研究报告模板

“十二五国家科技支撑计划”课题

既有建筑绿色化改造综合检测评定技术与推广机制研究

既有建筑绿色化改造诊断测试技术研究

研究报告

子课题名称： 既有建筑绿色化改造诊断测试技术研究

子课题编号： 2012BAJ06B01-01 子课题承担单位（盖章）：

编制日期： 2015年7月18日

摘 要

我国的既有建筑面积已达到500亿平方米左右，但是通过改造而获得绿色建筑标识的既有建筑面积仅仅为87.2万平方米（截止到2012年12月），而绝大部分的非绿色“存量”建筑，都存在资源消耗水平偏高、环境负面影响偏大、工作生活环境急需改善、使用功能有待提高等方面的不足。推进既有建筑绿色化改造，可以节约利用资源，提高建筑的安全性、舒适性和健康性，对转变城乡建设模式，破解能源资源瓶颈约束，培育节能环保、新能源战略性新兴产业，具有十分重要的意义和作用。

本课题组根据《既有建筑绿色化改造诊断测试技术研究》任务书的要求，从2012年至今，对既有建筑绿色化改造的以下关键技术进行了研究：既有建筑绿色化改造的国内外现状，建筑综合性能测评诊断方法，既有建筑绿色化改造潜力评估的技术指标体系与评价方法，既有建筑绿色化改造效果评价的技术指标体系与评价方法等方面，形成的技术成果主要有：1、聚苯颗粒混凝土预制墙板试验研究报告；2、围护结构评价和优化程序；3、绿色建筑综合评价软件的开发；4、绿色建筑室内环境综合检测仪的研制（V1.0）和进一步开发（V2.0）；5、 绿色建筑围护结构隔声方法的研究。

在成果1中，课题组分析了传统的水泥砌体墙或者钢筋混凝土墙板存在的保温性能差、隔热性能差和隔声效果不好等缺陷，以及聚苯颗粒在保温和隔声方面的优异性能，利用钢筋、混凝土、FRP筋和聚苯颗粒等，充分发挥了混凝土与聚苯颗粒的优点，互相弥补了缺点，设计了聚苯颗粒混凝土复合预制墙板，并对其进行了隔声、导热、受弯、受剪切、拉拔、撞击等性能试验研究，经试验数据处理，与理论分析相比，证实了该复合墙板在力学性能上表现良好，而且，其在保温和隔热方面也完全满足了相关规范的要求，应用于实际工程中对建筑整体节能有很大提高。

在成果2中，考虑到围护结构的保温隔热（主要包括外墙、屋面、门窗等）是实现绿色建筑节能减排要求的最重要手段之一，为准确的评价围护结构---这里主要是外墙板的热工性能，根据反应系数法、等效墙体原理进行了围护结构热工性能评价程序的开发，评价围护结构的热阻、成本、传热系数是否符合各地区建筑围护结构规范规定；按各个地区建筑围护结构传热系数规定，以成本为优化目标函数，给出输入墙体的最优厚度。

在成果3中，本课题组深入研究了我国《绿色建筑评价标准》GB50378-

2014、美国绿色建筑评估体系(LEED)、英国绿色建筑评估体系(BREE-AM)、日本建筑物综合环境性能评价体系(CASBEE)；此外，还了解了德国生态建筑导则LNB、澳大利亚的建筑环境评价体NABERS、加拿大GB Tools评估体系、法国ESCALE评估体系等。在分析以上评价体系的基础上，针对我国绿色建筑领域的特点，自主研发出了中、日、美绿色建筑综合评价软件，利用该软件针对同一建筑可分别采用美国LEED-NC、日本CABEE、中国绿色建筑评价标准等体系对建筑的绿色等级和环保性能进行评价，对于不符合要求的评价项目，还给出了相应的整改意见及措施，具有很强的综合性和实用性。

在成果4中，本课题组调研了现有的绿色建筑诊断方法和技术，并分析了它们各自的优缺点，扬长避短，在如单项诊断，集成性不好，数据不能远距离传输等缺点上做出了的改进。通过参考相关标准及文献，归纳了湿热环境、声环境、光环境、空气质量等绿色建筑室内环境检测的主要内容，给出了各评价指标的标准限值。然后基于室内环境集成化检测的概念，以及ZigBee-GPRS无线网络传速技术，研究设计并改进了绿色建筑室内环境综合检测仪（V1.0和V2.0）及数据处理软件。

在成果5中，本课题组对复合板进行声学有限元分析，建立实际发声室、接受室空气流体模型和复合板结构模型并进行网格划分，然后定义有限元单元类型、材料、耦合面、AML面、约束、声源等条件之后进行分析，得到发声室和接受室的声压分布云图，再通过AML技术得到声能传递损失，最终得到隔声性能曲线，为声传递法改进提供依据。

