JP2013527787A - 除煙設備構築のための漏洩面積測定方法及びシステム - Google Patents
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Abstract
本発明は、テスト区域の漏洩面積測定のためのシステムであって、テスト区域内に位置し、コンプレッサーによって圧縮された空気を格納するチャンバー、チャンバー内の圧縮空気が瞬間的に排出される場合、テスト区域の圧力変化を測定する1つ以上の圧力センサ、及び1つ以上の圧力センサによって検出されたテスト区域の圧力変化値を用いてテスト区域内の有効漏洩面積を測定する計測手段を含むことを特徴とする。本発明によると、低費用で正確に漏洩面積を測定できる長所がある。
【選択図】なし
Description
一般的に直通階段を有していない共同住宅の高層住居建物は、屋内の出入口前に特別避難階段と特別避難階段の附属室で構成された除煙区域を有する。
除煙設備は、火災が発生した時に除煙区域の空気圧が火災が発生した屋内の空気圧より高い圧力を維持して、煙が避難階段に流入しないようにする。このように除煙設備は、煙が建物全体に広がるのを防止し、待避する人が煙で窒息しないようにして、火災の時に迅速に待避できるように避難階段を確保する。
消防法では、火災が発生した時に除煙区域に外部の空気を流入させ、除煙区域の空気圧が屋内の空気圧より50パスカル(または5.1mm水柱)の高い空気差圧を維持しなければならないと規定している。
上記の除煙設備において目的とする差圧を維持するためには、除煙区域の漏洩面積を正確に測定しなければならない。
除煙区域の漏洩面積を測定するために、従来はブロワードアテスト(blower door test)が主に用いられた。
図1に示した通り、ブロワードアテストのために、テスト区域(test room、100)に空気を注入する測定装備(102)を設ける。この時、測定装備(102)は、テスト区域のドアに気密性が維持された状態で設けられる。
ここで、測定装備(102)は、スピードコントローラ(112)に連結されるブロワーファン(110)を含み、ブロワーファン(110)の回転によって発生した空気は、メッシュ(mesh、114)、ベンチュリ管(venturi、116)及びピトー管(Pitot−tube、118)を経てテスト区域(100)に注入される。
ピトー管(118)にはマイクロマノメーター(Micro manometer、120)が連結され、テスト区域(100)内には内部圧力を測定するための圧力センサ(122)が設けられる。ブロワードアテストは、内部に注入された空気による圧力変化を計算して漏洩面積を測定する。
また、システムがドアの気密性を維持しなければならないため、ドアの大きさが大きくなり、測定区域の大きさが大きくなるほど気密性の維持が難しくなって、ファンの大きさもまた大きくならなければならないという問題がある。
計測手段は、予め設定された相関関係式及び第1有効漏洩面積を用いて、テスト区域の実際の有効漏洩面積(第2有効漏洩面積)を測定する。
相関関係式は、〔数1〕である。
チャンバー内の圧力変化を測定する圧力センサをさらに含み、計測手段は、チャンバー内の圧力変化が停止する場合、テスト区域の時間による圧力変化をモニタリングして第1有効漏洩面積を測定する。
計測手段は、〔数2〕の相関関係式及び第1有効漏洩面積を用いて、テスト区域の実際の有効漏洩面積(第2有効漏洩面積)を測定する。
計測手段は、予め設定された回数以上の平滑化過程を通じて第1有効漏洩面積を測定する。
チャンバーには、トリガ信号によって開放されるソレノイドバルブが装着される。
図2に示した通り、本実施例による漏洩面積測定システムは、チャンバー(200)、1つ以上の圧力センサ(202)及び計測手段(204)を含む。
チャンバー(200)にはコンプレッサー(206)が装着され、コンプレッサー(206)はチャンバー(200)内部の空気を圧縮する。また、チャンバー(200)の一側にはソレノイドバルブ(208)が装着される。
第1圧力センサ(210)及び第2圧力センサ(212)は計測手段(204)に連結される。チャンバー(200)の開放時に、計測手段(204)は、第1圧力センサ(210)及び第2圧力センサ(212)を通じてチャンバー(200)内の圧力変化及びテスト区域内の時間による圧力変化をモニタリングし、これを通じてテスト区域内の漏洩面積を測定する。
本実施例は、空気排出装置、即ち、チャンバー(200)がテスト区域内に配置されるため、ブロワードアテストと比較して設置が簡便であるという長所がある。
瞬間方法を通じて計算された第1漏洩面積を定常方法との相関関係式に代入し、テスト区域の実際の漏洩面積(第2漏洩面積)を推定する。
