ISO 9869-22018Amd 12021 不确定度分析计算实例标准立项发展报告

不确定度分析计算实例标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Thermalinsulation—Buildingelements—In-situmeasurementofthermalresistanceandthermaltransmittance—Part2:Infraredmethodforframestructuredwelling—Amendment1:Exampleofcalculationofuncertaintyanalysis摘要建筑热工性能的准确评估是实现建筑节能目标的重要基础，而现场实测中的不确定度分析直接关系到测量结果的可靠性与工程决策的科学性。本报告围绕国际标准化组织（ISO）发布的ISO9869-2:2018/Amd1:2021《绝热—建筑构件—热阻和热传递系数的现场测量—第2部分：框架结构住宅的红外方法—修正案1：不确定度分析计算实例》展开系统研究。报告首先阐述了该标准修正案的国际背景与立项必要性，指出其作为对ISO9869-2:2018的重要补充，填补了红外法现场测量不确定度量化评估缺乏统一操作范例的空白。随后，报告详细介绍了修正案的核心技术内容，包括不确定度来源识别、分量评定方法、合成与扩展不确定度的计算流程，并通过典型案例展示了完整的计算过程。在此基础上，报告分析了该修正案对建筑节能检测领域的技术引领作用及其在国际贸易、工程验收和既有建筑改造评估中的广泛应用前景，并对我国相关标准化工作提出了对接建议。本报告旨在为标准实施者提供技术指引，为标准化工作者提供立项参考，推动建筑热工现场检测从“经验判断”向“科学量化”转变。关键词：不确定度；红外方法；现场测量；建筑热阻；标准化；ISO9869Keywords:Uncertainty;Infraredmethod;In-situmeasurement;Thermalresistanceofbuildings;Standardization;ISO98691引言1.1研究背景建筑能耗在全球能源消费总量中占有显著比重，提升建筑围护结构的热工性能已成为各国实现碳减排目标的重要抓手。热阻和热传递系数（U值）是评价围护结构热工性能的两个核心参数，其准确测量对于建筑节能设计、工程质量验收以及既有建筑节能改造效果评估均具有决定性意义。ISO9869标准系列为建筑构件热阻和热传递系数的现场测量提供了国际公认的方法框架。其中，ISO9869-2:2018专门针对框架结构住宅，引入了红外thermography方法作为传统接触式测量手段的有效补充。红外方法具有非接触、快速、可大面积扫描等技术优势，尤其适用于对既有建筑进行快速热工性能筛查。然而，红外测量受到环境条件、表面发射率、风速、太阳辐射等多种因素的显著影响，测量结果的不确定度往往远大于实验室条件下的测量值。在实际工程应用中，缺乏系统、可操作的不确定度分析范例成为制约该方法推广应用的关键瓶颈之一。1.2立项必要性虽然ISO9869-2:2018在正文中已对测量方法、仪器要求和数据采集程序作出了规定，但对于如何系统开展不确定度分析，原标准仅提供了原则性要求，并未给出具体的计算步骤和操作范例。这一不足带来的现实问题包括：-操作差异性大：不同检测机构和分析人员对不确定度来源的识别和量化方法存在显著差异，导致同类建筑的测量结果之间缺乏可比性；-测量报告不完整：许多现场检测报告缺少规范的不确定度陈述，或仅给出笼统的估计值，影响了检测结果的法律效力和工程参考价值；-国际互认障碍：缺乏统一的不确定度分析范例，使得不同国家之间的检测报告难以实现互认，阻碍了跨境工程合作和技术交流。