Вентиляционная дверь

Эта статья о временном испытательном оборудовании. Информацию о вентиляторе, обычно монтируемом над дверью, см. в разделе « Воздушная дверь» .

Дверная система с одним вентилятором

Вентиляторная дверь — это машина, используемая для проверки здания на утечку воздуха. Его также можно использовать для измерения воздушного потока между зонами здания, для проверки герметичности воздуховодов и для помощи в физическом обнаружении мест утечки воздуха в ограждающих конструкциях здания .

Вентиляционная дверь состоит из трех основных компонентов: калиброванный вентилятор или вентилятор с регулируемой скоростью , способный создавать потоки воздуха в диапазоне, достаточном для создания и сброса давления в зданиях различных размеров; прибор для измерения давления , называемый манометром , для одновременного измерения перепада давления, возникающего на лицевой стороне вентилятора и на ограждающей конструкции здания в результате воздушного потока вентилятора; и систему крепления, используемую для установки вентилятора в проеме здания, например в двери или окне.

Проверка герметичности обычно проводится в жилых помещениях. Это становится все более распространенным в коммерческих условиях. Управление общих служб (GSA) требует тестирования новых зданий федерального правительства США.

Различные показатели герметичности дверцы вентилятора могут быть получены с использованием комбинации измерений давления внутри здания и снаружи и измерения воздушного потока вентилятора. Эти показатели различаются по методам измерения, расчета и использования. Испытания воздуходувных дверей используются исследователями строительства, бригадами по утеплению , подрядчиками по эксплуатации дома домов , энергоаудиторами и другими лицами, чтобы оценить качество конструкции ограждающих конструкций здания, определить пути утечки воздуха, оценить, какая вентиляция обеспечивается за счет утечки воздуха, оценить потери энергии в результате утечки воздуха, определить, является ли здание слишком герметичным или слишком свободным, определить, требуется ли зданию механическая вентиляция , а также оценить соответствие стандартам эксплуатации здания.

История

В Швеции технология воздуходувных дверей была впервые использована для измерения герметичности зданий в 1977 году. В самой ранней реализации в Швеции использовался вентилятор, установленный в окне, а не в двери. К 1979 году аналогичные методы измерения окон применялись в Техасе , а испытательные вентиляторы, монтируемые на дверях, разрабатывались командой Принстонского университета, чтобы помочь им найти и устранить утечки воздуха в домах в Твин-Риверс, штат Нью-Джерси . жилом комплексе

В Канаде первоначальная концепция аналогичным образом включала использование воздуходувного окна , которое впервые было использовано Г. Т. Тамурой в Оттаве, Канада , в рамках исследования Отдела строительных исследований для испытания домов в Оттаве в 1967–1968 годах и было опубликовано в 1975 году.

В Канаде группа Отдела строительных исследований Национального исследовательского совета Канады (NRC/DBR) в Саскачеване продвинула опубликованную работу Тамуры в 1975 году и перешла от окна с вентилятором к концепции двери с вентилятором, используемой при строительстве домов с вентилятором. Дом-заповедник Саскачевана в 1977 году. Группа Саскачевана активно участвовала в разработке воздуходувной двери в 1977-78 годах и опубликовала свои результаты в 1980 году. Они предоставили свое сопло потоку заинтересованным компаниям, в том числе одной из Миннеаполиса. Гарольд Орр , который был в Оттаве в 1967 году, когда Тамура проводил свою работу, продолжил работу над технологией воздуходувных дверей после того, как Тамура опубликовал свою статью. Концепция воздуходувного окна Тамуры, разработанная в 1967 году, на десять лет опередила шведскую работу 1977 года. Первая дверца воздуходувки в дальнейшем использовалась для проверки герметичности Дома-заповедника Саскачевана, построенного в 1977 году, который был испытан при давлении 0,5 Ач и давлении 50 Па .

Эти ранние исследовательские усилия продемонстрировали потенциальную эффективность тестирования воздуходувных дверей в выявлении неучтенных в противном случае потерь энергии в домах. Раньше утечка воздуха вокруг дверей, окон и электрических розеток считалась основным путем утечки в домах, но Харрье, Датт и Бейя использовали воздуходувные двери для выявления тепловых обходов. Эти обходные пути представляли собой места утечки воздуха, такие как чердачные коммуникации, на которые приходился наибольший процент потерь энергии из-за утечки воздуха в большинстве домов. Использование воздуходувных дверей при энергомодернизации домов и усилиях по утеплению стало известно исследователям на восточном и западном побережьях США как «лечение дома».

