Paine-eron mittaaminen käytännössä - osa 3 -Miten tuuli vaikuttaa paine-eromittaukseen? -- Testataan käytännössä
Tämä on osa 3 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 -- Miten mittarin ja letkujen sijoittelu vaikuttaa tuloksiin?
Osa 3: Tuulen vaikutus (tämä artikkeli) -- Miten tuuli vaikuttaa paine-eromittaukseen?
Miksi testasimme tämän?
Ensimmäisessä osassa testasimme mittausvälineiden vaikutusta ja toisessa osassa laitteiden sijoittelun vaikutusta. Nyt siirrymme isoon yksittäiseen häiriötekijään johon ei juurikaan voi vaikuttaa: tuuleen.
Tuuli on paine-eromittauksen arvaamaton muuttuja. Jokainen mittaaja tietää, että tuulisena päivänä tulokset "hyppivät" -- mutta kuinka paljon, mihin suuntaan, ja miten se pitäisi huomioida? Asensimme mittarit rakennuksen neljälle eri seinälle ja annoimme tuulen tehdä tehtävänsä viikon ajan.
-
Tuuli aiheutti testissämme jopa 14 Pa:n eron mittaustuloksiin rakennuksen eri puolilla -- alle 10 m/s tuulella
Tyynessä säässä kaikki neljä mittaria näyttävät käytännössä samaa
Sama tuulen nopeus eri suunnasta voi tuottaa täysin erilaiset tulokset -- mikroilmasto ja mittauspisteiden sijainti ratkaisevat
Mittaa aina vähintään kahdesta pisteestä, jotta tuulen vaikutus on analysoitavissa
Paine-ero on todellinen riippumatta siitä, aiheuttaako sen tuuli vai ilmanvaihto -- mutta tulosten tulkinta vaatii tuulitiedon
Testiasetelma
-
Sama rakennus kuin aiemmissa osissa: 80 vuotta vanha kaksikerroksinen omakotitalo painovoimaisella ilmanvaihdolla.
Asensimme neljä Loop Delta -paine-eromittaria rakennuksen neljälle eri seinälle. Kaikki mittarit asennettiin 1. kerrokseen samalle 0,8 m korkeudelle, ja seinäläpiviennit toteutettiin kapillaariputkella ikkunan tiivisteen välistä reikiä poraamatta.
Tuulidata on peräisin Pirkkalan lentoasemalta, noin 30 km päästä mittauskohteesta. Ulkolämpötila vaihteli testijaksolla noin -5...+10 °C välillä.
Viikon yleiskuva
Tarkastellaan ensin yhden viikon kuvaajaa, jossa on kaikkien neljän ilmansuunnan paine-erot sekä tuulen nopeus ja suunta.
Viikon paine-eromittaukset neljältä seinältä. Ylhäällä paine-erot, alhaalla tuulen nopeus ja ja ylhäällä tuulen suunta.
Tästä kuvasta näkee jo monta mielenkiintoista asiaa.
Painovoimainen ilmanvaihto toimii
Paine-ero on jatkuvasti negatiivinen -- eli rakennus on alipaineinen ulkoilmaan nähden. Painovoimainen ilmanvaihto toimii näillä keleillä ihan hyvin.
Tuulella on merkittävä vaikutus
Kun on lähes tyyntä, kaikki neljä mittaria näyttävät suunnilleen samaa tulosta. Mutta kun tuulee, tilanne muuttuu dramaattisesti.
Tuulen puoleinen seinä näyttää suurempaa alipainetta. Tämä johtuu siitä, että talon sisällä paine pysyy suhteellisen vakaana, mutta ulkopuolella tuuli aiheuttaa ylipaineen tuulen puoleiselle seinälle. Mittauksen mukaan alipaine siis kasvaa.
Suojan puoleisella seinällä tilanne on päinvastainen -- tuuli aiheuttaa sinne alipaineen, jolloin paine-ero pienenee tai kääntyy jopa ylipaineiseksi.