另外，对绿色建筑围护结构声学波动理论进行了推导，包括一维、二维、三维声学波动理论和质量定律，并根据声学波动理论，结构隔声性能试验研究结果和声学有限元分析结果，对声传递法进行了改进，给出改进后的计算公式，以满足实际工程设计和分析的需要。

插图清单

附表清单

目 录

摘 要 ................................................................................................................................ II 插图清单 .......................................................................................................................... IV 附表清单 ............................................................................................................................ V 目 录 .............................................................................................................................. VI

第1章 引言 ...................................................................................................................... 7

1.1 研究背景和意义 ................................................. 7

1.1.1 研究背景 .......................................................................................................... 7

1.1.2 研究意义 .......................................................................................................... 7

1.2 前期研究基础 ................................................... 7

1.2.1 围护结构 .......................................................................................................... 7

1.2.2 围护结构热工评价和分析 .............................................................................. 8

1.2.3 评价体系 .......................................................................................................... 8

1.2.4 诊断方法与测试仪器 ...................................................................................... 9

1.2.5 围护结构隔声方法研究 .................................................................................. 9

1.3 研究范围和目标 ................................................. 9

1.4 研究思路和总体方案 ............................................ 10

1.4.1 研究思路 ........................................................................................................ 10

1.4.2 总体方案 ........................................................................................................ 10

第2章 主体内容 ............................................................................................................ 12

2.1 研究方案 ...................................................... 12

2.2 研究方法 ...................................................... 13

2.3 研究过程 ...................................................... 13

2.4 研究成果 ...................................................... 14

2.4.1 聚苯颗粒混凝土复合板试验成果 ................................................................ 14

2.4.2 围护结构评价和优化程序 ............................................................................ 15

2.4.3 绿色建筑综合评价软件 ................................................................................ 17

2.4.4 绿色建筑室内环境综合检测仪 .................................................................... 18

2.4.5 绿色建筑围护结构隔声方法研究 ................................................................ 21

第3章 结论 .................................................................................................................... 24

参考文献 .......................................................................................................................... 26

承诺书 .............................................................................................................................. 27

第1章 引言

1.1 研究背景和意义

1.1.1 研究背景

《绿色建筑评价标准》对绿色建筑的定义是：在建筑的全寿命周期内，最大限度地节约资源（节能、节地、节水、节材）、保护环境和减少污染，为人们提供健康、适用和高效的使用空间，与自然和谐共生的建筑。

我国的既有建筑面积已达到500亿平方米左右，但是通过改造而获得绿色建筑标识的既有建筑面积仅仅为87.2万平方米（截止到2012年12月），而绝大部分的非绿色“存量”建筑，都存在资源消耗水平偏高、环境负面影响偏大、工作生活环境急需改善、使用功能有待提高等方面的不足。

1.1.2 研究意义

推进既有建筑绿色化改造，可以节约利用资源，提高建筑的安全性、舒适性和健康性，对转变城乡建设模式，破解能源资源瓶颈约束，培育节能环保、新能源战略性新兴产业，具有十分重要的意义和作用。

1.2 前期研究基础

根据子课题任务书，本课题组在广泛的调研既有建筑绿色化改造的国内外现状的基础上对既有建筑综合性能测评诊断方法、既有建筑绿色化改造潜力评估的技术指标体系与评价方法和既有建筑绿色化改造效果评价的技术指标体系与评价方法等方面做了深入的基础研究工作。

1.2.1 围护结构

此外，本课题组还关注了既有建筑绿色化改造的其他一些方面，如外墙保温技术。传统的水泥砌体墙或者钢筋混凝土墙板存在保温性能差、隔热性能差和隔声效果不好等缺陷，这样会导致建筑室内空调负荷增加，建筑能耗的增大，并且影响室内热环境和声环境，降低人们舒适度的要求。长此以往不利于建筑的节能保温隔声，也不利于建筑的可持续性发展。膨胀聚苯乙烯（Expanded Polystyrene，简称EPS）轻质混凝土，是一种用发泡聚苯乙烯颗粒作为轻骨料的矿物胶结混凝土。将EPS 颗粒掺入砂浆或混凝土中能制备不同表观密度的轻质混凝

土。具有轻质、保温隔热、隔声及吸能等优良特性，被广泛应用于各类土木工程，有效地解决建筑物的保温、隔音、防潮。EPS 混凝土制品无需蒸养或烧结，节约能源；同时可消耗大量废弃EPS包装，对降低“白色污染”意义重大。虽然聚苯乙烯混凝土具有很多优势，但是以何种形式应用与外墙保温，怎样克服其应用于外墙后产生的耐久性问题等成为其推广的主要障碍。

