民用建筑围护结构节能问题是土木类专业研究解决的热点问题，民用建筑围护结构节能实验是土木类、建筑类、环境类等与节能相关专业的重要实验。

通过民用建筑围护结构节能实验中试件设计、试件制作、实验加载、结果观测与分析等模块，掌握和加深对建筑节能技术、土木工程材料、高层建筑结构等知识点的认识和理解。该类型实验是土木工程专业本科体系的关键实验支撑，是其专业基础课程—建筑节能技术相关知识点的综合应用，对于培养、训练学生的专业素养、自主创新与实践动手能力、面向行业需要等均具有重要意义。

但由于传统民用建筑围护结构节能实验具有“高空作业风险大、成本高、周期长、试件体量巨大、检测设备昂贵”等问题，难以在本科教学中开展。因此，采用虚拟仿真的方式进行实验教学，在解决以上问题的同时，还能改善传统实验中节能材料损伤不可见、节能失效过程不可逆、环境因素变化难体现的问题。在本科教学体系中实现以学生为中心、交互式教学、沉浸式学习的实验教学理念，将原本应用于科研的优质实验资源应用于本科教学，提高学生的专业素养和动手实践能力，更好的满足行业产业需求。

实验原理

知识点数量：共 14 个

本项目需要学生掌握的知识点具体为：

1）认知模块（5个）：民用建筑围护结构组成、民用建筑围护结构构造、民用建筑围护结构热工性能设计、民用节能建筑围护结构施工、实验安全；

2）实验模块（8个）：节能材料配合比设计、节能材料热工性能检测方法、节能材料力学性能、节能材料耐久性能、屋顶传热阻检测方法、外墙传热阻检测方法、底层通风楼板传热阻检测方法、外门窗气密性检测方法；

3）评价模块（1个）：民用建筑围护结构节能评价方法。

（2）实验原理概述

1）围护结构主体部位传热阻实验原理

通过屋顶、外墙、底层通风楼板的传热阻实验，使学生掌握建筑节能检测与实验的基本原理、方法与步骤，熟悉节能损伤对节能效应的影响规律，熟练掌握节能效应评价方法。

围护结构在稳定温度场中，由于两壁面存在热传导的动力即温差，所以有热量将从围护结构内表面通过围护结构传导至围护结构外表面。温差越大，热传导动力越强，传导的热量就越多。厚度越大，热流传导过程中的路径越长，遇到的阻力越大，传导的热量越少。表征此能力的热工量为传热系数，由实验中测得的传热阻数据计算得出。该数据依据在围护结构中布置的热流片、传感器及加热箱，以单位时间内流经单位面积的热量，经测量主机计算获得。

2）外门窗气密性实验原理

外门窗的气密性是建筑节能相关实验的重要内容。学生通过做该实验，掌握外门窗气密性实验的基本原理、装置、实验依据、实验步骤及判定依据。

在实验过程中，主要以10Pa压差下对外门窗单位缝长空气渗透量或单位面积空气渗透量进行实验。现场利用密封板、围护结构和外窗形成静压箱，通过供风系统从静压箱吹风在检测对象两侧形成正压差或负压差。在静压箱引出测量孔测量压差，在管路上安装流量测量装置测量空气渗透量。

依据实验数据，判定建筑外门窗气密性分级。实验中依据中国标准《建筑外门窗气密，水密，抗风压性能分级及检测方法（GB/T 7106-2008）》，判断受检项目即建筑外门窗分级，如表3-1所示。

表3-1 建筑外门窗气密性分级表

（1）实验内容

按照大学生认识和掌握知识的规律，本项目依据循序渐进的原则，按情景式体验和自主创新式设计等方法组织虚拟仿真教学。

1）情景式体验示例

目的：了解民用建筑围护结构节能构造、施工及特征，掌握民用建筑围护结构节能实验安全措施。

实施过程：学生进入项目场景，通过漫游模式，在系统内嵌知识点的提示下，了解民用建筑围护结构基本特征，感受高空作业危险性，自主应用安全保障措施。

结果：学生们反应，他们感受身临其境，可以自主、多次观摩和练习。经考核，所有学生均能在规定时间内，准确描述民用建筑围护结构组成、基本构造、施工工艺及安全防护措施，极大地提高了他们的学习兴趣及安全意识。

2) 自主创新式设计示例

目的：掌握民用建筑围护结构节能设计方法（材料选用、厚度选择等），自主进行民用建筑围护结构节能方案设计，进一步鼓励学生大胆创新。

实施过程：针对民用建筑围护结构节能设计过程，在系统提供的节能材料之外，学生可自主添加节能材料，自行设计节能构造，并从系统中获得相应的节能效应结果。若结果不满足规范的节能要求，学生需返回重新设计，直至满足要求。

结果:自主创新式设计模式提高了学生的学习兴趣，提升学生自主创新设计能力；学习过程和考核过程是高度融合的，创新了考核机制，允许他们实验失败，给予了他们试错与创新的机会。

（2）实验步骤

1）登录与选择

学生通过学号和密码登录界面（校外用户根据项目提供的账号和密码登录），可以选择进入认知模块或操作模块。

2）实验操作阶段

→漫游结束并通过测试后，可自主选择普通模式或创新模式，自主模式由系统自动提供节能材料及参数，创新模式需查询添加新型节能材料并输入相关参数，开始实验操作（含5步操作）。

1屋顶传热阻实验：

经过升降机进入检测【房屋】中央（含1步操作）；

→选择模块一【屋顶传热阻】（含1步操作）；

→预习操作（含2步操作）；

→开始进入【检测步骤】（含10步操作）；

→完成屋顶传热阻实验报告（含1步操作）。

2外墙传热阻实验：

返回主页（含1步操作）；

→选择模块二【外墙传热阻】（含1步操作）；

→预习操作（含2步操作）；

→开始进入【检测步骤】（含10步操作）；

→完成外墙传热阻实验报告（含1步操作）。

3底层通风楼板传热阻实验：返回主页（含1步操作）；

→选择模块三【底层通风楼板传热阻】（含1步操作）；

→预习操作（含2步操作）；

→开始进入【检测步骤】（含10步操作）；

→完成底层通风楼板传热阻实验报告（含1步操作）。

4外门窗气密性实验：返回主页（含1步操作）；

→选择模块四【外门窗气密性】（含1步操作）；

→预习操作（含2步操作）；

→开始进入【检测步骤】（含10步操作）；

→完成外门窗气密性实验报告（含1步操作）。

5实验报告及评价：返回主页（含1步操作）；

→完成民用建筑围护结构节能实验报告（含4步操作）；

→得到评价结果（满足规范节能要求或不满足要求）→满足要求，即可结束实验或再次重复实验。若不满足规范节能要求，必须返回重新设计，直至满足要求（含2步操作）。