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建筑科学

管道泄漏如何偷两次

管道泄漏的位置和泄漏的量一样重要

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管道泄漏浪费能源两种方法之一:通过让空调空气泄漏出供应管道或通过允许非空调空气泄漏到返回管道。在这张照片中,一条由玻璃纤维管道板制成的供应管道已经断裂,大量的冷空气正流入炎热的阁楼。
图片来源:能源先锋
管道泄漏浪费能源两种方法之一:通过让空调空气泄漏出供应管道或通过允许非空调空气泄漏到返回管道。在这张照片中,一条由玻璃纤维管道板制成的供应管道已经断裂,大量的冷空气正流入炎热的阁楼。
图片来源:能源先锋
压力计测量压力差,可以帮助你发现你是否有不平衡的管道泄漏。当你打开空气调节器时,看看有条件的空间和室外之间的压差会发生什么变化。如果压力变为负值,就会有更多的供应泄漏。如果是正的,就会有更多的回流泄漏。如果它没有改变,你的管道泄漏是一样的在供应和回流侧。
图片来源:能源先锋

管道泄漏是一个大问题。它是大多数家庭的三大能源浪费之一(另外两个是漏气和有线电视机顶盒)。劳伦斯伯克利国家实验室的研究人员发现,管道系统平均泄漏约10%的供气和12%的回风。(下载也可以看看Dana Dorsett的评论,#1)正如右图所示,在更多的家庭中,罪魁祸首是一个断开的管道,但一个典型的管道系统也有很多其他泄漏。但另一个问题是,管道泄漏导致更多的能源浪费。

管道漏在哪里?

除了有多少空气从管道泄漏,你需要知道它泄漏的地方。建筑围护结构内部的泄漏并没有那么严重,因为它仍然在有条件的空间里。不过,你仍然不想要太多,因为它会导致舒适问题,可能还会消耗一点额外的能量。外面的漏水——在没有空调的阁楼、狭小的空间、地下室或车库——是你真正付出代价的地方,有时你会付出两次代价。这是为什么。

管道是否泄漏内部或外部的建筑围护结构只是一个泄漏位置的问题。你的家也会受到管道系统回流侧和供应侧泄漏量的影响。请看下面的图表。

回流管道的泄漏穿过了没有空调的空间,把没有空调的空气吸进来。它还造成了室内压力的不平衡。

在这种情况下,所有的泄漏都在风管系统的回流一侧,即将空气拉回熔炉、空调或热泵进行加热或冷却的一侧。不看下面,你认为回流漏本身对室内压力有什么影响?

另一方面,管道泄漏可能全部发生在供气侧,即将空调送回室内的管道。下图显示了该场景。你认为这种类型的管道泄漏对房子里的压力有什么影响?

供气管道的泄漏通过非空调空间导致空调空气的损失。它还造成了室内压力的不平衡。

你不平衡吗?

好吧,让我们用一些数字来计算一下。首先,让我们假设我们有一个2.5吨的空调,并进一步假设它每分钟移动1000立方英尺(cfm)的空气。在供气方面,管道将1000立方厘米的空气输送回室内,因为没有泄漏。在回流这边,假设有100cfm的泄漏。这意味着在这种情况下,回风管道从没有空调的阁楼吸入100立方英尺的空气。由于总共有1000立方英尺的空气经过空气处理机,它必须从房子里抽出900立方英尺的空气。

返回管道泄漏的说明与数字显示如何在家中发生的压力不平衡。

嗯。从房子里抽出900立方英尺,往房子里放1000立方英尺。室内的压力比室外的压力大。我们说室内压强是正的。多余的空气肯定有去处,所以就漏出来了。这个系统运行的时候比关闭的时候从房子里流出的水更多。

另一种可能是屋内的正压减少了暖通空调系统的空气流量。我们仍然有不平衡的导管泄漏正压和更多的渗出。但是通过系统的总气流不是1000立方厘米,我们可能只有950立方厘米,因为鼓风机无法推动足够多的空气来对抗房子里的额外压力。

大多数鼓风机已经在与管道系统中的额外压力作斗争。国家舒适研究所做了大量的空气流动测试,他们发现典型的限制性管道系统导致0.8英寸水柱(iwc)的总外部静压(TESP),而标准鼓风机额定的最大TESP为0.5 iwc。

现在让我们看看供气管道。

供气管道泄漏的图示,用数字显示压力不平衡是如何发生的。

假设这里有200立方英尺的供水管泄漏,我们最终会在房子里有一个负压和更多的渗透。同样,暖通空调系统的空气流量也会减少。

我上面描述的两种情况,要么是全部回流管道泄漏,要么是全部供气管道泄漏,但真正重要的是,你有不平衡管道泄漏。很有可能两边都有漏液。

令人震惊的记忆

我不知道是谁先说的,但我想几乎每个经历过家庭能源评级类学习一种简单的方法来记住发生了什么。

回风漏吹。

供应泄漏太糟糕了。

现在你将永远不会忘记。对吧?

