评估建筑外壳性能的基本指标是热传导系数（U值）[9]。尽管ISO 6946[10]中标准化的理论方法允许在设计阶段计算U值，但将其应用于现有建筑物存在问题。关于建筑物组件实际组成的不确定性、材料导热性的变化以及老化的影响，导致理论值与实际性能之间存在显著差异[[11], [12], [13]]。
为了克服这种不确定性，研究越来越关注改进用于估算U值的现场方法[[14], [15], [16], [17], [18], [19]]。其中最成熟的技术包括ISO 9869-1[20]标准化的热流计（HFM）方法、广泛用于研究的温度测量法（THM），以及ISO 9869-2[21]规范的定量红外热成像（QIRT）。尽管这些方法在技术上有差异，但它们都面临两个关键的操作挑战：首先，它们依赖于准稳态的环境条件，这要求优先在冬季和夜间进行高温差（ΔT > 10°C）的测量[[22], [23], [24], [25]]；其次，执行时间的差异，QIRT将需要几天或几周的接触式技术的测试缩短到了几小时[[17,26]]。
尽管这些方法在受控条件下表现稳健，但在高层建筑、大规模建筑或难以进入的现有建筑中的应用存在物流限制。正是在这种背景下，将热成像相机集成到无人机（UAV）中成为了一种突破性的解决方案，以克服可访问性和规模方面的障碍[[27], [28], [29], [30], [31], [32], [33]]。
虽然使用无人机进行建筑病理学检测的定性应用已经得到广泛应用[[34], [35], [36]]，但通过无人机定量估算U值（UAV-QIRT）仍然是一个开放的研究领域。与室内热成像不同，室内环境条件可以认为是可控的[[37], [38], [39], [40], [41], [42]]，室外测量则面临在变化的风速和辐射条件下的热交换建模复杂性。由于缺乏统一的物理模型，方法论呈现出多样性，这些方法可以根据其物理公式进行分类。
第一组方法侧重于简化物理变量，以在快速检查过程中提高操作效率，假设某些常数不变，如Dall’O等人（2013年）[43]和Bayomi等人（2021年）[44]的提案所示。特别是Dall’O等人[43]建立了建筑物外壳的热流与外部表面的对流流之间的等效关系，忽略了辐射贡献。相比之下，Bayomi等人[44]提出了一个基于固定对流系数的线性化辐射-对流模型。尽管在公式上有所不同，这两种方法都注重非侵入性诊断，允许在较短的操作时间内完成。
另一组研究则强调基于外壳内外热平衡关系的分析严谨性。这一研究方向由Albatici等人（2010年、2015年）[45,46]提出的地面热成像方法所代表，其特点是在热流计算中明确整合了辐射和对流成分。其主要方法论贡献在于通过使用热成像相机在现场确定关键辐射参数（表面温度、反射温度和发射率），从而避免使用理论值，从而最小化系统误差。
将这种整体方法转移到空中平台上，推动了近期旨在克服可访问性障碍的改进。Benz等人（2021年）[47]采用这种整体公式通过无人机进行应用，调整了原始方程中的热变量。他们的提案值得注意，因为它能够在较短的时间内为BIM模型填充关于整个建筑物外壳的信息。作为这一方向的进一步发展，Zhang等人（2024年）[48]提出了一个优化的辐射模型，通过将辐射传输分解为三个独立成分（天空、空气和地面）来提高准确性。然而，尽管这些空中方法保持了物理上的严谨性，但文献表明其实施引入了新的操作复杂性。
为了系统化这些方法，它们被分类为方法A至E。表1总结了它们的技术特性、实验验证和已识别的操作限制。
这些公式上的差异，从快速的对流简化到复杂的辐射平衡，导致了每种方法在飞行条件下的实际适用性存在显著不确定性，因为关键变量如风速和热稳定性会动态变化。迄今为止，文献中缺乏在相同实验条件下系统比较这五种方法的研究，以量化它们的敏感性和稳健性。
本研究通过将所描述的方法（A-E）与标准化的理论计算（ISO 6946）进行比较，填补了这一科学空白。研究的主要创新在于在同一建筑物上同时评估四个方向，从而确保测量条件的同质性。最终目标是确定每种方法的有效性和操作限制，为使用空中技术进行可靠的热性能评估提供明确的标准。
该研究在西班牙西南部的一栋大学建筑上进行。数据收集结合了固定传感器和安装在无人机上的红外相机来测量空气和表面温度以及风速。两次60分钟的冬季实验活动在黎明前进行，以最小化太阳辐射并最大化温差；室内数据以一分钟为间隔记录，而外部数据则每十分钟采集一次。
