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剧情简介:随着技术的进步,我们现在有能力安装传感器,在建筑完成后监测建筑性能。木匠本·博吉讨论了他用来测量温度、木材水分当量、湿度和室内空气质量的传感器。通过跟踪程序集是如何工作的,我们可以在构建组件时发现问题,以免它们成为代价高昂的错误。
我的朋友杰克有句名言:“信任但要核实。”就建筑而言,这意味着我们可以锻炼我们在材料选择方面的技能,以及我们如何将它们组合起来,以做出我们全心全意相信会起作用的东西。但是,除非我们采取某种措施来实际衡量和量化绩效,否则我们怎么能确定呢?我们如何诊断呢?我们将如何改进?
当然,我们可以等着什么东西出了问题再去调查到底是哪里出了问题,或者我们可以交叉手指祈祷,但我更愿意务实一点。
我们现在正处于许多技术流的十字路口:建筑和材料科学正在一天天进步,规范和客户的目标正在提升我们所建造的东西,电子产品正变得越来越便宜和普遍。简而言之,我们正在组装比历史上任何时候都先进得多的建筑,我们有大量负担得起的用户设备进入市场,让我们能够测量和控制它们的性能。
对信息的需求
我关心这个机会有几个原因。首先,对我来说最重要的是,我们正在建造高度绝缘和超级密封的房子,所以我们需要敏锐地意识到建筑各部分的温度和湿度的变化。人们经常把“低能耗”的家庭与为家庭服务支付更少的水电费的想法联系在一起。虽然这是真的,但这是我们所做的物理学的一个副作用:我们实际上是在减少流经建筑物组成部分的分子能量。我们添加绝缘材料来减缓热量的传递,我们添加空气屏障来阻止空气及其能量的物理运动,我们使用蒸汽缓速剂来控制水蒸气的动力学。我们正在更广泛的范围内减少和控制能源,而不仅仅是我们用来取暖和制冷的能源。通过这样做,我们可以让自己有更大的能力来影响建筑内部发生的事情,但这可能是一个微妙的平衡。如果一个方面失去平衡,它可能会产生不太理想的后果——霉菌、空气质量问题,甚至是水和空气泄漏造成的灾难性腐烂。
那么我们如何衡量我们的建筑中发生了什么呢?特别是,随着时间的推移,我们如何测量墙壁和屋顶内部发生的变化?我们不能指望客户让我们连续几年每个月回到他们家里,在墙上钻洞测量,也不能指望他们允许我们从传感器下载数据。所以我们需要一个系统,可以在施工期间安装在墙壁、屋顶和其他隐藏区域内,可以放置多年,不需要维护,同时进行无线通信。由于成本高或具有侵入性,此类系统过去仅限于研究项目领域。但随着技术的快速发展,分析级无线传感器现在已经足够便宜,任何关心的建造者都可以很容易地证明成本是尽职调查的衡量标准,或者是对自己教育的投资。
我们测量的是什么?
影响最深远的变量是温度。装配的温度可能是众所周知的煤矿里的金丝雀,因为我们家里发生了很多事情。最明显的是,无人居住的房子可能会被冻住,如果发生这种情况,可能会带来灾难性的后果。如果我们能设定一个温度限制,触发一系列通知(电子邮件、短信、电话),提醒我们客户家里出了问题,我们需要采取行动解决问题,或者通知他们麻烦即将来临,这不是很好吗?仅此一点就值回票价了。
进入不那么直接的标准,温度可以告诉我们暖通空调系统在维持室内环境方面的表现:一切都保持在一个统一的水平上,还是在恒温器的设定值和空间的实际温度之间有很大的波动?我们还可以看看由于其位置或绝缘类型,一面墙与另一面墙的比较。最后,我们可以用温度来评估墙体中其他现象的风险。如果墙壁变“湿”,但只是在寒冷的时候,那么霉菌或腐烂的风险就会小得多。
![OmniSense G-7空气质量监测仪](https://s3.amazonaws.com/finehomebuilding.s3.tauntoncloud.com/app/uploads/2020/11/02130532/021296084-1.jpg)
第二个变量是木材水分当量(WME)。这是对构成房屋结构和装饰的木材中水分含量的测量。WME表示为水木材与木材数量的百分比。对于大多数气候和情况,我们可以期望看到WME在6%到20%之间;超出这个范围,我们就会遇到问题。在建筑过程的早期,我们可以安装传感器来监测框架和护套的情况。如果建筑物的木结构太湿,在安装绝缘材料时可能会导致问题,或者在蒸汽缓凝器或干墙后面积聚水分时可能会造成严重破坏。在最好的情况下,你可能有愈合缓慢的石膏或关节化合物;在另一种极端情况下,你可能会因为凝结而产生大量的水,导致霉菌、腐烂、绝缘材料损坏或干墙坍塌。有了传感器监控系统,我们就可以观察到随着建筑时间的推移,内部装饰和木制品中的水分水平。 We know that the WME of wood in the conditioned space should be between 6% and 12% depending on the settings of the HVAC system and the season. If we watch these numbers in the first year or two of the building’s life, we can tune the systems and settings to avoid issues with doors binding from swelling, trim and paint cracking, or wood flooring showing gaps or buckling.