Mielenkiintoinen havainto: tuulen aiheuttama ylipaine tuulen puolella vaikuttaa olevan aina pienempi kuin alipaine, jonka se aiheuttaa talon vastakkaiselle puolelle.
> Huomio:> Tuulen suunnasta ja voimasta ei kannata tehdä liian tarkkoja johtopäätöksiä, koska mittausasemalle on matkaa yli 30 km. Paikallinen tuuli voi poiketa merkittävästi.
--
Katsotaan kohdetta tarkemmin
Ennen kuin sukellumme yksityiskohtiin, katsotaan mittauskohdetta kartalta.
Mittauskohde ja mittareiden sijainti. Huomaa rakennuksen todellinen suuntaus ja ympäröivä maasto.
Kuvasta paljastuu muutama tärkeä seikka:
- "Etelä" ei ole etelä. Eteläseinäksi kutsumamme seinä osoittaa todellisuudessa pikemminkin etelä-kaakkoon. Rakennuksen suuntaus poikkeaa selvästi kardinaalisuunnista.
- Naapurirakennus on aivan vieressä ja vaikuttaa tuulen käyttäytymiseen.
- Metsää on lähes joka puolella, ja tien aiheuttama aukko luo eräänlaisen tuulitunnelin.
- Mittareiden sijainti seinällä voi vaikuttaa merkittävästi: nurkissa tuuli pyörteilee, kuisti aiheuttaa omia pyörteitään.
Kaiken kaikkiaan katsomme tuloksia itse asiassa hyvin monimutkaisesta ilmiöstä. Tuulen käyttäytymistä rakennuksen ympärillä on todella vaikea tietää ilman tarkkaa mittausta juuri kohteessa tai mikroilmastoanalyysiä.
Kaksi mielenkiintoista havaintoa
Poimitaan viikon datasta kaksi kohtaa, jotka kertovat paljon tuulen vaikutuksesta.
Viikkokuvaajasta on merkitty kaksi kohtaa tarkempaa tarkastelua varten.
Havainto 1: Tyyntä ja kylmää -- painovoimainen ilmanvaihto puhtaimmillaan
Ensimmäinen kohta on täysin tuuleton ja kylmä yö. Tuulen nopeus on alle 1 m/s ja ulkolämpötila tippuu yön aikana +7 °C:sta -5 °C:een.
Kuvaajasta näkee hyvin kaksi asiaa:
Tuulettomassa säässä kaikki mittarit raportoivat käytännössä saman paine-eron. Tämä vahvistaa, että erot joita muulloin näemme, johtuvat nimenomaan tuulesta -- eivät mittareista tai asennuksesta.
Ulkolämpötilan lasku nostaa rakennuksen alipaineen noin -2 Pa:sta -4 Pa:iin. Tämä on juuri se miten painovoimainen ilmanvaihto käyttäytyy: kylmemmällä ilmalla savupiippuvaikutus voimistuu ja alipaine kasvaa. Ja tämä on myös syy siihen, miksi kesällä tekee mieli avata ikkuna -- painovoimainen ilmanvaihto ei yksinkertaisesti toimi, kun sisä- ja ulkolämpötila ovat lähellä toisiaan.
Havainto 2: Sama tuulen nopeus, aivan eri tulos
Toinen havainto on kenties yllättävämpi. Viikkodata sisältää kaksi jaksoa, joissa tuulen nopeus on suunnilleen sama, mutta toisessa mitatut paine-erot ovat noin ±1 Pa sisällä toisistaan, kun toisessa hajonta on jopa ±6 Pa. Mistä tämä johtuu?
Katsotaan molempia jaksoja tarkemmin.
Etelätuulella paine-erot eri seinillä.
Pohjoistuulella paine-erot eri seinillä -- huomattavasti suurempi hajonta.
