Измерение кратности воздухообмена, личный опыт

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

По Вашей методике измерил кратность воздухообмена в одной из комнат в квартире (низкий этаж многоквартирного дома). Измеряю падение концентрации CO2 в одной из комнат (дверь открытая) при отсутствии людей (люди отсутствуют во всей квартире приблизительно с 10.00 утра), выключенной механической приточной вентиляции (естественная вытяжная вентиляция работает, форточки закрыты, приток за счет инфильтрации). По результатам данных от 28 марта 2019 г.

На графике падение концентрации CO2: прямых измеренных значений (синий цвет) и расчетных разниц измеренных значений с уличным значением CO2 в 400 ppm (красный цвет). Измеренные и расчетные данные в таблице. Красным цветом в таблице - расчетная формула для измерения кратности воздухообмена (при условии снятия показаний - через 1 час). Средняя кратность воздухообмена составила около 0,75. Максимальное значение воздухообмена (кратность около 1) наблюдалось при самой высокой уличной температуре (-1С), но при максимальной скорости ветра (3 м/c) с наветренной для исследуемой комнаты (юго-западной) стороны.

Данные демонстрируют, почему жители города, по крайней мере в демисезонный (весенний) период могут не испытывать нужды в принудительной (приточной) вентиляции.

Upd https://www.abok.ru/for_spec/articles.php?nid=456

 

При чем тут период года вообще? И комната как я понял пустая

 

Для работы естественной вентиляции требуется или разница температур, или движение воздуха >0 м/с. В зависимости от периода года, эти значения могут значительно отличаться - будет отличаться и кратность воздухообмена. Измерения я провожу весной, поэтому о весне выводы и делаю. В другой период года результаты могут быть иными (средняя кратность воздухообмена летом скорее всего будет меньше, зимой больше).

Люди надышали (CO2 с уличного 400 ppm повысился до максимального значения), а потом люди ушли из квартиры (CO2 с максимального понижается до уличного 400 ppm за счет притока через щели). В этом (надышали и прекратили дышать) и есть суть метода снижения концентрации для определения кратности воздухообмена, которая по русски описана в статье, по ссылке мною приведенной: https://www.abok.ru/for_spec/articles.php?nid=456

Выдержка из статьи:
"Поскольку при прекращении подачи трассирующего газа снижение его концентрации происходит по экспоненциальному закону, кратность воздухообмена можно выразить следующим образом:
Кр = ln C (o) - ln (r1) / z1,
где:
С (о) – концентрация, измеренная во время 0, то есть сразу по прекращении эмиссии трассирующего газа;
С (r1) – концентрация во время t1;
r1 – время в часах, истекшее между измерением C (o) и С (t1)."

Вот таким образом автор темы сначала добавляет трассирующий газ (угарный газ CO от тлеющих углей) в свой дом, потом прекращает его подачу, а потом делает замеры значений CO два раза - отличная идея автора темы. Формула для расчета - выше. Я делаю тоже самое, только вместо углей - люди, выдыхающие CO2, а вместо измерителя CO - измеритель CO2. Прочитайте раздел Снижение концентрации в указанной статье.

Upd. А вывод мой "Данные демонстрируют, почему жители города, по крайней мере в демисезонный (весенний) период могут не испытывать нужды в принудительной (приточной) вентиляции" относится исключительно к моему городу, который среди других российских региональных центров, славится в том числе и своими ветрами. Плюс зимой умеренно низкие или низкие температуры. А почему не испытывать нужды в механической вентиляции, так потому, что естественной возможно хватит (0,75-1 крат воздухообмена - это существенные цифры).

И еще одно прикладное применение решения от автора темы @DrtArt. В зимний период можно достаточно точно прикинуть возможные тепловые потери от естественной щелевой вентиляции, в случае когда она может быть и нежелательной (к примеру, рекуператор дома хотим установить для экономии расходо на отопление).