如何发现你是否有不平衡的管道泄漏

一个简单的方法来发现你是否有不平衡的管道泄漏是打开空气处理器,看看发生了什么房子的压力。当然,你可以用不止一种方式做到这一点。你可以用压力计,如果你有的话。

这就是杰西卡在下面的照片中使用的。你设置它来测量室内的压力参照室外的压力。如果这个数字是正数,回流管道泄漏就比供给管道泄漏多。如果是负值,供气管道泄漏比回流管道泄漏多。

另一种确定你是否有不平衡导管渗漏的方法是使用Joe Lstiburek所说的“看、舔、喷测试”。随着空气处理程序的运行,你可以在蜘蛛网或纸巾中寻找空气运动的证据。你也可以舔舔手指,把它们放在有轻微裂缝的门里,感受空气是否通过开口。或者你可以在开口附近喷一点烟。

不过,如果你是专业人士,你应该听取乔关于这个测试的建议:永远不要让客户看到你在舔手。

找到平衡

如果你有不平衡的导管渗漏怎么办?最快的办法就是在管道系统漏气少的一侧戳几个洞来平衡。但这是个糟糕的主意,我希望你忘了你听过的。也不要想粉红色的大象!

不,真正的解决办法是堵住管道漏处。但是要小心!密封管道系统可能会导致一些意想不到的后果,可能比你正在解决的问题更糟糕。如果你有一个限制性的管道系统,你可以减少足够的气流冻结蒸发器线圈,烧毁压缩机,或破裂热交换器。

风管密封必须与气流测量和完整的风管系统改造或更换一起进行。

另一个急转弯

我想写这篇文章已经很久了。我终于得到了写它的灵感,因为我需要它来支持我即将发表的一篇文章,可能是下周。最近有人问我对Kickstarter上的一个项目有什么看法,我被自己看到的惊呆了。我在关于Aros智能窗式空调的文章中提到过,现在你知道它与不平衡管道泄漏有关了。你能猜到是什么意思吗?

Allison贝尔斯迪凯特,格鲁吉亚,是一个演讲者,作家,能源顾问,resnet认证培训师,和作者能源先锋博客.看看他的深度课程,掌握建筑科学并在推特上关注他@EnergyVanguard

11日评论

  1. 专家成员
    Dana多赛特||# 1

    谣言疯传。
    “美国能源部几年前做了一项研究,发现管道系统在移动时泄漏了大约40%的空气。

    让我看看那个研究!

    Lawrence Berkeley Nat'l Labs现场泄漏调查的案例高达40%或更多,但平均只有一半,与其他大型现场调查的结果一致。见第10页最后一段开头的摘要(p12格式PDF页码)http://epb.lbl.gov/publications/pdf/lbnl-47214.pdf

    “DeltaQ测试表明,平均
    这些房子的渗漏是典型的
    在以前的调查中见过(Cummings等。
    (1990), Downey and Proctor (1994a), Jump
    等人(1996a)和Modera和Wilcox
    (1995))用99 CFM(47升/秒或10%的空气
    处理机流量)用于供应和107 CFM(51升/秒
    或(空气处理机流量的12%))返回。

    电源泄漏范围从0到330
    CFM(156升/秒或空气处理机流量的35%)。
    回流泄漏量从0到600不等
    CFM(283升/秒或空气处理机流量的73%)。”

    现场调查平均泄漏10%的供应/ 12%的回报加起来最多22%的类型。不是40%。但35%/73%的极端情况确实是能源噩梦。

    从能源影响的角度来看,管道泄漏量和位置确实很重要:

    http://www.aivc.org/sites/default/files/airbase_3618.pdf

    管道密封的方法也很重要:

    http://www.osti.gov/scitech/servlets/purl/776574

  2. GBA编辑器
    Allison A. Bailes III,博士||#2

    回复Dana Dorsett
    在抛出这个数字之前,我应该做更多的研究。我将修复文章的介绍,一旦我完成张贴这条评论。

    谢谢你让我保持诚实,戴娜。

  3. 专家成员
    Dana多赛特||# 3

    我有点惊讶山姆·拉辛会用这些数字。
    Sam Rashkin毕竟是“…他是美国能源部能源效率和可再生能源办公室建筑技术办公室的首席建筑师……”,这篇文章将他归因于“能源部的基础研究发现,大约30% - 40%的空气通过管道泄漏,”这一未经支持的声明。

