Paine-eron mittaaminen käytännössä - osa 1 -Letkujen vaikutus jatkuvassa paine-eromittauksessa
> Tämä on osa 1 blogisarjasta "Paine-eron mittaaminen käytännössä"> , jossa tutkimme konkreettisilla testeillä, mitkä kaikki asiat vaikuttavat paine-eromittauksen tuloksiin -- ja mitkä eivät.
> Osa 1: Välineiden vaikutus> (tämä artikkeli) -- Miten letkun materiaali, pituus ja tyyppi vaikuttavat mittaustuloksiin?
> Osa 2: Sijoittelun vaikutus> (tulossa )-- Miten mittarin sijoitus/asennuskorkeus vaikuttaa tuloksiin (terminen paine-ero)?
> Osa 3: Tuulen vaikutus> -- Miten tuulen suunta ja voimakkuus vaikuttavat rakennuksen paine-eroon?
Miksi testasimme tämän?
Paine-eromittaus on yksi rakennusten sisäilmatutkimuksen perustyökaluista -- mutta sen mittaaminen vaatii aina jonkinlaista askartelua, reikien poraamista, letkujen liittämistä yms. Eli monta valintaa mitä pitää tehdä ja yhtä monta mahdollisuutta tyriä homma. Tässä blogissa halusimme testata itse miten paljon itse mittausvälineet vaikuttavat tuloksiin. On olemassa monenlaisia nyrkkisääntöjä ja "yleisesti tiedossa olevia" käytäntöjä, millainen letku pitää olla tai ei saa olla, miten pitkä se saa olla ja voiko mittaamiseen käyttää kapillaariputkea letkun ja reikien poraamisen sijaan.
Päätimme lopettaa arvailun ja testata itse.
-
Paine-eromittarit voi pääsääntöisesti jakaa kahteen kategoriaan.
Hetkelliseen mittaukseen soveltuvat “kalvomittarit”
Jatkuvaan mittaukseen sopivat “virtausmittarit“
Tässä puhumme ja testaamme jatkuvaan mittaukseen sopivista mittareista ja niiden välineistä. Valmistajia on useita, mutta kaikki mittarit toimivat pääsääntöisesti samoilla periaatteilla ja näiden testien tuloksia voinee soveltaa suurimpaan osaan mittareista
A-Insinöörien ympäristöministeriölle tekemä Rakennusten paine-erojen mittausohje (2019) on erinomainen ja kattava opas paine-eromittausten suorittamiseen. Suosittelemme sitä kaikille jotka tekevät tai tilaavat paine-eromittauksia. Tässä blogissa testaamme käytännössä muutamia ohjeessa ja muualla alalla esitettyjä väittämiä. Joo, olemme itse esittäneet osan näistä väittämistä. :)
-
* 3 metrin letkuilla pituus vaikuttaa jo mittaustulokseen, mutta ei merkittävästi. Materiaali (PVC/silikoni) ei vaikuta mittaustuloksiin.
* 10 metrin PVC-letku vaimentaa tuloksia merkittävästi -- noin 20 %
* Kapillaariputki ilman kompensointialgoritmia ei toimi jatkuvassa virtaukseen perustuvassa mittauksessa lainkaan
* Loopshoren kapillaariputken kompensointialgoritmi korjaa virheen, mutta se ei ole silti täydellinen
* Pehmeä silikoniletku ei reagoi ulkoiseen painevaihteluun.