1.2.2 围护结构热工评价和分析

绿色建筑围护结构的热工性能影响着整栋建筑的能耗水平，快速、正确的评价其热工特性、根据成本优化其厚度对于实际工程有着重要的意义。在围护结构热工性能评价和厚度优化基础上，模拟建筑能耗则是对围护结构热工性能的定量和最终的评价。另一方面，建筑能耗不仅取决于其围护结构、照明系统和空调系统各自的性能，更取决于其整体的性能。一幢大型的商业建筑，其各个系统和设备之间以及其环境之间的复杂和动态的相互影响需要进行模拟才能得以分析，正是因为其复杂和动态的相互影响，在实际的绿色建筑的能耗计算和模拟中通常使用程序计算，能耗模拟程序国内有DeST、PKPM等[1][2]，国外则是DOE-2、eQUEST、EnergyPlus等。课题组在分析了各类建筑围护结构能耗的分配比例后，认识到外墙板在保温节能方面的重要性，因此考虑到是不是能够编制了一个简单的围护结构（主要外墙板）热工评价和分析程序，并将其用于常用墙体的热工性能评价和优化分析中。

1.2.3 评价体系

在建筑绿色评价体系方面，首先对国际绿色建筑测评方法进行了研究，包括评估体系、指标选择和分类、权重系统和测评程序等。其中主要研究了美国LEED、日本CASBEE、英国BREEAM。其次，本课题组重点研究了美国LEED评价方法，LEED中每种评价体系都基本包括可持续性选址（SS）、水资源利用（WE）、能源与环境（EA）、材料与资源（MR）、室内环境质量（IEQ）和创新设计（ID）等六项指标。最后，本课题组对评价绿色建筑的软件和设备进行了收集和整理。软件包括：DOE-2、EQUEST、EnergyPlus、DesignBuilder、TRNSYS和DEST等。设备包括：温湿度采集仪、墙体热阻仪、声级计、风速仪、照度计和空气质量检测仪等。

在研究过程中，发现以上评价体系或多或少都存在以下问题：（1）需要建筑相关专业人员，甚至从业者接受培训与考核，达到一定资质后（如LEED认证工程师）才能进行评价；评价内容不被建设、施工等单位所了解，十分不便于绿色建筑概念的发展传播，进而影响了绿色建筑相关技术的推广与应用。（2）需要在专业的认证机构进行注册、申请、缴费、文件审核、技术审核、资料的来回修改补充等繁复过程，花费大量的时间与金钱；难以及时对设计或施工过程加以改

进，时效性不好。（3）评价前要选定相应的评价体系，不能对同一建筑进行多标准的评价。

1.2.4 诊断方法与测试仪器

在诊断测试方法和仪器方面，本课题组对传统建筑现场检测仪器进行了调研，发现有以下问题：传统建筑现场检测仪器常见的有以下几类，第一种是单一功能的检测仪器：温度仪，照度仪等，该类检测仪器操作携带方便，但是数据处理能力较低，检测数据需要检测人员实时记录；第二种类似声级计的仪器，这一类仪器可以与计算机进行通讯，具有强大的数据处理能力，但是不足之处是功能单一，而且多是通过串口方式与计算机连接，受到数据线长度的限制，传输距离短，而且需要随身携带计算机，给检测工作造成不便。还有一类是类似空气质量检测仪之一类的多功能检测仪器，该类仪器优点顾名思义检测指标多，但是多数不能与计算机进行通讯，部分产品具有通讯功能，由于功能较多，增加了数据处理软件的制作成本，因而该类软件一般价格昂贵，另外同第二类相似，其与计算机连接同样受到数据线长度的限制，传输距离短。

针对以上问题，本课题组对以下可能的解决思路进行了探索：（1）多诊断指标的集成，多建筑环境参数统一同时采集；（2）解决繁重的现场布线工作，数据无线传输方法的研究；（3）指标采集后工作，数据处理软件的开发。

1.2.5 围护结构隔声方法研究

各种分析围护结构隔声性能的方法中，应用范围都具有一定的局限性，并在存在一定的误差。所以需要根据试验数据，并结合有限元法，通过对声学波动理论的推导，得出对绿色建筑围护结构隔声性能分析的方法进行修正，以满足实际工程设计和分析需要。

声学波动理论是建筑围护结构隔声分析和建筑室内声场分析的基本理论，一维和二维波动理论适用于建筑围护结构隔声性能分析，三维波动理论适用于建筑室内声场分析。所以有必要推导一维、二维、三维波动理论和隔声质量定律，为绿色建筑围护结构隔声性能分析和室内声场分析奠定理论基础。

