為什么要對建筑物進行氣密性測試？了解鼓風門測試系統(tǒng)

時間：2022/9/7閱讀：2097

為什么要對建筑物進行氣密性測試？

一般來說，關(guān)于氣密性的信息特別是定量信息有用的原因有幾個：

1、當調(diào)節(jié)替換空氣時，從外殼泄漏的空氣會消耗能量。通過氣密性測試的信息，您可以估計在寒冷天氣和溫暖天氣下會泄漏多少空氣，或者相對于平靜天氣，多風天氣會導致建筑物泄漏多少空氣。然后，可以針對天氣條件的任何組合來估計由此產(chǎn)生的能量影響，并且可以通知設(shè)備尺寸計算和運行能量消耗的計算機模型預測。

2、你也許能夠確定你不知道的特定大洞的存在。氣密性測試無法顯示泄漏的位置，但有時會顯示您的建筑比預期的泄漏嚴重得多。在這種情況下，可能會有一個或兩個大洞導致大量空氣泄漏。在氣密性測試期間，經(jīng)驗豐富的空氣泄漏顧問通?？梢允褂眉t外攝像機和劇院煙霧追蹤重要的泄漏路徑。

3、通過建筑物外殼泄漏的空氣會導致組件內(nèi)隱藏的冷凝，并導致性能問題。雖然冷凝僅部分與通過組件的空氣量有關(guān)，但它是一個重要的因素，有助于理解。

4、空氣泄漏會將受污染的室外空氣從停車場、垃圾箱或排氣口帶入建筑物。了解有多少空氣通過建筑物外殼將有助于確定引入室外污染物的風險。一旦你知道了，你就可以設(shè)定目標來最小化風險。

空氣泄漏的能源成本是大型建筑物氣密性研究最少的方面。有時假設(shè)較大的建筑物，特別是商業(yè)建筑物，通常已經(jīng)足夠氣密，因此改進不會帶來什么好處。然而，現(xiàn)有的有限數(shù)據(jù)不支持這一假設(shè)。例如，Emmerich、McDowell和Anis（2005年）使用建筑能源模擬程序預測潛在的年供暖和能源成本節(jié)約2%至36%，其中最大的節(jié)約發(fā)生在辦公和零售建筑中以供暖為主的氣候中（與四層多單元住宅建筑相比）。在夏季潮濕的氣候中，空氣泄漏會給空調(diào)設(shè)備增加非常大的潛在負荷，既增加能源使用，又導致室內(nèi)環(huán)境不太舒適。

考慮到節(jié)能潛力、對暖通空調(diào)設(shè)備負荷的更好理解以及室內(nèi)空氣質(zhì)量和冷凝風險的管理，測試各種尺寸的建筑物的氣密性并采取措施解決任何空氣泄漏問題越來越有意義。

氣密性測試101

氣密性測試是一項完整的建筑測試，用于測量空氣通過建筑外殼或“表皮"泄漏的容易程度。一種常見的方法是使用大型風扇或“鼓風機"從建筑中抽取空氣或向建筑提供空氣（見圖1）。該風扇插入安裝在外門開口中的氣密護罩中。這就是為什么在住宅建筑中，氣密性測試通常被稱為“風機門測試"。測試設(shè)備測量氣流（多少空氣流入或流出建筑物）和作用于建筑物外殼的相應壓差。

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DG1000建筑氣密性測系統(tǒng)安裝在門框上

對于較大的建筑物，即建筑面積超過約10000平方英尺（929m2），該測試方法通常需要同時運行多個協(xié)調(diào)的風機門。在某些情況下，使用了需要拖車和外部電源的大型移動風扇。在所有情況下，無論大小，建筑物都必須事先準備好進行測試，方法是堵塞HVAC進排氣格柵、廚房和浴室排氣扇、減壓閥等有意開口（圖2）。密封有意開口通常是測試中花費最多時間和精力的部分。

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在測試設(shè)置期間密封建筑物屋頂

原始形式的氣密性測試結(jié)果是整個外殼的壓差、總氣流和氣流方向（進出）。在測試期間，使用一系列壓差和流動方向收集大量（通常為5至10）氣流測量值。然后繪制該數(shù)據(jù)，以量化氣流和壓差之間的關(guān)系（見圖3）。

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初始加壓試驗結(jié)果示例

經(jīng)驗表明，結(jié)果往往形成一條曲線，因此通常以對數(shù)格式繪制數(shù)據(jù)，以數(shù)學方式迫使結(jié)果變成一條直線。數(shù)據(jù)可以以該格式呈現(xiàn)給有知識的用戶；然而，從曲線中報告單個壓力下的流量并報告該數(shù)值是非常有用和方便的。在商業(yè)建筑中，用于報告的單一測試壓力幾乎總是75帕，而對于住宅建筑，50帕的壓力是標準壓力。美國有時使用英制氣壓單位，即英寸水柱。氣流的報告單位為立方英尺/分鐘（cfm）、升/秒（lps或L/s）、立方米/秒（m3/s），或者在歐洲為立方米/小時。