在此背景下，ISO/TC163（热性能和能源利用技术委员会）组织制定并发布了ISO9869-2:2018/Amd1:2021修正案，以补充条款的形式提供了一个完整的不确定度分析计算实例，为全球用户提供了统一的技术参照。该修正案于2021年6月23日正式发布，标准状态为现行有效。2标准技术内容2.1修正案的定位与作用ISO9869-2:2018/Amd1:2021是ISO9869-2:2018的正式修正案（Amendment1），其法律效力和技术地位与原标准等同。修正案不改变原标准的整体结构和技术框架，而是以增补的形式，在第5章“测量不确定度”的基础上，扩展提供了一个附有完整数值算例的附录，使不确定度分析从原则性规定落到了可操作、可复现的具体层面。该修正案所针对的红外方法，其基本原理是利用红外热像仪测量建筑构件表面的温度分布，结合环境参数和热流数据，通过热平衡方程反演计算构件的热阻和热传递系数。与ISO9869-1中规定的热流计法相比，红外方法具有以下显著优势：可实现非接触式测量，避免了对被测墙面的破坏；测量效率高，适用于大面积围护结构的快速筛查；能够直观呈现温度分布的热像图，便于识别热桥、空腔、保温层缺陷等局部异常。然而，这些优势也伴随着更大的测量不确定度挑战。2.2不确定度分析的理论框架修正案遵循国际计量学基本规范，以《测量不确定度表示指南》（GUM，即ISO/IECGuide98-3）为方法论基础，建立了适用于红外法现场测量的不确定度分析框架。修正案围绕测量模型、不确定度来源、分量评定、合成与扩展四个核心模块展开系统阐述。（1）测量模型确定被测量（即热阻R或热传递系数U）与各输入量之间的函数关系是分析的起点。修正案给出了红外法测量热传递系数的典型数学模型。该模型中，U值被表示为热流密度、室内外空气温度、表面温度、表面换热系数等多个变量的函数。测量模型是后续不确定度传播的基础，其合理性直接决定了分析结果的正确性。修正案提供的模型综合考虑了稳态和准稳态条件下的热平衡关系，并针对框架结构住宅的特点，对包含木龙骨或轻钢龙骨等热桥效应的区域提出了模型修正建议。（2）不确定度来源识别修正案系统梳理了红外法现场测量中的主要不确定度来源，包括：仪器误差，如红外热像仪的温度分辨率、精度、探测器非线性响应，热流传感器的标定误差和灵敏度漂移，以及温度传感器的测量误差；环境因素，如环境风速和风向变化对表面对流换热系数的影响，太阳辐射特别是日照方向和强度变化对表面温度测量的干扰，环境温度波动引起的非稳态热流效应，以及大气湿度和降雨对表面状态的影响；表面特性，如表面发射率取值误差，被测表面的非均匀性包括材料差异、污渍、老化等导致的局部发射率变化，以及表面粗糙度对辐射特性的影响；安装与操作，如传感器的安装位置选择是否具有代表性，传感器与墙面的热接触质量，数据采集时长和采样频率的设置，以及操作人员的热像仪焦距、拍摄角度和发射率参数设置等；数据处理，如平均方法的选择，异常值的识别与剔除，以及数据滤波算法的参数设置。（3）不确定度分量评定在不确定度来源识别的基础上，修正案采用GUM框架下的A类（基于统计分析的评定）和B类（基于先验信息和其他资料的评定）评定方法，对每一类不确定度来源进行定量评估。其中，环境因素和表面发射率等难以重复测量的变量通常采用B类评定，依据仪器说明书、校准证书、文献数据或经验估计确定其标准不确定度；而对于重复测量数据则采用A类评定，基于贝塞尔公式计算实验标准偏差，进而得到平均值的标准不确定度。（4）合成与扩展不确定度完成各分量评定后，依据不确定度传播律进行合成。考虑到各输入量之间可能存在相关性，修正案介绍了协方差项的近似处理方法。在此基础上，选取合适的包含因子k（通常取k=2，对应约95%的置信水平），计算扩展不确定度U。修正案特别指出，由于现场条件的不可控性，红外法的合成不确定度通常显著大于实验室环境下的热流计法，工程验收时应采用与测量目的相适应的判定准则，而非简单套用实验室精度指标。2.3计算实例详解修正案的核心贡献在于给出了一个完整的不确定度分析计算算例。