آزمایش هوابندی دربها و پنجرههای ساختمانی

• دکتر حسین خراسانی زاده؛ استادیار دانشکده مهندسی دانشگاه کاشان
• دکتر مهدی معرفت؛ استادیار دانشکده مهندسی دانشگاه تربیت مدرس
• مهندس کامران ناییجی ؛ کارشناس بخش مصالح مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن

اندازه گیری میزان نفوذ هوا از درزهای دربها و پنجرههای خارجی ساختمانها و کنترل میزان هوابندی آنها از چند نظر حائز اهمیت است. اولاْ امکان اعمال استانداردهایی که برای صرفه جویی انرژی مهم میباشند را فراهم میآورد. ثانیاْ با عنایت به کلاس داده شده به این اجزاء برای مهندس محاسب تاسیسات امکان انجام محاسبات دقیقترجهت طراحی سیستمهای گرمایشی و سرمایشی را به وجود میآورد. ثالثاٌ به خریدار امکان انتخاب درب یا پنجره مناسب را با توجه به نوع و محل استفاده جهت صرفه جویی در مصرف انرژی و هزینههای مربوطه میدهد. در این مقاله و بر مبنای اطلاعات موجود و محاسبات انجام شده اهمیت درزبندی دربها و پنجرههای ساختمانی در موضوع صرفه جویی مصرف انرژی نشان داده شده است. سپس در مورد تجهیزات انجام آزمایش هوابندی دربها و پنجرههای ساختمانی و نحوه انجام آزمایش با توجه به استانداردهای مختلف بحث شده است. درانتها خلاصه ای از اقدامات انجام گرفته در مرکز تحقیقات مسکن و ساختمان برای تجهیز آزمایشگاه مربوطه در پروژه ای با کارفرمایی سازمان بهینه سازی مصرف سوخت کشور ارائه شده است.

هوای بیرون که به داخل ساختمان منتقل میشود چه بصورت خواسته باشد (از طریق دستگاههای تهویه مطبوع جهت تعویض هوا) ویا بصورت ناخواسته (از طریق نفوذ از میان شکاف پنجرهها ودربها)، از دو جهت مهم است. اولاً هوای بیرون برای کاهش آلودگیهای تولید شده در داخل ساختمان لازم است وثانیاً انرژی لازم برای سرد یا گرم کردن این مقدار هوای بیرون، بخش قابل ملاحظه ای از بار دستگاههای سرمایشی ویا گرمایشی را تشکیل میدهد. لذا کنترل مقدار نفوذ هوا برای بهینه سازی مصرف انرژی لازم است. همچنین اطلاع از میزان نشت هوا برای تعیین ظرفیت دستگاهها در ماکزیمم ظرفیت گرمایی یا سرمایی لازم است. معمولاً هوای لازم برای تهویه مطبوع ومناسب برای ساختمانهایی که از سیستم تهویه استفاده نمیکنند بصورت آزاد از میان پنجرهها ودربهای باز وارد ساختمان میشود. در ساختمانهایی که از سیستم تهویه مطبوع استفاده میکنند هوای تازه بصورت کنترل شده توسط فن یا بلاور از طریق مجراهای پیش بینی شده وارد ساختمان میشود و فرض بر اینست که حداقل هوای تازه برای مقابله با آلودگیها و بوی نامناسب و رطوبت ناشی از بازدم ساکنین تامین میشود.

مطالعات انجام شده بر روی ساختمانهای مختلف در در کانادا،نشان داده اند که نشت ناخواسته هوای بیرون به داخل از طریق شکاف پنجرهها در یک ساختمان اداری با پنجرههایی که حداقل یک سوم سطح دیوارهای خارجی را شامل میشوند و هوابندی مناسبی ندارند در شرایطی که باد با سرعت میوزد حدود درصد 45 از جذب گرما در تابستان و درصد 60 از افت گرما در زمستان را در شرایط طراحی موجب میشود. این واقعیت بیانگر تاثیر میزان هوابندی بر مصرف انرژی و هزینههای ناشی از آن در ساختمانهایی است که از سیستم تهویه استفاده میکنند. لهذا کنترل میزان نشت برای ساختمانهایی که از سیستم تهویه مطبوع استفاده میکنند بسیار اهمیت دارد.