Дверца с вентилятором впервые стала коммерчески доступна в США в 1980 году под названием Gadsco. Harmax начал продавать квартиры в 1981 году, а в 1982 году последовала компания The Energy Conservatory.

Хотя эти испытания дверей вентиляторов были полезны для выявления путей утечки и учета необъяснимых в противном случае потерь энергии, результаты не могли быть использованы для определения воздухообмена в зданиях в реальном времени в естественных условиях или даже для определения среднегодовых уровней воздухообмена. . Шерман приписывает первую попытку сделать это Персилию и Кронваллю, которые оценили среднегодовой воздухообмен следующим образом:

$ACH_{natural}={ACH_{at50pascal} \over 20}\,\!$

$ACH_{natural}$ = Естественный воздухообмен в час [1/ч]

$ACH_{at50pascal}\,\!$ = Воздухообмен в час при 50 паскалях [1/ч]

(LBNL) разработать и проверить модель проникновения Дальнейшие усилия по физическому моделированию позволили исследователям Национальной лаборатории Лоуренса Беркли . Эта модель объединила данные, полученные в результате испытаний воздуходувных дверей, с ежегодными данными о погоде, чтобы рассчитать интенсивность вентиляции с временным разрешением для данного дома в определенном месте. Эта модель была включена в « Справочник по основам ASHRAE» (1989 г.) и использовалась при разработке стандартов ASHRAE 119 и 136. Другие модели проникновения были разработаны в других местах, в том числе модель Деру и Бернса в Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL), для использования при моделировании характеристик всего здания .

Как проходят испытания дверец вентилятора

Установка дверцы вентилятора в дверном проеме с цифровым манометром и расходомером

Базовая система воздуходувных дверей включает в себя три компонента: калиброванный вентилятор, систему дверных панелей и устройство измерения давления ( манометр ).

Тестовая установка

Дверной вентилятор временно герметизируется во внешнем дверном проеме с помощью системы дверных панелей. Все внутренние двери открыты, а все наружные двери и окна закрыты. Балансировочные заслонки и регистры HVAC не подлежат регулировке, а камины и другие работающие заслонки должны быть закрыты. Все механические вытяжные устройства в доме, такие как вытяжка в ванной, кухонная вытяжка или сушильная машина, должны быть выключены. Трубка давления используется для измерения давления вентилятора, а также выводится наружу здания, чтобы можно было измерить перепад давления внутри и снаружи. Датчик внешнего давления должен быть защищен от ветра и прямых солнечных лучей. Испытание начинается с герметизации лицевой поверхности вентилятора и измерения базовой разницы давления внутри и снаружи. Среднее значение должно быть вычтено из всех измерений перепада давления внутри и снаружи во время испытания.

Процедура испытания

Дверной вентилятор используется для нагнетания воздуха в здание или из него, создавая положительный или отрицательный перепад давления внутри и снаружи. Эта разница давлений заставляет воздух проходить через все отверстия и проходы в ограждении здания. Чем плотнее здание (например, меньше отверстий), тем меньше воздуха требуется от вентилятора нагнетательной двери, чтобы создать изменение давления в здании. Обычно проводятся только испытания на разгерметизацию, но предпочтительны как разгерметизация, так и повышение давления. Для нагнетания и сброса давления следует ожидать различных значений показателей воздуходувной двери из-за реакции ограждающих конструкций здания на направленный поток воздуха. Следует использовать наименьшее кольцо вентилятора, позволяющее вентилятору достичь максимального заданного перепада давления внутри и снаружи. Многоточечный тест можно выполнить вручную или с помощью программного обеспечения для сбора данных и управления вентиляторами. Ручное испытание состоит из регулировки вентилятора для поддержания ряда перепадов давления внутри и снаружи и записи полученного среднего давления вентилятора и давления внутри и снаружи. В качестве альтернативы можно выполнить одноточечное испытание, при котором вентилятор нагнетательной дверцы разгоняется до эталонного перепада давления внутри и снаружи, и давление вентилятора регистрируется. Часто оборудование дверцы вентилятора преобразует измерения давления вентилятора непосредственно в значения расхода воздуха вентилятора.