    有没有办法让他把脚放到火上?如果所谓的“来自能源部的基础研究”确实存在,那么了解细节是值得的,因为这些数字远远超过了能源部赞助的其他几十项实地调查。像他这样资历和地位的人不应该像他那样信口胡言——这听起来像是管道密封承包商的营销废话,如果他发表了这些声明,那些承包商可以原谅他引用他的话,即使这是对典型情况的严重夸大。

  4. GBA编辑器
    马丁Holladay||# 4

    回复Dana Dorsett
    丹娜,
    有可能找到研究(实地研究)报告的管道泄漏率与艾莉森引用的一样高。但是,如果谈论全国新建筑的平均泄漏量,40%可能很高。

    2001年科罗拉多州柯林斯堡的一项著名研究发现新房子的管道泄漏率高得惊人“2001年在科罗拉多州柯林斯堡进行的一项研究测试了80个新房子,发现没有一个符合他们的规范,这依赖于视觉检查。此外,这些家庭的平均管道泄漏量是总系统气流的75%。”(有关柯林斯堡研究的更多信息可以在文章《Is It There?》中找到。有用吗?”——发表于2001年9月刊能源设计更新.)

    报道一个相关的问题——阁楼的管道泄漏损失了多少能量——这是什么我在2011年报道过:“国家可再生能源实验室的工程师戴夫·罗伯茨和乔恩·温克勒说,空调阁楼上的管道浪费大约20%的炉子或空调产量.这些研究人员报告说,在高峰条件下,损失甚至更大。罗伯茨和温克勒写道,在休斯顿、凤凰城和拉斯维加斯,“设计日(被认为是冷却需求最高的季节)三个地点的平均DSE(配电系统效率)为72%。”这意味着在夏季最热的一天,空调产量的28%最终会损失掉。’”

  5. GBA编辑器
    Allison A. Bailes III,博士||# 5

    无论数量是多少,管道泄漏都是严重的
    我只是把介绍改成了LBNL的研究,而不是Sam Rashkin的评论。多年来,我一直听说能源部的一项研究发现40%的泄漏,但我不知道我是否真的见过。从我自己的管道泄漏测试中,我知道泄漏量可能有很大差异。风管系统越老,泄漏就越严重,特别是如果它有淘洗托梁返回或旧的,未密封的硬管道。我有一个30年的硬管道系统,当我把绝缘拆下来(见下图)。

    无论我们谈论的是平均还是极端情况,管道泄漏在大多数现有住宅甚至一些新住宅中都是一种巨大的能源浪费。好消息是,由于管道泄漏测试的规范要求,这种情况正在改善。在乔治亚州,我们已经进行了3年的强制性测试,所有新住宅的空调面积必须达到每100平方英尺8 cfm25,才能获得入住证。

  6. GBA编辑器
    Allison A. Bailes III,博士||# 6

    更多管道泄漏信息
    保罗·弗朗西斯科也给我发了一封关于40%索赔的邮件,并提供了另一个关于管道泄漏的很棒的资源:伊利诺伊州可持续技术中心的同行评议论文

  7. 专家成员
    Dana多赛特||# 7

    好吧,把柯林斯堡书房也给我看看!
    80户人家平均75%的管道泄漏是一场史诗般的灾难,但我在网上找不到任何来源信息。

    与加州大学戴维斯分校论文的链接表明20%的泄漏是无效的(但20%是一个更可信的数字,与劳伦斯·伯克利和其他管道泄漏研究一致)。

    我并不是说管道泄漏不是一个大问题(在一个毫无条件的阁楼里,20%的泄漏是一场能源灾难),只是说大多数更大的泄漏数字往往具有一些城市神话的特征:每个人都在谈论它们,但很难找到真正的来源。

    查看实际来源的所有细节是很重要的。许多由真正的科学家做的同行评审的LBNL工作显示出与所谓的柯林斯堡研究非常不同的平均值,但也发现了75%范围内的极端情况。在80个家庭中,75%的管道损失,其中许多管道被严重破坏(现在大多数地方的规范都不允许),淘金托梁或螺柱槽的损失并不像使用硬管道正确安装的结果那样有趣,除了接缝/接头/引导密封之外。我可以想象一个房屋建筑商使用的框架式下水管道的泄漏量在这个范围内,但很难想象75%的管道泄漏与硬管道实际上是连接在一起的(不像艾莉森照片中的那个)。

