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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung des Raumvolumens eines Ge- bäudes bzw. eines Raumes eines Gebäudes.
Die Bestimmung kleiner Rauminhalte, insbesondere Kompressionsvolumina von Verbren- nungsmotoren, erfolgt in Form einer experimentellen Verfahrensdurchführung, wie in der DE4011422 beschrieben, wobei durch einen zugeführten Gasstrom ein hoher Überdruck in dem Raum erzeugt wird und durch Messung der resultierenden Temperaturen und Drücke das Raum- volumen ermittelt wird.
Die Bestimmung von grosser Raumvolumina, insbesondere von Gebäuden, erfolgt bislang rech- nerisch, wobei man sich in der Regel mit einer überschlagsmässigen Erfassung begnügt. In diesem Fall ist die Anwendung des in DE4011422 beschriebenen Verfahrens nicht anwendbar, da die auftretenden Drücke in Folge ihrer Grösse eine Beschädigung des Objektes zur Folge hätten, sowie es nur erschwert möglich wäre in diesen grossvolumigen Objekten überhaupt einen derartig hohen Druck zu erreichen.
Eine weitere Möglichkeit zur Bestimmung des Volumens eines Hohlraums werden in der DE3919983 und der DE4008288 beschrieben, wobei die durch eine Messeinrichtung nach- bzw. ausströmende Luft in bzw. aus einem Hohlraum, der auf einen bestimmten Unter- bzw. Überdruck gebracht wurde, gemessen wird. Jedoch werden bei diesem Verfahren die Leckagevolumenströme durch auftretende Leckagestellen in der Gebäudehülle/Hohlraum nicht bzw. nur teilweise in die Messung miteinbezogen. So wird ein konstanter Leckagevolumenstrom über den gesamten Mess- verlauf, bei den verschiedenen auftretenden Drücken angenommen.
Genaue Bestimmungen von Gebäudevolumina werden jedoch z. B. benötigt, um Gebäude- kennzahlen zu erhalten, etwa die Luftwechselzahl, bei welcher der Leckvolumenstrom bei einer gewissen Druckdifferenz auf das Gebäudevolumen bezogen wird. Die separate Berechnung des Raumvolumens, die noch dazu mit relativ hohem Fehler behaftet ist, und die experimentelle Be- stimmung des Leckvolumenstroms sind eine verhältnismässig aufwendige Methode zur Ermittlung von Gebäudekennzahlen. Derartige Methoden sind beispielsweise in der US4517826A, US4510791A, US5214957A und der EP1156315A2 vorbeschrieben, wobei gelegentlich bei der Ermittlung der Luftdichtigkeit eines Gebäudes dessen Luftvolumen sogar vernachlässigt wird.
Ziel der Erfindung ist daher ein einfaches experimentelles, hinreichend genaues Verfahren zur Volumenbestimmung von luftdichten oder leckbehafteten Gebäuden bzw. Räumen von Gebäuden, das zu beliebigen Zwecken, also nicht nur zur Ermittlung von Gebäudekennzahlen, eingesetzt werden kann.
Dieses Ziel wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass Luft in den Raum des Gebäudes ein- geblasen wird und der Luftdruckverlauf zu Beginn des Einblasens, während des Einblasens und am Ende des Einblasens gemessen wird, wobei die Momentanwerte des Luftvolumenstroms zeitlich erfasst sowie aufsummiert werden.
Der Erfindung liegen nachstehende physikalische Überlegungen zugrunde:
Für Luft kann annähernd das ideale Gasgesetz p. V = m.R. T angesetzt werden, in welchem bedeuten : p........................Luftdruck [N/m2 = Pa]
V.......................(Raum) Luftvolumen [m3] m.......................Luftmasse [kg]
R........................ideale Gaskonstante [J/kg.K]
T........................Lufttemperatur [K]
Unter der Voraussetzung gleichbleibender Temperatur und unverändertem Raumvolumen gilt für eine zeitliche Änderung von Druck und Masse p.V = m.R.T
Nach Trennung der Differentiale erhält man dp.V = m.dt.R.T
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und durch Integration pt
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pO 0
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0 wobei pO der Druck zur Zeit t=0 und pt der Druck zur Zeit t ist.
Für das Raumvolumens V folgt daher mit pt-pO = Ap
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¯p
Da sich der Massenstrom m [kg/s] nur mit grossem Aufwand messen lässt, kann er mit guter Näherung im Wege des Volumenstroms V [m3/s] ermittelt werden, wobei wieder von der idealen Gasgleichung auszugehen ist: p. V=m.R.T
Unter der Voraussetzung gleichbleibender Temperatur und nur geringfügiger, also vernachläs- sigbarer Druckänderung folgt für den Zusammenhang zwischen Massen- und Volumenstrom der Luft p.V = m.R.T
Für p kann dabei der Anfangsdruck po gesetzt werden, sodass sich
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ergibt.
