ブロワードア

ブロワードアは、建物の空気漏れテストを行うために使用される機械です。また、建物のゾーン間の空気の流れを測定したり、ダクトの気密性をテストしたり、建物の外壁の空気漏れ箇所を物理的に特定したりするためにも使用できます。^[1]

ブロワー ドアには、3 つの主要なコンポーネントがあります。さまざまなサイズの建物を加圧および減圧するのに十分な範囲の気流を誘発できる、較正済みの可変速ブロワーまたはファン、ファンの気流の結果としてファンの表面と建物の外面全体に誘発される圧力差を同時に測定するマノメーターと呼ばれる圧力測定機器、およびドアや窓などの建物の開口部にファンを取り付けるために使用される取り付けシステムです。

気密性試験は、通常、住宅環境で考えられます。^{[誰によると？ ]}商業環境では、気密性試験が一般的になりつつあります。米国連邦政府の新築建物では、一般調達局（GSA）が試験を義務付けています。^[2]

ブロワードアの気密性に関するさまざまな指標は、建物から外気への圧力とファンの気流測定の組み合わせを使用して生成できます。これらの指標は、測定方法、計算、および用途が異なります。ブロワードアテストは、建物研究者、耐候性チーム、住宅性能請負業者、住宅エネルギー監査人などによって、建物エンベロープの建設品質の評価、空気漏れ経路の特定、空気漏れによって供給される換気量の評価、空気漏れによるエネルギー損失の評価、建物が密閉されすぎているか緩すぎているかの判断、建物に機械換気が必要かどうかの判断、および建物の性能基準への準拠の評価に使用されます。^[3]

スウェーデンでは、1977年に初めてブロワードア技術が建物の気密性を測定するために使用されました。スウェーデンで最初に導入されたのは、ドアではなく窓に取り付けられたファンでした。^{[4] 1979年までに、同様の窓に取り付けた測定技術が}テキサスで追求され、ドアに取り付けたテストファンは、ニュージャージー州ツインリバーズの住宅開発地の住宅の空気漏れを見つけて修理するためにプリンストン大学のチームによって開発されました。^{[5] [6]}

カナダでも同様に、当初のコンセプトはブロワーウィンドウの使用であり、これはカナダのオタワでG.T.タムラが1967年から1968年にかけてオタワの住宅をテストする建築研究部門の研究の一環として初めて利用し、1975年に発表されました。^[7]

カナダでは、サスカチュワン州にあるカナダ国立研究会議建築研究部 (NRC/DBR)のチームが、1975 年に発表された Tamura の研究を発展させ、ブロワー ウィンドウからブロワー ドアのコンセプトへと進み、1977 年に Saskatchewan Conservation House の建設に使用されました。サスカチュワン グループは、1977 年から 1978 年にかけてブロワー ドアの開発に積極的に関わり、1980 年に研究結果を発表しました。彼らは、ミネアポリスの一社を含む興味を持った企業にフロー ノズルを提供しました。Tamura が研究を行っていた 1967 年にオタワに滞在していたHarold Orr は、Tamura が論文を発表した後もブロワー ドア技術の研究を続けました。1967 年の Tamura のブロワー ウィンドウのコンセプトは、1977 年のスウェーデンの研究より 10 年先行していました。^[8]最初のブロアドアは、1977年に建設されたサスカチュワン州自然保護住宅の気密性をテストするためにも使用され、50Paで0.5achの気密性がテストさ れまし た。

これらの初期の研究努力は、ブロワードアテストが、住宅で説明できないエネルギー損失を明らかにする潜在的な力を持っていることを実証しました。以前は、ドア、窓、電気コンセントの周りの空気漏れが住宅の主な漏れ経路であると考えられていましたが、Harrje、Dutt、Beyaはブロワードアを使用して熱バイパスを特定しました。これらのバイパスは、屋根裏のユーティリティチェイスなどの空気漏れ場所で、ほとんどの住宅で空気漏れエネルギー損失の最大の割合を占めていました。^[9]ブロワードアを住宅のエネルギー改修と耐候性化の取り組みに使用することは、米国の東海岸と西海岸の研究者によって「ハウスドクター」として知られるようになりました。^{[10] [11]}

