> Tämä on osa 2 blogisarjasta "Paine-eron mittaaminen käytännössä", jossa tutkimme konkreettisilla testeillä, mitkä kaikki asiat vaikuttavat paine-eromittauksen tuloksiin -- ja mitkä eivät.

> Osa 1 : Välineiden vaikutus> -- Miten letkun materiaali, pituus ja tyyppi vaikuttavat mittaustuloksiin?

> Osa 2: Sijoittelun vaikutus> (tämä artikkeli)-- Miten mittarin sijoitus/asennuskorkeus vaikuttaa tuloksiin?

> Osa 3: Tuulen vaikutus> -- (Tulossa)Miten tuulen suunta ja voimakkuus vaikuttavat rakennuksen paine-eroon?

Miksi testasimme tämän?

Edellisessä osassa selvitimme, miten paljon itse mittausväline -- letku, putki, pituus -- vaikuttaa tuloksiin. Nyt siirrymme seuraavaan kysymykseen: entä mihin sen laitteen ja letkun oikeastaan laittaa?

A-Insinöörien mittausohje (2019) ohjeistaa mittaamaan paine-eron noin 1 metrin korkeudelta lattiasta. Tämä ei ole sattumanvarainen valinta ja selvitämme syyn näissä testeissä. Selvitämme myös mitä 1m korkeudelta mittaaminen itse asissa tarkoittaa ja mitä se ei tarkoita.

- Mittalaitteen sijainti (lattia vs. katto) ei vaikuta tuloksiin -- ehkä hieman yllättäen
- Seinäläpiviennin korkeus sen sijaan ratkaisee kaiken
- Letkun pystyvedot eivät vaikuta tuloksiin
- Yläkerran ja alakerran paine-ero erosi testissämme noin 2,3 Pa -- täsmälleen termisen paine-eron ennustama arvo
- Liikkuvat mittausletkut voivat aiheuttaa häiriöpiikkejä mittaustuloksiin
- Paine-ero vaihtelee rakennuksessa yllättävän paljon -- jo pelkkä oven avaus aiheuttaa lähes 15 Pa piikin

Ilmanpaine pienenee ylöspäin mennessä -- merenpinnan tasolla noin 12 Pa jokaista nousumetriä kohti. Paine-eromittaukseen tämä ei juuri vaikuta, koska painovoima on sama sekä sisällä että ulkona.
Sen sijaan lämpötila vaikuttaa. Sama periaate, joka nostaa kuumailmapallon taivaalle, vaikuttaa myös rakennuksissa: lämmin ilma on kevyempää kuin kylmä. Kun sisällä on lämpimämpää kuin ulkona, lämmin ilma pyrkii nousemaan ylös ja pakenemaan rakennuksen yläosista ulos. Alakerrassa syntyy alipainetta, kun ilma imeytyy sisään korvaamaan ylöspäin karannutta ilmaa. Yläkerrassa taas voi olla ylipainetta, kun lämmin ilma etsii ulospääsyä.
Tätä ilmiötä kutsutaan savupiippuvaikutukseksi (engl. stack effect), ja se tarkoittaa käytännössä sitä, että paine-ero riippuu mittauskorkeudesta. Mittaatko alakerrasta vai yläkerrasta -- tulos voi olla aivan eri.

Testattavat väittämät

Mittalaite pitää asentaa läpiviennin korkeudelle - Yleinen oletus
Eri kerroksissa paine-ero on erilainen (terminen paine-ero) - A-Insinöörit mittausohje, s. 17
Letkun pystyvedot vaikuttavat mittaustuloksiin ja niitä tulee välttää - Yleinen oletus
Letkun kiinnitys vaikuttaa mittaustuloksiin - Käytännön havainto

Testiasetelma

Sama rakennus kuin osassa 1. 80 vuotta vanha kaksikerroksinen omakotitalo painovoimaisella ilmanvaihdolla. Kerrokset yhdistyvät avoimella portaikolla.

Välineet

Testissä käytettiin kahta Loop Delta -paine-eromittaria:

9395 PVC-letku 3 m
9213 PVC-letku 3 m

Edellisestä osasta tiedämme, että 3 metrin PVC-letku ei aiheuta merkittävää mittavirhettä. Seinäläpivienti oli noin 2 metrin korkeudella lattiasta -- ei A-Insinöörien ohjeistama 1 m, mutta se oli korkeudella johon sattui olemaan valmis läpivientipaikka. Tämä ei haittaa, koska tiedämme sen.