با توجه به مطالب گفته شده یکی از پارامترهای مهم در انتخاب دربها وپنجر وپنجرهها، میزان نفوذ پذیری هوا در آنها است. همچنین لازم است که دربها وپنجرههای ساخته شده قبل از نصب مورد آزمایش قرار گیرند و میزان هوا بندی آنها اندازه گیری شود. با توجه به میزان عبور هوا از آنها، هنگامی که اختلاف فشار معینی مورد نظر است، باید کلاس مورد نظر به آنها داده شود تا هم خریدار به راحتی بتواند درب ویا پنجره مورد نظر خود را با توجه به میزان عبور هوا از آنها انتخاب کند وهم مهندس محاسب تأسیسات بتواند بار حرارتی ناشی از نفوذ هوا را درنظر بگیرد.

اهمیت انجام آزمایش هوابندی دربها و پنجرههای ساختمانی

همانطور که در قسمت قبل گفته شد نفوذ هوا از درزهای دربها و پنجرهها بصورت کنترل نشده و در نتیجه ناخواسته است. این نفوذ هوا بخاطر اختلاف فشار ناشی از باد یا تفاوت دمای هوای بیرون و داخل صورت میگیرد. فشار استاتیک بر روی سطوح خارجی یک ساختمان از جمله بر روی سطح خارجی پنجرهها و دربها به فشار دینامیکی جریان هوای یکنواخت باد بستگی دارد[ نفوذ هوا به داخل ساختمان یا از داخل به بیرون را میتوان از طریق کاهش اختلاف فشار بین دو سطح بیرونی وداخلی و یا بهبود هوا بندی اجزاء ساختمان از جمله دربها وپنجرهها کاهش داد.

آزمایشات انجام شده بر روی ساختمانهای مختلف در ایالتهای آمریکا نشان داده اند که در 75 درصد از ساختمانها مقدار نفوذ ناخواسته هوا به داخل ساختمانها معادل یک دوم تا 1 دفعه تعویض هوای ساختمان در یک ساعت است ودر 25 درصد بقیه ساختمانها این مقدار تا 2 دفعه تعویض هوا نیز افزایش مییابد.

 علاوه بر صرفه جویی در مصرف انرژی برخی از اصول و دلایل دیگر کنترل نشت هوا به داخل: [ ساختمانها عبارتند از[ 3

1. جلوگیری از نفوذ رطوبت هوای خارج ساختمان به داخل
2. جلوگیری از نفوذ آلودگیها و حشرات
3. ایمنی بهتر در برابر آتش سوزی
4. افزایش راحتی ساکنین از طریق جلوگیری از سرمایش و یا گرمایش مستقیم آنها و وسایل دیگر توسط هوای بیرون

 آزمایش هوا بندی بر روی دربها وپنجرههای ساختمانی

با توجه به محاسبات انجام گرفته در قسمت قبل لزوم انجام آزمایش هوابندی بر روی دربها وپنجرههای ساختمانی که بطور تجاری و بصورت پیش ساخته عرضه میشوند مشخص است. هدف از انجام این آزمایش بررسی میزان عبور هوا از درزهای قسمتهای بازشو از این اجزاء، هنگامی که تحت اختلاف فشار معینی قرار دارند، است. این آزمایش علاوه بر کنترل میزان هوابندی درب و پنجرههای ساختمانی و ایجاد امکان اعمال مقررات، به خریدار امکان انتخاب پنجره مناسب با توجه به نوع و محل استفاده و به مهندس محاسب تاسیسات امکان انجام محاسبات دقیق تر را میدهد.

تجهیزات مورد نیاز جهت انجام آزمایش

آزمایش عبارت از نصب و آب بندی نمونه آزمایش بر روی محفظه آزمایش و ارسال هوا به این محغظه در نرخی که اختلاف فشار دو طرف نمونه حفظ شود و اندازه گیری نرخ جریان هوا است. اندازه گیری جریان هوای عبوری از درزهای قسمتهای بازشو درب و پنجرهها از اهداف آزمایش است ونشت از محل نصب 1) استفاده از تجهیزات زیر را جهت انجام - آنها مورد نظر ناست. استانداردهای مختلف خارجی (بخش 4 آزمایش هوابندی توصیه مینمایند.