 

Так водухообмен от кучи факторов зависит кроме периода года. Так что ваш вывод он не правильный. Точнее он может быть правильным только в вашей конкретной ситуации, а не в обшем

 

Прикол моего вывода (моей гипотезы) о некоторой излишности механической вентиляции в городах, похожих на мой заключается в том, что механическая вентиляция у меня есть. Я же пытаюсь объяснить - себе в первую очередь и в привычной для себя манере, почему подавляющее большинство жителей моего города ее не имеет. Возможно потому, что остро проблема не стоит. На этом закончу, Вам спасибо за внимание.

 

Это ошибочный вывод. Вы не учитываете что не все квартиры расположены на первом этаже и что не у всех приток одинаковый.
Ну и в летнее время вентиляции скорее всего работать не будет

 

Поищите в поисковиках "опрокидывание вентиляции"

 

А также использование водяного пара - удобный способ измерять воздухообмен в помещении. Метод баланса масс (H2O)- воды. Если дома есть измеряемый источник влаги - например, увлажнитель с известным более/менее постоянным расходом влаги в час (например, паровой увлажнитель с расходом влаги 0,5 кг в час, как в примере ниже), а также измеритель влажности и термометр, тогда с приемлемой точностью можно определить расход воздуха в помещении.



Формула - в таблице красным, где HR - коэффициент влагосодержания внутри помещения и на улице (в кг влаги в 1 кг сухого воздуха) - аналог абсолютной влажности (размерность последней в кг влаги в куб. м воздуха), значения HR можно определить через известные показатели относительной влажности и температуры; p - плотность сухого воздуха внутри помещения (результат ночного измерения - около 75 куб. м/час в помещении).

По сути, водяной пар играет роль трассировочного газа. Как и в случае с CO и CO2, метод баланса масс H2O позволяет определять фактический расход воздуха в помещении, учитывая такие факторы, как инфильтрацию и эксфильтрацию воздуха. Ограничение метода - пренебрегаем гигроскопичностью материалов (в целом актуально, если помещение постоянно увлажняется, т. е. в демисезонный и зимние периоды, когда при постоянно поддерживаемой температуре материалы "насыщаются" влагой и их влаговыделение не существенно). Метод заимствован из животноводства, где роль увлажнителей выполняют коровы).

 

- Проблема в том, что водяной пар выделяется не только увлажнителем воздуха, но и самими людьми, готовящейся едой, сушашимся бельём. Трудно учесть его полное количество, и оно не постоянно. Да и на улице влажность не постоянна.
Желательно, что бы у трассировочного газа был единственный, и управляемый (на выключение) источник, а на улице трассировочного газа не было, измерения проще.

...Измеряли у знакомого воздухообмен в его доме, я принес датчик угарного газа, выгребли из горящего угольного котла совок углей, подымили в дом, угли обратно закинули в котел, стали измерять время падения концентрации СО.
А она сначала падала, а потом начала расти!
Не могли понять, как может расти, а не падать? А оказалось у него котел задымил из всех щелей, и угарный газ из топочной в дом пополз через дверь. Рисково живет...

 

Особых сложностей нет: измерение в ночное время датчиками с логами, людей в расчетах можно учитывать - это в среднем 50 г/час на человека, уличные колебания влагосодержания учтены самой методикой расчета (в расчете разница влагосодержания внутри и снаружи помещения). Из доступных мне на сегодня способов определения воздухообмена в квартире, считаю предпочтительным именно H2O - метод - никаких лишних телодвижений, связанных или с изменением образа жизни (увлажнитель работает независимо от измерений) или дополнительных манипуляций (с анемометрами и т. д.).

Если сравнивать рассмотренные ранее СО и CO2, то сильной разницы нет. Уличный CO2 близок к 400 (этот порог и вычитается как константа в расчетах). Строго говоря и содержание CO в уличном воздухе и, соответственно, домашнем, особенно в местностях, где печное отопление, не равен 0 ppm, но для простоты решения приравниваем к 0. Короче говоря, можно измерить воздухообмен в помещении разными способами, каждый со своими плюсами и минусами. Одно очевидно, гоняться за прямыми измерениями с помощью проф. вент. инструмента нет большого смысла.

 

И в заключение. Метод баланс масс подходит и при оценке воздухообмена при измеренных или планируемых (проектных) значениях CO2.

