一、方案介绍

 

本方案面向夏热冬冷地区长江流域为主的民用与公共建筑，构建室外微气象、室内热舒适、围护结构热工、能耗反馈四维一体长期监测系统。采用厦门欣仰邦 S‑CG 系列低功耗、高防护传感器，室外搭建小型气象站，监测太阳辐射、空气温湿度、风速风向等气象要素；同步对室内外环境、建筑围护结构开展温湿度、光照强度长期在线监测。所有监测数据通过 4G、NB‑IoT 无线传输上云，可连续追踪全年季节波动、极端高温低温、高湿梅雨天气变化规律，量化建筑隔热保温、防潮防霉、自然通风、天然采光的实际运行效能，为建筑气候适应性设计优化、既有建筑节能改造、被动式建筑技术效果评估，提供长期真实实测数据支撑。

二、监测目标

 

实时采集建筑场地逐时空气温湿度、太阳总辐射、风速风向、降雨量、大气压力，建立本地化微气候基准数据库。持续监测典型楼层、不同朝向房间的空气温湿度、光照照度、二氧化碳浓度，科学评估建筑夏季防热、冬季保温、过渡季自然通风舒适效果。对建筑外墙、屋面、外窗等围护结构，监测表面温度、热流密度，计算传热系数与热惰性指标，评估保温隔热及墙体结露风险。结合全年气象变化，按季节及极端天气事件，分析建筑隔热效率、保温能力、防潮性能、采光均匀性与自然通风降温潜力，完成建筑气候适应性综合评估。系统支持连续不间断监测周期不少于 12 个月，自动生成年度气候适应性分析报告、极端天气专项分析报告及建筑节能优化建议。设备满足户外高防护等级要求，采用低功耗太阳能供电、无线免布线设计，适配无电无网场景，实现长期无人值守稳定运行。

 

三、需求分析

 

夏热冬冷地区建筑存在夏季高温高湿、空调能耗偏大，冬季阴冷潮湿、采暖效率偏低，过渡季昼夜温差大、墙体易结露发霉等突出问题，需要长期实测数据验证被动式节能技术实际应用效果。短期定点测试无法完整反映四季气候波动及极端高温、低温、梅雨高湿天气的影响，必须开展全年连续在线监测，支撑建筑设计迭代与既有建筑节能改造验收。建筑气候适应性受室外气象、围护结构传热、室内热环境链式影响，需要多测点、多参数同步采集，形成完整数据链条。既有建筑、历史风貌建筑不宜打孔破坏结构，传感器需采用磁吸、粘贴、夹具式非侵入安装方式，户外设备需具备防雷、防雨、抗暴晒能力。监测设备精度、布点方法、数据存储格式，需严格遵循国家相关规范标准，保证监测数据横向可对比、纵向可追溯、专业可复用。

 

四、监测方法

 

采用小型气象站定点监测法，在建筑屋顶开阔区域布设厦门欣仰邦 S‑CG 六要素小型气象站，设定分钟级采样周期，同步采集空气温湿度、太阳辐射、风速风向、降雨量、大气压力基础气象数据。采用室内分区布设法，按照东西南北不同朝向、底层中层顶层不同楼层，以及卧室、客厅、办公区不同功能空间，布设温湿度、光照、空气质量传感器，设定分钟至小时级可调采样间隔。采用围护结构热工监测法，在外墙、屋面、外窗布设表面温度及热流传感器，通过监测内外表面温差与热流密度，精准计算围护结构实际传热系数与热惰性指标。实行极端天气强化监测机制，在夏季高温时段、冬季低温时段、梅雨季高湿时段，自动加密采样频率，精准捕捉温度湿度峰值及持续变化时长。采用无线低功耗采集模式，通过 LoRa 近距离组网搭配 4G 全网通数据上传，太阳能搭配锂电池供电，阴雨天续航时间长，设备本地具备大容量断网缓存能力，保障数据不丢失。建立气候适应性评分体系，从夏季隔热达标时长、冬季保温舒适时长、室内湿度控制达标率、天然采光合格率、自然通风降温效率五个维度，加权量化评定建筑气候适应等级。

 

五、应用原理

 

室外气象参数通过太阳辐射、环境温湿度、风速变化，直接影响建筑围护结构表面对流换热与太阳得热，进而传导至室内形成热湿环境变化规律。通过监测围护结构内外表面温度差与热流密度，依据传热基本原理，实测建筑墙体、屋面、外窗真实传热系数，对比设计参数评估保温隔热性能优劣。以长期室外气象数据为基础，结合围护结构传热特性与室内热舒适数据，形成气象环境 — 建筑响应 — 性能评估闭环链条，可针对性优化建筑外遮阳、窗墙比、屋面及外墙保温构造。设备采用低功耗休眠唤醒工作机制，搭配太阳能补充供电，依托边缘计算过滤无效数据，无线传输适配野外及建筑长期无人值守监测场景。

