مصرف انرژی در ساختمان حدود یک سوم از مصرف انرژی اولیه جهانی را در بر می گیرد [1]، که نیمی از آن برای گرمایش و سرمایش فضا و تولید آب گرم به کار می رود. اهداف بلند پروازانه کاهش CO2 در سطح بین المللی برای تقلیل تغییرات آب و هوایی [2،3]، همانند تعهد بریتانیا به کاهش تولید گازهای گلخانه ای تا 80٪ از سطح سال 1990 تا سال 2050 مورد توافق قرار گرفته است [4].
کاهش تولید گازهای گلخانه ای از محیط مصنوع باید جزء ضروری این استراتژی ها محسوب گردد؛ پیش بینی ها نشان می دهند که تقاضای انرژی مرتبط با مصارف ساختمانی ممکن است رشد نماید [1]، اما این اقدامات سیاست تهاجمی به طور بالقوه می تواند انرژی مورد نیاز برای گرمایش و سرمایش فضا را تا حدود 47٪ کاهش دهد. مدل ها و ابزارهای نرم افزاری متعددی برای شبیه سازی عملکرد و تقاضای انرژی محیط مصنوع توسعه یافته اند [5].
چنین شبیه سازی هایی توسط سیاست گذاران برای آگاهی از استراتژی های بلند مدت در مقیاس بزرگ به منظور کاهش مصرف انرژی در محیط مصنوع [6]، و یا به وسیله متخصصان به منظور سنجش عملکرد انرژی خانه ها [7-9]، و ارزیابی اقدامات اثربخشی هزینه مربوط به صرفه جویی انرژی در خلال مقاومسازی و یا طراحی ساختمان به کار گرفته می شوند. با این حال، برخی از مطالعات پیشرفت کمتر از حد انتظاری را در زمینه عملکرد انرژی پوشش ساختمان پیرو تقویت اقدامات مربوط به صرفه جویی در انرژی [10،11] را همراه با تاثیر معنی دار بر در اثربخشی هزینه مداخلات آشکار ساختند.
عملکرد انرژی پوشش ساختمان ممکن است با دقت برای سیستم های شناخته شده برآورد گردد [10،12]. برای دیواره ها، پارامترهای مورد نیاز شامل ضخامت و عملکرد حرارتی درجا مربوط به لایه های تشکیل دهنده آن ها می باشد در حالی که عدم دقت در این مقادیر (به عنوان مثال، مقاومت حرارتی و جرم حرارتی) یک منبع اصلی عدم قطعیت در شبیه سازی های عملکرد انرژی محسوب می گردد [12].
با این حال، شناسایی دقیق خواص و ضخامت های مناسب حرارتی می تواند برای دیواره های موجود و جدید چالش برانگیز باشد [12]. مقادیر برشمرده شده مربوط به مقاومت حرارتی و جرم حرارتی بر اساس کتابخانه های مقالات و یا نرم افزار، به علاوه برآورد ضخامت لایه های دیواره مورد انتظار، به طور کلی پس از بازرسی بصری مورد استفاده قرار می گیرند. با استفاده از مقادیر حرارتی منتشر شده، اشتباهات قابل اعتنایی ممکن است در اثر خروجی های شبیه سازی حاصل آیند به گونه ای که گستره خواص حرارتی برای مواد و مصالح مشابه از نظر ظاهری می تواند بزرگ باشد [13]، به عنوان مثال هدایت حرارتی بتن از محدوده 0.76 تا 1.37 وات بر متر درجه کلوین می باشد [14].
به همین ترتیب، برآورد ساختار درونی یک دیواره با بازرسی بصری، و یا از روی مفروضات ساخت و ساز، به صورت بالقوه خطای معنی داری را در برآوردهای عملکرد انرژی معرفی می نماید [15]. علاوه بر خطا در برآورد ضخامت لایه ها و تنوع آن ها در میان یک دیواره، عدم قطعیت ها شامل ناهمگونی هالی موجود در ساختار مانند پل های حرارتی، شکاف های موجود در مواد مصالح و لایه لایه شدن، حرکت هوا در حفره ها، محتوای رطوبت، و شرایط محیطی فصلی و محلی می گردند [15–18].
