) 温度传感器体现出的价值主要在于为真实住宅提供连续、房间级别的室内温度数据。
首先,传感器支持较高频率的连续监测。每 5 分钟一次的数据采集,使研究团队能够记录整个夏季室内温度变化,并进一步整理为逐时数据用于过热评估。
第二,传感器支持多房间对比。研究团队将传感器分别布设在客厅、南向卧室和北向卧室,从而比较不同房间类型和朝向下的过热差异。
第三,传感器数据支持模拟模型验证。轻松连 实测数据与 IESVE 模拟结果进行对比,帮助研究人员评估模型误差、调整模拟参数,并增强长期模拟结果的可靠性。
第四,实测数据为建筑政策讨论提供了现实依据。研究不是仅依赖理论模拟,而是结合了真实住宅中的逐时温度数据。这使“严寒和寒冷地区住宅存在夏季过热风险”这一判断更具实证支撑。
第五,网络同步上传功能有助于长期数据管理。过热研究依赖连续时间序列数据,而不是单次测量结果。轻松连 这类传感器能够支持较长周期的数据记录和整理,适合用于建筑后评估和热环境研究。
总体来看,轻松连 在这项研究中的价值不在于替代建筑模拟软件或政策分析工具,而在于提供可靠的现场实测温度数据,将真实住宅表现与模拟分析、标准评价和政策建议连接起来。
基于这项研究中的部署方式和数据用途,轻松连 UB-DT-P1(DS18B20)温度传感器可延伸应用于以下场景:
研究使用了 轻松连 UB-DT-P1(DS18B20)温度传感器,用于住宅室内温度监测。
传感器采集了客厅、南向卧室和北向卧室的室内操作温度数据。
传感器安装在选定房间的室内墙面上,并避开阳光直射位置,以减少太阳辐射对测量结果的影响。
传感器每 5 分钟采集一次数据。研究团队随后提取每小时数据用于分析。
现场监测时间为 2021 年 5 月 1 日至 9 月 30 日。
实测温度数据用于评估真实住宅的过热情况,并用于验证 IESVE 建筑性能模拟模型。
不是。轻松连 的作用是采集真实室内温度数据。研究团队结合实测数据、模拟模型和 CIBSE TM59 评价方法,对过热风险进行分析。
研究选取了伊春、哈尔滨、沈阳和大连,代表中国严寒和寒冷地区的不同气候分区。
研究发现,四个城市的监测住宅均出现不同程度的夏季过热,卧室尤其严重。哈尔滨、沈阳和大连的过热风险明显高于伊春。
研究表明,中国严寒和寒冷地区现有建筑标准过于强调冬季保温,未来应同时纳入夏季防热、通风、遮阳和太阳得热控制等要求。