 

六、硬件配置

 

整套系统由厦门欣仰邦 S‑CG 系列专用设备组成，包含六要素小型气象站，用于监测室外温湿度、太阳辐射、风速风向、雨量、大气压力；室内温湿度传感器，采集室内空气温度与相对湿度数据；光照照度传感器，监测室内光照强度，评估天然采光效果；二氧化碳空气质量传感器，检测室内空气品质，判定自然通风效能；表面温度传感器，用于外墙、屋面、外窗内表面温度监测；热流密度传感器，采集围护结构热流数据，计算传热系数；无线采集主机，负责全品类传感器数据汇总、边缘计算及 4G 无线上传；太阳能供电套件，为户外设备提供长期稳定供电；防水防护机箱，实现主机与电池 IP65 级防水防尘、防雷防雨保护；配套气候适应性监测云平台，实现数据存储、可视化展示、智能分析、异常预警及报表自动生成。

 

七、硬件技术参数

 

S‑CG 六要素小型气象站，测温范围零下 30 摄氏度至 70 摄氏度，精度正负 0.3 摄氏度；测湿范围 0 至 100% RH，精度正负 3% RH；太阳辐射量程 0 至 2000W 每平方米，精度正负 2%；风速量程 0 至 60m/s，精度正负 0.3m/s；风向测量范围 0 至 360 度，精度正负 3 度；雨量测量精度正负 4%。

 

S‑CG 室内温湿度传感器，测温范围零下 20 摄氏度至 60 摄氏度，精度正负 0.2 摄氏度；测湿范围 0 至 100% RH，精度正负 2% RH，采用壁挂式安装，具备 IP54 防护等级。

 

S‑CG 光照照度传感器，量程 0 至 200000lux，精度正负 5%，光谱响应 400 至 1100nm，支持吸顶、壁挂两种安装方式。

 

S‑CG 热流密度传感器，量程正负 200W 每平方米，精度正负 3%，工作温度范围零下 50 摄氏度至 80 摄氏度，采用粘贴式安装，可与围护结构表面紧密贴合。

 

S‑CG 无线采集主机，支持 4G、NB‑IoT、LoRa 多制式通信，采样周期 1 至 60 分钟可调，本地缓存可存储六个月以上数据，适配直流 5 伏及太阳能供电，整机低功耗运行。

 

八、方案实现

 

测点布设按照标准化配置执行，单栋典型建筑配置一套室外小型气象站，安装于建筑屋顶开阔位置，距屋面高度 1.5 米，无遮挡太阳辐射与自然风场。室内按照顶层、中间层、底层分层布设，优先在东西南北不同朝向房间布设温湿度、光照传感器，覆盖夏季西晒高温区、冬季北向低温区、底层防潮重点区域。围护结构重点在西向外墙、屋面、南北西向外窗布设表面温度及热流传感器，监测建筑主要传热薄弱部位。

 

设备安装采用非侵入免破坏方式，室外气象站通过固定支架安装于屋顶，太阳能板朝南定向安装，传感器保持水平校准。室内传感器采用壁挂、吸顶粘贴固定，避开空调出风口、直射阳光及室内热源，保证数据真实性。围护结构传感器清洁表面后粘贴安装，热流传感器与墙面平行贴合，边缘做密封防水处理。采集主机隐蔽安装于室内弱电箱或室外防水机箱，天线外露保证信号稳定，接入太阳能供电系统完成接线调试。平台录入建筑基础信息，设置采样周期、预警阈值，试运行 72 小时完成传感器校准，正式投入长期在线监测。

 

九、数据分析

 

平台支持实时数据可视化，可查看室外气象温湿度、太阳辐射、风速变化曲线，同步展示室内温湿度、光照数值及围护结构温度、热流变化趋势，生成室内温湿度空间分布热力图、围护结构温度场分布图，直观识别建筑热桥及隔热薄弱区域。

 

开展分季节专项分析，夏季统计室内高温时长、空调使用关联规律，分析西外墙及屋面隔热效率、太阳辐射得热占比；冬季统计室内低温时长、采暖能耗关联数据，测算外墙及外窗保温热损失、室外冷风渗透影响；过渡季分析自然通风舒适时长、室内结露结冰风险及天然采光达标率。

 

建立五级气候适应性评分标准，80 至 100 分为优秀，全年室内舒适时长占比 70% 以上，隔热保温防潮性能优异；60 至 79 分为良好，舒适时长 50% 至 69%，无明显热桥及结露现象；40 至 59 分为合格，舒适时长 30% 至 49%，极端天气舒适度不足，需局部节能改造；20 至 39 分为较差，舒适时长 10% 至 29%，能耗偏高，需全面节能升级；0 至 19 分为极差，舒适时长低于 10%，围护结构热工缺陷严重，需重大修缮或重建。

