Drzwi dmuchawy
Blower door to maszyna służąca do pomiaru szczelności budynków. Może być również używany do pomiaru przepływu powietrza między strefami budynku, do testowania szczelności kanałów powietrznych i do pomocy w fizycznym lokalizowaniu miejsc wycieku powietrza w przegrodach zewnętrznych budynku .
Drzwi dmuchawy składają się z trzech podstawowych elementów: (1) skalibrowanej dmuchawy lub wentylatora o zmiennej prędkości , zdolnej do indukowania zakresu przepływów powietrza wystarczających do zwiększania i zmniejszania ciśnienia w budynkach o różnej wielkości, (2) przyrządu do pomiaru ciśnienia , zwanego manometr do jednoczesnego pomiaru różnicy ciśnień indukowanej na powierzchni czołowej wentylatora i na przegrodzie budynku w wyniku przepływu powietrza przez wentylator oraz (3) system mocowania, służący do montażu wentylatora w otworze budowlanym, np . drzwi lub okno.
Testy szczelności są zwykle przeprowadzane w warunkach mieszkalnych. Coraz częściej pojawia się w obiektach komercyjnych. General Services Administration (GSA) wymaga przetestowania nowych budynków rządu federalnego USA.
Różne wskaźniki szczelności dmuchawy można uzyskać za pomocą kombinacji pomiarów ciśnienia panującego w budynku na zewnątrz i przepływu powietrza przez wentylator. Metryki te różnią się metodami pomiaru, obliczeniami i zastosowaniami. Testy Blower Door są wykorzystywane przez badaczy budowlanych, ekipy zajmujące się czynnikami atmosferycznymi , wykonawców robót domowych , audytorów energii domowej i inne osoby w celu oceny jakości konstrukcji przegród zewnętrznych budynku, zlokalizowania dróg wycieku powietrza, oceny, ile wentylacji zapewnia wyciek powietrza, ocenić straty energii wynikające z tego wycieku powietrza, określić, czy budynek nie jest zbyt ciasny lub zbyt luźny, określić, czy budynek wymaga wentylacji mechanicznej oraz ocenić zgodność z normami eksploatacyjnymi budynku.
Historia
Technologia Blower Door została po raz pierwszy zastosowana do pomiaru szczelności budynków w Szwecji około 1977 roku. Ta najwcześniejsza implementacja wykorzystywała wentylator montowany w oknie, a nie w drzwiach. Podobne techniki pomiarowe montowane na oknach były stosowane przez Caffey w Teksasie, a wentylatory testowe montowane na drzwiach były opracowywane przez Harrje, Blomsterberg i Persily z Princeton University, aby pomóc im znaleźć i naprawić nieszczelności w domach w Twin Rivers w stanie New Jersey rozwój. Harold Orr został również zidentyfikowany jako członek grupy w Saskatchewan w Kanadzie, która stosowała podobne metody testowania.
Te wczesne badania wykazały potencjalną moc testów z dmuchawą w ujawnianiu nieuwzględnionych w inny sposób strat energii w domach. Wcześniej uważano, że wyciek powietrza wokół drzwi, okien i gniazdek elektrycznych jest główną drogą wycieku w domach, ale Harrje, Dutt i Beya wykorzystali drzwi dmuchawy do identyfikacji „by-passów termicznych”. Te obwodnice były miejscami wycieków powietrza, takimi jak pościgi na strychach, które stanowiły ogromny procent strat energii spowodowanych wyciekami powietrza w większości domów. Wykorzystanie drzwi dmuchawy w modernizacji energetycznej domów i wysiłkach związanych z czynnikami atmosferycznymi stało się znane przez naukowców ze wschodniego i zachodniego wybrzeża jako „doradztwo domowe”.
Blower Door po raz pierwszy pojawił się na rynku w Stanach Zjednoczonych w 1980 roku pod nazwą Gadsco. Harmax zaczął sprzedawać jednostki w 1981 roku, a następnie The Energy Conservatory w 1982 roku.