该算例以典型框架结构住宅的外墙为测量对象，设定了具体的测量条件，包括墙体构造、环境参数、仪器型号及主要技术指标等。算例逐步展示了从建立不确定度传播模型、识别不确定度来源、计算各分量的标准不确定度、合成标准不确定度，到最终计算扩展不确定度的全过程。每一步均列出计算公式、代入数据和中间结果，使用户可以对照自身测量条件进行类推和验证。通过该实例可以直观地看出红外法测量中的不确定度主要贡献来源。从典型结果来看，仪器精度和表面发射率两项通常构成最大的不确定度贡献，二者合计占比往往超过总不确定度的60%以上。这一分析结果具有明确的工程指导价值：在实际现场检测中，应优先选用高精度仪器，并对被测表面的发射率进行实测标定或选用保守估计值，以有效控制测量不确定度、提升测量结果的可靠性。此外，环境因素尤其是风速和太阳辐射的影响也不容忽视，在恶劣气象条件下实施测量时，应适当延长数据采集时长或在数据处理中引入修正因子。3标准参与单位情况3.1ISO/TC163技术委员会概况ISO9869-2:2018/Amd1:2021由国际标准化组织下设的ISO/TC163（热性能和能源利用技术委员会）负责制定和维护。该技术委员会成立于1975年，秘书处现由瑞典标准协会（SIS）承担，是国际建筑热工领域最重要的标准化技术组织之一。ISO/TC163的工作范围涵盖建筑材料和建筑产品的热性能测试方法、建筑围护结构的热工设计计算方法、建筑整体能耗评价方法以及有关术语定义等领域，共下设多个分技术委员会和工作组，其中SC1（试验与测量方法分委员会）直接负责本修正案的制修订工作。ISO/TC163汇聚了全球建筑热工领域的顶尖专家资源，包括来自各成员国家的标准化机构代表、科研院所的研究人员、高等院校的学者以及行业企业的技术专家。截至2025年，ISO/TC163共有积极成员（P成员）30余个，观察成员（O成员）20余个，发布的标准和修订文件总数超过60项，在全球建筑节能标准化领域发挥着核心引领作用。3.2标准制定过程与协作机制ISO9869-2:2018/Amd1:2021的制定遵循ISO/IEC导则规定的标准制修订程序，经历了提议阶段、准备阶段、委员会阶段、询问阶段和批准阶段等正式流程。修正案的项目提案（NWIP）由相关成员国提出，经ISO/TC163/SC1投票通过后正式立项。在制定过程中，工作组通过多轮专家会议讨论，对不确定度分析的方法框架、计算步骤和算例参数进行了深入论证。各成员国在询问阶段提交了大量技术意见，工作组对意见进行了逐条处理和回复，最终形成的修正案文本经ISO中央秘书处批准后正式出版发布。3.3中国参与情况与对接建议中国是ISO/TC163的积极成员，全国建筑构配件标准化技术委员会（SAC/TC454）作为国内技术对口单位，组织和参与了该标准制修订过程中的意见反馈和技术协调工作。中国建筑科学研究院有限公司、中国标准化研究院等国内权威技术机构的多位专家长期深度参与ISO/TC163的国际标准制定工作，在建筑热工现场检测方法标准化方面积累了丰富的技术经验，并持续将我国在该领域的科研成果和工程实践经验向国际标准化平台输出。在我国建筑节能标准化工作中，GB/T41335-2022《建筑节能检测方法标准》和JGJ/T132-2009《居住建筑节能检测标准》等行业标准对围护结构热工性能现场检测作出了相关规定。ISO9869-2:2018/Amd1:2021中不确定度分析的系统方法对于完善我国相关标准中测量不确定度的评定要求具有重要参考价值。建议我国在下一步标准制修订中积极对接该修正案的技术内容，重点推动以下工作：在修订建筑节能检测相关标准时，增设不确定度分析专题条款或资料性附录，明确现场检测报告须包含不确定度陈述的要求；组织开展红外法现场测量不确定度方法的试验验证和比对研究，积累不同气候区、不同建筑类型下的不确定度数据，为国际标准修订贡献中国数据和实践经验；加强检测技术人员对不确定度分析方法的应用培训，提升全行业对测量不确定度的认知水平和应用能力；积极参与ISO/TC163后续相关标准修订的投票和技术讨论，在国际建筑热工标准化治理中发挥更大作用。