Простейшая расчетная формула: L=G/(Cin-Cout), где G- CO2 - выделяемый людьми в помещении (куб.м/час), Cout - уличная концентрация CO2, Сin - устоявшаяся концентрация CO2 в помещении. В расчетах учитывать перерасчет ppm в безразмерные единицы (умножать ppm на 10^(-6).
Уровень СO2, генерируемый человеком с высокой точностью может быть рассчитан. Есть и справочные данные. Во вложении статья на тему генерации CO2, при желании - человек разберется. Самый простой вариант - воспользоваться справочными данными табл. 4 статьи.

Пример расчета воздухообмена двумя способами (H2O и CO2) ниже при следующих параметрах: уличных T=0C, относительной влажности 60%, CO2=400 ppm и в помещении T=24C, относительной влажности 43%, CO2=527 ppm, расходе воды 0,5 кг/час. Результаты: при H2O-методе расход воздуха - 73 куб. м/час; при CO2-методе расход воздуха - 78 куб. м/час. Достаточно высокая близость полученных результатов.

 

Относительно выделения H2O и CO2 человеком. Посмотрел подробно применяемые методики расчета, интересовало ночное время. Расчетные формулы для ночного времени (в граммах/сек):

где

Например, человек (муж.) 30 лет ростом 180 см и 75 кг во время сна выделяет:
CO2: 7,91491*(0,6944*75+0,1516*180+5,4745)/10^5=0,006715 г/c.
H2O: 3,23959*(0,6944*75+0,1516*180+5,4745)/10^5=0,002749 г/c или 9,89 г/час (совсем не 50 г/час). Таким образом, по воде - незначительная величина, которой можно пренебречь в расчетах. Источник информации во вложении.

 

С СО2 сошлось. Но вот с влагой... что-то не то. Завсегда было 50 г/час. в покое

 

Спасибо - важную тему затронули. Смотрим дальше.
Голландцы на примере группы мужчин и женщин приблизительно 30 лет анализировали потери воды человеком в зависимости от питания, физической активности и времени года (статья во вложении).

Авторы ссылаются на американский учебник по физиологии от 2000 г: "Daily water loss through insensible loss via the skin and the respiratory tract, urine, sweat and faeces amounts to, respectively, 0·7, 1·4, 0·1 and 0·1 l/d or a total of 2·3 l/d for an average subject at a normal ambient temperature (Guyton & Hall, 2000)."
Т. е. ежедневные средние потери влаги человеком составляют 2,3 л, за вычетом выделений через мочу ми кал остается около 35% от суммарных потерь, в том числе на дыхание и кожу 0,7 л, потовыделение 0,1 л. Если поделить 0,8 л на 24 часа, получаем приблизительно усредненные 30 мл в час. на человека.

В результате проведенного исследования, голландцы получили зависимость (график ниже) влаговыделения (л/день) от дневной активности человека (отношение суммарных энергозатрат человека к энергозатратам во время сна). При коэффициенте физической активности около 1,65 (минимально приведенная на графике), потери влаги у женщин около 2,1 л или по американской пропорции 35% - на кожу, дыхание и пот 0,7 л/день или меньше 30 мл/час. Для мужчин в принципе удалось построить линейную регрессию - прямую линию на графике, которую я экстраполировал на более низкие значения физической активности и при линейной функции y=4.5х-5.25, уже при активности 1,5 среднесуточное влаговыделение составляет около 20 мл/час, коэффициент же активности для сна составляет 1, что выводит на отрицательное влаговыделение - но это все-таки из области гипотез (никто не гарантирует, что прямая голландцев также удачно описывает влаговыделение человека во время сна как при усредненном среднесуточном поведении).


Но в любом случае, работа ясно показывает, что 50 г/час влаговыделения во время сна - сильное преувеличение.

 

А здесь теоретический расчет в виде учебного упражнения, применяемого в учебном процессе одного из университетов Израиля. Оценивалась потеря веса человеком, в том числе потеря воды во время 6-часового сна. Результат - около 35 г/час (дыхание, пот, кожа). Но к начальным условиям можно придраться - 10 л/мин воздухообмен человека через дыхание - существенно-завышенный показатель для сна. В расчете присутствует интересный показатель (потребление влаги человеком - отрицательное влаговыделение).