"寒冷气候区大学公寓建筑能效与室内环境质量(IEQ)监测：一项预改造数据集的多维度分析"

本研究针对美国寒冷气候区既有住宅建筑能效低下的问题，通过高分辨率监测两栋大学公寓建筑的能源消耗(包括DHW、空间供暖等)、室内环境参数(CO2 、TVOC、PM2.5 等)及围护结构性能(HF、R值等)，构建了包含490个数据文件的预改造基准数据集。研究采用Brick schema建立语义模型，为建筑节能改造、IEQ优化及 occupant-centric控制策略开发提供了重要数据支撑，填补了寒冷气候区居住建筑多维度监测数据的空白。

　　

在全球建筑能耗占比高达38%的背景下，既有住宅建筑的能效提升成为减少碳排放的关键。然而，寒冷气候区居住建筑面临空间供暖能耗高、围护结构热性能差、室内环境质量(IEQ)不稳定等突出问题。更棘手的是，这类建筑缺乏系统性的多维度监测数据，导致改造方案缺乏精准的基准参照。为此，美国雪城大学的研究团队在纽约州两栋1970年代建造的大学公寓中，开展了为期12个月的高分辨率监测，建立了包含能源消耗、IEQ参数、围护结构性能和居住行为的综合数据集，相关成果发表于《Scientific Data》。

研究团队采用四类关键技术：1) 基于LoRa协议的无线传感网络(AM319传感器)采集室内环境参数(5分钟间隔)；2) 电能表监测建筑级(1分钟)和单元级电力负荷；3) 热通量传感器量化围护结构U值；4) Brick schema构建建筑资产语义模型。通过SQL数据库整合490个数据文件，并采用线性插值处理数据缺失。

建筑能耗特征

监测显示两栋建筑年均EUI达120-131 kWh/m²
，其中空间供暖占比超55%（图5）。建筑B因围护结构差异能耗更高，冬季日耗电量与室外温度呈强负相关（图7），而夏季无制冷系统导致室内温度超出舒适范围。

室内环境动态

冬季供暖虽维持21-23°C室温，但相对湿度低于30%；夏季室内温度可达30°C。CO₂
浓度在关闭门窗的卧室夜间峰值达3500 ppm（图11），烹饪时PM_2.5
超350μg/m³
，显示通风不足。

围护结构性能

预制混凝土墙R值仅4.53，外表面温度日波动达15°C时内表面仅变化2°C（图12），证实现有隔热层对温度波动的衰减作用有限。

居住行为影响
门/窗开闭传感器数据显示，居住者开窗行为直接影响CO₂
浓度（图11），但冬季开窗率不足导致IAQ恶化。

该研究首次系统量化了寒冷气候区居住建筑能效与IEQ的相互作用机制，其数据集为：1) 校准建筑能耗模型提供基准；2) 开发基于Brick schema的数字化改造工具奠定基础；3) 验证occupant-centric控制策略提供实证支持。特别是通过关联围护结构热工性能（如R值、U值）与实时能耗数据，为精准预测改造节能效益建立了新范式。研究还揭示单纯提升供暖效率可能加剧室内干燥问题，未来改造需整合湿度控制与新风系统，这对实现ASHRAE标准要求的健康IEQ具有指导意义。数据集已按FAIR原则公开，可支持建筑科学、环境工程等领域的交叉研究。