(1)テスト区域及びチャンバーの準備
図3に示した通り、横及び縦が2m、高さが2.3mの気密性が維持されるテスト区域を準備した。
チャンバー(200)は、10リットルの体積を有し、チャンバー(200)の一側に小さいサイズのコンプレッサー(206)を装着した。
トリガ信号に従って動作するソレノイドバルブ(SMC、VPW2165)が、チャンバー(200)のオリフィス(orifice)に設けられた。
ここで、テスト区域と測定装置の体積比(VC/VR)は0.001であるため、テスト区域の圧力変化は初期チャンバーの圧力の約0.1%になると予想され、例えば、チャンバーの圧力が5barの時、圧縮空気排出後のテスト区域の圧力は500Paになると予想された。
テスト区域の圧力を測定するための第2圧力センサ(212)は、測定範囲が0〜195Pa(FCO12、Fumes)のものが用いられた。
瞬間方法を用いた漏洩面積測定において、テスト区域に面積が9.8cm2の開放ホール(open hole:Aopen)を用いて反復的に実験を行った。
初期チャンバー(200)の圧力(ΔPC,0)は、5barに設定された。
図4に示した通り、チャンバー(200)内の圧縮空気の瞬間的な排出によって、テスト区域内の圧力は速やかに増加し、漏洩によってゆっくり減少する。テスト区域の圧力のピークは、90Paであることを確認することができた。
一方、チャンバー(200)内の圧力は急激に減少し、圧力の減少時間(圧縮空気の排出時間)は0.5秒であった。
図5(b)は、多様な開放ホールの面積によるテスト区域の圧力変化を示した図面である。図5(b)において、チャンバーの初期圧力は5barである。
図5(b)において、開放ホールの面積は、1つの開放ホールの面積を大きくしたり、同一の面積の開放ホールの数を増やす方法によって調節することができる。開放ホールの面積が0、4.9、9.8及び19.6cm2の場合に対してそれぞれ実験が行われ、開放ホールの面積が広くなるほどテスト区域の圧力ピークが減少して圧力変化時間も減少するが、チャンバーの圧力変化には影響がないことが確認された。
)に対して1と1.4の範囲内にあり、PC,0はチャンバーの初期絶対圧力である。
〔数8〕は、有効漏洩面積(Effective Leakage Area:ELA)が、テスト区域の時間による圧力変化(dΔPR/dt)及びチャンバーの圧力変化(dΔPC/dt)を通じて測定されることができるということを表す。
もし、体積比(VC/VR)及び指数定数nが分かっているならば、ELAは正確に予測することができる。
しかし、〔数8〕は依然として複雑であるため、本実施例では、下記のELAを得るための簡単な方法を提示する。
1)微分方法
微分方法において、チャンバーの圧力変化が0の場合にテスト区域の圧力変化を選択するため、〔数8〕は次の〔数9〕のとおり簡略化することができる。
平滑化過程による結果を図6(a)に示した。図6(a)に示した通り、平滑化過程が10以下の時は平滑化されたデータが実験データに近接し、100から1000に増加するほど初期値は相当遅延される。しかし、ピーク以後のデータには影響がない。
平滑化されたデータ及び〔数9〕を用いて漏洩流量速度が計算される。開放ホールの面積が9.8cm2の場合のデータを図6(b)に示した。
平滑化回数が小さいほど推定された流量速度は相当な変動(oscillation)を示し、平滑化回数が増加するほど流量速度の変動が減少する。
図7に示した通り、定常方法と微分方法(瞬間方法)テスト区域の圧力変化に応じた漏洩流量速度が類似の傾向を示すが、定常方法による漏洩流量速度がもっと大きい値を有するのを確認することができる。
従って、テスト区域の圧力変化を計算するために、定常ベルヌーイ方程式が用いられる。
図8は、ΔPC,0が5barでありΔPRが30、40及び50Paの場合、ΔPC,0が3barでありΔPRが30Paの場合に対して開放ホールの面積によるELA値を示す。
図8に基づくと、定常方法と微分方法の間にはELA値の差が大きく、微分方法によるELAは定常方法に比べて良好な線形性を有する。
図8の結果を用いて、定常方法によるELAsと微分方法によるELAdiffの間に次の〔数12〕の相関関係を導き出すことができる。
本発明の積分方法によれると、非常に簡単な方法で漏洩面積を測定できる。
積分方法で定常ベルヌーイ方程式と結合された〔数3〕は時間積分され、以下の〔数13〕ように表現される。
テスト区域内の質量は変わらないため、〔数13〕は次の〔数14〕ように簡略化することができる。
本発明の積分方法によると、微分方法のような平滑化過程を必要としないため、テスト区域のELAを容易に求めることができる。