Chociaż testy te były przydatne w identyfikowaniu dróg wycieku i wyjaśnianiu niewytłumaczalnych w inny sposób strat energii, wyników nie można było wykorzystać do określenia wymiany powietrza w budynkach w czasie rzeczywistym w warunkach naturalnych ani nawet do określenia średnich rocznych poziomów wymiany powietrza . Sherman przypisuje pierwszą próbę zrobienia tego Persily'emu i Kronvallowi, którzy oszacowali średnią roczną wymianę powietrza na podstawie:
- = Naturalne zmiany powietrza na godzinę [1 / h]
- = Wymiana powietrza na godzinę przy 50 paskalach [1/h]
Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) opracowanie i weryfikację modelu infiltracji . Model ten łączył dane pochodzące z testów dmuchawy z rocznymi danymi pogodowymi w celu wygenerowania współczynników wentylacji w określonym czasie dla danego domu w określonej lokalizacji. Model ten został włączony do ASHRAE Handbook of Fundamentals (1989) i został wykorzystany przy opracowywaniu norm ASHRAE 119 i 136. Inne modele infiltracji zostały opracowane gdzie indziej, w tym jeden przez Deru i Burnsa w National Renewable Energy Laboratory (NREL), do wykorzystania w symulacji wydajności całego budynku .
Jak działają testy Blower Door
Podstawowy system Blower Door składa się z trzech elementów: skalibrowanego wentylatora, systemu paneli drzwiowych oraz urządzenia do pomiaru ciśnienia ( manometru ).
Konfiguracja testowa
Wentylator Blower Door jest tymczasowo uszczelniony w drzwiach zewnętrznych za pomocą systemu paneli drzwiowych. Wszystkie drzwi wewnętrzne są otwarte, a wszystkie zewnętrzne drzwi i okna są zamknięte. Nie należy regulować przepustnic równoważących HVAC i kratek, a kominki i inne działające przepustnice powinny być zamknięte. Wszystkie mechaniczne urządzenia wywiewne w domu, takie jak wyciąg łazienkowy, okap kuchenny czy suszarka, powinny być wyłączone. Rury ciśnieniowe służą do pomiaru ciśnienia wentylatora, a także są prowadzone na zewnątrz budynku, aby można było zmierzyć różnicę ciśnień wewnątrz/na zewnątrz. Zewnętrzny czujnik ciśnienia powinien być osłonięty przed wiatrem i bezpośrednim działaniem promieni słonecznych. Test rozpoczyna się od uszczelnienia powierzchni czołowej wentylatora i pomiaru podstawowej różnicy ciśnień wewnątrz/na zewnątrz. Średnią wartość należy odjąć od wszystkich pomiarów różnicy ciśnień wewnątrz/na zewnątrz podczas badania.
Procedura testowa
Wentylator z dmuchawą służy do wdmuchiwania lub wydmuchiwania powietrza z budynku, tworząc dodatnią lub ujemną różnicę ciśnień między wnętrzem a zewnętrzem. Ta różnica ciśnień wymusza przepływ powietrza przez wszystkie otwory i przejścia w obudowie budynku. Im ciaśniejszy budynek (np. mniej otworów), tym mniej powietrza potrzeba z wentylatora Blow Door, aby spowodować zmianę ciśnienia w budynku. Zwykle przeprowadza się tylko test rozprężania, ale preferowane jest zarówno rozprężanie, jak i zwiększanie ciśnienia. Ze względu na reakcję przegród zewnętrznych na kierunkowy przepływ powietrza należy spodziewać się różnych wartości metrycznych Blower Door dla zwiększania i obniżania ciśnienia. Należy zastosować najmniejszy pierścień wentylatora, który pozwala wentylatorowi osiągnąć maksymalną docelową różnicę ciśnień wewnątrz/na zewnątrz. Test wielopunktowy można przeprowadzić ręcznie lub za pomocą oprogramowania do zbierania danych i sterowania wentylatorami. Test ręczny polega na wyregulowaniu wentylatora w celu utrzymania szeregu różnic ciśnień wewnątrz/na zewnątrz i zarejestrowaniu wynikowych średnich ciśnień wentylatora i wewnątrz/na zewnątrz. Alternatywnie można przeprowadzić test jednopunktowy, w którym wentylator Blower Door jest zwiększany do odniesienia różnicy ciśnień wewnątrz/na zewnątrz i rejestrowane jest ciśnienie wentylatora. Często sprzęt dmuchawy konwertuje pomiary ciśnienia wentylatora bezpośrednio na wartości przepływu powietrza wentylatora.