ممکن است از بسیاری از خطاهای مرتبط با برآورد عملکرد حرارتی بر اساس مقادیر و مفروضات منتشر شده ساختار دیواره با استفاده از اندازه گیری های در محل به منظور برآورد خواص حرارتی واقعی عناصر ساختمان اجتناب شود. برآوردهای درجا مربوط به عملکرد حرارتی نیز ممکن است بخشی از روندهای تضمین کیفیت ساخت و ساز را تشکیل دهند [15].
اندازه گیری شار گرما و هوای مجاور و یا درجه حرارت سطح می توانند به منظور برآورد جرم موثر حرارتی، مقاومت حرارتی (R-value)، و یا به صورت معادل، انتقال حرارتی (U-value) [19] دیواره ها مورد استفاده قرار بگیرند. ترکیبی از جرم حرارتی موثر، برخلاف جرم حرارتی مجموع، و مقاومت حرارتی مشابه با پذیرش حرارتی داخلی پیچیده ای است که در تجزیه و تحلیل دامنه فرکانس دیواره ها مورد استفاده قرار می گیرند [20]. چنین مجزانیک هایی، عدم قطعیت موجود در خواص حرارتی عناصر دیواره، ضخامت و وضعیت حفاظت [15] آن ها را در نظر میگیرند اما ناهمگونی های موجود در ساخت و ساز دیواره را محاسبه نمی نمایند.
برآورد پارامترهای ترمودینامیکی (یعنی R-value و جرم حرارتی) عناصر ساختمان واقعی از روی تجزیه و تحلیل اندازه گیری های در محل امری عادی محسوب نمی شود، اما در سال های اخیر توجهات قابل ملاحظه ای معطوف این خصوصیات عملکرد درجا گشته است [13,15,16,21]. با این حال، روش های حالت پایدار [22] زمان بر و از نظر فصلی محدود [23] بوده و در پی از بین بردن اثر جرم حرارتی هستند تا شناسایی خصوصیات آن؛ روش های پویا یا دینامیک ممکن است برای ارائه بینش بیشتری درباره عملکرد ساختمان به کار رفته، و ممکن است در طیف وسیع تری از شرایط اعمال گردند.
مطالعات انجام شده در سلول های آزمون موجود در فضای باز برای آگاهی از مجزانیک های پویای در محل از طریق پروژه PASSYS و شبکه PASLINK با بررسی عملکرد حرارتی اجزای شناخته شده ساختمان تحت شرایط دینامیک یا پویای واقعی صورت پذیرفته اند [24]. این پروژه ها روندهای آزمون و توسعه روش های تجزیه و تحلیل پویا را برای پیش بینی پارامتر ترمودینامیکی بهبود داده اند.
در این مقاله ما ترکیب جدیدی از یک مدل ساده جرم حرارتی فشرده و تجزیه و تحلیل بیزی را پیشنهاد نموده ایم که فرصت لازم را برای استفاده گسترده تر از داده های واقعی به منظور ارزیابی عملکرد ساختمان ها در محیط خود و تاثیر مداخلات را فراهم می کنند. استفاده از مدل های ظرفیت خازنی فشرده برای پی بردن به خواص ترمودینامیکی عناصر ساختمان جدید در این زمینه امر جدیدی نمی باشد [25،26].
با این حال، مجزا نیک تجزیه و تحلیل پیشنهادی منجر به ارائه مزایایی می گردد. نخست، یک عملیات اندازه گیری به طور معنیدار کوتاه تر در بسیاری از شرایط ممکن نخواهد بود. در ثانی، با توجه به استفاده از تجزیه و تحلیل بیزی در کل، شواهد آماری برای مدل های مختلف جریان گرما ممکن است مقایسه گردند.
هم چنین این روش منجر به ارائه برآورد هایی از عدم قطعیت آماری برای پارامترهای استنباطی و محاسبه روابط بین آن ها می گردد. ثالثاً، این امر توصیف خصوصیات همزمان جرم حرارتی موثر و R-value عنصر را مقدور می سازد که با روش های حالت پایدار معمولی امکان پذیر نمی باشد.
در نهایت، روش ارائه شده از یک مدل ساده دیواره با استفاده از تنها چهار پارامتر ناشناخته، بدون نیاز به مفروضات دیگری در زمینه ساختار و عملکرد مولفه، بر خلاف بسیاری از مدل های پویای پیچیده تر بهره می گیرد [25,26]. معمولاً این پارامترها ممکن است به صورت کامل با سری های زمانی ثبت شده درجه حرارت داخلی و خارجی، به علاوه شار گرما در نمای داخل جزء سازنده ساختمان مشخص گردند.