NO821976L - Fremgangsmaate og anordning for bestemmelse av luftvekseltall - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for bestemmelse av luftvekseltall av den type som er angitt i hovedkravets in-gress.

I de senere år er det særlig i klimatiske strøk hvor bygnin-ger må varmes opp iallfall under en del av året, gjort store anstrengelser for å redusere energiforbruket til fyring. På den annen side er det blitt vanlig i tropiske strøk å in-stallere klimaanlegg i beboelses- og arbeidsrom for at det skal opprettholdes en behagelig temperatur for mennesker i værelsene. Det årlige energiforbruk i en bygning pr brutto etasjeflate (m 2) betegnes som karakteriserende energifaktor E og angis i mega-joule (MJ) pr år (a)..

Størrelsen av den karakteriserende energifaktor E bestemmes av forskjellige faktorer, f.eks. av fyrings- hhv klimaanleg-gets effekt, av bygningens isolasjon, dvs varmegjennomgangen gjennom veggene, taket osv, av den strålingsenergi som avgis hhv opptas gjennom vinduer og glassvegger og av tilsiktet eller utilsiktet luftveksel som følge av lufting eller utettheter. En bygnings energitap påvirkes således spesielt av tre faktorer, nemlig varmeledning, varmestråling og varme-strømning (konveksjon, diffusjon). Hittil har oppmerksomheten i forbindelse med reduksjon av den karakteriserende energifaktor vært rettet mot varmeledningen. Ved bruk av varme-isolerende konstruksjonsmaterialer med lavest mulig varme-gjehnomgangskoeffisient k (W/m 2. K) har det vært mulig å redusere energitapene som følge av varmeledning i ønsket grad. Når det gjelder varmestrålingen, står man for så vidt overfor et dilemma, idet hindring av varmeutstråling i de fleste tilfelle samtidig betyr hindring av varmeopptak ved solinnstråling.

I de senere år er oppmerksomheten i økende grad rettet mot konveksjonstap som følge av lufting og utettheter. I denne forbindelse er det viktig å ha kjennskap til, innenfor hvil ket tidsrom all luft i en bygning blir erstattet av uteluft, eller med andre ord, hvilket forhold det er mellom det luft-volum V som i løpet av en time strømmer inn i en bygning og bygningens totale romvolum V_. Dette er det s. k. luf tvek- - seltall n (h ).

Ifølge "SIA-Empfehlung 380" (avtrykk i "Sanierungshandbuch" 'Planung und Projektierung') vil det avhengig av hvor utsatt bygningen er for vind i avhengighet av vindustettheten frem-komme luftvekseltall mellom 0,3 og 2,0. Derav fremgår hvilke energitap som kan fremkalles som følge av utettheter og hvor viktig et nøyaktig kjennskap til luftvekseltallet n er ved gitte, ytre betingelser, f.eks. vindstrømning, trykkforhold m.v.

Ifølge ovennevnte saneringshåndbok skjer beregning av luf-tingstap på grunnlag av luftvekseltall i tabeller, dvs ved grovt skjønn. Ved denne fremgangsmåte kan det ikke være tale om måling av de reelt opptredende tall. Ifølge eri fremgangsmåte som er angitt i tidsskriftet "Energie", nr. 2/81, anordnes en vifte i husets inngangsdør eller i et vindu, og denne gjør det mulig å få rede på det areal som svarer til fugene i bygningsskallet ved hjelp av en differensialtrykk-måler. Ved opprettelse av et undertrykk blir det mulig å lo-kalisere inntrengning av kaldluft, enten ved hjelp av et infrarødt kamera eller med en røkningspatron. Denne metode gjør det mulig å finne lekkasjer, men gir ingen opplysninger om luftvekseltallene. De hittil anvendte, eksperimentelle bestemmelser av luftvekseltall er omfattende og kostbare.F. eks. fordeles lystgass (N20) som tracer i et rom og reduksjonen i gasskonsentrasjon måles ved hjelp av et ikke dispersi-belt infrarødt-instrument. Slike instrumenter er imidlertid kompliserte i bruk og særdeles kostbare.