Степенная модель воздушного потока

Типичный график зависимости утечки воздуха от давления (на французском языке)

Утечка в здании описывается степенным уравнением потока через отверстие. Уравнение потока через отверстие обычно выражается как

$Q=C{\Delta }P^{n}\,\!$

$Q\,\!$ = Воздушный поток (м ³ /с)

$C\,\!$ = Коэффициент утечки воздуха

${\Delta }P\,\!$ = Перепад давления (Па)

$n\,\!$ = показатель степени давления

Параметр C отражает размер отверстия, ∆P — это перепад давления на отверстии, а параметр n представляет характерную форму отверстия со значениями в диапазоне от 0,5 до 1, что соответствует идеальному и очень длинному отверстию. тонкая трещина соответственно.

При тестировании дверцы вентилятора необходимо определить два потока воздуха: поток воздуха через вентилятор ( QFan) и поток воздуха через ограждающую конструкцию здания ( QBuilding).

$Q_{Fan}=C_{Fan}{{\Delta }P_{Fan}}^{n_{Fan}}\,\!$

$Q_{Building}=C_{Building}{{\Delta }P_{Building}}^{n_{Building}}\,\!$

При анализе дверцы вентилятора предполагается, что масса сохраняется, что приводит к:

$Q_{Fan}=Q_{Building}\,\!$

Что приводит к:

$C_{Fan}{{\Delta }P_{Fan}}^{n_{Fan}}=C_{Building}{{\Delta }P_{Building}}^{n_{Building}}\,\!$

Расход воздуха вентилятора определяется с помощью CFan и nFan значения, предоставленные производителем дверцы вентилятора, и они используются для расчета QFan. Процедура многоточечного испытания дверцы воздуходувки дает ряд известных значений Q _{n, Fan} и ∆P _{n, Building} . Типичные значения ∆P _{n, Building} составляют ±5, 10, 20, 30, 40 и 50 паскалей. Затем используется обычный регрессионный анализ методом наименьших квадратов для расчета характеристик утечки ограждающих конструкций здания: CBuilding и nBuilding. Эти характеристики утечки ограждающей конструкции здания затем можно использовать для расчета, какой поток воздуха будет проходить через ограждающую конструкцию здания при заданной разнице давления, вызванной ветром, разницей температур или механическими силами. 50 Па можно включить в уравнение расхода через отверстие вместе с полученными значениями C и n здания, чтобы рассчитать расход воздуха при давлении 50 паскалей. Этот же метод можно использовать для расчета воздушного потока при различных давлениях и использования при создании других показателей дверцы вентилятора.

Альтернативный подход к многоточечной процедуре заключается в измерении воздушного потока вентилятора и перепада давления в здании только в одной контрольной точке, например, 50 Па, а затем использовать предполагаемый показатель степени давления, nBuilding в анализе и формировании показателей воздуходувных дверей. Некоторые предпочитают этот метод по двум основным причинам: (1) измерение и запись одной точки данных проще, чем запись нескольких контрольных точек, и (2) измерения наименее надежны при очень низких перепадах давления в здании из-за калибровки вентилятора и к ветровым эффектам.

Поправки на плотность воздуха

Чтобы повысить точность результатов испытаний дверцы вентилятора, на плотность воздуха ко всем данным о воздушном потоке следует применять поправки . Это необходимо сделать до расчета коэффициентов утечки воздуха в здании ( $C_{Building}\,\!$) и показатели давления ( $n_{Building}\,\!$). Следующие методы используются для корректировки данных дверцы вентилятора до стандартных условий.