ブロワードアは、1980年にGadscoという名前で米国で初めて市販されました。^[12] Harmaxは1981年にユニットの販売を開始し、その後すぐにThe Energy Conservatoryが1982年に販売を開始しました。^[13]

これらのブロワードアテストの取り組みは、漏洩経路を特定し、説明のつかないエネルギー損失を説明するのに役立ちましたが、その結果は、自然条件下での建物内のリアルタイムの空気交換を決定するために使用することはできず、年間平均空気交換レベルを決定することさえできませんでした。シャーマンは、これを最初に試みたのは、年間平均空気交換を次のように推定したパーシリーとクロンヴァルであると考えています。^[14]

${\displaystyle ACH_{natural}={ACH_{at50pascal} \over 20}\,\!}$

${\displaystyle ACH_{natural}}$= 1時間あたりの自然な空気の交換回数 [1/h]

${\displaystyle ACH_{at50pascal}\,\!}$= 50 パスカルでの 1 時間あたりの空気交換回数 [1/h]

さらなる物理モデリングの取り組みにより、ローレンス・バークレー国立研究所（LBNL）の研究者による浸入モデルの開発と検証が可能になりました。 ^{[15] [16]}このモデルは、ブロアドアテストから得られたデータと年間の気象データを組み合わせて、特定の場所にある特定の住宅の時間分解換気率を生成しました。このモデルは、ASHRAEハンドブック オブ ファンダメンタルズ（1989 年）に組み込まれ、ASHRAE 規格 119 および 136 の開発に使用されました。 ^{[17] [18]他の浸入モデルは、}国立再生可能エネルギー研究所（NREL）の Deru と Burns による建物全体の性能シミュレーションで使用するためのモデルなど、他の場所で開発されています。^[19]

基本的なブロア ドア システムには、校正済みファン、ドア パネル システム、圧力測定装置 (マノメーター) の 3 つのコンポーネントが含まれます。

ブロワー ドア ファンは、ドア パネル システムを使用して、一時的に外部の出入り口に密閉されます。すべての内部ドアは開かれ、すべての外部ドアと窓は閉じられます。 HVAC バランス ダンパーとレジスターは調整せず、暖炉やその他の操作可能なダンパーは閉じます。浴室の排気口、キッチンのレンジフード、乾燥機など、家内のすべての機械式排気装置はオフにする必要があります。圧力チューブはファン圧力の測定に使用され、屋内/屋外の圧力差を測定できるように建物の外部にも配線されます。外部圧力センサーは、風や直射日光から保護する必要があります。テストは、ファンの表面を密閉し、ベースラインの屋内/屋外の圧力差を測定することから始まります。平均値は、テスト中のすべての屋内/屋外の圧力差の測定値から差し引かれます。

ブロワー ドア ファンは、建物に空気を送り込むため、または建物から空気を送り出すために使用され、内部と外部の間に正または負の圧力差を生み出します。この圧力差により、空気は建物のエンクロージャ内のすべての穴と貫通部を通過します。建物が密閉されているほど (穴が少ないなど)、建物の圧力を変化させるためにブロワー ドア ファンから供給される空気は少なくて済みます。通常は減圧テストのみを実行しますが、減圧と加圧の両方を実行することをお勧めします。建物エンベロープは方向性のある気流に反応するため、加圧と減圧ではブロワー ドア メトリックの値が異なります。ファンが最大の目標屋内/屋外圧力差に到達できる最小のファン リングを使用する必要があります。マルチポイント テストは、手動で実行することも、データ取得およびファン制御ソフトウェア製品を使用して実行することもできます。手動テストでは、一連の屋内/屋外圧力差を維持するようにファンを調整し、結果として得られるファンの平均圧力と屋内/屋外圧力を記録します。あるいは、ブロワー ドア ファンを基準の屋内/屋外圧力差まで上げ、ファン圧力を記録するシングル ポイント テストを実行することもできます。多くの場合、ブロワー ドア ハードウェアはファン圧力測定値をファンの空気流量値に直接変換します。