1.3 研究范围和目标

立足我国既有建筑发展现状，分析国内外既有建筑绿色化改造现状及潜力，分别开展既有建筑综合性能测评诊断方法和绿色化改造潜力评估和效果评价方法体系研究，形成健全的、良性的、可持续的既有建筑绿色化改造领域的研究发展

能力。具体研究范围和目标如下：

1、既有建筑绿色化改造国内外现状的梳理与调研

调查研究中国既有建筑总体现状，及其建筑寿命、能源资源消耗水平、生态环境负荷、室内外环境品质、使用功能等具体现状与特点；总结梳理国内外既有建筑绿色化改造的推广政策、标准规范、适用技术、应用案例等发展现状；结合国家节能减排工作部署目标与既有建筑绿色化改造实施途径，量化评估既有建筑绿色化改造的整体效益与贡献。

2、既有建筑综合性能测评诊断方法研究；

旨在甄别性能缺陷和绿色潜力，针对居住建筑、大型商业建筑、办公建筑、医院建筑以及工业建筑等功能建筑的结构性能、能效水平、室内外环境质量等方面，建立包括诊断指标、检测方法、分析手段、评估原则在内的既有建筑综合性能测评诊断成套技术体系；针对既有建筑绿色化诊断的复合功能需要，开发用于资源消耗与环境性能评定的集成检测装置；基于建筑实际运营数据，以既有建筑综合性能测评诊断技术体系为内核，开发既有建筑性能诊断软件。

3、既有建筑绿色化改造潜力评估的技术指标体系与评价方法研究；

基于对国内既有建筑的现状调研，重点考量技术经济分析和性能评价两个维度，研究既有建筑绿色化改造潜力评估的技术指标体系与评价方法，研究确定既有建筑绿色化改造潜力性能分析方法，以及适宜改造程度分级评估手段。

4、既有建筑绿色化改造效果评价的技术指标体系与评价方法研究。

考虑气候地域及功能类型两个因素，结合我国既有建筑的现状及绿色建筑的具体要求，研究既有建筑绿色化改造效果评价的技术指标体系与评价方法；基于既有建筑绿色化改造综合评价方法的研究成果，开发具有良好人机界面的绿色化改造方案优化及性能评定的工程用评价软件。

1.4 研究思路和总体方案

1.4.1 研究思路

本课题的研究思路为理论与实际相结合的研究方法，结合现有基础研究理论成果，进行多角度的创新性探索和实际工程结合分析。

1.4.2 总体方案

整理并学习隔热隔声计算原理，开展聚苯颗粒混凝土复合板综合受力性能、隔热、隔声性能试验；调研室内环境检测市场，开发综合室内环境检检测装置；搜集多国绿建标准，开发绿色建筑综合评价软件。