Model potęgowy przepływu powietrza
Nieszczelność budynku jest opisana równaniem potęgowym przepływu przez otwór. Równanie przepływu przez otwór jest zwykle wyrażane jako
- = Przepływ powietrza (m 3 / s)
- = Współczynnik wycieku powietrza
- = Różnica ciśnień (Pa)
- = Wykładnik ciśnienia
Parametr C odzwierciedla rozmiar kryzy, ∆P to różnica ciśnień na kryzie, a parametr n reprezentuje charakterystyczny kształt kryzy, z wartościami w zakresie od 0,5 do 1, reprezentującymi idealny otwór i bardzo długi, cienkie pęknięcie, odpowiednio.
W teście Blower Door należy określić dwa przepływy powietrza, przepływ powietrza przez wentylator ( Q Fan
) i przepływ powietrza przez przegrody zewnętrzne budynku ( Q Building
).
W analizie blower door zakłada się zachowanie masy, co skutkuje:
Co skutkuje w:
Przepływ powietrza przez wentylator jest określany za pomocą wartości C Fan
i n Fan
, które są dostarczane przez producenta drzwi dmuchawy i są one używane do obliczania Q Fan
. Procedura wielopunktowego testu Blower Door daje szereg znanych wartości Qn , Fan i ∆Pn , Building . Typowe wartości ∆P n, budowlane wynoszą ±5, 10, 20, 30, 40 i 50 paskali. Zwykła analiza regresji metodą najmniejszych kwadratów jest następnie wykorzystywana do obliczenia charakterystyki szczelności przegród zewnętrznych budynku: Budynek C
i Budynek n
. Te charakterystyki przecieków przegród budowlanych można następnie wykorzystać do obliczenia, jaki przepływ powietrza zostanie wywołany przez przegrody zewnętrzne przy danej różnicy ciśnień spowodowanej wiatrem, różnicą temperatur lub siłami mechanicznymi. 50 Pa można wstawić do równania przepływu przez otwór, wraz z pochodnymi wartościami budynku C i n, aby obliczyć przepływ powietrza przy 50 paskalach. Tej samej metody można użyć do obliczenia przepływu powietrza przy różnych ciśnieniach, do wykorzystania przy tworzeniu innych metryk drzwi dmuchawy.
Alternatywnym podejściem do procedury wielopunktowej jest pomiar przepływu powietrza wentylatora i różnicy ciśnień w budynku tylko w jednym punkcie testowym, takim jak 50 Pa, a następnie użycie przyjętego wykładnika ciśnienia, n Building w analizie i generowaniu metryk drzwi dmuchawy
. Ta metoda jest preferowana przez niektórych z dwóch głównych powodów: (1) pomiar i rejestracja jednego punktu danych jest łatwiejsza niż rejestracja wielu punktów testowych oraz (2) pomiary są najmniej wiarygodne przy bardzo niskich różnicach ciśnień w budynku, zarówno ze względu na kalibrację wentylatora, jak i na działanie wiatru.
Poprawki gęstości powietrza
Aby zwiększyć dokładność wyników testu Blower Door, należy zastosować poprawki gęstości powietrza do wszystkich danych dotyczących przepływu powietrza. Należy to zrobić przed wyprowadzeniem współczynników przecieku powietrza w budynku ( do i wykładników ciśnienia ( ). Poniższe metody służą do korygowania danych dmuchawy do warunków standardowych.