建物の漏水はオリフィスを通る流れのべき乗法則で記述される。 ^{[20] [21]}オリフィスの流れの方程式は通常次のように表される。

${\displaystyle Q=C{\Delta }P^{n}\,\!}$

${\displaystyle Q\,\!}$=風量（m ³ /s）

${\displaystyle C\,\!}$= 空気漏れ係数

${\displaystyle {\Delta }P\,\!}$= 圧力差（Pa）

${\displaystyle n\,\!}$= 圧力指数

C パラメータはオリフィスのサイズを反映し、∆P はオリフィス全体の圧力差であり、n パラメータはオリフィスの特徴的な形状を表し、値は 0.5 から 1 の範囲で、それぞれ完全なオリフィスと非常に長く細い亀裂を表します。

ブロアドアテストでは、ファンを通る空気の流れ（）と建物の外壁を通る空気の流れ（）の 2 つの空気の流れを測定する必要があります。 QFanQBuilding

${\displaystyle Q_{ファン}=C_{ファン}{{\デルタ }P_{ファン}}^{n_{ファン}}\,\!}$

${\displaystyle Q_{Building}=C_{Building}{{\Delta }P_{Building}}^{n_{Building}}\,\!}$

ブロワードア解析では質量が保存されると仮定し、次の結果が導かれます。

${\displaystyle Q_{Fan}=Q_{Building}\,\!}$

その結果は次のようになります:

${\displaystyle C_{ファン}{{\Delta }P_{ファン}}^{n_{ファン}}=C_{建物}{{\Delta }P_{建物}}^{n_{建物}}\,\!}$

ファンの空気流量は、ブロワー ドアの製造元によって提供されるおよびの値を使用して決定され、 を計算するために使用されます。マルチポイント ブロワー ドア テスト手順により、一連の既知の値 Q _{n, Fan}および ∆P _{n, Building}が得られます。一般的な ∆P _{n, Building の}値は、±5、10、20、30、40、および 50 パスカルです。次に、通常の最小二乗回帰分析を使用して、建物エンベロープの漏れ特性を計算します:および。建物エンベロープのこれらの漏れ特性を使用して、風、温度​​差、または機械的な力によって引き起こされる特定の圧力差に対して、建物エンベロープを介して誘導される空気流量を計算できます。50 Pa を、導出された建物 C および n 値とともにオリフィス流量方程式に代入して、50 パスカルでの空気流量を計算できます。この同じ方法を使用して、さまざまな圧力での空気流量を計算し、他のブロワー ドア メトリックの作成に使用できます。 CFannFanQFanCBuildingnBuilding

マルチポイント手順の代替アプローチは、50 Pa などの単一のテスト ポイントでのみファンの気流と建物の圧力差を測定し、その後、ブロワー ドア メトリックの分析と生成で想定圧力指数を使用することです。この方法は、主に次の 2 つの理由から好まれています。(1) 1 つのデータ ポイントを測定して記録する方が、複数のテスト ポイントを記録するよりも簡単であること、(2) ファンのキャリブレーションと風の影響により、建物の圧力差が非常に低い場合、測定値の信頼性が最も低くなること。 nBuilding

ブロアドア試験結果の精度を高めるためには、すべての気流データに空気密度補正を適用する必要がある。これは、建物の空気漏れ係数（）と圧力指数（）を導出する前に行う必要がある。ブロアドアデータを標準状態に補正するには、以下の方法を使用する。^[21]${\displaystyle C_{建物}\,\!}$${\displaystyle n_{建物}\,\!}$

減圧テストでは、次の式を使用する必要があります。

${\displaystyle Q_{Corrected}=Q_{Measured}*{\rho _{In} \over \rho _{Out}}\,\!}$

${\displaystyle Q_{Corrected}\,\!}$= 実際の空気密度に補正された空気の流れ

${\displaystyle Q_{Measured}\,\!}$=およびを使用して導出された気流${\displaystyle C_{Fan}\,\!}$${\displaystyle n_{Fan}\,\!}$