4标准应用前景与面临挑战4.1应用前景ISO9869-2:2018/Amd1:2021的发布标志着建筑构件热工性能现场测量技术向更高水平迈出了重要一步。在建筑节能领域，随着各国对零碳建筑和近零能耗建筑的要求不断提高，红外法作为一种兼顾效率与信息量的检测技术，其应用场景正在持续拓展。修正案提供的统一不确定度分析方法，为红外法测量结果的可信度和可比性提供了坚实的计量学基础。在国际贸易领域，建筑产品和构件的热工性能指标是市场准入和质量认证的重要依据。统一的不确定度分析标准有助于消除各国检测报告之间的差异，促进检测结果的国际互认，为绿色建筑产品和节能技术的跨境贸易创造更加便利的条件。在工程验收领域，测量不确定度的规范陈述使监理方和业主方能够更加科学地判断检测结果是否满足设计要求。在既有建筑改造领域，通过红外法进行快速热工性能普查，结合规范的不确定度量化评估，可为改造方案的制定提供可靠的量化依据。4.2挑战与应对尽管该修正案提供了统一的分析范例，但在实际应用中仍然面临若干挑战。挑战一：环境条件的复杂性。现场测量中，太阳辐射变化、风速脉动和温度波动等环境因素往往相互耦合，实际不确定度可能高于标准算例中的典型估计值。对此，建议在实际测量中适当增加数据采集时长，并采用多组传感器同步监测环境参数，以便在数据处理阶段对环境引入的不确定度进行更为精细的定量评估。挑战二：操作人员的专业素质。不确定度分析涉及计量学和统计学的专业知识，对检测人员的能力要求较高。部分基层检测机构可能缺乏具备相应技能的专业人员，从而影响方法在实际操作层面的有效落实。应对之策在于加强标准化技术培训，编制配套的操作指南和培训教材。挑战三：与数字技术的融合。随着建筑信息模型（BIM）技术和物联网传感器技术的快速普及，红外法测量数据的采集、传输和分析正在向数字化和智能化方向演进，将不确定度分析模块嵌入自动化数据处理软件已成为行业发展的明显趋势，这既可为操作人员提供更加便捷的分析工具，也要求相应的软件工具须在不确定度建模和算法实现方面满足标准的技术要求。5结论与展望ISO9869-2:2018/Amd1:2021通过补充不确定度分析计算实例，有效填补了红外法现场测量不确定度量化评估缺乏统一操作范例的空白，增强了ISO9869-2标准体系的完整性和可操作性。该修正案以GUM为方法论基础，系统梳理了红外法测量不确定度的主要来源，提供了从测量模型建立到扩展不确定度计算的全流程操作指南，兼顾了理论严谨性与工程实用性。从标准化发展的视角来看，该修正案的发布反映了国际建筑热工标准化领域一个重要的发展趋势——从“方法标准化”向“质量保证标准化”延伸。未来的标准发展预计将沿着三个方向持续推进：一是进一步细化不同建筑类型和不同气候条件下的不确定度参考数据，研究建立不确定度数据库；二是结合人工智能和大数据分析技术，推动测量数据自动处理与不确定度实时评估的智能化发展；三是在碳中和目标驱动下，将热工测量不确定度分析与建筑能耗基准评价、碳排放核算进行更深层次的融合。参考文献[1]ISO9869-2:2018/Amd1:2021,Thermalinsulation—Buildingelements—In-situmeasurementofthermalresistanceandthermaltransmittance—Part2:Infraredmethodforframestructuredwelling—Amendment1:Exampleofcalculationofuncertaintyanalysis[S].Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2