Testattavat väittämät
Ennen kuin tartumme teippirullaan ja letkukelaan, listataan mitä oikeastaan testaamme:
- "Letkut tulee pitää mahdollisimman lyhyinä" -- mutta mikä on lyhyt? - Loopshore käyttöohje
- Kapillaariputkea ei voi käyttää jatkuvassa, virtaukseen perustuvassa mittauksessa - Loopshore asennusohje
- Kapillaariputken kompensointialgoritmi korjaa kapillaariputken aiheuttaman virheen - Loopshore asennusohje
- "Pitkissä mittauslinjoissa ei pidä käyttää pehmeäseinämäistä letkua, koska muiden tilojen paineenvaihtelu voi vaikuttaa mittaustulokseen" - A-Insinöörit mittausohje, s. 30
Testiasetelma
-
Testilaboratoriona toimi 80 vuotta vanha kaksikerroksinen omakotitalo, joka on varustettu painovoimaisella ilmanvaihdolla. Talon suihkuhuoneen ja keittiön liesituulettimen poistoilma on yhdistetty samaan hormiin, jonka päässä on huippuimuri. Testipäivänä ulkolämpötila oli noin +6 °C ja tuuli puhalsi kohtalaisesti puuskittain, mikä voi näkyä mittaustuloksissa heiluntana.
Välineet
Testissä käytettiin kuutta Loop Delta -paine-eromittaria, joihin kytkettiin erilaiset mittausletkut:
- 9130 Kupariputki (kapillaari) ~40 cm + ~60cm PVC Kompensointialgoritmi päällä
- 9395 Kupariputki (kapillaari) ~40 cm + ~60cm PVC Ei kompensointia
- 8520 PVC-letku 1 m
- 8785 PVC-letku 3 m
- 9213 PVC-letku 10 m
- 8538 Silikoniletku 3 m
Kaikki laitteet asetettiin Normal-mittaustilaan ja raportointiväli lyhennettiin yhteen minuuttiin. Yhdelle laitteelle (9130) kytkettiin kapillaariputken kompensointialgoritmi päälle.
Kuusi Loop Deltaa, letkut merkitty ja valmiina kytkettäväksi. Etualalla kupariputket, oikealla PVC-letkukerät.
Painekammio suihkuhuoneesta
Testissä tarvitsimme tilan, jonka paine-eroa voimme hallitusti säätää. Valinta osui kodin suihkuhuoneeseen, jonka poistoilma on kytketty huippuimuriin savupiipun kautta. Alipaineistus tapahtui yksinkertaisesti:
- Teippasimme suurimman osan tuloilma-aukoista umpeen
- Säädimme alipainetta huippuimurin tehoasetuksilla
Laitteet asetettiin suihkuhuoneen ulkopuolelle kodinhoitohuoneeseen ja ainoastaan mittausletkujen päät vietiin oven ali suihkuhuoneeseen.
Laitteet kodinhoitohuoneessa, letkut kulkevat oven ali suihkuhuoneeseen
Letkujen päät nipussa suihkuhuoneen lattialla. Munankenno suojaa letkujen päitä suoralta lattian kosketukselta.
Kytkentä: miksi plus-porttiin?
Normaalissa paine-eromittauksessa laite on sisätilassa ja letku viedään ulkoilmaan laitteen miinus-portin (-) kautta. Tällöin sisätilan alipaine näkyy negatiivisena lukemana.
Tässä testissä tilanne on kuitenkin päinvastainen: laitteet ovat suihkuhuoneen ulkopuolella ja letkut menevät alipaineiseen suihkuhuoneeseen. Siksi kytkimme letkut plus-porttiin (+), jolloin suihkuhuoneen alipaine näkyy edelleen negatiivisena lukemana palvelussa.
Letku kytketty plus-porttiin. Miinus-portti mittaa kodinhoitohuoneen painetta
Testi 1: Nollatasot -- laitteiden välinen hajonta
Ennen kuin mittaamme yhtään mitään, tarkistetaan lähtötaso. Kaikki kuusi laitetta asetettiin mittaamaan vapaaseen tilaan ilman letkuja edellisenä yönä. Tällöin molempiin portteihin kohdistuu sama paine ja tuloksen pitäisi olla tasan 0,00 Pa.
Laitteiden nollatasot asettuvat välille -0,03...+0,005 Pa. Loop Deltan ilmoitettu nollapisteen tarkkuus on ±0,08 Pa, joten kaikki laitteet ovat reilusti rajojen sisällä.