 

系统可自动生成月度分析报告，汇总当月气候数据、室内环境统计、围护结构性能小结及异常事件记录；自动输出年度综合报告，包含全年气候适应性评分、季节性能对比、极端天气事件分析、节能潜力评估及建筑优化改造建议。

 

十、预警与优化建议

 

系统设置三级气候风险预警，黄色预警针对室外温湿度接近极端阈值、梅雨季节湿度偏高场景，提醒加强人工巡检，提前开启自然通风及室内除湿；橙色预警针对极端高温、极端低温、高湿天气持续多日场景，指导建筑加强夏季隔热、冬季保温，严控室内湿度避免墙体结露发霉；红色预警针对围护结构温度热流突变、墙面结露发霉、构造热桥异常场景，及时排查防水保温缺陷，开展局部修缮处理。

 

根据监测数据可输出精准优化建议，夏季可通过增设西向外遮阳、加厚屋面保温层、更换 Low‑E 节能外窗、利用夜间自然通风实现降温节能；冬季可加固外墙外保温、更换门窗密封配件、利用南向空间吸收太阳能、减少室外冷风渗透；梅雨季及过渡季可优化屋面外墙防水构造、增强室内通风换气设备，长期控制室内湿度，杜绝墙体结露发霉问题。

 

十一、方案优点

 

构建室外气象、围护结构、室内热环境全链路监测体系，完整覆盖夏热冬冷地区建筑热湿环境核心痛点。采用全年连续监测加极端天气加密采样模式，实测数据真实反映四季气候波动与建筑实际运行效能，远优于短期定点测试及模拟计算结果。整套系统低功耗设计，搭配太阳能无线传输，可在无电无网老旧建筑长期稳定运行，无需人工频繁维护。传感器采用粘贴、磁吸式非侵入安装，不破坏建筑围护结构及室内装饰，适配既有建筑、历史风貌建筑改造监测。可量化输出建筑气候适应性评分及专项分析报告，精准定位保温、隔热、防潮、采光薄弱环节，改造优化建议可落地、可验证。

 

十二、应用领域

 

适用于上海、南京、武汉、重庆、合肥、杭州等夏热冬冷地区的普通住宅、公寓、别墅建筑；办公楼、学校、医院、商场等各类公共建筑节能监测与评估；被动式超低能耗建筑、绿色建筑、近零能耗建筑的性能验收与长期运行监测；既有建筑外墙保温、外遮阳、门窗升级、屋面节能改造前后效果对比验收；建筑气候适应性科研研究、高校课题实验、设计院方案优化、政府建筑节能常态化监管。

 

十三、国标规范

 

遵循 GB 50176‑2016《民用建筑热工设计规范》、GB 50785‑2012《民用建筑室内热湿环境评价标准》、JGJ/T 449‑2018《建筑节能与可再生能源利用通用规范》、GB/T 50824‑2013《绿色建筑评价标准》、JGJ 134‑2010《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》等国家及行业规范，监测方法、设备精度、数据评价体系均符合规范要求。

 

十四、案例分享

 

案例 1：武汉某高层住宅气候适应性监测

 

武汉属于典型夏热冬冷气候区域，某 33 层高层住宅部署厦门欣仰邦 S‑CG 气候适应性监测系统，屋顶布设小型气象站，室内布设温湿度光照监测点位，外墙屋面外窗布设围护结构热工监测点位，连续不间断监测 18 个月。监测结果显示，无外遮阳情况下西向房间夏季室内最高温度达 34.5 摄氏度，屋面热流密度偏高；冬季北向房间最低温度 8.2 摄氏度，外窗热能量损失占比达 40%。根据监测数据针对性优化，增设西向外遮阳、加厚屋面保温层、更换断桥铝 Low‑E 节能玻璃。改造后复测数据显示，夏季室内舒适温度达标时长提升至 75%，冬季保温舒适时长提升至 80%，空调及采暖综合能耗降低 35%，节能改造效果显著。

 

案例 2：南京某被动式办公建筑长期监测

 

南京地处夏热冬冷核心区域，某被动式节能办公建筑采用厦门欣仰邦 S‑CG 全套监测设备，开展微气象、室内热舒适、围护结构热工全周期监测评估。监测数据表明，建筑全年室内舒适时长占比达 82%，夏季依靠自然通风无需开启空调时长占比 60%，冬季采暖能耗仅为普通办公建筑的 30%，天然采光达标率 90%，气候适应性综合评定为优秀等级，充分验证了被动式节能技术在夏热冬冷地区的实际应用价值，为同类建筑设计提供了实测数据参考。