الف- سیستم ارسال هوا: یک دمنده 2 یا فن، یا دمنده ای با قابلیت چرخش عکس 3 با دور قابل تنظیم جهت تأمین اختلاف فشار معین دردو طرف نمونه آزمایش مورد نیاز است. این سیستم باید قابلیت تأمین و ارسال دبی ثابت هوا در یک اختلاف فشار معین و در یک فاصله زمانی که جهت خواندن دبی هوا مورد نیاز است را از طریق کانالهای هوا به محفظه آزمایش داشته باشد.

ب- محفظه آزمایش: هوای ارسالی از سیستم ارسال هوا به محفظه آزمایش موجب ایجاد فشار بیشتر این محفظه نسبت به فضای آزمایشگاه میشود. یک دریچه در یک طرف این محفظه درزبندی شده برای اعمال فشار به یک سمت از نمونه قرار دارد. محفظه آزمایش باید تحمل اختلاف فشار مورد نیاز در طول انجام آزمایش را داشته باشد. آزمایش نشت هوا مطابق مقررات ساختمانی در برخی از کشورها از جمله آمریکا[ 3] و مطابق بسیاری از استانداردها از جمله 283 ASTM E- باید برای شرایط باد با سرعت صورت گیرد. البته برای شرایط خاصی که درز بندی خیلی اهمیت داشته باشد حداکثر اختلاف فشار میتواند تا یک وسیله اندازه گیری فشار، اختلاف فشار موجود در دو طرف پنجره را باید اندازه گیری کند. این وسیله باید در جایی از محفظه نصب شود که تحت تأثیر هوای ارسالی به داخل محفظه قرار نگیرد. ضمناً ارسال هوا به داخل محفظه باید به گونه ای انجام گیرد که هوا با سرعت قابل ملاحظه ای به نمونه آزمایش بر خورد ننماید.

ج- دیواره آزمایش: دریچه متصل به محفظه آزمایش بر روی این دیواره قرار داشته و نصب نمونه آزمایش با فاصله از آن بر روی این دیواره صورت میپذیرد. طرف خارجی نمونه آزمایش در سمت فشار بالا قرار میگیرد تا امکان اندازه گیری میزان نشت از خارج به داخل infiltration) از طریق نمونه ایجاد شود. دستگاه آزمایش باید مکانیزمهای لازم جهت نصب و نگهداری نمونه آزمایش را دارا باشد. د- وسیله اندازه گیری اختلاف فشار: وسیله ای جهت اندازه گیری اختلاف فشار در دو طرف نمونه آزمایش با دقت (هر کدام که بزرگتر است ) مورد نیاز است. ه- سیستم اندازه گیری دبی هوا: وسیله ای که در مسیر کانال انتقال هوا نصب میشود تا دبی ارسالی به محفظه آزمایش را اندازه گیری نماید. خطای اندازه گیری در موقعی که دبی برابر یا بیشتر از و- وسیله اندازه گیری دما, فشار و رطوبت نسبی هوای آزمایشگاه: دما و فشار آزمایشگاه برای استاندارد نمودن نتایج مربوط به دبیهای نشت اندازه گیری شده لازم هستند. ضمناً گزارش میزان رطوبت نسبی هوای آزمایشگاه ضرورت دارد

روش انجام آزمایش

قبل از انجام آزمایش نمونه بر روی دیواره و روبروی دریچه متصل به محفظه آزمایش نصب میشود. در استانداردهای مختلف روشهای انجام آزمایش اندکی با هم تفاوت دارند اما کلیات واساس آنها کاملاً شبیه هم است. روشهای پیشنهاد شده همه زیر مجموعه ای از دو روش کلی به شرحی که ذکر میشود هستند. در روش اول به یکباره نمونه آزمایش تحت اختلاف فشار ثابت ومعینی که توسط درخواست کننده تعیین شده است قرار میگیرد. در این هنگام دبی کلی عبور هوا اندازه گیری میشود. این دبی برابر مجموع دبی ٦ عبوری از درزهای قسمتهای بازشو نمونه آزمایش ودبی عبوری از روزنههای خود محفظه آزمایش و از محل نصب قابهای خارجی نمونه بر روی دیواره آزمایش است. در مرحله بعد پس از پوشاندن کلیه درزهای قسمتهای باز شو نمونه یا پوشاندن کل سطح نمونه (بجز محلهای نصب) مجدداً اختلاف فشار قبل برقرار میشود و دبی عبوری از محفظه آزمایش و محلهای نصب اندازه گیری میشود. با کم کردن این دبی از دبی کل، دبی نشت از درز قسمتهای باز شو نمونه آزمایش بدست میآید.