第2章 主体内容

2.1 研究方案

聚苯颗粒混凝土复合板研究方案：1、结合2013年度聚苯颗粒混凝土复合墙

板的理论分析，拟定试验方案；2、根据试验方案对聚苯颗粒混凝土复合墙板进行

隔声、导热、受弯、受剪切、拉拔和冲击等试验研究；3、得出实验数据，进行数

据处理，并于理论分析进行比较；4、撰写试验报告。

围护结构评价和优化程序总体方案：1、学习建筑热过程原理，掌握建筑传热

的原理与方法；2、对保温围护结构进行等效墙体计算；3、基于MATLAB语言平

台，根据反应系数法原理进行软件编程，并验证这些程序的合理性及正确性；4、

分析并研究围护结构评价和优化程序计算出的热工性能参数与EnergyPlus软件模

拟计算得出的建筑能耗之间的关系。

绿色建筑综合评级软件研究方案为：1、结合2013年度绿色建筑综合评价仪

器（v1.0），分析其存在的缺点和不足；2、收集和整理国内外关于绿色建筑评价的

相关标准，分析其评价方法和依据；3、进行绿色建筑综合评价软件的研制和开

发；4、综合和完善绿色建筑综合评价软件。

环境综合检测仪的总体研究方案：1、分析现阶段建筑环境诊断方法的弊端；

2、针对以上缺点探索可能的解决方案，进行理论尝试；3、集成多评价指标的建

筑室内环境综合检测仪的初步开发；4、在数据的远距离传输、仪器便携化、数据

显示界面等方面的后期处理；5、工程实例验证。

绿色建筑围护结构隔声方法的研究总体研究方案：1、在室内声场分析基本理

论的基础上，通过大型商用有限元分析软件LMS.Virtutal Lab建模，模拟发声室和

接受室（混响室）的声波传递整个过程，得到发声室和接受室的声压分布，最后

通过AML技术计算出发声室和接受室之间围护结构的隔声性能曲线。有限元分析

得到的结果可以弥补试验组数的不足，并为声传递法的修正提供依据。2、根据波

动理论，推导出声波在一维、二维和三维情况下声波的传播规律，得到这三种情

况下的声压分布和质点速度。由声学波动理论导出建筑单层围护结构和多层围护

结构隔声分析和计算方法，并对声传递法进行修正，提出一个适合于工程设计的

计算公式，简化计算，满足工程上的精度要求。

2.2 研究方法

以理论结合实际的研究方法进行研究。根据国内外现有研究成果和尚未研究

的部分提出研究方案以指导研究过程，在实施研究项目过程中，以理论分析和试

验相结合，实现理论指导实验，并使实验推动理论发展的研究方法。

2.3 研究过程

图2-1

聚苯颗粒混凝土复合墙板研究技术路线图

图2-2 围护结构评价和优化程序研究技术路线图

图2-3 绿色建筑综合评价软件开发技术路线图

图

2-4 绿色建筑室内环境综合检测仪开发技术路线图

图2-5 绿色建筑围护结构隔声方法研究技术路线图

2.4 研究成果

2.4.1 聚苯颗粒混凝土复合板试验成果

技术内容及创新点：1、导热性能试验，从试验结果可得出，该墙板传热系数

可控制在0.9以内，满足建筑节能规范的相关规定。2、隔音性能试验，该墙板隔

声量为53dB，能够满足高要求的隔声需求。3、受弯性能试验，该墙板极限均布

荷载为36.14（200mm厚）和65.71（250mm厚），完全满足外墙强度要求。4、剪

切性能试验。该墙板的抗剪承载力为354.05（200mm厚）和474.78（250mm

厚），完全满足复合板的抗剪要求。5、连接件拉拔性能试验，该连接件抗拉拔极

限荷载平均为11.17KN（200mm厚）和17.33KN（250mm厚），完全满足连接件

粘结性能要求。6、冲击性能试验，墙板在90kg沙袋的冲击下，均无裂纹产生，

满足要求。科研成果附图：

图

2-6 导热性能试验图 2-7 隔声性能试验

图2-8 受弯性能试验

图2-9 剪切性能试验

图2-10 连接件拉拔性能试验 图2-11 冲击性能试验

2.4.2 围护结构评价和优化程序

为了能方便、准确的评价围护结构的热工性能，根据热工性能优化围护结构

的厚度，根据反应系数法、等效墙体原理等[3][4]，使用Matlab软件编制了一个评价

和优化围护结构热工性能程序，该程序主要功能是综合考虑围护结构的热工性能

和成本后，给出围护结构的热阻、每平米成本、传热系数、是否符合各地区建筑

围护结构传热系数规定；按各个地区建筑围护结构传热系数规定，以成本为优化

目标函数，给出输入墙体构造下的最优厚度。

为了方便日后扩展程序功能，该程序采用模块化编程，程序由输入模块、输

入数据处理模块、热工参数计算模块、反应系数法计算模块、成本计算模块、优

化分析模块、图表输出模块、绘图模块等6大模块组成，各模块的关系如下图所示:

图2-12 围护结构评价和优化程序框图

本程序具有以下特色：①支持从文本批量输入围护结构数据和从程序界面输入数据；②可通过设定围护结构中某层是否为结构层，考虑是否优化该层厚度；③围护结构厚度优化时通过设置围护结构各层最小厚度和模数，考虑优化时的最小厚度和厚度增量；④通过柱状图直观表现程序的分析结果（传热系数、成本、热阻等）

[5][6][7]。程序整个界面如下图所示。

（a） 围护结构评价和优化程序初始化界面

（b） 围护结构评价和优化程序分析结果界面

图2-13 围护结构评价和优化程序

2.4.3 绿色建筑综合评价软件

技术内容及创新点：1、软件收编了美国LEED-NC、日本CABEE、中国既有建筑改造绿色评价标准（征求意见稿，正式规范尚未发布）、中国住宅与公共建筑（GB/T50378-2014）、（英国BREEAM）四种绿色建筑评价标准[8]~[11]，可供用户选择适合自身情况的标准进行评价，集成化程度高。2、软件界面采用闯关模式，必须对前一项进行评价，后一项才会显现，避免出现漏评现象。3、软件从文字性的条文中提取参数，用户输入基本参数软件即可自动运算与判断得分，无需用户提前计算，自动化程度高。4、软件测评结果中列出了得分清单，对于未取得的分数