Для испытания на разгерметизацию следует использовать следующее уравнение:

$Q_{Corrected}=Q_{Measured}*{\rho _{In} \over \rho _{Out}}\,\!$

$Q_{Corrected}\,\!$ = Воздушный поток скорректирован с учетом фактической плотности воздуха

$Q_{Measured}\,\!$ = Воздушный поток получен с использованием $C_{Fan}\,\!$ и $n_{Fan}\,\!$

$\rho _{In}\,\!$ = Плотность воздуха внутри здания во время испытаний

$\rho _{Out}\,\!$ = Плотность воздуха снаружи здания во время испытаний

Для испытания под давлением следует использовать следующее уравнение:

$Q_{Corrected}=Q_{Measured}*{\rho _{Out} \over \rho _{In}}\,\!$

Ценности ${\rho _{Out} \over \rho _{In}}\,\!$ и ${\rho _{In} \over \rho _{Out}}\,\!$ в литературе по продукции называются поправочными коэффициентами плотности воздуха. Они часто сводятся в удобные для использования таблицы в литературе по продуктам, где фактор можно определить по внешней и внутренней температуре. Если такие таблицы не используются, для расчета плотности воздуха потребуются следующие уравнения.

$\rho _{In}\,\!$ можно рассчитать в единицах IP, используя следующее уравнение:

$\rho _{In}=0.07517*(1-{0.0035666*E \over 528})^{5.2553}*({528 \over T_{In}+460})\,\!$

$\rho _{In}\,\!$ = Плотность воздуха внутри здания во время испытаний

$E\,\!$ = Высота над уровнем моря (футы)

$T_{In}\,\!$ = Температура в помещении (F)

$\rho _{Out}\,\!$ можно рассчитать в единицах IP, используя следующее уравнение:

$\rho _{Out}=0.07517*(1-{0.0035666*E \over 528})^{5.2553}*({528 \over T_{Out}+460})\,\!$

$\rho _{Out}\,\!$ = Плотность воздуха снаружи здания во время испытаний

$E\,\!$ = Высота над уровнем моря (футы)

$T_{Out}\,\!$ = Температура наружного воздуха (F)

Чтобы перевести значения воздушного потока, полученные с помощью $C_{Fan}\,\!$ и $n_{Fan}\,\!$ от производителя дверцы вентилятора до фактического объемного расхода воздуха через вентилятор, используйте следующее:

$Q_{Actual}=Q_{Fan}*{\sqrt {\rho _{Ref} \over \rho _{Actual}}}\,\!$

$Q_{Actual}\,\!$ = Фактический объемный расход воздуха через вентилятор

$Q_{Fan}\,\!$ = Объемный расход воздуха рассчитывается с использованием коэффициентов производителя или программного обеспечения.

$\rho _{Ref}\,\!$ = Базовая плотность воздуха (обычно 1,204 кг/м2). ³ или 0,075 для фунт/фут ³ )

$\rho _{Actual}\,\!$ = Фактическая плотность воздуха, проходящего через вентилятор $\rho _{In}\,\!$ для разгерметизации и $\rho _{Out}\,\!$ для наддува

Метрики дверцы вентилятора

Установка поддувальной двери (Франция)

В зависимости от того, как проводится испытание воздуходувной двери, на основе собранных данных можно получить самые разные показатели воздухонепроницаемости и воздушного потока в здании. Некоторые из наиболее распространенных показателей и их вариации обсуждаются ниже. В приведенных ниже примерах используется единица измерения давления СИ Паскаль (Па). Британские единицы измерения обычно представляют собой дюймы водяного столба (WC Inch или IWC). Коэффициент конверсии составляет 1 дюйм водного столба = 249 Па. В приведенных ниже примерах используется общепринятое давление 50 Па, что составляет 20% от 1 IWC.

Расход воздуха при заданном давлении в здании

Это первый показатель, полученный в результате испытания дверцы вентилятора. Расход воздуха (британские кубические футы в минуту; СИ в литрах в секунду) при заданном перепаде давления между зданием и снаружи, 50 паскалей (Q ₅₀ ). Этот стандартизированный одноточечный тест позволяет сравнивать дома, измеренные при одинаковом эталонном давлении. Это необработанное число, отражающее только поток воздуха через вентилятор. Дома разных размеров и одинакового качества оболочки в этом тесте дадут разные результаты.

Расход воздуха на единицу площади поверхности или площади пола

Часто предпринимаются попытки контролировать размер и планировку здания путем нормализации воздушного потока при определенном давлении в здании либо по площади пола здания, либо по его общей площади. Эти значения рассчитываются путем деления скорости воздушного потока через вентилятор на площадь. Эти показатели чаще всего используются для оценки качества строительства и ограждающих конструкций, поскольку они нормализуют общую площадь утечки здания к общей площади, через которую может произойти эта утечка. Другими словами, сколько утечек происходит на единицу площади стены, пола, потолка и т. д.