در روش دوم مطابق شکل ( 2) نمونه آزمایش بصورت پله ای تحت اختلاف فشارهای مختلف از حداقل تا حداکثر تعیین شده توسط متقاضی قرار میگیرد. در مرحله اول دبی عبوری کل از نمونه آزمایش در هر پله از اختلاف فشار هنگام افزایش فشار و هنگام کاهش آن اندازه گیری میشود و بزرگترین مقداردر هر پله به عنوان دبی کل نشت منظور میشود. در مرحله بعد پس از پوشاندن کلیه درزهای قسمتهای باز شو نمونه یا پوشاندن کل سطح نمونه (بجز محلهای نصب) مجدداً اختلاف فشارها بصورت پله ای برقرار میشود و مشابه مرحله قبل دبی عبوری از محفظه آزمایش و محلهای نصب در هر اختلاف فشار اندازه گیری میشود. این دبی به نشت اضافی معروف است. در هر اختلاف فشار مشخص با کم کردن این دبی از دبی کل، دبی نشت از درز قسمتهای بازشو نمونه آزمایش بدست میآید. برابر توصیه استانداردهای مختلف لازم است قبل از گزارش نتایج آزمایش دبیهای بدست آمده در مراحل آزمایش به دبی در شرایط استاندارد دما و فشار تبدیل شوند. دبی نشت میتواند بر واحد سطح کلی نمونه یا سطح قسمتهای بازشو نمونه و یا واحد طول کل درزهای قسمتهای باز شو نمونه آزمایش بیان شود. با مقایسه دبی نشت با دبی بیان شده در استاندارد در همان فشار خاص صحت عملکرد نمونه تایید میشود و یا میزان نشت از نمونه در اختلاف فشارهای مختلف گزارش میشود.

گزارشی ازفعالیتهای انجام شده درمرکزتحقیقات ساختمان ومسکن

مرکزتحقیقات ساختمان ومسکن در راستای انجام یکی از اهداف خود که همان بهینه سازی مصرف انرژی در ساختمانها است پروژه تجهیز آزمایشگاه تعیین کیفیت جدارههای شفاف ساختمانی از نظر میزان هوابندی و آب بندی“را تعریف نمود. این پروژه به سازمان محترم بهینه سازی مصرف سوخت کشور پیشنهاد گردید و اجرای آن مورد تصویب قرار گرفت. از نیمه دوم سال 1380 مراحل طراحی و سپس عملیات ساخت دستگاه آزمایش مربوطه در مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن به کارفرمایی سازمان بهینه سازی در جریان است. ایجاد امکان نظارت بر ساخت وتولید دربها وپنجرههای از پیش ساخته شده ساختمانی در داخل کشور از جمله اهداف این پروژه است. برخی از اقداماتی که تا کنون برای اجرای این پروژه انجام شده اند در ادامه ذکر گردیده اند.

جمع آوری و بررسی استانداردهای مربوطه

با مراجعه به کتابخانههای مراکز مختلف علمی و موسسه استاندارد ایران وبا استفاده از شبکه اینترنت وبا کمک شرکتهایی که در این زمینه فعالیت میکنند استانداردهای خارجی و داخلی در رابطه با تعیین میزان هوابندی دربها وپنجرههای ساختمانی تحت شرایط مختلف جمع آوری شده است. سپس بررسیهای لازم بر روی آنها بمنظور استنباط مفهومی انجام شده است. لیست زیر فقط نام تعدادی از استانداردهای تهیه شده است که مستقیماً به آزمایشهای هوا بندی 2 آورده شد مربوط میباشند. از ذکر نام استانداردهای دیگر از جمله - مطابق آنچه که در قسمت 3استانداردهایی که به آزمایش آب بندی مربوط میشوند در اینجا خودداری شده است.