${\displaystyle \rho _{In}\,\!}$= 試験中の建物内の空気密度

${\displaystyle \rho _{Out}\,\!}$= 建物の外側の空気密度、テスト中

加圧テストでは、次の式を使用する必要があります。

${\displaystyle Q_{Corrected}=Q_{Measured}*{\rho _{Out} \over \rho _{In}}\,\!}$

値と は、製品資料では空気密度補正係数と呼ばれています。製品資料では、これらの係数が使いやすい表にまとめられていることが多く、外部温度と内部温度から係数を決定できます。このような表を使用しない場合は、空気密度を計算するために次の式が必要になります。 ${\displaystyle {\rho _{Out} \over \rho _{In}}\,\!}$${\displaystyle {\rho _{In} \over \rho _{Out}}\,\!}$

${\displaystyle \rho _{In}\,\!}$次の式を使用して IP 単位で計算できます。

${\displaystyle \rho _{In}=0.07517*(1-{0.0035666*E \over 528})^{5.2553}*({528 \over T_{In}+460})\,\!}$

${\displaystyle \rho _{In}\,\!}$= 試験中の建物内の空気密度

${\displaystyle E\,\!}$= 海抜高度（フィート）

${\displaystyle T_{In}\,\!}$= 室内温度（F）

${\displaystyle \rho _{Out}\,\!}$次の式を使用して IP 単位で計算できます。

${\displaystyle \rho _{Out}=0.07517*(1-{0.0035666*E \over 528})^{5.2553}*({528 \over T_{Out}+460})\,\!}$

${\displaystyle \rho _{Out}\,\!}$= 建物の外側の空気密度、テスト中

${\displaystyle E\,\!}$= 海抜高度（フィート）

${\displaystyle T_{Out}\,\!}$= 屋外温度（F）

ブロワードアメーカーから得られた空気流量値をファンを通る実際の体積空気流量に変換するには、次の式を使用します。 ^[22]${\displaystyle C_{Fan}\,\!}$${\displaystyle n_{Fan}\,\!}$

${\displaystyle Q_{Actual}=Q_{Fan}*{\sqrt {\rho _{Ref} \over \rho _{Actual}}}\,\!}$

${\displaystyle Q_{Actual}\,\!}$= ファンを通る実際の体積流量

${\displaystyle Q_{Fan}\,\!}$= メーカーの係数またはソフトウェアを使用して計算された体積流量

${\displaystyle \rho _{Ref}\,\!}$= 基準空気密度（通常、kg/m ³の場合は 1.204 、lb/ft ³の場合は 0.075 ）

${\displaystyle \rho _{Actual}\,\!}$=減圧および加圧のためにファンを通過する空気の実際の密度${\displaystyle \rho _{In}\,\!}$${\displaystyle \rho _{Out}\,\!}$

ブロワー ドア テストの実行方法に応じて、収集されたデータからさまざまな気密性と建物の気流の指標を導き出すことができます。最も一般的な指標とそのバリエーションのいくつかを以下で説明します。以下の例では、SI 圧力測定単位パスカル(pa) を使用しています。ヤードポンド法の測定単位は一般に水柱インチ (WC インチまたは IWC) です。変換率は 1 WC インチ = 249 Pa です。以下の例では、一般に受け入れられている 50 pa の圧力を使用しています。これは 1 IWC の 20% です。

これはブロワー ドア テストから得られる最初の指標です。建物と外気の圧力差が 50 パスカル (Q ₅₀ ) のときの空気の流れ (英単位は立方フィート / 分、SI 単位はリットル / 秒)。この標準化された単一ポイント テストでは、同じ基準圧力で測定された住宅間の比較が可能です。これは、ファンを通る空気の流れのみを反映する生の数値です。住宅のサイズが異なり、外壁の品質が似ている場合、このテストの結果は異なります。^{[引用が必要]}

多くの場合、建物のサイズとレイアウトを制御するために、特定の建物圧力での空気の流れを建物の床面積または総表面積に正規化します。これらの値は、ファンを通る空気の流量を面積で割ることによって生成されます。これらの指標は、建物の総漏洩面積を漏洩が発生する可能性のある総面積に正規化するため、構造と建物の外壁の品質を評価するために最もよく使用されます。言い換えると、壁、床、天井などの単位面積あたりにどれだけの漏洩が発生するかということです。^{[引用が必要]}