项，软件可给出改善建议，供用户进一步完善。

该软件在设计施工、竣工运行的各阶段，只需要准备好建筑信息资料，即可随时评价，得到评价结果。使用者考虑经济等综合因素采取改善意见，以获得更

高的评价等级。在正式的商业认证之前为使用者节省大量的时间、金钱。科研成果附图：

(a)软件首页 （

b）软件评价页

（c）结果页 （d）反馈及措施页

图2-14 绿色建筑综合评价软件

2.4.4 绿色建筑室内环境综合检测仪

室内空间狭小，多种影响因素交叉作用，室内环境十分复杂。参考GB/T 50378-2006《绿色建筑评价标准》，绿色建筑室内环境主要包括室内湿热环境、室内声环境、室内光环境、室内空气质量和PM2.5等方面[12]。本课题组查阅了《环境空气质量标准》、《照明测量方法》等相关规范，并针对室内环境检测具体指标的检测方法、测点布置、标准限值等进行了深入研究。室内背景噪声、空气流速、温度、相对湿度、光环境、PM2.5、甲醛、氨、氡、苯、总挥发性有机物（TVOC）[13]等多个物理化学参数的标准值见表2-1。

[14]~[20]

绿色建筑现场综合检测仪器，该仪器在以通用计算机为核心的平台上，由用户设计定义，具有虚拟面板，测试功能由测试软件实现，使用者通过控制终端显示器上的虚拟面板完成检测工作。其实质是利用显示器的显示功能来模拟传统的控制面板，以多种形式表达输出检测结果，利用强大的软件功能实现信号数据的运算，分析和处理，利用无线传输方式完成信号的采集，测量与调理，从而完成各种测试功能的一种仪器系统在一定程度上克服了传统检测仪器的缺点：

（一）仪器实现了多个指标检测功能的集成，并采用无线传输方式进行数据采集工作，有效的避免了繁荣的现场布线工作。

（二）传统仪器功能单一，所以对一个信号完成多个参数（最大值、最小值、平均值、噪声检测中各等级连续声级等）的测量需要多台仪器，使测量受连接方式、电缆长度等因素的影响。绿色建筑综合检测仪器只需对信号进行一次采样，多个软件模块对同一组数据进行不同的处理就能实现多个参数的同时测量。数据处理方面：绿色建筑综合检测仪器可以对采集数据进行实时显示、保存并绘制实时曲线，另外通过编程实现了对数据分析及特殊处理，例如噪声频谱分析等

[21]。

（三）仪器内嵌绿色建筑综合评价程序，可以对检测指标及《绿标》中各指标进行综合评价打分，并对不符合《绿标》的指标给出改善建议。

1--支架；2--风速采集器；3--移动电源及变压模块；4--墙体热阻检测器；5--噪声采集器；6--TVOC气体变送器；7--氨气变送器；8--图像采集设备；9--甲醛气体变送器；10--温湿度采集器；11--ZigBee无线传输模块

图2-15 绿色建筑室内环境综合检测仪V1.0

图2-16 绿色建筑室内环境检测、评价软件

综合检测仪V1.0虽然对多指标检测进行了集成，仍存在着明显的缺点，如检测指标不够全面，缺少绿色建筑室内环境评价中的一些重要指标（光环境、PM2.5）；虽能够进行数据无线传输，但距离较短，需要专业人员实地监控；体型略大，不利于携带和远距离运输等。针对以上缺点，本课题组又在V1.0的基础上开发了绿色建筑室内环境综合检测仪V2.0，仪器示意见图2-17。

1--ZigBee及GPRS无线传输；2--TVOC气体变送器；3--甲醛气体变送器；4--氨气变送器；5--风速采集器；6--温湿度采集器；7--照度检测器；8--电源、开关；9--

仪器槽（放置PM2.5采集模块）；10--噪声采集器

图2-17 绿色建筑室内环境综合检测仪V2.0

在这一版本中，本课题组主要进行以下功能改善：

1）为了实现对室内光环境的检测评价，增加了“照度”这一检测指标。实际检测时室内照度值可在照度计上直接读出，光环境的其他指标如室内照度均匀度、亮度、反射比等可由照度计算间接得出；

2）V1.0中仪器只能使用可移动电源直流供电，不能连续工作；在V2.0中利用交直流转换装置，使仪器能在AV220V供电下长时间正常工作，并且配备了短路保护电路；

3）在V1.0中利用ZigBee无线网络传速技术实现了短距离数据传输，V2.0在

此基础上利用GPRS技术实现了多数据的远距离传输。检测仪器测得的数据通过GSM移动通信系统进行网络上传，只要电脑能够连上网络，即可时时下载检测数据，进行处理。这样仪器放在检测建筑室内，人员可在异地对室内环境进行检测、评价[22]；