Für das zu ermittelnde Raumvolumen gilt daher schliesslich die Beziehung
V=Po/¯P V. dt, die - in Verfahrensschritte übertragen - bedeutet, dass bloss die Luftdrücke am Anfang und Ende des Einblasens gemessen und die Momentanwerte des Luftvolumenstroms zeitlich erfasst sowie aufsummiert werden müssen, um das Raumvolumen zu erhalten. Apparativ lässt sich das Verfah- ren mit bekannten Geräten (z. B. gemäss der EP 1 156 315 A2) ausführen, wobei die Messdatener- fassung wegen der erforderlichen raschen Aufeinanderfolge zweckmässig elektronisch und die Integration der Luftvolumenströme während der vorgegebenen Zeitdauer rechnergestützt erfolgen kann. Bei Verwendung einer entsprechenden programmierten Messkarte kann das Volumen so- dann direkt digital angezeigt werden. Anstelle der Vorgabe der Zeitdauer kann auch die gewünsch- te Druckdifferenz (z.
B. 50Pa oder 100Pa) festgelegt werden ; diesfalls dauert die Messung solange, bis der vorbestimmte Druck Endruck pt erreicht wird. Da der Anfangsdruck pO üblicherweise der äussere Luftdruck - gemessen ausserhalb des Raumes bzw. des Gebäudes - ist und die gewählte Druckdifferenz daher in der Regel nur etwa 0,005 bis 0,1% davon beträgt, ist die oben vorgenom- mene Näherung bei der Ermittlung des Massenstroms maus Volumenstrom V vertretbar.
Bisher wurde davon ausgegangen, dass die gesamte dem Raum zugeführte Luft, also die zeit- liche Integration des gesamten zugeführten Luftvolumenstroms V zur Gänze im volumen V des Raumes verbleibt, dh der Raum luftdicht ist. Wenn der Raum jedoch leckbehaftet ist, muss berück- sichtigt werden, dass ein Teil des von einem Gebläse geliefertem Luftvolumenstroms VVENT durch Leckage VLECK verloren geht, der dem Raum zugeführte Luftvolumenstrom V sich daher aus
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ergibt. Für die Ermittlung des Raumvolumens gilt dann
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Zur Ermittlung des Volumens eines leckbehafteten Raumes sind daher im Einklang mit der Er- findung die Momentanwerte des Leckvolumenstroms zeitlich zu erfassen, aufzusummieren und von der Aufsummierung des eingeblasenen Luftvolumenstroms in Abzug zu bringen.
Apparativ lässt sich dies mit derselben Anordnung wie zuvor beschrieben durchführen ; sind lediglich zwei aufeinanderfolgende Erfassungen vorzunehmen, nämlich einerseits jene des Leckvolumenstroms und andererseits jene des eingeblasenen Volumenstroms, wobei die Ermittlung des Leckvolumen- stroms ähnlich wie in der DE4011422 beschrieben in Schritten erfolgt, jedoch dass durch Einstel- lung stationärer Strömungszustände bei konstantem Druck der jeweilige Leckagenstrom ermittelt wird. Ein und dasselbe Gerät kann daher z.B. sowohl zur Luftdichtheitsmessungen von Gebäuden, als auch zu Volumsbestimmungen von Gebäuden bzw. jeglichen Räumen, aber auch direkt zur Ermittlung von Gebäudekennwerten (z.B. Luftwechselzahl) dienen, worin der grosse Vorteil und technische Fortschritt des erfindungsgemässen Verfahrens liegt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Bestimmung des Raumvolumens eines Gebäudes bzw. eines Raumes eines
Gebäudes, wobei Luft in den Raum des Gebäudes eingeblasen wird und der Luftdruck zu
Beginn des Einblasens, während des Einblasens und am Ende des Einblasens gemessen wird, wobei die Momentanwerte des Luftvolumenstroms zeitlich erfasst sowie aufsummiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des Raumvolumens nach der Gleichung V =Po V.dt erfolgt, wobei ¯p 0
V das Raumvolumen, po der Druck zur Zeit t=0, pt der Druck zur Zeit t,
Ap = pt-po und
V der Volumenstrom sind.
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The invention relates to a method for determining the volume of a building or a room of a building.
The determination of small room contents, in particular compression volumes of internal combustion engines, takes place in the form of an experimental procedure as described in DE4011422, a high overpressure being generated in the room by a supplied gas flow and by measuring the resulting temperatures and pressures the room volume is determined.
Up to now, the determination of large room volumes, in particular of buildings, has been carried out arithmetically, whereby one is generally satisfied with an approximation. In this case, the application of the method described in DE4011422 cannot be used, since the pressures occurring would result in damage to the object due to their size, and it would be difficult to achieve such a high pressure in these large-volume objects.
