SE510876C2 - Sätt att i ett zonindelat ventilerat system mäta ventilationen med spårgasteknik - Google Patents

Description

510 876 Med det ventilerade systemet menas alla utrymmen som på något sätt står i ventilationsmässig förbindelse med varandra, dvs alla utrymmen till vilka eller från vilka luft kan transporteras från eller till någon annan del av systemet. Den enda luft som kan tillföras över det ventilerade systemets begränsningsytor utgörs av uteluft. 1 - AVKLINGNINGSTEKNIKEN En spårgas blandas in i det ventilerade systemets alla volymer till samma begynnelsekoncentration, varefter man följer koncentrations- avklingningen som funktion av tiden i en eller flera punkter. Ur av- klingningen kan olika ventilationsparametrar beräknas. Man skiljer på några olika fall. 1al Bestämni_n_q av specifika ventilationsflödet (tidigare kallad luftomsättning). l detta fall krävs att man under mät- ningen vidmakthåller en god omblandning i hela systemet, med t ex fläktar. Kurvan över spårgaskoncentrationen som funktion av tiden följer då i idealfallet ett exponentiellt avtagande förlopp. Utvärderingen av det specifika ventilationsflödet sker oftast ur lutningskoefficienten för en plot av koncentrationens logaritm som funktion av tiden. l många fall (speciellt då man har mycket stora rum eller många rum) är det svårt att erhålla en tillfredsställande omblandning. Avkling- ningen blir då inte helt exponentiell. Vid utvärderingen av det specifika luftflödet brukar man då utnyttja den senare delen av den logaritmiska avklingningskurvan, som i allmänhet blir linjär. Förfarandet är en app- roximation och det krävs en hel del erfarenhet för att mäta i rätt punk- ter och att avgöra vilken del av avklingningskurvan som kan utnyttjas. 1b) Bestämning av luftens lokala medelålder. Även i detta fall sprids spårgas till jämn koncentration i hela det venti- lerade systemet, men under mätningen av avklingningen gör man inga försök att påverka omblandningen i systemet. l det här fallet får man 510 876 oftast olika avklingningskurvor i systemets olika delar, vilket reflekte- rar ventilationsluftens olika fördelning. Välventilerade utrymmen får ett snabbare avklingningsförlopp än sämre ventilerade utrymmen. Utvär- deringen sker genom att mäta ytan under kurvan över koncentrationen som funktion av tiden fràn avklingningens början tills all spàrgas för- svunnit ur systemet. Denna yta (integral) utgör ett direkt mått på luf- tens medelålderi mätpunkten. Luftens lokala medelålder anger hur länge luften runt mätpunkten i genomsnitt har befunnit sig i systemet sedan den kom in som uteluft. Genom att mäta avklingningen i flera delar av systemet kan man kartlägga ventilationsluftens fördelning. Ut- rymmen som huvudsakligen ventileras med direktinflöde av uteluft vi- sar en lägre medelålder på luften än ett utrymme som huvudsakligen ventileras med luft fràn ett annat utrymme.

Luftens lokala medelålder i frànluften är alltid lika med det lnverterade värdet av det specifika ventilationsflödet. Har man möjlighet att mäta i frànluften kan man alltså med denna metod bestämma systemets specifika luftflöde även om systemet är dåligt omblandat. 2. KONSTANTEMISSIONSMETODEN I detta fall sprider man spàrgas i systemet med en konstant hastighet.

Efter en tid kommer koncentrationen av spàrgas och dess fördelning i systemet att antaga ett fortfarighetstillstånd. Även i detta fall kan man särskilja några olika fall. 2a) Bestämning av totalventilationsflöde I detta fall skall man med fläktar blanda om hela systemet, så att man får samma koncentration överallt av spàrgas. Utvärderingen sker ge- nom att mäta jämviktskoncentratlonen och dårur beräkna totalventila- tionsflödet som kvoten mellan emissionshastigheten av spàrgas och koncentrationen av spàrgas. 510 876 Om man har möjlighet att mäta i frànluften kan man alltid beräkna to- talventilationsflödet ur nämnda kvot, även om omblandningen i syste- met är dålig. 2b) Bestämning av luftens lokala medelålder.