Testi 1: Laitteet samalla korkeudella -- kalibrointi

Ensin varmistimme, että molemmat laitteet mittaavat samaa asiaa. Kytkimme molempiin 3 metrin letkun, veimme letkujen vapaat päät ulos täsmälleen samaan kohtaan ja asetimme molemmat laitteet samalle korkeudelle läpiviennin kanssa.

Molemmat laitteet samalla korkeudella, letkut samassa kohdassa. Mittauskäyrät ovat lähes identtiset

Käyrät ovat yhtenäiset -- laitteet mittaavat samaa asiaa. Voimme siirtyä varsinaiseen testiin.

Testi 2: Laitteen korkeusaseman vaikutus

Tässä testissä halusimme selvittää, vaikuttaako mittalaitteen fyysinen sijainti tuloksiin. Siirsimme toisen laitteen lähelle katonrajaa, noin 40 cm läpiviennin yläpuolelle, ja toisen lattialle. Laitteiden väliseksi korkeuseroksi tuli 230 cm. Letkujen ulkopäät pysyivät koko ajan samassa paikassa.

Odotimme päivän ja vaihdoimme laitteiden paikkoja. Jos laitteen asennuskorkeus vaikuttaa mittaustuloksiin, sen pitäisi näkyä käyrissä laitteiden vaihdon kohdalla.

Laitteiden paikkaa vaihdetaan lattian ja katonrajan välillä. Lämpötilakäyrissä näkyy vaihto, mutta paine-erossa ei.

Tulos: ei vaikuta

Tämä on ehkä testien yllättävin löytö, ainakin kaikille meille joiden mielestä termodynamiikka on ehkä joku Patagonialainen jälkiruoka. Lämpötilakäyrissä näkyy selvästi, kun laitteiden paikkoja vaihdetaan -- katonrajassa on lämpimämpää kuin lattialla. Mutta paine-eromittaus ei muutu mihinkään.

Miksi ei? Selitys on itse asiassa looginen. Vaikka Loop Delta perustuu ilmanvirtausmittaukseen, ilman virtaus laitteen läpi on niin vähäistä, että letkun sisällä oleva ilma on aina suunnilleen saman lämpöistä kuin letkun ulkopuolella. Samat termiset voimat vaikuttavat letkun sisä- ja ulkopuolella, ja mittaus ikään kuin kompensoi itse itsensä.

Jätetään tämä tieto hautumaan ja tehdään seuraava testi.

Testi 3: Eri kerrokset -- terminen paine-ero

Kaiken järjen mukaan tässä testissä pitäisi näkyä termisen paine-eron vaikutus. Jätimme toisen laitteen alakertaan paikoilleen ja veimme toisen yläkertaan samalle seinälle, noin 3,0 m (±0,1 m) ylemmäs. Molemmat laitteet olivat noin 2 m korkeudella oman kerroksensa lattiasta -- samalla korkeudella kuin läpiviennit sattuivat olemaan.

Yläkerran ja alakerran paine-erot rinnakkain. Ero on selkeä ja johdonmukainen.

Tulos: 2,3 Pa ero

Nyt ero näkyy selvästi. Yläkerran mittari näyttää jatkuvasti noin 2,3 Pa enemmän kuin alakerran mittari. Itse asiassa yläkerta on ylipaineinen alakerran ollessa selvästi alipaineinen -- Toisaalta jos mittari olis ollut 1m korkeudella niin myös yläkerta olisi ollut hieman alipaineinen.

Täsmääkö teoria?

Testipäivänä ulkolämpötila oli noin +3 °C ja sisälämpötila noin +20 °C kuten lämpötilakäyristä näkyy. Laitteiden korkeusero Δh = 3,0 m.