Воздухообмен в час при заданном давлении в здании

Еще одним распространенным показателем является воздухообмен в час при определенном давлении в здании, опять же, обычно при 50 Па (ACH ₅₀ ).

$ACH_{50}={Q_{50}*60 \over V_{Building}}\,\!$

$ACH_{50}\,\!$ = Воздухообмен в час при 50 паскалях (ч ⁻¹ )

$Q_{50}\,\!$ = Воздушный поток при 50 паскалях (футах ³ /минута или м ³ /минута)

$V_{Building}\,\!$ = Объем здания (футы ³ или м ³ )

Это нормализует воздушный поток при заданном давлении в здании по объему здания, что позволяет более прямо сравнивать дома разных размеров и планировок. Этот показатель показывает скорость, с которой воздух в здании заменяется наружным воздухом, и, как следствие, является важным показателем при определении качества воздуха в помещении.

Эффективная площадь утечки

Чтобы принять значения, генерируемые давлением вентилятора, и использовать их при определении естественного воздухообмена, необходимо рассчитать эффективную площадь утечки в здании. Каждая щель и трещина в ограждающей конструкции здания вносят определенный вклад в общую площадь протечек здания. Эффективная площадь утечки предполагает, что все отдельные области утечки в здании объединены в одно идеализированное отверстие или отверстие. Владельцам зданий это значение обычно описывается как площадь окна, открытого 24 часа в сутки, 7 дней в неделю, 365 дней в году в их здании. ELA будет меняться в зависимости от эталонного давления, используемого для его расчета. В США обычно используется давление 4 Па, тогда как в Канаде используется эталонное давление 10 Па. Он рассчитывается следующим образом:

$ELA=C_{Building}*{\sqrt {\rho \over 2}}*{\Delta }P_{Ref}^{n_{Building}-0.5}\,\!$

$ELA\,\!$ = Эффективная площадь утечки (м ² или в ² )

$C_{Building}\,\!$ = Коэффициент утечки воздуха в здании

$\rho \,\!$ = Плотность воздуха (кг/м ³ или фунт/дюйм ³ ), обычно используется стандартная плотность

${\Delta }P_{Ref}\,\!$ = Эталонное давление (Па или фунт _силы /дюйм ² ), обычно 4 Па в США и 10 Па в Канаде.

$n_{Building}\,\!$ = Показатель давления здания

Очень важно, чтобы в этих расчетах тщательно сохранялись единицы измерения. CBuilding и nBuilding следует рассчитывать в единицах СИ , а ρ и ∆P. _Эталон должен быть кг/м. ³ и паскаль соответственно. Альтернативно, CBuilding и nBuilding можно рассчитать в британских единицах измерения , где ρ и ∆P _Reference равны фунт/фут. ³ и фунт _силы /дюйм ² , соответственно.

ELA можно использовать вместе с удельной скоростью инфильтрации, полученной с использованием модели инфильтрации LBNL, для определения скорости воздушного потока через ограждающую конструкцию здания в течение года.

Площадь утечки на единицу площади пола или поверхности

Оценку площади утечки также можно нормализовать по размеру испытуемого ограждения. Например, система оценки экологических зданий LEED установила стандарт воздухонепроницаемости для многоквартирных жилых домов площадью 1,25 квадратных дюймов (8,1 см). ² ) площади утечки на 100 квадратных футов (9,3 м ² ) территории ограждения для контроля табачного дыма между блоками. Это равно 0,868 см. ² /м ² .