4）对各检测仪器进行了进一步的集成，重新设计了仪器布置与电路，最终仪器箱体大小近似490mm×390mm×240mm，更加便于运输、携带，无需像V1.0那样安装拆卸，有效减少了检测前期的准备工作，此外因为体型较小，检测时不会影响到房间的正常使用；

5）解决了V1.0[13]中各仪器需单独开机的状况，实现了一键开机；检测数据统一在面板显示，更加简洁、美观。

2.4.5 绿色建筑围护结构隔声方法研究

（a）频率100Hz （b）频率125Hz

图2-18 各频率下的声压云图

图2-19 声能传递损失曲线

隔声量(dB)

频率(Hz)

图2-20 有限元法与试验结果对比

声学有限元模拟得到的声压云图显示，在发声室声场中，声场中的声压并不稳定，有大有小，并且随着频率的不断的变化和波动。当声波通过复合板之后，在接受室内所形成的声压十分稳定。这与隔声性能试验得到接受室声压级差稳定相同，证明新型绿色建筑预制复合墙板在隔声之后能够形成稳定的声场，适合于绿色建筑围护结构。

声学有限元模拟中，在得到发声室和接受室声压之后，通过AML技术得到声能传递损失，最终得到复合板隔声量。AML技术能够非常方便的定义声辐射边界条件，并通过发声室和接受室的声压差值得到声传递损失和隔声量。

有限元分析中，发声室和接受室的空气采用声学流体单元（Acoustic Fluid

Property），复合板采用3-D实体单元（3D-Property）。有限元分析复合板在发声室和接受室的隔声性能，与隔声性能试验作出了对比分析，其结果显示出发声室和接受室的声压分布云图，以及复合板的隔声性能曲线。在试验样本数据不足的情况下，有限元分析结果为试验结果提供了佐证。

另外，本课题通过运动方程、连续性方程和物态方程推导出来的一维、二维和三维声学波动理论中，一维波动理论主要应用于隔声性能的分析和计算；二维波动理论主要应用于二维板面内声压分布求解；三维波动理论主要应用与室内声场分析的计算，并为声学有限元方程和声振耦合方程推导提供了理论依据。

在绿色建筑围护结构隔声性能设计和分析过程中，其方法主要包括3个过程：a.根据绿色建筑星级或者要求确定采用单层或者多层围护结构；b.对于单层围护结构直接由式（2.1）分析和计算，对于一般要求的多层围护结构，可用公式（2.4）和（2.5）进行分析和计算，对于高要求的音乐厅、星级酒店等项目，可用公式（2.2）和（2.3）进行分析和计算，也可采用声学有限元法分析和计算。c.根据建筑围护结构隔声的构造措施，对绿色建筑围护结构进行加强，以保证其隔声性能。

m21（2.1） 20lgm20lgf42.5TL10lg210lg2ctp11

（1）低频区域和高频区域f=100~2000Hz和f=6300~10000Hz时

mm2m3TL20lg2f1/2c00 （2.4） pt2RR0R1R2ej(k1L1k2L2kL) （2.2）()2jkLpi1e2TL10lg(Pi1/Pt2)10lg(1/) （2.3） 23

（2）中频区域f=2000~6300Hz时

TL20lg2fm1m2m3

uf3/20c0

2.5） （

第3章 结论

（1）本课题对聚苯颗粒混凝土复合墙进行综合试验，得出以下结论：①传热系数可控制在0.9以内，满足建筑节能规范的相关规定；②该墙板隔声量为53dB，能够满足高要求的隔声需求；③该墙板受弯极限均布荷载为36.14（200mm厚）和65.71（250mm厚），完全满足外墙强度要求；④该墙板的抗剪承载力为354.05（200mm厚）和474.78（250mm厚），完全满足复合板的抗剪要求；⑤该墙板连接件抗拉拔极限荷载平均为11.17KN（200mm厚）和17.33KN（250mm厚），完全满足连接件粘结性能要求；⑥该墙板在90kg沙袋的冲击下，均无裂纹产生，满足要求。

（2）本课题开发围护结构评价和优化程序该程序具有以下特色：①支持从文本批量输入围护结构数据和从程序界面输入数据；②可通过设定围护结构中某层是否为结构层，考虑是否优化该层厚度；③围护结构厚度优化时通过设置围护结构各层最小厚度和模数，考虑优化时的最小厚度和厚度增量；④通过柱状图直观表现程序的分析结果（传热系数、成本、热阻等）。