Dermed er det fortsatt et påtrengende behov for en fremgangsmåte for bestemmelse av luftvekseltallet i rom, som kan bru kes uten kompliserte og kostbare apparater og gir reelle må-leverdier i løpet av så kort tid som mulig. Denne oppgave løses ifølge oppfinnelsen ved .de trekk som er angitt i deri karakteriserende del av hovedkravet. Ytterligere hensikts-messige og fordelaktige utformninger av fremgangsmåten iføl-ge oppfinnelsen er angitt i de øvrige krav.

I det følgende skal fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen for-klares nærmere under henvisning til et utførelseseksempel. Fig. 1 er en skjematisk gjengivelse av en anordning' for gjennomføring av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen i en tre-roms leilighet. Fig. 2 viser tidsforløpet av tracergass-konsentrasjon i det rom hvor luftvekseltallet skal bestemmes.

Fig. 3 viser den benyttede måleanordning.

Måleanordningen ifølge fig. 1 består av et styreapparat som mater de fire gass-sensorene a, b, c og d og bedømmer signalene fra dem, en eller flere vifter 2, som sørger for rask blanding av luft og tracergass, en forrådsflaske 3 for tracer-gass og en gass-strømningsmåler, ved hjelp av hvilken man kan måle den utstrømte gassmengde. Forrådsbeholderen for tracergass kan f.eks. i stedet for en manuell gassventil ha en elektrisk gassventil 5, som kan betjenes ved hjelp av sty-resignaler fra styreapparatet 1. For enkle rom kan det hensiktsmessig bare benyttes en sensor a. For rom som skal un-, dersøkes og som består av forskjellige rom som står i for- . bindelse med hverandre, f.eks. i leiligheter, er det fordelaktig å benytte flere sensorer på en gang, som anbringes i de forskjellige rommene. Eksemplet som er vist i fig. 1 vil være tilstrekkelig illustrerende i så henseende.

Under gjennomføringen av bestemmelsen må det råde tilnærmet konstante betingelser i det rom hvor luftvekseltallet skal bestemmes. Det betyr at vinduer/og eller dører ikke må åpnes eller lukkes. Dersom fordelingen av tracergassen i rommet gjennomføres ved hjelp av en eller flere vifter,bør viftene også være i gang under gjennomføring av bestemmelsen for at det skal bli mest mulig konstante forhold.

Til tracergassen stilles følgende krav:

1. ikke toksisk

2. ingen eksplosjons- eller brannfare ved den nødvendige gasskonsentrasjon for målingen 3. entydige gass-sensor-signaler, høy funksjonsfølsomhet og dynamikk

4. lett tilgjengelig og rimelig

5. lett å bruke

6. miljøvennlig

7. hurtig diffunderende

8. omtrent samme.tetthet som luft

9. ingen adsorpsjon på vegger, tekstiler etc.

I praksis vil bruk av propan eller propan/butanblandinger være særlig hensiktsmessig. Ved bruk av alkoholdamp, gene-rert ved hjelp av fordamperapparatet 6, er det i enkelte rom fare for at dampen blir adsorbert på veggene, slik at man får et for høyt luftvekseltall. Dette vil særlig være tilfelle, når det skal måles svært lave luftvekseltall, dvs tall som ligger vesentlig under 1. 0 h . For nøyaktig bestemmelse av luftvekseltall anbefales bruk av forskjellige gasser som tracer-gass. Dette kan gjennomføres med samme anordning ifølge oppfinnelsen, idet målinger gjennomføres etter hverandre, med forskjellige gasser, f.eks. propan og alkoholdamp. Anordningen må således ikke forandres, og dette

er ytterligere en fordel i forhold til de spektroskopiske metodene.