もう 1 つの一般的な測定基準は、指定された建物圧力 (通常は 50 Pa (ACH ₅₀ )) での 1 時間あたりの空気交換回数です。

${\displaystyle ACH_{50}={Q_{50}*60 \over V_{Building}}\,\!}$

${\displaystyle ACH_{50}\,\!}$= 50パスカルでの1時間あたりの空気交換回数（h ⁻¹）

${\displaystyle Q_{50}\,\!}$= 50 パスカル（ft ³ /分またはm ³ /分）での空気流量

${\displaystyle V_{Building}\,\!}$= 建物の容積（ft ³または m ³）

これにより、建物の容積によって指定された建物圧力での空気の流れが標準化され、さまざまなサイズやレイアウトの住宅をより直接比較できるようになります。この指標は、建物内の空気が外気と入れ替わる速度を示し、結果として、室内空気の質を判断する上で重要な指標となります。^{[引用が必要]}

ファンの加圧によって生成された値を取得し、それを自然な空気交換の決定に使用するには、建物の有効漏洩面積を計算する必要があります。建物の外壁にある隙間や亀裂はそれぞれ、建物の総漏洩面積に一定の面積を占めます。有効漏洩面積は、建物内の個々の漏洩面積がすべて 1 つの理想的な開口部または穴に結合されていると想定しています。この値は通常、建物の所有者に、建物内で 24 時間 365 日開いている窓の面積として説明されます。ELA は、計算に使用される基準圧力に応じて変わります。米国では通常 4 Pa が使用されますが、カナダでは 10 Pa の基準圧力が使用されます。計算方法は次の通りです。^[21]

${\displaystyle ELA=C_{Building}*{\sqrt {\rho \over 2}}*{\Delta }P_{Ref}^{n_{Building}-0.5}\,\!}$

${\displaystyle ELA\,\!}$= 有効漏洩面積（m ²または in ²）

${\displaystyle C_{Building}\,\!}$= 建物の空気漏れ係数

${\displaystyle \rho \,\!}$= 空気密度（kg/m ³またはlb/in ³）、通常は標準密度が使用されます

${\displaystyle {\Delta }P_{Ref}\,\!}$= 基準圧力（Pa または lb _Force /in ²）、通常、米国では 4 Pa、カナダでは 10 Pa

${\displaystyle n_{Building}\,\!}$= 建物圧力指数

これらの計算では単位を慎重に保持することが重要です。および はSI単位を使用して計算する必要があり、ρ と ∆P _{Reference はそれぞれ kg/m} ³と パスカルにする必要があります。 または、および はヤードポンド法単位を使用して計算することができ、ρ と ∆P _{Reference は}それぞれlb/ft ³と lb _Force /in ²になります。 CBuildingnBuildingCBuildingnBuilding

ELA は、LBNL 浸透モデルを使用して導出された特定の浸透率とともに、年間を通じて建物の外壁を通過する空気の流量を決定するために使用できます。^{[引用が必要]}

漏洩面積の推定値は、試験対象の囲いの大きさに合わせて正規化することもできます。たとえば、LEEDグリーンビルディング評価システムでは、集合住宅の気密基準として、囲い面積100平方フィート（9.3 m ^{2 ）あたり1.25平方インチ（8.1 cm 2} ）の漏洩面積を設定し、ユニット間のタバコの 煙を制御しています。これは0.868 cm ² /m ²に相当します。^[23]

正規化漏洩は、建物の大きさと階数に対する建物外壁の気密性の尺度である。正規化漏洩はASHRAE規格119で次のように定義されている。^[17]