Do badania rozszczelnienia należy zastosować następujące równanie:
- = Przepływ powietrza skorygowany do rzeczywistej gęstości powietrza
- = Przepływ powietrza wyprowadzony za pomocą n
- = Gęstość powietrza wewnątrz budynku podczas testowania
- = Gęstość powietrza na zewnątrz budynku podczas testowania
Do badania ciśnieniowego należy zastosować następujące równanie:
wartości i są określane w literaturze produktu jako współczynniki korekcji gęstości powietrza. Często są one zestawione w łatwych w użyciu tabelach w literaturze produktu, w których współczynnik można określić na podstawie temperatur zewnętrznych i wewnętrznych. Jeśli takie tabele nie są używane, do obliczenia gęstości powietrza wymagane będą następujące równania.
można obliczyć w jednostkach IP za pomocą następującego równania:
- = Gęstość powietrza wewnątrz budynku podczas testowania mi
- = Wysokość nad poziomem morza (ft)
- = Temperatura wewnętrzna (F)
można obliczyć w jednostkach IP za pomocą następującego równania:
- = Gęstość powietrza na zewnątrz budynku podczas testowania
- = Wysokość nad poziomem morza (ft)
- = temperatura zewnętrzna (F)
Aby przetłumaczyć wartości przepływu powietrza uzyskane za pomocą fa rzeczywiste objętościowego przepływu powietrza przez wentylator, użyj następujących elementów:
- = Rzeczywisty objętościowy przepływ powietrza przez wentylator
- = Objętościowy przepływ powietrza obliczony przy użyciu współczynników producenta lub oprogramowanie
- = Referencyjna gęstość powietrza (zwykle 1,204 dla kg / m3 lub 0,075 dla funta / stopę 3 )
- = Rzeczywista gęstość powietrza przepływającego przez wentylator dla obniżenia ciśnienia i dla zwiększenia ciśnienia
Metryki dmuchawy
W zależności od tego, jak przeprowadzany jest test dmuchawy, na podstawie zebranych danych można uzyskać szeroką gamę metryk szczelności i przepływu powietrza w budynku. Niektóre z najczęstszych metryk i ich odmiany omówiono poniżej. W poniższych przykładach zastosowano jednostkę miary ciśnienia w układzie SI Pascal (pa). Imperialnymi jednostkami miary są zwykle cale słupa wody (WC Inch lub IWC). Współczynnik konwersji wynosi 1 cal WC = 249 Pa. W poniższych przykładach zastosowano powszechnie akceptowane ciśnienie 50 Pa, co stanowi 20% 1 IWC.
Przepływ powietrza przy określonym ciśnieniu w budynku
Jest to pierwsza miara wynikająca z testu Blower Door. Przepływ powietrza (w jednostkach imperialnych w stopach sześciennych na minutę; SI w litrach na sekundę) przy danej różnicy ciśnień między budynkiem a otoczeniem, 50 paskali (Q 50 ). Ten znormalizowany test jednopunktowy umożliwia porównanie domów mierzonych przy tym samym ciśnieniu odniesienia. Jest to surowa liczba odzwierciedlająca tylko przepływ powietrza przez wentylator. Domy o różnych rozmiarach i podobnej jakości obudowy uzyskają różne wyniki w tym teście. [ potrzebne źródło ]
Przepływ powietrza na jednostkę powierzchni lub powierzchni podłogi
Często podejmuje się wysiłki w celu kontrolowania wielkości i układu budynku poprzez normalizację przepływu powietrza przy określonym ciśnieniu w budynku do powierzchni podłogi budynku lub do jego całkowitej powierzchni. Wartości te są generowane poprzez podzielenie natężenia przepływu powietrza przez wentylator przez powierzchnię. Miary te są najczęściej używane do oceny jakości konstrukcji i przegród budowlanych, ponieważ normalizują całkowity obszar przecieku budynku do całkowitej powierzchni, przez którą wyciek może wystąpić. Innymi słowy, ile wycieków występuje na jednostkę powierzchni ściany, podłogi, sufitu itp. [ Potrzebne źródło ]
Wymiana powietrza na godzinę przy określonym ciśnieniu w budynku
Inną powszechnie stosowaną miarą jest wymiana powietrza na godzinę przy określonym ciśnieniu w budynku, zwykle przy 50 Pa (ACH 50 ).