    在他们吹嘘实验室开发的基于气溶胶的密封方法时(http://www2.lbl.gov/tt/success_stories/articles/aeroseal.html)劳伦斯伯克利Nat'l实验室的人员估计:

    “如果美国的每个家庭都密封漏水的暖通管道,美国每年将节省50亿美元的能源成本。典型的管道系统,无论是住宅还是商业,都会损失25- 40%的供暖和制冷能源;即使是新安装的系统也会有10%到30%的泄漏。”

    在其他类似的炒作中(http://www2.lbl.gov/Science-Articles/Archive/leakyducts-billions.html)他们给阁楼上弯曲管道的美杜莎图片配上了这样的标题:

    在一个典型的住宅中,管道泄漏会导致20%到40%的能量损失。

    这是能量损失的百分比,不是管道泄漏,但40%仍然是“典型”的上限,而不是平均值。

    为了验证他们的一些测试方法,LBNL的工作人员用2种不同的方法测试了87所房子,其中一种方法的平均泄漏量为总空气流量的22%,即20%。见表3:

    http://aceee.org/files/proceedings/2002/data/papers/SS02_Panel1_Paper26.pdf

    好的,10- 30%的泄漏是新东西,20%的在中间,随着时间的推移,它会被敲打一点,它会上升,而不是下降,随着时间的推移,它是25%而不是20%。但只有出现管道缺失或破损等严重缺陷,才会造成75%的损失。(我敢肯定,肯定有这么邋遢的土地建设者。)我搬进来的时候,家里那些有90年历史的硬管道没有密封(从来没有密封过)。他们像筛子一样吹口哨和泄漏——这可能是25%以上的管道泄漏,但不可能是75%。(我没有对它们进行测试,但用了好几加仑的乳脂来处理。)幸运的是,它们都在有条件的空间内——能量损失远没有管道泄漏那么大。

    如果有人测试了美国所有的住宅管道系统,并绘制了分布图,我怀疑1-sigma刻度可能在40%的泄漏范围内,75%可能在2-sigma标记附近。我敢肯定有一些比这更糟糕的(比如,在空气处理器和供气管道之间有2英寸的自由空气的系统?:-)),但很难想象有人会这样建造它,或者没有注意到它后来解体了。

  8. GBA编辑器
    马丁Holladay||# 8

    柯林斯堡研究
    能源设计更新2001年9月:

    “它在那儿吗?”有用吗?”
    科罗拉多州实地研究揭示了严重的不足
    作者:史蒂夫·安德鲁斯

    科罗拉多州的柯林斯堡是丹佛北部的一座大学城,12万多居民中有很多惠普的高科技工程师。那里的房地产市场非常火爆。但是,关于社区新房性能的传统看法即将受到严重冲击。一项即将发布的由Fort Collins Utilities进行的研究表明,最近建造的房屋的能源性能远远低于合理的性能预期。以下是柯林斯堡公用事业公司能源服务工程师、该报告的作者道格·斯沃茨(Doug Swartz)对情况的总结:“我们在柯林斯堡制定了一项先进的能源法规。新房子的配置看起来相当不错,能源评级也相当不错。然而,这项研究表明,许多新房子并不是很好。舒适问题很普遍。总的来说,燃烧安全和室内空气质量(IAQ)是不确定因素。许多因素对建筑和设备的耐久性提出了质疑。 Typical buyers have no idea — they focus on price, square footage, and amenities, and assume that everything else has been ‘taken care of by the builder and the code’ and that the house will ‘work.’ Not a good assumption.”

    “…在1999年进行的柯林斯堡研究有两个目的:评估1996年能源法规实施后的结果,以及记录新住宅的设计、建造和执行情况。这项研究包括四个标准:健康和安全、舒适、能源效率和耐用性。这项研究的主要组成部分包括:检查20个在建房屋;与20个总承包商进行市场调研;对150名房主进行电话采访;现场能源评级,详细的能源建模,以及80个新住宅的公用事业账单分析;并在40个家庭中进行详细的性能测试。性能测试包括压力诊断、漏风测试、风管泄漏测试、冷热设备性能指标和燃烧安全测试。

    这项研究和报告围绕着两个关键问题:“它存在吗?”和“有用吗?”第一个问题与代码所需的能源特性有关,答案是“有点”。例如,新要求的地下室隔热材料90%的时间都存在,新批准的无通风的爬行空间设计被广泛采用。但不兼容的功能相对普遍。三个例子:
    1.一些绝缘指南经常被忽视。
    2.任何管道系统都远远不能满足规范中“基本密封”的要求。
    3.浴缸、淋浴间和靠墙的壁炉后面所需的挡风材料是随机的。