Nedenstående beskrivelse begrenser seg til propan som tracer-gass, som har vist seg å være spesielt velegnet. Nedre eks-plosjonsgrense for propan ligger på 2,1 volum-%. Den nødven-dige gass-konsentrasjon for god måling ligger mellom 500 og 1000 volum-ppm. Det gir mer enn ti-dobbelt sikkerhet overfor eksplosjonsfare. Denne konsentrasjon ligger også under den maksimale arbeidskonsentrasjon på 1000 volum-ppm, som et menneske kan utsettes for i 8 timer uten skadevirkning. (Bestemmelse av luftvekseltallet varer ca. 1-2 timer.)

Fig. 2 viser forløpet av tracer-gass konsentrasjonen (propan.) i et rom i tid. Som mål for konsentrasjonen brukes gass-sen-sorens signalstyrke, som er. ført inn som ordinat. Ga.ss-sen-sorens signalstyrke er proporsjonal med den elektriske ledeverdi av metalloksyden, f.eks. tinndioksyd, som er avhengig av gasskonsentrasjonen i et forhold som beskrives ved ligning 2 (se nedenfor). Ved sensorer som er basert på varmeto^ningsprinsippet, er signalstyrken.proporsjonal med varmeto-ningen og dermed proporsjonal med tracer-gass konsentrasjonen. Sensorer som utnytter forandringen av den elektriske ledeverdi av metalloksyder til bestemmelse av gasskonsentrasjonen er særlig fordelaktige.

Med henblikk på fig. 2, åpnes gassflasken i tidspunkt t = 0. Viftene 2 er koplet inn på forhånd og er i gang under hele forsøket. Signalstyrken av f.eks. sensoren c i fig. 1 øker raskt. Med små forsinkelser reagerer også sensorene a, b, d, som i fig. 1 er anbrakt i de fjernere rom. Etter en viss tid t^øker signalstyrken over en bestemt verdi SM, som er høy nok for måling av luftvekseltall. Ventilen på gassflasken kan nå stenges av. Tidspunktet: tfl er helst beregnet før

•eksperimentet på grunnlag av kubikkinnholdet av det rom som skal undersøkes, den tilstrebede gass-konsentrasjon (500-1000 volum-ppm) og den gassmengde som strømmer gjennom strømningsmåleren 4. Det har vist seg fordelaktig å velge en strømningsmengde på ca. 5 1 pr minutt, slik at gassflasken er åo pen i ca. 10 minutter for et rom på 50 m 3. Etter tidspunkt t^følger en ventetid, inntil gassmengden i rommet er homogent blandet av viftene 2. Deretter begynner gasskonsentrasjonen å falle som følge av diffusjon utad gjennom åpnin-' gene i rommet (vindusfuger m v). Reduksjonen av gasskonsén-trasjonen skjer ifølge en eksponentiallov

hvor n er luftvekseltallet som skal bestemmes, c o er q3ass-konsentrasjonen i tidspunkt t 0. For sammenhengen mellom gasskonsentrasjon og den elektriske ledeverdi av metallok-sydhalvledere, som f.eks. tinndioksyd, gjelder hvor a og 3 er konstanter. Ved tilstrekkelig høye konsentrasjoner kan verdien SQneglisjeres. Dermed beregnes luftyek-seltallet av ligning (1) og (2) ifølge formelen

De størrelser som er angitt i ligningen (3) fremgår av fig.2.