測量的氣流將隨著建筑物的大小而增加，這是有道理的。為了便于不同建筑物之間的比較，使用了兩種方法來規(guī)范與建筑物尺寸相關(guān)的氣流：

1、將氣流除以建筑物的體積，或

2、將氣流除以被測建筑圍護結(jié)構(gòu)的面積。

在單戶住宅建筑中，通常按建筑體積進行規(guī)范化。在50Pa的壓差下測得的氣流速率被轉(zhuǎn)換為每小時空氣變化（ACH）。每小時換氣量就是每小時泄漏的空氣量除以建筑物的體積。然后將測試數(shù)據(jù)報告為“中的數(shù)字"ACH@50".

每小時換氣次數(shù)有時也用于報告商業(yè)和大型建筑的空氣泄漏。由于這些建筑物的不同幾何結(jié)構(gòu)的表面積與體積比更為多變，因此在特定壓力下提供單位面積流量的泄漏率更為常見，且在技術(shù)上更為*；換言之，以每平方英尺每分鐘立方英尺（cfm/ft2）或每平方米建筑圍護面積每秒升（lps/m2）表示。這里的“面積"是指立方體六個側(cè)面的總面積，即四面墻、屋頂和樓板，因此暴露在室外的所有側(cè)面都是該等式的一部分。測試結(jié)果在“l(fā)ps"中報告/m2@75Pa“或"cfm/ft2@0.3在wc中"。

與每小時換氣量一樣，該報告方法考慮了建筑物的大小，因此可以更好地進行建筑物之間的比較。這種將結(jié)果標準化的封閉面積方法也越來越受到住宅社區(qū)的青睞，因為它將實際建造的空氣屏障的測量質(zhì)量與設(shè)計期間的選擇（即表面積：體積比）區(qū)分開來。

用于報告商業(yè)建筑泄漏的測試壓力通常為75 Pa（0.3英寸wc），而不是用于住宅建筑的幾乎通用的50 Pa。原因主要是歷史原因，但在所有情況下，更高的壓力通常是首先選擇的，因為在現(xiàn)場測試期間，不受控制的壓力的假效應（例如陣風、煙囪效應）導致讀數(shù)誤差的可能性較小。然而，更高的壓力會導致更高的流量，從而導致更大的設(shè)備，因此超過75 Pa的壓力通常用于測試較小規(guī)模的建筑構(gòu)件（如窗戶、門或墻壁樣本）。

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DG1000建筑氣密性測試系統(tǒng)、三風機

氣密性目標

氣密性目標或最大氣密性水平是評估建筑性能的一個相對較新的指標。為了設(shè)定目標，必須了解建筑氣密性測試測量整個建筑圍護結(jié)構(gòu)（屋頂、墻壁、樓板、窗戶、門、通風口等）的空氣泄漏。從歷史看，氣密性首先規(guī)定用于商業(yè)建筑的建筑構(gòu)件，如窗戶、幕墻、預制墻等。到20世紀80年代末，加拿大建筑研究所/加拿大國家研究委員會（IRC/NRCC）和加拿大抵押和住房公司（CMHC）制定了空氣屏障材料的推薦目標（0.02 l/s/m2@75 Pa），隨后成為1995年加拿大國家建筑規(guī)范的一部分。對破壞性寒冷氣候冷凝的可能性的研究（Ojanen和Kumaran，1996年）導致建議將建筑構(gòu)件的最大泄漏限制在0.2 l/s/m2@75該目標已載入《加拿大建筑材料中心（CCMC）低層建筑外墻空氣屏障系統(tǒng)技術(shù)指南》（Di Lenardo，1996）。材料氣密性和空氣屏障系統(tǒng)氣密性之間的不同目標值已演變?yōu)?0倍（即，材料為0.02，空氣屏障組件為0.20）。這一巨大差異是由于使用材料創(chuàng)建組件時所需的接頭和接縫處的泄漏影響。

了解實驗室測試僅產(chǎn)生材料和系統(tǒng)潛在氣密性的數(shù)據(jù)是至關(guān)重要的：在現(xiàn)場組裝建筑外殼總是導致更多泄漏，只能在現(xiàn)場進行測試。Lstiburek（2005）建議可接受的整個建筑物（外殼）氣密性為最大空氣屏障值0.20的十倍，即：