Нормализованная утечка

Нормализованная утечка — это мера герметичности ограждающей конструкции в зависимости от размера и количества этажей здания. Нормализованная утечка определяется в стандарте ASHRAE 119 как:

$NL=1000*({ELA \over A_{Floor}})*({H \over H_{Ref}})^{0.3}\,\!$

$NL\,\!$ = Нормализованная утечка

$ELA\,\!$ = Эффективная площадь утечки (м ² или в ² )

$A_{Floor}\,\!$ = Площадь здания (м ² или в ² )

$H\,\!$ = Высота здания (м или дюймы)

$H_{Ref}\,\!$ = Базовая высота (2,5 метра (98 дюймов ))

Приложения

Инфракрасный вид негерметичного окна, находящегося под давлением в результате испытания дверцы воздуходувки

Вид в видимом свете проверяемого окна

Дверцы воздуходувки можно использовать при различных типах испытаний. К ним относятся (но не ограничиваются):

• Испытание жилых и коммерческих зданий на герметичность
• Тестирование зданий в середине строительства для выявления и устранения любых сбоев. в вольере
• Тестирование зданий на соответствие стандартам энергоэффективности, таким как IECC и ASHRAE .
• Проверка ограждающих конструкций и оконных рам на водонепроницаемость и проникновение дождя.
• Тестирование на удержание чистого агента NFPA (этот тип тестирования обычно описывается как тест дверного вентилятора, а не тест дверного вентилятора)
• Испытание на утечку воздуховодов в системах принудительного воздушного отопления/охлаждения. Можно проверить как приточные (вентиляционные), так и возвратные воздуховоды, чтобы определить, пропускают ли они воздух и если да, то в каком объеме. Испытание воздуховода можно совместить с испытанием воздуходувной двери для измерения общей утечки наружу, измеряя эффективную утечку только наружу дома.
• Обнаружение утечек воздуха в здании с помощью инфракрасной камеры при разгерметизации дома. Вентиляционная дверца не является обязательной для считывания инфракрасных показаний, но учет температуры наружного воздуха преувеличивает изменения температуры и облегчает обнаружение утечек в конвертах.

Тестирование целостности корпуса NFPA

Испытание целостности корпуса NFPA — это специализированный тип испытания корпуса, при котором обычно измеряется герметичность помещений внутри зданий, защищенных системами пожаротушения с использованием чистых агентов . Это испытание обычно проводится во время установки и ввода системы в эксплуатацию и является обязательным в соответствии со стандартами NFPA, ISO , EN и FIA, которые также требуют, чтобы испытание повторялось ежегодно, если существуют какие-либо сомнения в герметичности по результатам предыдущего испытания. Эти типы корпусов обычно представляют собой серверные комнаты, содержащие большое количество компьютерного и электронного оборудования, которое может быть повреждено более типичной спринклерной системой на водной основе. Слово «чистый» относится к тому факту, что после разряда системы пожаротушения очищать нечего; агент просто рассеивается в атмосфере.

NFPA-2001 (издание 2015 г.) используется в Северной Америке, во многих странах Азии и на Ближнем Востоке. Анализ времени выдержки требуется с 1985 года. Версия ISO-14520-2015 или стандарты EN-15004 используются по всей Европе, а стандарты FIA используются в Великобритании. Результаты всех этих стандартов очень похожи.

Стандарты NFPA для калибровки оборудования примерно такие же, как и для других типов испытаний, поэтому любое современное оборудование с дверцами вентилятора достаточно точное для проведения испытаний целостности корпуса NFPA. Чтобы определить время удержания, которое обычно составляет десять минут, необходимо использовать специальное программное обеспечение или утомительные расчеты.

Стандарт NFPA требует, чтобы оператор воздуходувной двери прошел обучение, но не определяет характер или источник этого обучения. В настоящее время не существует официального обучения NFPA по методологии тестирования целостности корпуса.

Результаты испытаний на целостность корпуса NFPA обычно сообщаются в виде времени удержания агента , которое представляет собой продолжительность, в течение которой в помещении будет сохраняться не менее 85 % расчетной концентрации для подавления пожара и предотвращения его повторного возгорания. Это время удерживания обратно пропорционально площади утечки в помещении, которая является основным фактором. На время выдержки также влияют расположение утечек, защищаемая высота, постоянное перемешивание и использование чистящего средства. Издание NFPA-2001 2008 г. дополнительно требовало оценки пикового давления, но промышленность США, в частности, не спешила с введением этого важного требования, поскольку избыточное давление во время разгрузки повредило многие корпуса. Это требование было разработано, чтобы предотвратить это.

См. также

• Энергоаудит
• Домашнее исполнение
• Зеленая модернизация
• Утепление
• Эффективное использование энергии
• Воздуходувные двери в популярной культуре