现场检查对建筑外壳材料进行了表征，以确定用于比较的理论U值。为了评估可靠性，通过在校准的扰动条件下重新计算U值进行了单变量敏感性分析，量化了每个输入变量的相对影响。研究结果为有效的无人机部署提供了具体建议，强调了独立分析每个立面方向对于准确热性能评估的必要性。本文的结构如下：第2节详细介绍了材料和方法；第3节展示了结果；第4节讨论了发现；第5节提供了结论。
案例研究
研究在韦尔瓦大学La Rábida校区的技术、能源与可持续性研究中心（CITES）的建筑中进行（见图1）。该地区属于K?ppen-Geiger系统中的Csa类型，具有亚热带地中海气候特征，受到大西洋气候的显著影响。
该建筑建于1962年，并在21世纪00年代进行了翻新，采用围绕中央庭院的方形布局，两侧有两座塔楼。
测量活动
图5总结了两次冬季试验中黎明前记录的环境条件。试验1的温度较低（To = 7.6°C），风速较小（v = 0.5-0.7 m/s），而试验2的温度较高（To = 9.9°C；v < 1.2 m/s），导致第二次试验期间室内（Ti）和表面温度（Tsi, Tso）普遍上升。Ti因方向而异：朝南的房间温度始终较低（21.6-23.7°C），而朝北、朝东和朝西的房间温度显著较高（31.6-35.3°C）。
立面方向对U值的影响
结果表明方向对热传导系数有显著影响。以北立面为基准，南立面、东立面和西立面的U值分别高出32%、21%和34%；这种差异归因于北立面额外增加了2厘米的EPS隔热层。实验中的差异更为明显。在QIRT方法中，南立面的U值最高（平均偏差为+72%）。
结论
本研究评估了文献中提出的各种外部和空中热成像方法在估算热传导系数（U值）方面的准确性，将其应用于位于西班牙西南部的一栋大学建筑物的立面。结果表明，不同立面之间的实验变异性显著超过了理论预期，证实每个方向都必须作为特定情况进行分析。特别是，南立面的U值最高可达72%。
缩写
本手稿中使用了以下缩写：
| QIRT | 定量红外热成像 |
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| UAV | 无人机 |
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| ISO | 国际标准化组织 |
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| HFM | 热流计 |
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| THM | 温度测量法 |
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| EPS | 膨胀聚苯乙烯 |
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| CTE | 西班牙建筑技术规范 |
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作者贡献
M. Videras-Rodríguez：撰写——原始草稿、实验设计、方法论、计算、研究、形式分析、概念化。V.P. López-Cabeza：撰写——审阅和编辑、研究、数据管理、概念化。S. Gómez-Melgar：撰写——审阅和编辑、监督、资源管理、形式分析。J.M. Andújar-Márquez：撰写——审阅和编辑、监督、项目管理。
资助
本研究得到了PID2023-146213OA-I00项目的支持，该项目由MCIN/AEI/10.13039/501100011033资助，并得到了“ERDF A way of making Europe”的支持。
CRediT作者贡献声明
Marta Videras-Rodríguez：撰写——审阅与编辑、原始草稿、软件开发、方法论、研究、形式分析、概念化。Victoria Patricia López-Cabeza：撰写——审阅与编辑、监督、数据管理、概念化。Sergio Gómez-Melgar：撰写——审阅与编辑、监督、资源管理、项目管理、方法论研究、资金获取、概念化。José Manuel Andújar-Márquez：撰写——审阅与编辑、验证。