空氣屏障材料：0.02升/（平方米）@75帕，0.004立方英尺/平方英尺@0.3“w.c。

空氣屏障組件0.2 l/（s m2）@75 Pa 0.04 cfm/ft2@0.3“w.c。

建筑圍護結(jié)構(gòu)2.0 l/（s m2）@75 Pa 0.4 cfm/ft2@0.3“w.c。

這項建議很快被建筑業(yè)采納；在美國，總務(wù)管理局現(xiàn)在要求所有新建筑達到這些目標。對于高性能建筑，美國工程兵團的目標是在0.3英寸水柱處達到約0.25立方英尺/平方英尺，在75帕時達到約1.3立方英尺/平米。高性能建筑有時在75帕下使用低于1立方英尺/m2的目標（這是20世紀90年代末加拿大C-2000建筑計劃的目標），但這并不總是容易達到。

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在大型建筑中，通常無法達到2 lps/m2@75Pa的目標。就在2011年，美國國家標準與技術(shù)研究所的數(shù)據(jù)顯示，228座商業(yè)和機構(gòu)建筑樣本的平均氣密性約為6.9 lps/m2@75Pa（Emmerich和Persily 2011）。這一平均泄漏率遠遠高于“良好"水平，而且許多建筑物的氣流控制較差。最近對16座非住宅建筑（大部分為高性能建筑）進行的一項研究發(fā)現(xiàn)，75Pa時測得的泄漏量為0.30至3.80 lps/m2（Brennan等人，2013年），證明了作者的經(jīng)驗，即可以實現(xiàn)非常好的氣密性，但往往無法實現(xiàn)。

對文獻的調(diào)查表明，由不同機構(gòu)測試的大型建筑報告的數(shù)字在75 Pa時從0.09 lps/m2到30 lps/m~2不等。在該范圍的高點，可以肯定地說，您的建筑漏水太多，其性能將因此受到影響；當你接近2或1時，你知道你的建筑很緊湊。最近的經(jīng)驗表明，從設(shè)計開始到施工期間的早期測試，經(jīng)過深思熟慮的計劃通?？梢越桓秲r值低于2 lps的建筑/m2@75.

氣密性不僅僅是墻壁、門和窗戶。在現(xiàn)代建筑中，通過機械系統(tǒng)、格柵和開口的空氣泄漏通常很大。通過機械系統(tǒng)的總泄漏量的一半并不罕見，這意味著我們必須更加擔心實際用作防回流閥的防回流閥。也就是說，它們在關(guān)閉狀態(tài)下應密封，因為這將影響在役建筑物的整體密封性。在一次測試中，在系統(tǒng)地移除機械系統(tǒng)的覆蓋物的同時，保持-75 Pa的恒定壓力?；仫L口一打開，流量就發(fā)生了41%的變化。當所有設(shè)備打開時，流速為5.46 m3/s（11575 cfm），比基本流速增加了67%。這告訴我們，對于已經(jīng)相當氣密的建筑物，如果很難通過改變外殼進行進一步改進，則仍然可以通過修復這些機械泄漏來改善氣密性，例如，通過使用更好的墊圈、更緊的執(zhí)行器和適當?shù)淖枘崞髡{(diào)整，確保HVAC系統(tǒng)中的供應通風口在非循環(huán)時間內(nèi)實際密封。

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通風口和格柵需要注意空氣泄漏

氣密性和通風

隨著氣密性的增加，對設(shè)計良好的機械通風的需求也增加。無論是住宅還是商業(yè)/機構(gòu)，人們都需要新鮮空氣。同時，過多的通風可能會抵消氣密性在節(jié)能方面的價值，并且根據(jù)氣候區(qū)域、天氣條件和建筑物的特殊特性，還可能導致其他問題。

在設(shè)計中，應確保外殼上幾乎沒有機械誘導的空氣壓力。這是通過平衡系統(tǒng)來實現(xiàn)的，使得供應的空氣量與排出的空氣量幾乎相同。在一些情況下，可以使用壓力的有意控制來控制氣流方向。在冬季稍微減壓的建筑物將降低其空氣泄漏冷凝問題的風險，稍微加壓的建筑物可能會有更多的冬季冷凝問題（因為氣流通過剩余的外殼泄漏），但會更有效地排除來自例如停車場的污染。

在上一段中，“輕微"一詞用于表示只有幾到5 Pa的壓差。在通常情況下，加壓不是通過控制壓力實現(xiàn)的，而是通過選擇和設(shè)計一個系統(tǒng)以供應比排出的更多的空氣來實現(xiàn)的。隨著現(xiàn)代建筑變得氣密，這種設(shè)計方法可能會導致重大問題：估計僅使建筑增壓3或5 Pa所需的過量氣流量實際上是不可能的，因為所需的氣流量非常小。不幸的是，通過猜測所需的過量氣流，機械工程師通常會對氣密建筑造成嚴重過壓，迫使空氣泄漏，即使建筑相對氣密。其結(jié)果是一種非常常見的情況，即設(shè)計和建造的建筑非常氣密，但仍然存在過度的能量損失和冷凝問題，因為機械系統(tǒng)的設(shè)計旨在將一定量的過量空氣從建筑表皮中擠出，而不管其氣密程度如何。在許多情況下，這導致門被過度的壓力吹開和保持打開，空氣被迫通過時，幕墻接縫處發(fā)出呼嘯聲，即使有很小的空氣泄漏，外墻也會形成冰柱。