- = Wymiana powietrza na godzinę przy 50 paskalach (h -1 )
- = Przepływ powietrza przy 50 paskalach (ft 3 / minuta lub m 3 / minuta)
- = Objętość budynku (stopy 3 lub m 3 )
To normalizuje przepływ powietrza przy określonym ciśnieniu w budynku przez objętość budynku, co pozwala na bardziej bezpośrednie porównanie domów o różnych rozmiarach i układach. Ta metryka wskazuje szybkość, z jaką powietrze w budynku jest zastępowane powietrzem zewnętrznym, w wyniku czego jest ważną miarą w określaniu jakości powietrza w pomieszczeniach. [ potrzebne źródło ]
Efektywny obszar wycieku
Aby przyjąć wartości generowane przez zwiększenie ciśnienia wentylatora i wykorzystać je do określenia naturalnej wymiany powietrza, należy obliczyć efektywną powierzchnię nieszczelności budynku. Każda szczelina i pęknięcie w przegrodach zewnętrznych budynku stanowi pewną część całkowitej powierzchni przecieku budynku. Efektywna powierzchnia wycieku zakłada, że wszystkie poszczególne obszary wycieku w budynku są połączone w jeden wyidealizowany otwór lub otwór. Ta wartość jest zwykle opisywana właścicielom budynków jako powierzchnia okna, które jest otwarte 24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu, 365 dni w tygodniu w ich budynku. ELA zmieni się w zależności od ciśnienia odniesienia użytego do jego obliczenia. W Stanach Zjednoczonych zwykle stosuje się ciśnienie 4 Pa, podczas gdy w Kanadzie stosuje się ciśnienie odniesienia 10 Pa. Oblicza się to w następujący sposób:
- = Efektywna powierzchnia wycieku (m 2 lub w 2 )
- = Współczynnik przenikania powietrza do budynku
- = Gęstość powietrza (kg / m 3 lub lb / in 3 ), zwykle używana jest standardowa gęstość
- = Ciśnienie odniesienia (Pa lub lb Force / in 2 ), zwykle 4 Pa w USA i 10 Pa w Kanadzie
- = Wykładnik ciśnienia w budynku
Istotne jest, aby jednostki były starannie zachowane w tych obliczeniach. C Building
i n Building
powinny być obliczone przy użyciu jednostek SI , a ρ i ∆P Odniesienie powinno wynosić odpowiednio kg/m 3 i paskal. Alternatywnie, C Building
i n Building
można obliczyć przy użyciu jednostek imperialnych , przy czym ρ i ∆P odniesienia to odpowiednio lb/ft 3 i lb Force /in 2 .
ELA można wykorzystać wraz ze specyficznym współczynnikiem infiltracji uzyskanym za pomocą modelu infiltracji LBNL do określenia natężenia przepływu powietrza przez przegrody zewnętrzne budynku w ciągu roku. [ potrzebne źródło ]
Powierzchnia wycieku na jednostkę podłogi lub powierzchni
Szacunki dotyczące obszaru wycieku można również znormalizować pod kątem rozmiaru testowanej obudowy. Na przykład system LEED Green Building Rating ustanowił standard szczelności dla budynków wielorodzinnych o powierzchni 1,25 cala kwadratowego (8,1 cm 2 ) obszaru wycieku na 100 stóp kwadratowych (9,3 m 2 ) powierzchni obudowy, w celu kontroli dymu tytoniowego pomiędzy jednostkami. Jest to równe 0,868 cm2 / m2 .
Znormalizowany wyciek
Znormalizowany przeciek jest miarą szczelności przegród budowlanych w stosunku do wielkości budynku i liczby kondygnacji. Znormalizowany wyciek jest zdefiniowany w normie ASHRAE 119 jako:
- = Znormalizowany wyciek
- = Efektywna powierzchnia wycieku (m 2 lub w 2 )
- = Powierzchnia budynku (m 2 lub w 2 )
- = Wysokość budynku (m lub w)
- = Wysokość odniesienia (2,5 metra (98 cali ))
Aplikacje
Drzwi dmuchawy mogą być używane w różnych typach testów. Należą do nich (ale nie wyłącznie):
- Badanie szczelności budynków mieszkalnych i komercyjnych
- Testowanie budynków w połowie budowy w celu zidentyfikowania i usunięcia wszelkich usterek w obudowie
- Testowanie budynków pod kątem zgodności z normami efektywności energetycznej, takimi jak IECC i ASHRAE .