図9は、nが1の場合(温度の変化無し)及びn=1.4の場合を比較し、各温度変化の過程を通じて得たELA値の差は突然の空気の膨張による温度変化で説明することがきる。
もし、定常方法と瞬間方法間の、後相関関係(post−correlation)の同伴が可能であれば、〔数14〕及び〔数15〕はn=1という仮定のもとで次の〔数16〕に簡略化することができる。
本発明によると、測定装備をテスト区域内に位置させた後、漏洩面積を測定するため、従来の定常方法に比べ測定が簡便である。さらに、上記の積分方法を用いる場合、補正の煩わしさが減少する長所がある。
102:測定装備
110:ブロワーファン(Blower fun)
112:スピードコントローラ(Speed controller)
114:メッシュ(mesh)
116:ベンチュリ管(venturi)
118:ピトー管(Pitot−tube)
120:マイクロマノメーター(Micro manometer)
122:圧力センサ(PR)
200:チャンバー(空気タンク)
202:圧力センサ
204:計測手段(data logger)
206:コンプレッサー(compressor)
208:ソレノイドバルブ(S)
210:第1圧力センサ(PC)
212:第2圧力センサ(PR)
Claims (13)
- テスト区域の漏洩面積測定のためのシステムであって、
前記テスト区域内に位置し、コンプレッサーによって圧縮された空気を格納するチャンバー、
前記チャンバー内の圧縮空気が瞬間的に排出される場合、前記テスト区域の圧力変化を測定する1つ以上の圧力センサ、及び
前記1つ以上の圧力センサによって検出された前記テスト区域の圧力変化値を用いて前記テスト区域内の有効漏洩面積を測定する計測手段、を含むことを特徴とする漏洩面積測定システム。 - 前記計測手段は、前記チャンバーの圧縮空気排出による前記テスト区域の圧力変化全期間に対して、前記テスト区域の圧力変化を積分して第1有効漏洩面積を測定することを特徴とする請求項1に記載の漏洩面積測定システム。
- 前記計測手段は、予め設定された相関関係式及び前記第1有効漏洩面積を用いて、前記テスト区域の実際の有効漏洩面積(第2有効漏洩面積)を測定することを特徴とする請求項2に記載の漏洩面積測定システム。
- 前記相関関係式は、前記第1有効漏洩面積と定常方法によって測定された有効漏洩面積との関係で決定されることを特徴とする請求項4に記載の漏洩面積測定システム。
- 前記チャンバー内の圧力変化を測定する圧力センサをさらに含み、
前記計測手段は、前記チャンバー内の圧力変化が停止する場合、前記テスト区域の時間による圧力変化をモニタリングして第1有効漏洩面積を測定することを特徴とする請求項1に記載の漏洩面積測定システム。 - 前記計測手段は、予め設定された回数以上の平滑化過程を通じて前記第1有効漏洩面積を測定することを特徴とする請求項7に記載の漏洩面積測定システム。
- 前記チャンバーには、トリガ信号によって開放されるソレノイドバルブが装着されたことを特徴とする請求項1に記載の漏洩面積測定システム。
- テスト区域の漏洩面積測定のための方法であって、
チャンバーをテスト区域に位置させる段階(a)、
コンプレッサーを用いて前記チャンバー内の空気を圧縮する段階(b)、
バルブを開放して前記チャンバー内の圧縮空気を瞬間的に排出する段階(c)、
圧力センサを用いて、前記圧縮空気の排出による前記テスト区域の圧力変化を測定する段階(d)、及び
検出された前記テスト区域の圧力変化値を用いて前記テスト区域内の有効漏洩面積を測定する段階(e)、を含むことを特徴とする漏洩面積測定方法。 - 前記テスト区域内の有効漏洩面積を測定する段階(e)は、前記チャンバーの圧縮空気排出による前記テスト区域の圧力変化全期間に対して、前記テスト区域の圧力変化を積分して第1有効漏洩面積を測定することを特徴とする請求項10に記載の漏洩面積測定方法。
- テスト区域の漏洩面積測定のためにデジタル処理装置によって実行される命令語のプログラムが有形的に具現され、デジタル処理装置によって読み出し可能な記録媒体であって、
前記テスト区域内に位置したチャンバー内の圧縮空気が瞬間的に排出されることによって発生する圧力変化値を受信する段階(a)、及び
前記圧力変化値を用いて前記テスト区域内の有効漏洩面積を測定する段階(b)、を遂行し、
前記(b)段階は、前記チャンバーの圧縮空気排出による前記テスト区域の圧力変化全期間に対して、前記テスト区域の圧力変化を積分して第1有効漏洩面積を測定するプログラムが記録されたことを特徴とする記録媒体。
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