Kuuden laitteen nollatasot vapaassa tilassa. Hajonta on -0,03...+0,005 Pa
Testi 2: Suihkuhuone -- pienet paine-erot
Vaihe 1: Imuri pois päältä ja pienillä tehoilla
Letkut kytkettynä, imuri pois. Mitä näemme?
Paine-ero mittauksen alussa. Vasemmalla imuri on pois päältä, oikealla tehoa nostetaan asteittain
Jo ennen imurin käynnistämistä suihkuhuoneessa on pieni alipaine. Tämä on aivan normaalia: poistoilmakanava toimii savupiippuna ja ulko- ja sisäilman lämpötilaero aikaansaa luonnollista vetoa -- savupiippuvaikutusta.
Heti kun letkut ovat kiinni, nähdään ensimmäinen mielenkiintoinen havainto: molemmat kapillaariputkimittaukset (kompensoitu ja kompensoimaton) eroavat hieman muista jo lähtötilanteessa. Ero on kuitenkin alle 0,1 Pa, eli se on laitteen ilmoitetun tarkkuuden rajoissa. Graafin skaala saa eron näyttämään dramaattisemmalta kuin se on. Myös 10M PVC putki eroaa kolmesta letkusta jotka ovat samassa nipussa
Vaihe 2: Tehoa nostetaan -- erot alkavat näkyä
Kun huippuimurin tehoa nostetaan portaittain, laitteet alkavat kertoa erilaisia tarinoita:
Paine-ero eri imurin tehoilla. Erot laitteiden välillä kasvavat paine-eron kasvaessa.
Imurin ollessa täysillä suihkuhuoneeseen syntyy alipainetta vain noin -0,5 Pa. Tämä kertoo siitä, miten paljon korvausilmaa suihkuhuone saa oven alta ja muista raoista -- imuri ei pysty luomaan merkittävää alipainetta, koska ilmaa pääsee sisään nopeammin kuin sitä ehditään poistaa.
Aika ottaa järeämmät keinot käyttöön.
Vaihe 3: Oven teippaus ja lisätiivistykset
Seuraavaksi teippasimme kiinni:
- Keittiön liesituulettimen huuvan, jonka sulkupelti ei mene kokonaan kiinni (ja samalla tuli pestyä rasvankeräysritilä -- testaaminen on myös kotitöitä)
- Suihkuhuoneen oven kokonaan umpeen
Nyt paine-ero alkoi oikeasti näkyä:
Koko testin aikasarja. Oikealla näkyy oven teippauksen jälkeiset mittaukset, joissa paine-ero kasvaa noin -3,5 Pa:iin
Teippauksen jälkeen maksimialipaine oli noin -3,5 Pa -- jo lähempänä koneellisella ilmanpoistolla aiheutuvia paine-eroja. Tällä paine-erotasolla erot välineiden välillä tulevat selvästi esiin:
Selkeät havainnot:
- Kompensoimaton kapillaariputki (9395): Jämähtää lähelle nollaa. Mittaus ei yksinkertaisesti toimi. Kapillaariputken 0,8 mm sisähalkaisija vastustaa ilmanvirtausta niin paljon, ettei paine ehdi tasoittua mittaushetkien välillä.
- Kompensoitu kapillaariputki (9130): Mittaa todella pienillä paineilla suurempia arvoja kuin muut. -3.5Pa paineella käytännössä näyttää samaa kuin 3M letkuversiot
- 10 m PVC-letku (9213): Jää selvästi muista jälkeen. Näyttää noin -2,5 Pa kun muut näyttävät -3,5 Pa.
- 1 m PVC vs 3 m PVC ja 3 m silikoni: 3M letkut näyttävät noin 0.2-0.5Pa vähemmän kuin 1M versio jota pidämme tässä oikeana tuloksena
Testi 3: IV-kanava -- isot paine-erot
Pienillä paine-eroilla erot ovat pieniä. Entä kun paine-ero on kymmeniä pascaleja?