上述問題的解決方案只是通過測量操作建筑物機械系統(tǒng)所產(chǎn)生的壓差來調(diào)試建筑物。如果建筑物基本完工，這可以作為氣密性測試的一部分輕松完成，但也可以在占用后輕松完成。在低風、中性溫度條件下，修改供氣、排氣或兩種氣流以達到小于5 Pa的壓力通常很容易實現(xiàn)（通過調(diào)整VFD、阻尼器、風扇電機滑輪等）。

向建筑物業(yè)主提供教育也很重要，以便在建筑物被占用后正確使用和維護通風系統(tǒng)。供暖、通風和空調(diào)（HVAC）行業(yè)的專業(yè)人士經(jīng)常使用“建造氣密和通風良好"的座右銘。“通風權(quán)"部分應視為一項持續(xù)活動，而非一次性設(shè)計決策。這可能需要每年測量通風流量和壓差，以幫助識別過濾器堵塞、風門卡住和格柵堵塞等問題。

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鼓風門氣密性測試系統(tǒng)、三風扇

氣密性試驗的實用性

趨勢是明確的：建筑行業(yè)將被要求達到氣密性目標，要么是因為這些目標被添加到建筑規(guī)范或能源計劃中，要么是由于業(yè)主正在尋找更好的建筑——能耗更低、舒適度更高、室內(nèi)空氣質(zhì)量更好、水分損害風險更低的建筑。建筑師使用氣密性測試的方法之一是向業(yè)主和規(guī)范官員證明，承包商和設(shè)計師共同交付了良好的氣密建筑外殼。它提供了所用方法成功的定量驗證，就像壓碎混凝土圓柱體表明達到了所需的混凝土強度。

氣密性目標在新建筑和改造的設(shè)計過程中非常有用。它們?yōu)榻ㄖo結(jié)構(gòu)性能的一個非常重要的方面建立了定量預期，并為機械設(shè)計師的負荷和能量計算提供了關(guān)鍵輸入。因此，氣密性測試應是施工過程的一個重要部分。氣密性試驗可確認氣密性目標已達到，如果時間安排得當，則可在為時已晚之前解決問題。

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從設(shè)計到施工對建筑物要求注意細節(jié)

氣密性測試也可用于診斷。對于新建筑，通常應在施工過程中盡早進行測試，以便在建筑出現(xiàn)故障時，可以進行補救工作，找出原因并修復。同樣，如果您即將進行重大的節(jié)能改造-更換窗戶、添加隔熱層或采取其他實質(zhì)性步驟，通常建議在深入設(shè)計改造之前進行測試。測試應作為現(xiàn)有建筑物評估的一部分進行，以了解建筑物的泄漏程度，以便您可以決定應在氣密方面花費多少精力，而在隔熱或新窗戶等方面應花費多少精力。

通過定期進行氣密性測試，建筑師和承包商可以隨著時間的推移了解什么是有效的，什么是無效的，以及一個良好的氣密性建筑與一個漏水的建筑相比表現(xiàn)如何；它們在預測性能方面會越來越好，因此可以舒適地設(shè)計更真實的氣密性能。此外，一旦目標到位，并且已知某個目標是可以實現(xiàn)的，則可以向機械系統(tǒng)設(shè)計者提供輸入。當我們搬到越來越緊湊的建筑時，機械工程師常常在猜測在計算空氣泄漏的能量時應該假設(shè)什么，因此他們傾向于將目標放在安全的一邊。如果您選擇了氣密性目標，并在施工過程中制定了測試方法，那么機械工程師可以更好地確定加熱、冷卻和除濕機械設(shè)備的尺寸，并設(shè)計補充空氣系統(tǒng)，以最大限度地減少增壓。如上所述，氣密建筑中的一個日益嚴重的問題是機械工程師對其加壓過度。正如制造商測試隔熱層的R值，這樣你就可以知道你在墻里放了什么，并可以設(shè)計它一樣，測量建筑物的氣密性給機械工程師提供了一些用于系統(tǒng)設(shè)計的值。

減少建筑圍護結(jié)構(gòu)的空氣泄漏是高性能建筑的基礎(chǔ)，即低能耗、舒適、健康和耐用的建筑。最后，氣密性測試基本上是一種定量質(zhì)量控制工具，其額外好處是確保您知道機械系統(tǒng)的設(shè)計用途。

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