（3）本课题开发绿色建筑综合评价软件，该将各评价体系进行软件集成，以人机对话的方式展现。本软件的开发填补了国内绿色建筑评价软件的空缺，具有广阔的应用前景和推广价值。

（4）绿色建筑室内环境综合检测仪以实现各类检测功能的集成为主线，重点围绕数据传输方式、数据处理、检测诊断方法等问题进行了研究，取得了重大的创新和突破。

（5）通过声学有限元模拟发现，新型绿色建筑预制复合墙板在隔声之后能够形成非常稳定的声场，适合于绿色建筑围护结构。②有限元模拟的结果比试验结果稍偏大，其主要原因是有限元模拟是考虑整个声学实验室中聚苯颗粒混凝土复合板的实际尺寸，即是4.0m×2.5m×0.2m。但试验条件限制，复合板只能浇筑成

1.5m×0.61m×0.2m的3块到实验室内进行拼装，其他采用480mm砖砌墙进行封堵。这便导致试验结果偏小，有限元模拟偏大。③本课题推导出来的一维、二维和三维声学波动理论中，一维波动理论主要应用于隔声性能的分析和计算；二维波动理论主要应用于二维板面内声压分布求解；三维波动理论主要应用与室内声场分析的计算。④在绿色建筑围护结构隔声性能设计和分析过程中，其方法主要包括3个过程：a.根据绿色建筑星级或者要求确定采用单层或者多层围护结构；b.对于单层围护结构直接由式（2.1）分析和计算，对于一般要求的多层围护结构，可用公式（2.4）和（2.5）进行分析和计算，对于高要求的音乐厅、星级酒店等项目，可用公式（2.2）和（2.3）进行分析和计算，也可采用声学有限元法分析和计

算。c.根据建筑围护结构隔声的构造措施，对绿色建筑围护结构进行加强，以保证其隔声性能。

参考文献

[1]王海燕.复合墙体热工特性与能耗分析[D].哈尔滨工业大学博士学位论文.2007.44-

47

[2]Elisabeth Kossecka and Jan Kosny, Relations Between Structural And Dynamic

Thermal Characteristics Of Building Walls[M], Journal of Building Physics 1996

[3]刘金祥.反应系数法求解墙体不稳定传热的分析讨论[J].广西工学院学报,1999,

10(1):15-19.

[4] Minkowycz, W.J., Sparrow, E.M., Advances in Numerical Heat Transfer

[M],Vol.II,Taylor and Francis, New York,2000.

[5] EnergyPlus帮助手册《Get Start with EnergyPlus》

[6] EnergyPlus帮助手册《EnergyPlus Engineering Reference》

[7] 彦启森,赵庆珠.建筑热过程[M].北京:中国建筑工业出版社, 1989.12.

[8] LEED-NC工程指南[M].沈阳.辽宁科学技术出版社.2010.

[9] CASBEE建筑物综合环境性能评价体系[M].北京.中国建筑工业出版社.2005.

[10] GB/T50378-2014.绿色建筑评价标准[s].北京.中国建筑工业出版社.2014.

[11]既有建筑改造绿色评价标准（征求意见稿）.北京.中国建筑工业出版社.

[12]Sundell J. Uncertainty and the Environment Implications for Decision-Making and Environmental Policy. Indoor air, 2004,14(S7):51-58.

[13]周建民，于洪波.绿色建筑环境质量检测的探析[J].建筑科学,2014,30(S1):82-87.

[14] GB/T 18204.15,公共场所室内空气流速测定方法[S].北京:中国标准出版社,2005.

[15] GB/T18204.14,公共场所室内相对湿度测定方法[S].北京:中国标准出版社,2000.

[16] GB/T 18204.13,公共场所室内温度测定方法[S].北京:中国标准出版社,2000.

[17] GB/T 18204.22-2000,公共场所噪声测定方法[S].北京:中国标准出版社,2005.

[18] GB/T5700-2008,照明测量方法[S]. 北京:中国标准出版社,2008.

[19] GB50325-2010,民用建筑工程室内环境污染控制规范[S]. 北京:中国计划出版

社,2013.

[20] GB 3095-2012,环境空气质量标准[S].北京:中国环境科学出版社,2012.

[21]周建民,祁德庆等.既有建筑绿色化改造室内环境性能评定和检测[J].建设科

技,2014,7:48-51.

[22] 郝勇,李强.现代检测技术及其发展[J].装备制造技术,2004,3:124-125.

承诺书

本人完全了解国家科技报告的有关规定，同意国家按照规定收藏使用科技报告，并承诺本科技报告中所有的研究内容和数据信息真实可靠。如有失实，本人承担相关责任。

子课题负责人：

报告编制人：

日期： 年 月 日