Siirsimme laitteet eri paikkaan ja veimme letkujen päät suoraan poistoilmakanavaan. Nyt mitataan suoraan imurin aiheuttamaa alipainetta kanavassa. Tällä pitäis saada jo sellaisia alipaineita aikaiseksi mitä ei käytännössä rakennuksissa ole.
Laitteet pinottuna keittiön tasolle, letkut nousevat liesiteuulettiman kautta IV-kanavaan.
Kuusi letkua teipattu IV-kanavan sisään. Ahdasta, mutta mahtuu.
Paine-erot IV-kanavassa eri imurin tehoilla. Paine-ero vaihtelee noin -20...-90 Pa.
Tulokset vahvistavat samat havainnot kuin pienemmillä paineilla, mutta entistä selkeämmin:
- Kupari ei kompensointia ~20 Pa Ei toimi
- 10 m PVC ~65 Pa 20 % virhe
- Kupari kompensoitu ~85 Pa ~5 % (ylikorjaus)
- 3M letkut näyttävät joitain Pa vähemmän kuin 1M letku
Testi 4: Vaikuttaako ulkoinen paine silikoniletkuun?
A-Insinöörien mittausohjeessa (s. 30) todetaan:
> "Pitkissä mittauslinjoissa ei pidä käyttää pehmeäseinämäistä letkua, esimerkiksi silikoniletkua, koska muiden tilojen paineenvaihtelu voi tällöin vaikuttaa mittaustulokseen."
Tämä väite epäilytti. Teoriamme oli, että paineenvaihtelu voisi ehkä muuttaa letkun halkaisijaa joitakin promilleja, mutta se tuskin riittää vaikuttamaan mittaukseen. Päätimme testata.
Testijärjestely
Nyt kun IV-kanava oli kätevästi auki, hyödynsimme tilaisuuden:
- Otimme 3 m silikoniletkun ja kiersimme siitä noin 2 m kerän
- Työnsimme letkukerän IV-kanavan sisään -- letku kylpee siis kanavassa kulkevassa ilmavirrassa
- Letkun molemmat päät tulevat ulos kanavasta, toinen kiinni laitteessa ja toinen vapaassa ilmassa sen vieressä
- Koska molemmat päät ovat samassa paineessa (kanavan ulkopuolella), paine-eron pitäisi olla tasan 0 Pa
- Jos ulkoinen paine vaikuttaa letkuun, se näkyisi poikkeamana nollasta
3 m silikoniletkua kierretty kerälle ja työnnetty IV-kanavan sisään. Toinen pää tulee takaisin ulos. Kuvassa näkyvä pää on siis kanavaa mittaavan laitteet PVC letkun pää
Toinen laite mittasi samanaikaisesti itse kanavan paine-eroa, jotta voimme olla varmoja että silikoniletku todella altistui vaihtelevalle paineelle.
Testasimme kahdella tavalla:
- Staattinen paine: Imurin teho eri asetuksilla, odotetaan tasaantumista
- Dynaaminen paine: Imuri vuorotellen täysillä ja pois noin 15 sekunnin välein -- paine kanavassa vaihtelee arviolta 0--80 Pa
Koska Loop Delta mittaa minuutin raportointijakson aikana useita kertoja ja raportoi myös minimi- ja maksimiarvon, hetkellisten painevaihteluiden pitäisi näkyä min/max-arvoissa, vaikka keskiarvo suodattuisi ja koittaa kertoa minutin aikana kanavassa olleen efektiivisen paine-eron.
Tulokset
Ylempi kuvaaja: Kanavan todellinen paine-ero(vaihtelu+keskipaine) (0...~-80 Pa). Alempi kuvaaja: Silikoniletkun mittaama paine-ero (pitäisi muuttua jos väittämä pitää paikkaansa). Huomaa y-akselien erilaiset skaalat.
Mikään ei ole niin hienoa kuin tajuta olevansa väärässä -- mutta tällä kertaa emme ehkä olleet.