传感器允许我们观察的第三个主要变量是湿度,测量我们周围空气中有多少水。在实践中,我们的传感器以两种形式表示:绝对湿度和相对湿度。绝对湿度是对一定体积空气中水质量的物理测量。如果我们把绝对湿度测量值与空气温度交叉,我们就得到了相对湿度,这是我们最熟悉也最可能使用的测量值。相对湿度是空气中有多少水与空气实际能容纳多少水的百分比表达式;当温度下降时,空气中的水分会减少,反之亦然。
这很重要,原因有很多。第一个也是最相关的是舒适。人体在50%到60%的相对湿度范围内是最舒适的,如果我们能测量这些条件,我们就能调整家里的系统,以确保居住者不会经历任何不愉快的副作用,不在这个范围内(鼻窦问题、皮肤干燥、鼻出血、呼吸问题、出汗)。我们想要观察湿度的第二个原因是确保房子本身没有任何问题的风险,最常见的是湿度过大。我们可能会遇到墙壁和窗户上的冷凝导致霉菌生长,油漆剥落和木材组件过早失效的问题。不那么明显但同样重要的是,我们的墙壁和屋顶上的水分积累会再次导致霉菌和腐烂,这最好的情况是会产生讨厌的气味,最坏的情况是会导致健康问题和部件的灾难性故障。
下一个要考虑的是露点。露点其实是温度和湿度共同表现出来的一种现象。我们都能体会到露点的真实感受,当我们倒一杯冷饮,看到水珠溅满了杯子。在科学术语中,露点是由表面的温度和周围空气中的水分之间的关系来标记的。当空气湿度足够高,而表面温度较低时,空气中的水就会从气体变成液体,并聚集在较冷的表面上——在给定相对湿度的情况下,水从空气中凝结到表面的温度就是露点。对于饮料,我们可以简单地把它放在餐巾纸或杯垫上,但如果这种情况长期发生在墙壁或屋顶上,结果可能是灾难性的。
我们实施的最后一个测量领域是室内空气质量(IAQ)。在这个区域可以测量到许多颗粒和化学物质;坦率地说,这项研究仍在发展中,其中一些传感器的成本过高。但是一个好的起点是测量二氧化碳(CO)2)的水平。我们呼出一氧化碳2为了给我们提供一个健康的生活环境,它需要通过通风来清除。有限公司2也是其他污染物的良好模拟物;这对一氧化碳来说很常见2与此同时,我们看到其他污染物也在上升。
数据收集
那么我们用什么来进行监控呢?多年来,我们一直依赖于小型企业流浪汉数据收集器(由Onset制作),我们可以用它来进行短期测量,这些测量需要下载到计算机中。这些数据收集器对于诊断现有建筑物中的问题仍然有用,但它们不适合长期远程监控的需要。所以我们选择了公司的一个系统OmniSense.该系统的核心是一个无线网关(路由器),它从建筑物中的传感器收集数据,并通过WiFi或局域网连接将其实时传输到基于云的主机。这是系统中最显眼的部分,我们经常将网关安装在机械区或带有互联网调制解调器。OmniSense网关价格从200美元到450美元不等。
就传感器而言,有一些东西可以用来测量你可能想要在住宅建筑中测量的任何东西,它们都可以与网关进行无线通信。你可以监控到目前为止我们讨论过的所有参数,包括能耗、风速、风向、降雨量、太阳辐射、水流、建筑的压差、声压级,以及其他一些参数。传感器由一个小型锂离子电池供电,根据传感器的收集速度和环境条件,可以提供5到20年的服务;每个传感器的售价刚刚超过50美元。我们主要使用S-11传感器,监测温度,相对湿度和绝对湿度,以及木材水分含量。小的(大约2英寸)。3。通过两个不锈钢螺钉将3英寸的盒子固定到结构的一部分。这些螺丝是至关重要的,因为它们不仅可以固定传感器,而且是湿度计的“引脚”,它们的长度可以用来改变你想要读取的木材内部的测量深度。
我们还使用了S-2传感器,其功能与S-11相同,但通过连接在电线上的螺钉测量木材湿度。这些传感器是方便的,如果你有一个紧点,从你想要的读数,但传感器体不能适应。我们部署的最后一个是s - 19co2监视器,我们一般把它放在主卧室一个隐蔽的地方。二氧化碳的最高浓度2通常是在半夜的卧室里测量的,这是我们在房子里呆的时间最多的地方。这些传感器更贵,每个大约250美元。
传感器的位置
位置取决于项目。一般来说,我们将一个传感器埋在北墙的护套面,因为它会看到最少的阳光照射,这也意味着干燥(我们都知道北侧是最先腐烂的)。我们通常会在阁楼或屋顶组件上安装一个传感器,特别是在没有通风的屋顶部分。在房子里,我会在壁橱或橱柜里找一个地方藏起来;该传感器为我们提供了一个内部基础测量,以将任何组装传感器联系起来。如果我们看到墙壁内的湿度升高,我们可以将其与内部水平进行比较,以快速确定是否需要对内部环境进行改变,或者水分是否来自其他地方。最后一种选择是将其放置在建筑物外部的防风雨位置。这使我们能够将我们的数据与建筑物所经历的天气条件联系起来。
那么我们学到了什么?简而言之,我们学到了很多,但又学得不多。在大多数情况下,我们发现我们的程序集按照它们应该的方式执行,但是我们已经能够更深入地了解它们是如何做到这一点的。在测量值、位置和时间段之间快速切换,并在我们眼前将它们绘制成图表,这种能力是一种巨大的学习体验。在充分披露的利益,我们能够抓住一个潜在的问题,在一个不通风的屋顶组装,我们从第一天就担心。这是一场完美的风暴,不太出色的绝缘装置和迂回的ERV管道运行导致湿度水平升高,超出了我们的舒适度。它花费了我们一些时间和金钱来纠正,但这比如果我们没有通过监测发现它可能造成的潜在损害要小得多。这种干预完全值得为实施这些工具付出代价。
本·博吉是一名首席木匠科尔伯特建筑在缅因州的波特兰。
来自Fine Homebuilding #296
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S-11的价格似乎上涨了不少。现在是84美元,数量251+降到60美元。