الف- استاندارد ملی ایران:

4347:  روش آزمون نفوذ پذیری دریچههای فولادی پیش ساخته ساختمان

4348:  در وپنجره فولادی پیش ساخته ساختمان

ب- انستیتو استاندارد بریتانیا BSI)

 BS 5368:  Part 1: 1976 (EN 42) Methods of testing windows Part 1. Air permeability test

BS 6375:  Part 1: 1989 Performance of windows Part 1. Classification for weathertightness (Including guidance on selection and specification(

BS 5368:  Part 4: 1978 (EN 78) Methods of testing windows. Part 4.Form of test report

 ج: استاندارد انجمن تست مواد آمریکا ASTM)

 E 283-91 Standard Test Method for Determining the Rate of Air Leakage Through Exterior windows, curtain alls, and Doors Under Specified Pressure Differences Across the Specimen

د: استاندارد DIN

DIN EN 1026 Windows and Doors , Air permeability – Test method

ه: موسسه بین المللی استاندارد ISO)

 ISO 6613 Windows and door height windows- Air permeability Test

ISO 8272 Doorsets – Air permeability test

و: استاندارد UL)

 UL1784 Air Leakage Tests of Door Assemblies

استخراج نحوه, شرایط و مراحل انجام آزمایش:

 پس از بررسی استانداردهای جمع آوری شده، مراحل, شرایط و روش انجام آزمایش میزان هوابندی استخراج شده است. سپس مطالعه برای طراحی تجهیزات مورد نیاز جهت تجهیز دستگاه آزمایش انجام شده است.

3-4 طراحی مفهومی تجهیزات:در استانداردهای موجود فقط شرایط انجام آزمایش توضیح داده شده اند و در مورد تجهیزات مورد نیاز اطلاعاتی وجود ندارد. بنابراین لازم بود که در ابتدا بصورت مفهومی طراحی کلی دستگاه آزمایش انجام شده و سپس تجهیزات مورد نیاز برآورد و ساخته یا انتخاب شوند. با توجه به اهداف کلی پروژه و بدلیل مشابهت بسیار زیاد شرایط آزمایشهای هوابندی با آب بندی از همان ابتدا سعی شد دستگاه آزمایش بگونه ای طراحی شود که هم امکان آزمایشهای هوا بندی و هم آزمایشهای آب بندی با آن وجود داشته باشد. پس از طی مراحل مختلف طراحی و اعمال اصلاحات منظور شده, طرح نهایی به گونه ای صورت گرفته است که علاوه بر امکان آزمایشهای هوا بندی و آب بندی با یک دستگاه آزمایش واحد, این آزمایشها میتوانند 1 انجام شوند، در نتیجه طبق درخواست سازنده یا تصمیم - مطابق تمام استانداردهای ذکر شده در قسمت 4 کاربر انجام آزمایشها طبق هر کدام از استانداردهای ذکر شده امکان پذیر خواهد بود.

4-4 انجام محاسبات طراحی قسمتهای مختلف تجهیزات وتهیه نقشههای اجرایی:پس از طراحی مفهومی تجهیزات تک تک اجزا تشکیل دهنده دستگاه آزمایش طراحی و محاسبات مربوط به هر قسمت انجام شده اند. سپس مدل سه بعدی هر جزء توسط کامپیوتر تهیه ونقشههای اجرایی آنها نیز رسم شده و به گروه ساخت تحویل گردیده است.

5-4 ساخت تجهیزات: مراحل ساخت سازه اصلی دستگاه آزمایش و عمده تجهیزات دیگر و نصب آنها از جمله دیواره آزمایش و تجهیزات تامین فشار شامل فن و موتور دور متغیر آن اکنون به انجام رسیده است. در حال حاضر مراحل نهایی ساخت دستگاه و نصب تجهیزات اندلزه گیری و کنترل بر روی آن در حال اجرا است.

نشریه پنجره ایرانیان، سال پنجم ، شماره 52 ، بهمن ماه 1390