Graafista näkee varsin selvästi: vaikka letkun ulkopuolella paine vaihtelee 0--80 Pa sekä staattisesti että dynaamisesti, se ei näy silikoniletkun mittaustuloksissa mitenkään merkityksellisesti. Min/max-piikeissä on ehkä hienoista vaihtelua, mutta amplitudi on luokkaa 0,05 Pa -- täysin merkityksetön.
Miksi mittausohje silti varoittaa?
Mittausohje on kirjoitettu vuonna 2019, eikä se ole välttämättä väärässä yleisessä tapauksessa. Mahdollisia syitä varoitukseen:
- Hyvin ohutseinäinen tai huonolaatuinen silikoniletku saattaa käyttäytyä eri tavalla
- Erittäin pitkillä (kymmeniä metrejä) linjoilla vaikutus voisi kumuloitua
- Varoitus voi olla myös käytännöllistä alkuperää: silikoniletku kerää pölyä staattisella sähköllä ja menee todella helpost lyttyyn. Se on huono valinta joka tapauksessa.
Meidän testissämme -- normaalilla 4/7 mm silikoniletkulla ja 2/3 metrin matkalla -- väite ei saanut vahvistusta.
Yhteenveto
1. "Letkut tulee pitää mahdollisimman lyhyinä" > vahvistettu
Testien perusteella voisi sanoa että lyhyt tarkoittaa 2 metriä. 3 metriäkin vielä menee, mutta mittausvirhettä tulee jo joitakin prosentteja. 10m letkulla pitää varautua jo luokkaa 20% virheeseen.
2. Kapillaariputkea ei voi käyttää jatkuvassa, virtaukseen perustuvassa mittauksessa > mahdollinen
Ei voi käyttää ilman erityistä kompensointia. Varmista että tällainen on saatavilla mittarin valmistajalta.
3. Kapillaariputken kompensointialgoritmi korjaa kapillaariputken aiheuttaman virheen > vahvistettu
Putken aiheuttaman virheen voi korjata ja vaikka tämä voi aiheuttaa joidenkin prosenttien mittavirheen niin se saattaa silti olla joskus järkevää. (esim. suojeltu rakennus johon reikiä ei oikeastaan saisi tehdä)
4. Pitkissä mittauslinjoissa ei pidä käyttää pehmeäseinämäistä letkua, koska muiden tilojen paineenvaihtelu voi vaikuttaa mittaustulokseen > kumottu
Mittausputkeen ulkopuolelta kohdistuva paine ei aiheuta mittavirhettä
Käytännön suositukset
- Käytä lyhyttä letkua. alle 2 metrin PVC- tai silikoniletku antaa luotettavan tuloksen. 3M virhe ei ole vielä merkittävä. Pidemmän letkun pitää olla joko paksumpi tai tulosta pitää laskennallisesti muuttaa
- Jos käytät kapillaariputkea, kompensointi on pakollinen. Ilman sitä mittaus ei toimi.
- Älä stressaa letkun materiaalista. PVC ja silikoni antavat käytännössä saman tuloksen -- valitse se, joka on asennustilanteeseen kätevin.
-
Kupariputken yhdyskappale (kapillaariputken ja letkun liitos) menee todella helposti mutkalle ja lyttyyn, joten sen asennuksen kanssa saa olla tarkkana. Yksi huolimaton mutka ja mittaus ei toimi.
PVC-letku on ehkä jopa helpompi käsitellä kuin huomattavasti vetelämpi silikoniletku. Tosin PVC-letkun liittimeen painaminen ja erityisesti irroitus vaatii selvästi enemmän voimaa.
Silikoniletkulla on kaksi käytännön heikkoutta:
Se kerää kaiken mahdollisen pölyn ja irtokarvat staattisen sähkön avulla
Se menee helposti lyttyyn painon alla tai tiukoissa mutkissa ja pahimmillaan “liimaantuu” tukkoon
Seuraavassa osassa tutkimme, miten mittauspaikan korkeus vaikuttaa tuloksiin -- eli kuinka suuri on terminen paine-ero käytännössä ja pitääkö sitä kompensoida.