A further possibility for determining the volume of a cavity is described in DE3919983 and DE4008288, wherein the air flowing in or out through a measuring device is measured in or out of a cavity which has been brought to a certain negative or positive pressure , However, with this method, the leakage volume flows caused by leakage points in the building envelope / cavity are not or only partially included in the measurement. A constant leakage volume flow is assumed over the entire measuring process at the different pressures that occur.
Exact determinations of building volumes are however z. For example, it is necessary to obtain key figures for the building, such as the air exchange rate at which the leakage volume flow is related to the building volume at a certain pressure difference. The separate calculation of the room volume, which is also associated with a relatively high error, and the experimental determination of the leakage volume flow are a relatively complex method for determining building key figures. Methods of this type are described, for example, in US4517826A, US4510791A, US5214957A and EP1156315A2, with the air volume of the building sometimes even being neglected when determining the airtightness.
The aim of the invention is therefore a simple experimental, sufficiently precise method for determining the volume of airtight or leaky buildings or rooms of buildings, which can be used for any purpose, that is, not only for determining key figures in buildings.
This goal is achieved according to the invention in that air is blown into the room of the building and the air pressure curve is measured at the beginning of the blowing in, during the blowing in and at the end of the blowing in, the instantaneous values of the air volume flow being recorded over time and added up.
The invention is based on the following physical considerations:
For air, approximately the ideal gas law p. V = m.R. T are used, in which mean: p ........................ Air pressure [N / m2 = Pa]
V ....................... (room) air volume [m3] m .................. ..... air mass [kg]
R ........................ ideal gas constant [J / kg.K]
T ........................ air temperature [K]
Provided that the temperature and the volume of the room remain the same, p.V = m.R.T applies to a change in pressure and mass over time
After separating the differentials, dp.V = m.dt.R.T is obtained
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and through integration pt
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pO 0
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0 where pO is the pressure at time t = 0 and pt is the pressure at time t.
For space volume V it follows with pt-pO = Ap
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¯p
Since the mass flow m [kg / s] can only be measured with great effort, it can be determined with a good approximation using the volume flow V [m3 / s], again using the ideal gas equation: p. V = m.R.T
Assuming a constant temperature and only a slight, ie negligible, change in pressure, the relationship between mass and volume flow of air is p.V = m.R.T.
The initial pressure po can be set for p so that
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results.
The relationship therefore ultimately applies to the volume of space to be determined
V = Po / ¯P V. dt, which - transferred in process steps - means that only the air pressures at the beginning and end of the blowing in have to be measured and the instantaneous values of the air volume flow have to be recorded over time and summed up in order to obtain the room volume. The process can be carried out apparatus-wise using known devices (for example in accordance with EP 1 156 315 A2), in which case the measurement data acquisition can expediently take place electronically because of the required rapid succession and the integration of the air volume flows can be computer-aided for the specified period of time. If a corresponding programmed measuring card is used, the volume can then be displayed directly digitally. Instead of specifying the time period, the desired pressure difference (e.g.
B. 50Pa or 100Pa); in this case the measurement lasts until the predetermined pressure end pressure pt is reached. Since the initial pressure pO is usually the outside air pressure - measured outside the room or building - and the selected pressure difference is therefore usually only about 0.005 to 0.1% of it, the approximation made above is used to determine the mass flow mouse volume flow V acceptable.
So far, it has been assumed that all of the air supplied to the room, ie the temporal integration of the total air volume flow V supplied, remains entirely in the volume V of the room, ie the room is airtight. If, however, the room is leaky, it must be taken into account that part of the air volume flow VVENT supplied by a blower is lost due to leakage VLECK, the air volume flow V supplied to the room therefore increases
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results. The following then applies to the determination of the room volume
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To determine the volume of a leaked room, the instantaneous values of the leakage volume flow must therefore be recorded in time, added up and deducted from the addition of the blown air volume flow.
In terms of apparatus, this can be done with the same arrangement as described above; only two consecutive recordings are to be made, namely on the one hand that of the leakage volume flow and on the other hand that of the injected volume flow, the determination of the leakage volume flow taking place in steps similar to that described in DE4011422, but that the respective leakage flow is set by setting steady-state flow conditions at constant pressure is determined. One and the same device can therefore e.g. Serve both for airtightness measurements of buildings, as well as for volume determinations of buildings or any rooms, but also directly for determining building parameters (e.g. air exchange rate), which is the great advantage and technical progress of the method according to the invention.
PATENT CLAIMS:
1. Method for determining the volume of a building or a room
Building, where air is blown into the room of the building and the air pressure increases
The beginning of the blowing in, during the blowing in and at the end of the blowing in is measured, the instantaneous values of the air volume flow being recorded over time and added up, characterized in that the volume of the room is determined according to the equation V = Po V.dt, where ¯p 0
V the volume of the room, po the pressure at time t = 0, pt the pressure at time t,
Ap = pt-po and
V are the volume flow.