Terminen paine-ero syntyy siitä, että lämmin ilma on kevyempää kuin kylmä. Sisä- ja ulkoilman tiheyserot aiheuttavat eri suuruisen hydrostaattisen paineen eri korkeuksilla, ja tämä ero kasvaa lineaarisesti korkeuseron kasvaessa. Paine-eron muutos kahden mittauspisteen välillä lasketaan kaavalla:

ΔP = ρ₀ × T₀ × g × Δh × (1/T_ulko − 1/T_sisä)

missä:

ρ₀ = ilman tiheys 0 °C:ssa = 1,293 kg/m³
T₀ = 273,15 K (0 °C kelvineinä)
g = 9,81 m/s²
Δh = mittauspisteiden korkeusero metreinä
T_ulko ja T_sisä = lämpötilat kelvineinä

Sijoitetaan arvot (T_ulko = 276,15 K, T_sisä = 293,15 K):

ΔP = 1,293 × 273,15 × 9,81 × 3,0 × (1/276,15 − 1/293,15)

≈ 2,2 Pa

Mitattu ero oli 2,3 Pa. Teoria ja käytäntö täsmäävät erinomaisesti -- Jee! emme rikkoneet fysiikan lakeja.

Testi 4: Referenssilinjan pystyvedot

Edellisessä testissä totesimme, että yläkerrassa on isompi paine ja ensimmäinen testi antoi ymmärtää että laitteen sijainnilla ei ole väliä. Mutta entä jos letku tekee pitkän pystyvedon ulkona? Jos mittari on yläkerrassa ja letkun pää roikkuu alakerrassa -- mittaako laite yläkerran vai alakerran painetta?

Jätimme alakerran mittarin edelleen paikoilleen ja kytkimme yläkerran mittariin 10 metrin letkun, jonka pudotimme yläkerran läpiviennistä alas samalle korkeudelle kuin alakerran läpivienti. Jos letkun pystyvedot eivät tosiaan vaikuta mittauksiin, yläkerran mittarin pitäisi edelleen näyttää yläkerran paine-eroa -- vaikka letkun pää on alakerrassa.

Alakerran letkunpää tuuletus venttiilissä ja yläkerran letku roikkuu vapaana ilmassa samalla korkeudella

Muistamme osasta 1, että 10 m PVC-letku aiheuttaa noin 20 % mittavirheen. Tässä tapauksessa se ei kuitenkaan ole merkittävä ongelma, koska paine-ero on lähellä nollaa: letkussa ei juuri ole virtausta eikä siten virtausvastuksesta johtuvaa virhettäkään.

Yläkerran mittari 10 m letkulla, jonka pää roikkuu alakerrassa. Laite mittaa silti yläkerran paine-eroa ihan oikein.

Tulos: pystyvedot eivät vaikuta

Molemmat yläkerran laitteet -- suoralla 3 m letkulla ja 10 m letkulla jonka pää on alakerrassa -- mittaavat yläkerran paine-eroa. Letkun vapaan pään korkeudella ei ole merkitystä.

Tähän ilmiöön perustuvat A-Insinöörien mittausohjeessa mainitut referenssilinjat: pitkät letkut, jotka viedään rakennuksen ulkoseinällä tai sisällä haluttuun mittauskorkeuteen. Mittaustulokseen vaikuttaa käytännössä ainoastaan se, mille korkeudelle seinäläpivienti on tehty -- ei se, miten mittari tai letkun vapaa pää on sijoiteltu.

Iso MUTTA: ympäristöolosuhteet

Tähän liittyy kuitenkin tärkeä varaus. Testi tehtiin olosuhteissa, joissa letkun sisällä ja ulkopuolella oli samanlainen lämpötila. Entä jos:

Aurinko lämmittää ulkona kulkevaa referenssilinjaa?
Referenssilinja kulkee pannuhuoneen läpi, jossa on 30 °C?
Kytketään 5 mittaria samaan linjaan joka on toteutettu normaalilla 4mm letkulla

Käytännössä nämä kaikki voivat helposti pilata mittauksen, koska letkun sisällä olevan ilman lämpötila poikkeaa ympäristöstä ja terminen tasapaino rikkoutuu tai pitkät vedot, paljon virtausta ja ohuet letkut haittaavat ilman virtausta ja vääristävät tuloksia.