- Badanie przegród budowlanych i ram okiennych pod kątem wodoszczelności i przenikania deszczu
- NFPA (ten rodzaj testu jest zwykle opisywany jako test wentylatora drzwiowego, a nie test dmuchawy)
- Testy szczelności kanałów systemów ogrzewania/chłodzenia powietrzem wymuszonym — zarówno kanały nawiewne (wentylacyjne), jak i powrotne można przetestować w celu określenia, czy i w jakim stopniu przepuszczają powietrze. Test kanałów można połączyć z testem dmuchawy, aby zmierzyć całkowity wyciek na zewnątrz, mierząc tylko rzeczywisty wyciek na zewnątrz domu.
- Wyszukiwanie nieszczelności w budynku za pomocą kamery na podczerwień, gdy dom jest pozbawiony ciśnienia. Wentylator drzwiowy nie jest obowiązkowy do odczytu w podczerwieni, ale zasysanie temperatur powietrza zewnętrznego wyolbrzymia zmiany temperatury i ułatwia wykrywanie nieszczelności koperty.
Testy integralności obudowy NFPA
NFPA to wyspecjalizowany rodzaj testów obudów, który zazwyczaj mierzy szczelność pomieszczeń w budynkach chronionych przez systemy przeciwpożarowe czystych środków . Ten test jest zwykle wykonywany podczas instalacji i uruchamiania systemu i jest obowiązkowy zgodnie z normami NFPA, ISO, EN i FIA, które również wymagają, aby test był powtarzany co roku, jeśli istnieją jakiekolwiek wątpliwości co do szczelności z poprzedniego testu. Tego typu obudowy to zazwyczaj serwerownie zawierające duże ilości sprzętu komputerowego i elektronicznego, który zostałby uszkodzony przez bardziej typowy wodny system zraszaczy. Słowo „czysty” odnosi się do faktu, że po rozładowaniu systemu tłumienia nie ma już czego sprzątać. Środek po prostu rozprasza się w atmosferze.
NFPA-2001 (edycja 2015) jest używany w całej Ameryce Północnej, wielu krajach azjatyckich i na Bliskim Wschodzie. Analiza czasu wstrzymania jest wymagana od 1985 r. Wersja ISO-14520-2015 lub normy EN-15004 są stosowane w całej Europie, podczas gdy normy FIA są stosowane w Wielkiej Brytanii. Wyniki wszystkich tych standardów są bardzo podobne.
Normy NFPA dotyczące kalibracji sprzętu są mniej więcej takie same, jak w przypadku innych rodzajów testów, więc każdy nowoczesny sprzęt typu „blower door” jest wystarczająco dokładny, aby przeprowadzić test integralności obudowy NFPA. Aby osiągnąć czas wstrzymania, który zwykle wynosi dziesięć minut, należy zapewnić specjalistyczne oprogramowanie lub żmudne obliczenia.
Norma NFPA wymaga przeszkolenia operatora dmuchawy, ale nie precyzuje charakteru ani źródła tego szkolenia. Obecnie nie ma oficjalnego szkolenia NFPA dotyczącego metodologii testowania integralności obudowy.
Wynik testu integralności obudowy NFPA jest zwykle podawany w postaci czasu utrzymywania się czynnika , który reprezentuje czas, przez który pomieszczenie utrzyma co najmniej 85% stężenia projektowego w celu stłumienia pożaru i zapobieżenia jego ponownemu zapłonowi. Ten czas retencji jest odwrotnie proporcjonalny do obszaru wycieku w pomieszczeniu, który jest głównym czynnikiem. Lokalizacja wycieków, chroniona wysokość, obecność ciągłego mieszania i używany środek czyszczący również będą miały wpływ na czas przetrzymania. Wydanie NFPA-2001 z 2008 wymagało dodatkowo oceny ciśnienia szczytowego, ale przemysł w USA bardzo powoli wprowadzał ten ważny wymóg, ponieważ nadmierne ciśnienie podczas rozładowania uszkodziło wiele obudów. Wymóg ten miał temu zapobiec.