[论文分享]A state-of-the-art empirical round robin validation of heat, air and moisture (HAM) models
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📃 基本信息
[论文标题]《建筑热湿气(HAM)耦合模型经验性群组验证的最新研究》
[期刊信息]Building and Environment (2025) | 作者: Xinyuan Dang et al.
📌 一句话概括
该研究通过国际合作群组验证，全面评估了HAM模型在预测建筑构件湿热响应方面的稳健性和可靠性，强调湿传递预测对材料参数的敏感性。
📚 深度总结
本研究致力于评估热、气和湿（HAM）耦合数值模型在建筑构件一维湿热响应预测中的稳健性与可靠性。论文开篇指出当前HAM模型评估缺乏标准化框架，且在算法实现、材料参数和边界条件处理上的差异导致结果偏差，影响模型在科研与工程中的可信度。为解决此问题，研究在2023-2024年间，由比利时鲁汶大学牵头，组织了一项国际群组验证，共有来自19个国家的38个研究团队、70余位研究者参与，此为HAM数值建模领域迄今最大规模的合作。
研究基于比利时鲁汶大学“热箱-冷箱”实验获得的全尺度基准实验数据，包括四种典型墙体构件在受控边界条件下的湿热响应监测、材料湿热物理属性表征及表面传热传湿系数测试结果。实验数据的完整性与代表性使其成为核心基准。验证过程分为三阶段：第一阶段为“稳健性测试”，仅提供基本材料参数，模拟工程实际中参数获取的灵活性，以评估模型在不同参数选择下的表现；第二阶段为“可靠性测试”，提供详尽的实测材料属性和表面传输系数，减少输入端不确定性，评估模型在明确输入下的预测精度；第三阶段为“优化调整测试”，允许参与者基于前两阶段的误差分析，对材料参数或计算方法进行微调，以降低模拟与实测结果的偏差。
研究发现，HAM模型在热传递预测方面表现出较好的整体稳健性，但湿传递预测则更具挑战性，且对材料特性的输入准确性高度敏感。特别是第一阶段，由于参与者在材料选择和赋值上的差异（例如从数据库选取或依据经验赋值），导致湿热响应模拟结果存在显著分歧。到了第二、三阶段，随着更精确的实测材料属性的引入，模拟结果与实验数据的一致性显著提升，尤其在热相关变量方面。然而，湿相关的响应参数（如相对湿度和含水质量）的预测改进程度相对有限，部分模型的含水质量预测仍与实测数据关联度较低。研究进一步揭示了主流HAM软件（如WUFI和DELPHIN）在处理热通量输出组分及材料属性实现方式上的差异，这些差异可能导致热通量峰值预测的不一致。
研究强调，对模型品质的系统评价需结合实验验证和跨模型对比。模型的稳健性体现在其在材料假设变化下重现湿热行为的能力，而可靠性则指在给定精确输入参数时获得预期结果的程度。提高HAM模型效度的方法包括提供详细的材料属性实验数据集和边界条件，并通过分阶段验证过程（稳健性、可靠性及微调）来精炼模型准确性并识别主要误差来源。湿传递预测仍是主要挑战，其敏感性要求更精确的材料表征技术和更优的湿动力学数值表示。用户对材料属性的实现、数据库选择和人为错误等影响因素，也显著影响模型精度。
本研究不仅提供了对现有HAM模型品质的深入分析，还开源了完整的实验数据集及跨模型计算对比结果，为HAM模型效度验证标准化提供了重要基准，并为进一步研发基准实验、优化模型算法、提升HAM模拟应用潜力奠定了基础。
本速览仅作研究参考，不替代原文阅读。如需引用，请参考原论文。
🔍 要点追溯
- 研究方法: 经验性群组验证（Empirical Round Robin Validation），包括：稳健性测试、可靠性测试和优化调整测试。利用NRMSE和Pearson相关系数进行误差归因分析。
- 适用范围: 建筑构件的一维湿热响应模拟。
- 使用工具: WUFI、DELPHIN等广泛使用的HAM商业软件及个人代码。
- 数据来源: 比利时鲁汶大学“热箱-冷箱”（Hot Box-Cold Box）实验的全尺度基准数据集，包括受控边界条件下四种典型墙体构件的湿热响应监测结果及实验材料湿热物理属性表征结果。
- 参考标准: 延续欧盟HAMSTAD和IEA Annex 24项目，但旨在建立更统一的评估标准。