Nyrkkisääntö pystyvedoille:

✅ Letku stabiilissa ympäristössä, joka vastaa mitattavan tilan lämpötilaa -- OK
❌ Letku vaihtelevissa olosuhteissa tai lämpötilaltaan poikkeavassa tilassa -- ei OK

Testi 5: Irti roikkuvan letkun heilunta

Neljännen testin tuloksista voi huomata erään mielenkiintoisen sivuhavainnon. Valitettavasti testipäivä oli niin tyyni, että jouduimme hieman huijaamaan -- heiluttelimme vapaana roikkuvaa letkua itse, jotta ilmiö tulisi kunnolla näkyviin.

Letkun heilumisen vaikutus: Irti roikkuvan letkun heilunta näkyy selvästi min/max-arvoissa.

Loop Delta raportoi raportointijakson aikana mitatun minimi- ja maksimipaine-eron efektiivisen keskiarvon lisäksi. Kun vertasimme kahden yläkerran mittarin minimipaine-eroja, niissä näkyy eroja: mittaus, jossa letkun pää laskeutui vapaana maata kohti ja letku pääsi heilumaan, tuotti huomattavasti suurempia painepiikkejä kuin kiinnitetty letku vaikka itse efektiivisessä paine-erossa eroja ei juuri näy.

Heiluva letku aiheuttaa muuttuvia paineiskuja, jotka voivat näkyä mittaustuloksissa. Kiinnitä siis letkut aina kunnolla -- roikkuva letku tuulessa tai minkä syyn vuoksi vaan on mittaushäiriöiden lähde.

Sivupolku: Mitä on efektiivinen paine-ero?

Me puhumme efektiivisestä paine-erosta tai kokonaisvaltaisesta paine-erosta. Se tarkoittaa sitä mikä on oikeasti rakennukseen vaikuttava paine-ero.

Letkun heilunta ja minimi ja maksimi paine-erot tuovat esiin laajemman kysymyksen: kuinka stabiilia paine-ero rakennuksessa oikeastaan on?

Vastaus: yllättävän epästabiilia. Paine-eroon vaikuttavat jatkuvasti asiat, joita ei voi mittausjärjestelyillä poistaa -- ihmiset availevat ovia, tuuli puhaltaa, ilmanvaihto käynnistyy ja sammuu. Nämä eivät ole mittausvirheitä vaan aitoja ilmiöitä, jotka vaikuttavat rakennukseen.

Halusimme nähdä ja ennen kaikkea näyttää myös teille, miltä tämä vaihtelu näyttää läheltä. Testejä varten teimme laitteeseen ohjelmiston, joka mittaa paine-eroa noin 1 ms välein -- eli tuhat kertaa sekunnissa. Ikään kuin paine-eron suurnopeuskamera.

Oven avaus

Miltä näyttää ulko-oven avaaminen? Tässä testissä Loop Delta oli noin 9 m päässä ulko-ovesta, vastakkaisella seinällä. Vapaata tilaa sisällä oli reilusti yli 100 m². Ovi avattiin ja suljettiin rivakasti -- "pahus, myöhästyn bingosta" -tyyliin, mutta ei kuitenkaan "en puhu sulle enää ikinä" -teinin ovenkäyttötyyliin.

Vau! Oven avaus aiheuttaa lähes 15 Pa alipainepiikin ja sulkeminen noin 8 Pa ylipaineen. Yhdeksän metrin päässä, yli sadan neliön tilassa. Hetkellinen, mutta todellinen.

"Hiljainen" talo

Entä kun talossa ei tapahdu mitään ihmisaistein havaittavaa? Mittasimme noin minuutin ajan paine-eroa: ulkona tuuli alle 2 m/s, talossa ei liiku ketään. Ilmalämpöpumppu pyörii samassa tilassa.

Minuutin paine-eromittaus "hiljaisessa" talossa. Paine-ero vaihtelee -1 ja -2,3 Pa välillä.

Paine-ero vaihtelee -1 ja -2,3 Pa välillä yhden minuutin aikana, nousten ja laskien useita kertoja. Talossa, jossa "ei tapahdu mitään". Tämä on itse asiassa niin mielenkiintoista että testi on pakko käydä toistamassa vaikkapa kerrostalossa jossa on koneellinen ilmanvaihto. Palaamme asiaan!

Mitä tämä tarkoittaa käytännössä?