Här skall man också sprida spàrgas med en konstant hastighet, men se till att spridningen blir jämnt (homogent) fördelad i hela systemvo- lymen. Tekniken (homogenspridningstekniken) är relativt ny och inne- bär i praktiken att systemet delas upp i mindre zoner, i vilka spàrgas sprids i var och en med en hastighet som är proportionell mot zonvo- lymen. Jämviktskoncentrationen i en zon är ett direkt mått på luftens lokala medelålder (= koncentrationen dividerad med spridningshastig- heten per volymsenhet) . Genom att mäta koncentrationen i många delar av systemet kan man alltså kartlägga ventilationsluftens fördel- ning.

Om man har möjlighet att mäta i frànluften kan systemets specifika luftflöde beräknas ur inversen för luftens medelålder i denna punkt. 2c) Bestämning av luftflöden mellan zoner.

Genom att använda flera samtidiga spårgaser (t. ex. olika spårgaser i de olika zonerna av ett zonuppdelat system) kan alla luftflöden till och från varje zon beräknas. Sådan flerspårgasteknik används relativt sällan i forskning och fältmätningar). Med s k passiv spårgasteknik är emellertid samtidig användning av 2-3 spårgaser relativt vanligt före- kommande. 3. KONSTANTKONCENTRATIONSTEKNIKEN Denna teknik kan användas i ett zonindelat system och innebär att en automatisk doseringsutrustning injicerar spàrgas till de olika zonerna, på så sätt att samtliga zoner erhåller samma spårgaskoncentration.

Tekniken kräver en relativt komplicerad apparatur med återkoppling 510 876; mellan uppmätt spàrgaskoncentration och injektionshastighet. Direk- tinflödet av uteluft till varje zon kan bestämmas på detta sätt. 4. PULSTEKNIKEN Det här är en relativt ovanlig teknik, som ibland används i större bygg- nader med mekanisk ventilation. Man injicerar då en viss mängd spår- gas i tilluften och mäter koncentrationen som funktion av tiden i frànluften. Totalventilationsflödet kan beräknas ur den tillsatta mäng- den dividerad med integralen under koncentrationsförloppet i frànluf- ten. Ur "första momentet" (integralen av produkten mellan koncentra- tion och tid) för koncentrationskurvan kan man erhålla luftens lokala medelålder.

Problem vid fältmätningar Den metodik som uppfinningen avser syftar till att underlätta ventila- tionsmätning med spàrgas i fält. Jag skall därför kortfattat redogöra för problemen med appliceringen av de olika nämnda teknikerna vid fält- mätning och visa hur den nya uppfinningen kan lösa dessa problem.

Alla tekniker kräver analys av (låga) koncentrationer av spårgas. Man behöver därför provtagningsutrustning och en spårgasanalysator.

Noggranna spàrgasutrustningar är dyrbara apparater, som måste handhas av experter. Såväl den dyrbara spårgasutrustningen som ex- perterna binds upp under den tid en spårgasmätning tar. Man kan därför inte tänka sig att spårgasmätning med analysutrustning på fält kan komma till mer allmän användning vid fältmätningar.

En lösning på detta problem har varit att ta Iuftprov i fält (med påse, spruta etc.) och ta med proverna till ett laboratorium för senare analys och utvärdering. För att kunna göra noggranna utvärderingar av av- klingningsmetoden krävs många prover med tidsförskjutning för varje provtagningspunkt. För att få ett rättvisande jämviktsmedelvärde vid konstantemissionsmetoden krävs först en lång väntetid på jämviktsför- hållanden sedan också flera provtagningar. 510 876 Ett speciellt problem utgör också omblandningen vid metod 1a och 2a.

Artificiell omblandning är opraktisk i befolkade lokaler.

På senare år har den s k passiva spårgasteknikerna blivit alltmer an- vänd. I denna teknik sprids spårgasen med konstant hastighet genom diffusion från miniatyrbehàllare som placeras ut i mätobjektet. Man placerar också ut små diffusionsprovtagare på lämpliga ställen i mät- objektet. Provtagarna ackumulerar spårgas från luften med en hastig- het som är proportionell mot koncentrationen. Provtagarna skickas ef- ter mättiden (några dagar upp till månader) till laboratorium för analys av den ackumulerade spàrgasmängden. En fördel med den passiva spårgastekniken är att personal bara behövs vid själva utsättningen av utrustningen och att ingen dyrbar utrustning binds upp vid mätningen.