Kuvaajista näkee, että pohjoistuuli tulee itse asiassa hieman koillisesta. Kun ottaa huomioon, että talo ei ole tarkasti pohjois-etelä-suunnassa, ei ole mikään ihme, että länsiseinällä on suurempi vaikutus kuin eteläseinällä. "Etelätuuli" on itse asiassa koillistuuli ja melko tarkkaan yhdensuuntainen talon kanssa.
Mutta iso kysymys on: miksi sama tuulen nopeus eri suunnasta voi aiheuttaa näin erilaiset mittaustulokset?
Rehellinen vastaus on -- ei hajuakaan :)
Teoriamme on, että tähän on kaksi syytä:
Mikroilmasto. Metsä, naapurirakennus ja tien tuulitunneli suojaavat rakennusta tietyistä suunnista ja altistavat toisista. Etelätuuli voi suodattua metsän läpi, kun taas pohjoistuuli pääsee puhaltamaan vapaammin.
Mittauspisteiden sijainti seinällä. Nurkat, räystäät ja kuisti aiheuttavat paikallisia pyörteitä, jotka voivat vahvistaa tai vaimentaa tuulen vaikutusta mittauspisteessä.
Tutkimme molempia aiheita lisää tulevissa blogeissa jossa pyydämme apuun asiantuntijan.
Johtopäätökset
Mitä näistä tuloksista voi päätellä? Meidän mielestämme ainakin kolme asiaa.
1. Mittaa aina useammasta paikasta
Tulokset paljastavat, että alle 10 m/s tuuli aiheutti tähän rakennukseen jopa 14 Pa:n eron mittaustuloksiin eri puolilla rakennusta. Jos mittauksia kerää vähintään kahdesta pisteestä, on huomattavasti helpompi analysoida tuloksia ja erottaa tuulen vaikutus esimerkiksi ilmanvaihdon vaikutuksesta.
2. Analysoi dataa aina tuuliolosuhteiden kanssa
Kun katsoo samaan aikaan tuulen suuntaa ja nopeutta sekä mitattuja paine-eroja, on helppo päätellä mitkä muutokset aiheutuvat tuulesta ja mitkä jostain muusta. Ilman tuulitietoa paine-erodatasta voi tehdä täysin vääriä johtopäätöksiä.
3. Paine-ero on paine-ero -- vaikka voissa paistaisi
Pituushypyssä 9 metrin ylitys hylätään, jos keskituuli suorituksen aikana on yli 2 m/s. Pitäisikö tuulitulokset siis hylätä myös paine-eromittauksissa?
Vastaus on: kyllä ja ei. Riippuu siitä, mitä haluat tietää.
Jos haluat tietää rakennuksen todellisen paine-eron -- tuulitulos on ihan yhtä oikea kuin tyynen sään tuloskin. Jos seinällä on 20 Pa alipaine ulkoilmaan nähden, siinä on 20 Pa alipaine, oli se sitten tuulen aiheuttama tai jonkun muun. Ilma vuotaa rakennuksen sisälle paine-eron vaikutuksesta, ja sillä on vaikutus sekä rakenteisiin että sisäilmaan. Mittaus on täysin oikea, mutta pitää huomata että mittaus koskee kyseisen seinän tai mittapisteen olosuhteita - ei rakennusta kokonaisuutena.
Jos haluat tietää miten rakennuksen ilmanvaihto toimii -- tuulitulos voi olla harhaanjohtava. Voi olla, että ilmanvaihto toimii ihan hyvin ja luo vaikkapa -5 Pa paine-eron rakennuksen sisälle keskimäärin. Mutta jos satuit mittaamaan tuulipiikin aikana -25 Pa ja säädät ilmastoinnin sen mukaan -- metsään menee.
Tämä oli blogisarjan "Paine-eron mittaaminen käytännössä" kolmas ja viimeinen osa. Tulevissa blogeissa pureudumme tarkemmin mikroilmaston ja mittauspisteiden sijainnin vaikutuksiin.