Tulokset kertovat, että sillä on todella väliä, millä ja miten paine-eroa mittaa.

Jos mittaat kerran vaikka 30 minuutin välein saat sitä mitä mittaat. Eli tuloksia jotka kertovat mitä sattui mitattavaksi juuri näinä mittaushetkinä. Todellisen, rakennukseen vaikuttavan efektiivisen paine-eron kanssa näillä ei välttämättä ole paljon tekemistä. Jos mittaus jatkuu vaikkapa 2 vuotta, tilastollisesti aletaan luultavasti lähestyä oikeaa keskiarvoa. Mutta jos mitataan esimerkiksi 2 viikkoa aktiivisessa käytössä olevaa rakennusta, on pitkälti tuurista kiinni, mittaatko efektiivistä paine-eroa vai poikkeustilanteita.

Toinen ääripää: jos haluat tieteellisen tarkasti tietää rakennuksen paine-eron, mittaus pitäisi tehdä vähintään 100 ms välein. Se tarkoittaa 315 miljoonaa mittausta vuodessa. Datamäärä on järkyttävä.

Miten tämä on ratkaistu?

Valmistajat ratkaisevat -- tai jättävät ratkaisematta -- tämän ongelman eri tavoin. Loopshore on ratkaissut sen niin, että laite mittaa paine-eroa tiheästi, suodattaa anomalioita ja raportoi käyttäjän valitseman ajanjakson (10 s -- 24 h) aikana rakennukseen vaikuttaneen arvioidun efektiivisen paine-eron. Sen lisäksi laite raportoi mitatut minimi- ja maksimipaine-erot, joista näkee onko paine-ero ollut stabiili vai onko siinä paljon heiluntaa.

Yhteenveto

Mittalaite pitää asentaa läpiviennin korkeudelle - Kumottu Mittalaitteen tai letkun vapaan pään korkeudella ei ole käytännössä merkitystä
Eri kerroksissa paine-ero on erilainen (terminen paine-ero) - Vahvistettu 2,3 Pa ero 3,0 m korkeuserolla -- täsmää teoreettisen 2,2 Pa kanssa
Letkun pystyvedot vaikuttavat mittaustuloksiin ja niitä tulee välttää - mahdollinen 10 m letkun pudotus yläkerrasta alakertaan ei muuttanut tulosta. Huomaa kuitenkin pystyvetoihin muut vaikuttavat tekijät
Letkun kiinnitys vaikuttaa mittaustuloksiin - Vahvistettu Heiluva letku aiheuttaa häiriöpiikkejä min/max-arvoissa jotka laite voi joko suodattaa tai sitten ei.

Käytännön suositukset

Seinäläpiviennin korkeus ratkaisee. Mittaustuloksen määrää käytännössä se, mille korkeudelle läpivienti ulkoseinälle on tehty -- ei mittalaitteen eikä letkun vapaan pään sijainti. Asenna läpivienti 1m korkeudella ja jos poikkeat siitä paljon niin ota se huomioon tuloksia tulkittaessa.
Huomioi terminen paine-ero. Erityisesti talvella paine nousee jyrkästi rakennuksessa ylöspäin siirryttäessä. Mittaa ohjeen mukaisesti 1 m korkeudelta, tai huomioi korkeus tulosten tulkinnassa.
Kiinnitä letkut kunnolla. Liikkuva mittausletku voi aiheuttaa häiriöpiikkejä, jotka voivat vääristää tuloksia.
Pidä referenssilinjat vakaassa lämpötilassa. Auringonpaiste tai lämpimät tilat letkun reitillä voivat pilata mittauksen.
Yksittäinen mittaus ei kerro koko totuutta. Paine-ero vaihtelee rakennuksessa jatkuvasti -- efektiivisen paine-eron selvittäminen vaatii tiheää ja pitkäkestoista mittausta.

Seuraavassa osassa tutkimme, miten tuuli vaikuttaa paine-eromittaukseen rakennuksen eri puolilla.

Kiinnostuitko?

Tutustu tuotteisiin

Paine-eron mittaaminen käytännössä - osa 2 -Laitteiden sijoittelun vaikutus mittaustuloksiin

Miksi testasimme tämän?

Testattavat väittämät