${\displaystyle NL=1000*({ELA \over A_{Floor}})*({H \over H_{Ref}})^{0.3}\,\!}$

${\displaystyle NL\,\!}$= 正規化された漏れ

${\displaystyle ELA\,\!}$= 有効漏洩面積（m ²または in ²）

${\displaystyle A_{Floor}\,\!}$= 建物の床面積（m ²または in ²）

${\displaystyle H\,\!}$= 建物の高さ（メートルまたはインチ）

${\displaystyle H_{Ref}\,\!}$= 基準高さ（2.5メートル（98 インチ））

ブロワー ドアは、さまざまな種類のテストに使用できます。これには、次のようなものが含まれます (ただし、これらに限定されません)。

• 住宅や商業ビルの気密性を検査する
• 建設途中で建物をテストし、エンクロージャ内の不具合を特定して修正する^{[ permanent dead link ‍ ]}
• IECCやASHRAEなどのエネルギー効率基準に建物が準拠しているかどうかをテストします。
• 建物の外壁と窓枠の防水性と雨水の浸入をテストする
• NFPAクリーン エージェント保持テスト (このタイプのテストは、通常、ブロワー ドア テストではなくドア ファン テストと呼ばれます)
• 強制空気暖房/冷房システムのダクト漏れテスト- 供給 (通気) ダクトと戻りダクトの両方をテストして、空気の漏れがあるかどうか、またどの程度漏れているかを判定できます。ダクト テストをブロワー ドア テストと組み合わせて、外部への総漏れを測定し、家の外部への有効な漏れのみを測定できます。
• 建物の圧力を下げた状態で赤外線カメラを使用して建物内の空気漏れを検出します。赤外線測定にはブロア ドアは必須ではありませんが、外気温度を取り込むことで温度変化が強調され、外気漏れの検出が容易になります。

NFPAエンクロージャ完全性テストは、エンクロージャ テストの特殊なタイプで、通常はクリーン エージェント消火システムで保護されている建物内の部屋の気密性を測定します。このテストは通常​​、システムのインストールと試運転中に行われ、NFPA、ISO、EN、FIA 規格で必須であり、前回のテストで気密性に疑問がある場合は毎年テストを繰り返すことも求められています。これらのタイプのエンクロージャは通常、より一般的な水ベースのスプリンクラー システムでは損傷を受ける大量のコンピューターと電子ハードウェアを含むサーバー ルームです。クリーンという言葉は、消火システムが放出した後、クリーンアップするものが何もないという事実を指し、エージェントは単に大気中に拡散します。

NFPA-2001 (2015 版) は、北米、多くのアジア諸国、中東で使用されています。ホールドタイム分析は 1985 年以来必要とされています。ISO-14520-2015 バージョンまたは EN-15004 規格はヨーロッパ全体で使用され、FIA 規格は英国で使用されています。これらすべての規格の結果は非常に似ています。

機器の校正に関する NFPA 規格は、他の種類のテストとほぼ同じであるため、最新のブロア ドア機器であれば、NFPA エンクロージャの完全性テストを実行するのに十分な精度を備えています。通常 10 分であるホールド時間を求めるには、専用のソフトウェアまたは面倒な計算が必要です。

NFPA 規格では、ブロワー ドア オペレーターのトレーニングが義務付けられていますが、このトレーニングの内容やソースは指定されていません。現時点では、エンクロージャの完全性テスト方法に関する公式の NFPA トレーニングはありません。

NFPA エンクロージャ完全性テストの結果は、通常、薬剤保持時間の形で報告されます。これは、火災を抑制し、再燃しないようにするために、部屋が設計濃度の少なくとも 85% を保持する時間を表します。この保持時間は、主な要因である部屋の漏れ面積に反比例します。漏れの場所、保護される高さ、継続的な混合の存在、および使用されるクリーンな薬剤も保持時間に影響します。NFPA-2001 の 2008 年版では、さらにピーク圧力評価が必要でしたが、放出中の過度の圧力によって多くのエンクロージャが損傷したため、特に米国の業界ではこの重要な要件の制定が遅れています。この要件は、それを防ぐために設計されました。

ウィキメディア・コモンズには、ブロワードアに関連するメディアがあります。

• エネルギー監査
• ホームパフォーマンス
• グリーン改修
• 耐候性
• 効率的なエネルギー利用
• 大衆文化におけるブロワードア