    “…管道系统的问题。如果说暖通空调系统的问题在科罗拉多州很常见,那么强制空气系统中的管道系统是最薄弱的环节。新兴的国家标准是,当有意的开口被密封时,管道系统泄漏量在总系统流量的6%到10%之间;相比之下,Front Range住宅的管道泄漏量平均约为系统流量的75%——比最大建议管道泄漏量高出10倍。在柯林斯堡进行的测试证实了科罗拉多州似乎拥有全国最漏水的管道系统的说法。这些管道泄漏影响了暖气和冷气的分配。尽管名义上大多数管道系统都在有条件的空间内,但收缩和泄漏造成了舒适性、建筑耐久性、健康和安全方面的问题。泄漏到外部也浪费了能源。使用建筑空腔进行回风流动是罪魁祸首; more than 60% of the leakage is on the return-air side of furnaces. Large return-air leaks in the basement typically cause most of the negative pressure problems mentioned above...."

  9. jmhays||# 9

    谁能在当地帮助我?
    很棒的文章和完美的时机对我来说。我正要搬进我们刚买的房子,我们的检查员在没有空调的阁楼上发现了漏水的管道系统。因为我住在明尼苏达州,如果今年夏天我不把它修好,这将是一件大事。

    但我该打给谁呢?我可以打电话给当地暖通空调的人,但他可能只会用胶带把它裹起来,说它很好。我可以打电话给明尼苏达州圣保罗的谁,他确切地知道如何修复泄漏的管道,检查所有其余的管道系统,并正确密封和(如果需要)绝缘?

  10. rjparker||# 10

    供应泄漏不是坏事

    回风漏吹。供应泄漏太糟糕了。

    吸入(在泄漏处吸入空气)和供应泄漏吹(在泄漏处排出空气)

    确实,对非条件空间的回漏将导致房屋吹出空调空气,而对非条件空间的供应泄漏将导致房屋吸入非条件的外部空气。这个背景支持了以前的前门测试——当主人开门时,空调的空气会把你的帽子吹掉吗?

  11. 专家成员
    Dana多赛特||# 11

    in-re: Fort Collins研究(谢谢你,Martin)
    文章如下:

    “当有意的开口被密封时,管道系统泄漏的新兴国家标准是在总系统流量的6%到10%之间;相比之下,Front Range住宅的管道泄漏量平均约为系统流量的75%——比最大建议管道泄漏量高出10倍。在柯林斯堡进行的测试证实了科罗拉多州的管道系统似乎是全国泄漏最严重的。”

    测试方法没有很好地描述,并且这些管道系统泄漏的位置和原因的细节大部分都没有。但我怀疑,作为管道的盘式托梁和其他框架使用得很糟糕,这似乎在一句话中得到了证实:“使用建筑空腔进行回风流动是罪魁祸首;60%以上的泄漏发生在回风侧。”

    即使没有细节,我也会得出这样的结论:“……科罗拉多州的管道系统似乎是全国最漏水的。”即使遵循最基本的组装指南,也很难建造漏水的管道系统。如果60%的管道泄漏是在平移梁返回,这意味着40%的泄漏(或30%的总空气处理机流量,如果总泄漏是75%)是从供应管道泄漏。用机械连接的管道很难达到这些水平,即使没有试图密封它们。

    这并不是说LBNL等人的实地调查只是在观察建筑科学家在实验室条件下建造的新房子。虽然异常值可能达到70%以上的管道泄漏,但平均值或典型值似乎在20%左右。20%的泄漏对效率来说是一个严重的打击,但没有比40-75%的效率和舒适度灾难更严重的了。

    好消息是,不需要建筑科学研究生就能将管道泄漏降至总空气处理机流量的个位数百分比(没有火箭科学家会浪费他们的职业生涯,在墙板/次地板上涂管道胶泥和嵌缝管道靴),与典型的3-5倍超大系统相比,根据实际负载正确调整机械尺寸意味着较低的空气处理机流量开始。diy,继续在它——如果你的交流线圈霜结果由于AC /大小(或导管一丁点)现在就意味着你要做数学(或雇佣一个职业)是否正确的解决方案是正确的尺寸管道与交流。(管up-sizing通常但不总是那么昂贵的“解决方案”,即使系统作为一个整体是超大负荷。)你必须从某个地方开始……

    与此相关的是,由于较高的管道压力和较高的诱导渗透速率,当你“关闭”一个区域时,分区管道系统通常会增加总能量消耗。节流回寄存器,以调整流量舒适是有意义的,但不是完全关闭它。这是指导管是否非常紧密或非常泄漏-但泄漏的导管增加的幅度更大。

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