Tekniken används för att bestämma totalventilationsflöde enligt metod 2a och sedan en tid tillbaka också för att bestämma luftens lokala me- delålder enligt 2b, sedan justeringsbara passiva spårgaskällor blivit tillgängliga. Vissa undersökningar sker också enligt 2c.

Denna passiva spårgasteknik har många fördelar för fältmätningar. Bl a ger den de genomsnittliga ventilationsförhållandena under en längre tid av normalt brukande. Men ibland kan den ses som mindre lämplig.

Ett fall är om man vill göra mätning bara under en kort tid, t ex under en arbetsdag, p g a att ventilationen minskas under icke arbetstid. Ett annat fall är om man vill ha ventilationsmätningen snabbt och billigt avklarad för t ex rutinmässig ventilationskontroll där man kan göra av- kall på att få ventilationsfunktionen representativ för en längre period.

Om man vill göra snabba mätningar har man ett problem med den passiva tekniken. Provtagningen skall nämligen ske under "fortfarighetsti|lstånd". Om luften har en medelålder av 2 timmar eller mer (vilket är normalt i bostäder) tar det upp mot 8-10 timmar att uppnå detta tillstånd efter uppsättning av spàrgaskällorna. Vid längre tids mätning kan man försumma denna uppbyggnadsperiod, men vid korttidsmätningar blir den av väsentlig betydelse. Provtagarna måste 510 876 då öppnas en avsevärd tid efter utplacering av spàrgaskällorna, vilket komplicerar handhavandet.

Uppfínningen löser ovanstående problem.

Det sätt att undersöka ventilationen med spàrgasteknik, för vilket jag söker patent kan karakteriseras pà följande sätt: Med en anordning för spàrgasspridning, sprids i varje zon i ett zonindelat ventilerat system en mängd spàrgas som är proportio- nell mot zonens volym. Pâ de platser där man är intresserad av ventilationsförhàllandena har dessförinnan utplacerats integre- rande provtagare för spárgasen, som är aktiva till dess väsentli- gen all spàrgas försvunnit ur systemet.

Spàrgasspridningen i varje zon kan lämpligen ske i form av en kortva- rig puls med känd mängd spàrgas, som lämpligen blandas ut i zonvo- lymen. Eftersom de integrerande provtagarna är aktiva redan från spàrgasspridnlngens början kan spàrgasspridningen l de olika zonerna ske i den takt som är praktisk. Tidsförskjutningar mellan injektionerna i de olika zonerna är utan betydelse. De integrerande provtagarna skall ha den egenskapen att deras uppsamlingshastighet av spàrgas är di- rekt proportlonell mot spàrgaskoncentrationen i luften. Detta är vä- sentligen sant för provtagare av diffusionstyp och för all "pumpad" provtagning.

Efter provtagningen inaktiveras provtagarna och skickas till laborato- rium för analys av uppsamlad mängd spàrgas (M). Med kännedom om provtagarens "ekviva|enta Iuftprovtagningshastighet" (x) kan integralen 510 876 ïCdz =_ 0 M K beräknas och därur luftens lokala medelålder ï ïï I Cd: 0 m/V :rm/mk där m/V är mängden spridd spàrgas per volymsenhet.

EXEMPEL Nedan ges ett exempel på hur en ventilationsmätning kan gå till med användning av den patentsökta metodiken. Exemplet skall inte ses som en inskränkning i patentets generella karaktär. a) Besiktningsmannen besöker en bostad som ventileras med själv- drag, i vilken man vill bestämma ventilationen och ventilationsluftens fördelning i de olika rummen. I varje rum monterar han en öppnad dif- fusionsprovtagare pà väggen pà 1,7 m höjd.