I fig. 3 ses den benyttede styreanordning mer detaljert. Den sentrale enhet er en u-prosessor 10, f.eks. en AIM 65 fra Rock-well International. Sensorene a, b, c, d mates av en matean-ordning 16 med de nødvendige spenninger til varmemotstandene 22, vanligvis 4-6 V, og til metalloksyd-motstanden 21, vanligvis 5 V.'Gass-sensorenes a, b, c, d spenningssignaler er trinnvis avsøkt av quad analog bryter 13 som styres av buss 41, og går via forsterkeren 12 og A/D-bmformeren 11 samt buss 40 til prosessoren 10. u-prosessoren 10 gir sensorenes, verdier til skriveren 14 med bestemte tidsintervaller og beregner kontinuerlig luftvekseltallet etter kjente algorit-mer ifølge ligning (3). Sensorsignalene går videre via led-ning 3 0 til en komparator 31, som sammenligner signalet med et referansesignal 34. Når referansesignalet overskrides, aktiviseres varseltrinnet 33 via et forsterkertrinn 32 og varseltrinnet avgir et varsel- hhv alarmsignal. Dette tilfelle bør bare opptre ved ekstrem uaktsomhet fra operatørens si-de, da sikkerhetsavstanden fra de eksplosive konsentrasjoner utgjør mer enn en størrelsesorden. Verdiene for.luftvekseltallene fra de fire sensorene som er vist i eksemplet angis på skriveren og må deretter tolkes og viderebearbeides av operatøren etter hans skjønn. Spenningsomformeren 15 sørger for den nødvendige spenning på -3 V for forsterkeren 12.

Claims (11)

1. Fremgangsmåte for bestemmelse av luftvekseltallet i et rom ved fordeling av en tracer-gass i rommet og bestemmelse av den tidsavhengige reduksjon åv gass-konsentrasjonen, karakterisert ved at det som tracer-gass benyttes en gass med reduserende virkning og at reduksjonen av gasskonsentrasjonen måles med en gass-sensor, som forandrer sin elektriske motstand ved påvirkning av en reduserende gass.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at gass-sensoren er en halvledér, som i et temperaturområde på 200-400°C endrer sin motstand ved påvirkning av reduserende gasser.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at gass-sensoren er en gass-sensor som arbeider etter prinsippet for katalytisk oksydasjon.

4. Fremgangsmåte som angitt i et av kravene 1-3, karakterisert ved at alkoholdamp,benyttes som tracer-gass.

5. Fremgangsmåte som angitt i et av kravene 1-3, karakterisert ved at propan eller en blanding av propan og butan brukes som tracer-gass.

6. Anordning for gjennomføring av fremgangsmåten som angitt i et av kr,avene 1-3, karakterisert ved minst en gass-sensor (a, b, c,. d) som endrer sin elektriske motstand ved påvirkning av reduserende gass, en styreanordning (1), vifter (2), en tracer-gass genererende anordning (3,4,5), som kan betjenes, av styr eanordningen (1),' en indi-keringsanordning (14) for gasskonsentrasjonen og en vars- lingsanordning (31, 32, 33) for varsling av farlige gass-konsentras j oner .

7.. Anordning som angitt i krav 6, k a r a k t e r i - sert ved at den tracer-gass produserende anordning består av en forrådsbeholder (3) for tracer-gass, en gassventil (5) som er utformet slik at den kan betjenes av styreanordningen (1) og en gass-strømningsmåler (4).

8. Anordning for gjennomføring av fremgangsmåten som angitt i krav 6, karakterisert vedat den tracer-gass produserende anordning består av en alkohol-fylt oppvarmbar beholder (6), ved hjelp av hvilken tracer-gassen alkohol produseres ved fordampning, hvor fordampningsproses-sen kan reguleres av styreanordningen (1).

9. Anordning som angitt i et av kravene 6-8, karakterisert ved at styreanordningen (1) omfatter en u-prosessor (10), en quad-analog-bryter (13), ved hjelp av hvilken signalene fra gass-sensorene (a, b, c, d) avsøkes og via en første forsterker (12) og en analog/digital-omformer (11) føres til u-prosessoren (10), og en komparator (31), som, når sensorsignalene overstiger verdien av et referansesignal (34), via ytterligere en forsterker (32) utløser et varslingstrinn (33), og at indikeringsanordningen (14) er utformet som skriver.

10. Anordning som angitt i et av kravene 1-9, karakterisert ved at det som gass-sensorer (a, b, c, d) benyttes varmelednings-sensorer.

11. Anordning som angitt i krav 1-9, karakterisert ved at det som gass-sénsorer (a, b, c, d) benyttes katalytiske varmetonings-sensorer.