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建筑科学

复杂三维空气流动网络

这就是大多数建筑的样子或想要成为的样子

图1 / 2
地板上的这个洞允许空气在下面的无条件爬行空间和房子有条件部分的间隙之间流动。压力差驱动空气运动。
地板上的这个洞允许空气在下面的无条件爬行空间和房子有条件部分的间隙之间流动。压力差驱动空气运动。 MAD AIR研究中住宅的渗透率
图片来源:John Tooley和Neil Moyer

在过去的四十年中,大量的发现和研究工作使我们对建筑物的空气泄漏有了现在的认识。我在这里会提到一些,但我想重点讲一个:约翰·托雷和尼尔·莫耶的《MAD AIR》论文。这篇论文的完整标题是,机械气流分配和相互作用关系.这些单词的首字母拼成MAD AIR。

一点压力测试的历史

在教授人们一些基础建筑科学的课程中(例如,BPI建筑分析师,HERS评级者),压力测试是其中最重要的主题之一。我们教人们如何做鼓风机门测试,管道泄漏测试,和一点区域压力诊断。我们向他们展示管道泄漏或关闭的门是如何产生压力差的。我们将漏风与舒适、健康、耐用性和效率联系起来。但这一切从何而来?

家庭能源杂志上发表了一篇很好的文章鼓风机门的历史早在1995年。鼓风机门最早于1977年在瑞典开发,几年后传入美国。到1986年,有13家公司生产这种宝贵的工具。

同样是在70年代末,普林斯顿大学的高塔姆·杜特(Gautam Dutt)和他的同事将压力测试与红外成像相结合。他们称自己为“家庭医生”,诊断家庭性能问题,并开出空气密封的处方。杜特还因为在研究新泽西联排别墅的热损失时发现了“热旁路”而受到赞扬。

20世纪80年代是做这项研究的一个激动人心的时期,因为新的工具为能源审计员提供了一种方法来发现我们建筑中真正发生了什么。不过,一开始,研究的重点是通过建筑围护结构的空气泄漏。他们在寻找那些抢走了家里的空调或把不需要的非空调空气带进来的洞。

托雷和莫耶的MAD AIR研究

在20世纪80年代,约翰·图利和尼尔·莫耶有一家小公司,叫做自然佛罗里达改造公司。他们在佛罗里达中部进行压力测试和房屋维修,那里气候炎热潮湿,几乎每个人都有空调。到了80年代,这些空调大多是中央型的,管道穿过阁楼、车库和爬行空间。

托雷和莫耶在1988年撰写了《MAD AIR》论文,记录了他们对371个单一家庭住宅的调查结果。他们首先发现了房屋的渗透率(见下图#2)。然后,当他们做一些疯狂的事情,比如打开空气调节器或关上卧室门时,他们观察了室内外压力的变化。

他们发现管道泄漏会对压力产生很大的影响在一个家。他们还发现,关上卧室的门也会有很大的影响。他们将这些问题与房屋的气密性联系起来。以下是他们论文的一些主要结论:

  • 外壳外的回流泄漏导致室内压力为正,这导致空调空气泄漏出去。
  • 外壳外的供气泄漏导致室内压力为负,从而导致未调节的空气泄漏进来。
  • 关闭没有回风口的卧室的门会导致房子的主要部分产生负压,而卧室产生正压。

如果你上过任何类型的建筑科学课程,这听起来应该很熟悉。例如,对于上面的数字1和2,我们有一些说法:Return leaks blow;供应泄漏吸。现在你知道它是怎么来的了。

他们论文中最重要的一个方面是,他们看到了这些问题的含义。他们写道:“这些因素可能是(1)过度能源消耗、(2)热舒适度差、(3)建筑材料退化和(4)室内空气质量问题的主要原因(即房主的健康状况可能会导致疾病、严重疾病甚至死亡)。”他们讨论了机械系统在回缩和霉菌生长中的作用,业主关闭未使用房间的寄存器的影响,等等。这是开创性的工作!

托利和莫耶并不是第一批做这类工作的人。他们引用了几篇关于渗透和空调的早期论文。(见论文第5页)但我相信,他们可能是第一个把所有这些放在一起的人,他们看到了处理机械系统的重要性,以及它们对房屋压力和空气泄漏的影响。

在2016年在奥斯汀举行的“负担得起的舒适”会议上,我有幸主持了几个名为来自家庭性能老兵的见解.演讲者是加里·尼尔森能源学院的大卫·基夫佛蒙特能源投资公司约翰·普罗克托监督工程.他们分享了许多早期的伟大故事,那时我们学到了很多关于建筑如何工作的知识,包括托雷和莫耶的MAD AIR作品。

Lstiburek更进一步

还有Joe Lstiburek,他在80年代也做了很多建筑科学方面的工作。他推广了密闭式干墙的方法,研究了回缩法,并做了许多其他工作来了解建筑围护结构。

图利和莫耶的《MAD AIR》论文是他博士研究的重要组成部分。他的博士论文叫做对建筑物内气流的认识与预测.他在致谢中首先感谢的是他的顾问。第二个被提及的是图利和莫耶。摘要是这样开始的:

“本论文在分析建筑物内气流时提出了两个基本论点:

  • 建筑物是复杂的三维气流网络,由复杂的气压关系驱动;和
  • 了解建筑物内气流的关键是建筑物气压场。”

简而言之,他继承了图利和莫耶的研究成果,并将其转化为对建筑内压力和空气流动的全面学术阐述。他研究了驱动室内和室外空气流动的压力差,经常通过间质空间(这个词他在论文中使用了127次)。

我们都非常感谢建筑科学的先驱们,他们帮助我们对这些原则有了现在的理解。

Allison贝尔斯是一位演说家、作家、建筑科学顾问,也是《能源先锋的博客.看看他的深入课程,掌握建筑科学并在他的推特上关注他@EnergyVanguard

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