En diffusionsprovtagare kan bestå av ett 5 cm långt glasrör med en innerdiameter av 4,3 mm och stängt i den ena änden. l glas- röret finns en adsorptionsbädd med ca 100 mg aktivt kol, som börjar 17 mm under rörets öppna ände. Genom diffusion trans- porteras luftens beståndsdelar genom glasets öppna ände ned till adsorptionsbädden där de flesta föroreningar inklusive de an- vända spárgaserna adsorberas. Uppsamlingshastlgheten av spårgasen bestäms av Fick's första diffusionslag, vilket innebär att uppsamlingshastígheten är direkt proportionell mot ämnets koncentration i luften om adsorptionen är hundraprocentig, vilket den i allmänhet är för små adsorberade mängder. Det aktiva ko- let l provtagaren behåller allt som tillförs det och diffusionsprov- tagaren fungerar därmed som en inteqrerande provtagare, dvs alla mängder summeras på kolet. 510 876 b) Besiktningsmannen går sedan runt till de olika rummen, där han mäter rummets volym och ställer in spârgasspridningsanordningen så att han i en puls kan avge en spårgasmängd som är avpassad till rummets volym. Efter spårgaspulsen blandar han lätt in spàrgasen i rumsluften genom att vifta med en kartongbit. När han har gàtt igenom alla rum på detta sätt, lämnar han ett returkuvert för provtagarna till de boende med instruktion att efter ca 20 timmar sätta de medföljande plastpropparna på provtagaren, lägga ned provtagarna i kuvertet och posta det till laboratoriet.

Spårgasen kan bestå av en s k perfluorkarbon, som är ogiftiga ämnen, som har den egenskapen att de inte adsorberas på van- ligt förekommande materia/ i inomhusmiljön och att de kan analy- seras i extremt låga koncentrationer. Den mängd som sprids ut totalt i bostaden är mindre än ett tusendels gram. c) Laboratoriet mottager de numrerade provtagarna och överför det aktiva kolet till en provflaska till vilken också en milliliter lösningsme- del tillsätts. Lösningsmedlet extraherar de adsorberade ämnena fràn kolet. En liten andel (en mikroliter) av lösningen injiceras sedan med en automatanordning till en gaskromatograf för separation och analys av spårgasmängden i provet.

Gaskromatografi är en separationsteknik som bygger på att olika ämnen transporteras olika snabbt genom en kapillärkolonn som kan ha en diameter av 0,2 - 0,5 mm och en längd av 5-50 m. Ge- nom kapillärkolonnen strömmar en bärargas som drar med sig de ämnen som tillförts kolonnen. Adsorptionen av ämnena på ko- lonnens väggar fördröjer dock olika ämnen olika mycket, varför ämnena lämnar kolonnen vid olika tidpunkter efter injektionen.

Efter separationskolonnen finns en s k elektroninfångningsdetek- tor som är speciellt känslig för spårgasen (i detta fall fluorerade kolväten). Detektorns utsignal vid spårämnets passage är bero- ende på mängden spårgas som passerar, varför mängden kan beräknas ur en kalibreringskurva. 10 510 876 d) Ur de analyserade mängderna kan för varje prov luftens lokala me- delålder beräknas i den punkt provet togs enligt den tidigare givna ek- vationen. Förutom den analyserade mängden fordras för beräkningen luftprovtagningshastigheten för provtagaren (vilken är känd fràn kalib- rering) och den injicerade mängden spàrgas per volymsenhet i mätob- jektet (vilken uppges av besiktningsmannen). Därefter skriver labora- toriet en rapport över resultatet till besiktningsmannen.

Det ovan och i patentkravet använda uttrycket "zon" kan vara liktydigt med "rum" i en lokal eller bostad men behöver icke vara det. 10

Claims (2)

// 510 876 Patentkrav

1. Sätt att i ett zonindelat ventilerat system mäta ventilationen l zonerna, varvid spårgas sprids i zonerna och integrerande provtagare för spårgasen används för mätning av ventilationsförhållandena, kännetecknat därav, att i varje zon sprids en mängd spårgas, som är proportioneil mot zonens volym och att de integrerande provtagarna används för att taga prov på luftens innehåll av spårgas från den tid- punkt då spårgas börjar spridas i systemet till dess väsentligen all spårgas ventilerats bort från det ventilerade systemet, varvid spårgas sprids i de olika zonerna under en tidsperiod som är kort i förhållande till den tid som den integrerande provtagningen pågår.

2. Sätt enligt krav 1, kännetecknat därav att provtagningen sker med diffusionsprovtagare, s k passiv provtagning.