Акустическое обнаружение утечек воздуха в ограждающих конструкциях зданий

00:00 Надпись: Акустическое обнаружение утечек в ограждающих конструкциях зданий — лабораторные и полевые испытания. Практика герметичности: долгосрочные характеристики, полевые данные и инновационные методы обнаружения. Маркус Диль, Германский аэрокосмический центр (DLR). 00:00 Спасибо, Нолвенн, и спасибо всем, кто присоединился к этому вебинару и проявил интерес к этой важной теме герметичности на практике. Меня зовут Маркус Диль, я работаю в Германском аэрокосмическом центре в Кёльне, Германия. Сегодня я расскажу вам о наших исследованиях в области акустического обнаружения утечек в ограждающих конструкциях зданий. Перейдём сразу к делу. 00:26 Надпись: Введение. Обнаружение утечек: почему акустический метод? Звук распространяется через утечки воздуха. Применение сканирования в строительной отрасли. 00:29 Почему мы используем акустику вместо обычных, устоявшихся методов? Полагаю, с каждым хоть раз случалось летом: вы открываете окно, и вам мешает фоновый шум с улицы. Мы увидели потенциал в том, что звук распространяется точно так же, как и потоки воздуха при утечках. 00:57 Конечно, уже существуют некоторые коммерческие решения для акустического поиска утечек, но многие из них, а фактически все, по-прежнему требуют ручного сканирования. 01:09 Надпись: Локализация источника с помощью акустической камеры. 01:09 Мы, напротив, захотели усовершенствовать подход: поместив громкоговоритель внутрь дома, мы решили отказаться от сканирования микрофоном снаружи и использовали антенную решётку микрофонов — так называемую акустическую камеру. Это позволяет сканировать большую площадь снаружи и полностью исключает необходимость ручного поиска. 01:38 Надпись: Возможные преимущества: не требуется перепад давления или температуры; можно тестировать большие площади без ручного поиска; экономия времени. Многообещающие полевые испытания. 01:39 По сравнению с термографией или генераторами дыма этот метод имеет ряд преимуществ. Например, не требуется создавать перепад давления или температур. Как я уже упомянул, мы можем обследовать большие площади за один раз без ручного обхода, что существенно экономит время. 02:04 До начала масштабного исследовательского проекта мы уже провели полевые тесты. Если вам интересно, вы сможете ознакомиться с ними позже, но я кратко расскажу об этих измерениях, так как они наглядно показывают принцип работы метода. 02:15 Надпись: 4 кГц. 02:22 Несколько лет назад мы проводили замеры на офисных зданиях без каких-либо предварительных данных об объекте. Мы просто установили динамик внутри, вели съёмку снаружи и затем проанализировали акустические карты — так мы называем итоговые изображения с наложенным уровнем звукового давления. 02:51 Надпись: Отверстие в оконной раме. 02:51 Изучив карту, мы заметили сигнал в нижней части окна. Присмотревшись ближе, мы обнаружили отверстие от заклепки в оконной раме. 03:10 Надпись: 8 кГц. Вывод кабеля к жалюзи. 03:10 Когда мы посмотрели на другой диапазон частот — здесь 4 кГц, а рядом 8 кГц — на снимке неожиданно проявилась ещё одна потенциальная утечка. Осмотрев место, мы нашли кабельный ввод и проверили наличие утечки традиционным методом с дымовой шашкой. 03:39 Надпись: Сигналы без утечки (вибрация / отражение). 03:39 Однако вы также видите пики звука непосредственно на самом стекле. Разумеется, это не утечка: на акустической карте отображаются сигналы, вызванные отражениями или вибрацией стекла. Поэтому мы увидели большой потенциал для дальнейших исследований, провели лабораторные и полевые тесты, и сейчас я начну с результатов испытаний в лаборатории. 04:11 Надпись: Лаборатория: герметичная испытательная установка ATLAS. Размеры: 2 х 2,5 х 3 метра в кубе. Остаточная утечка: 0,1 кубических метра в час при 50 Па. Сменные образцы для испытаний. Измерительный вентилятор. Динамик. Акустическая камера. Инфракрасная камера. 04:15 Мы создали новый испытательный стенд ATLAS — адаптивную испытательную лабораторию герметизации ограждающих конструкций. На передней панели стенда можно менять образцы для моделирования различных типов утечек: в одном случае это стандартная панель, в другом установлено стекло. 04:46 С помощью измерительного вентилятора мы определяем расход воздуха при разных утечках. Внутри через окно можно установить динамик, нагреватели или проводить поиск генератором дыма. Снаружи находятся акустическая камера и инфракрасная камера, что позволяет сравнивать наш метод с общепринятыми. 05:19 Надпись: Сменные образцы для испытаний: лабиринтная система, сэндвич-система. 05:20 Начнём с лабораторных тестов. Сегодня я сосредоточусь на потенциальных ограничениях метода: какие наиболее сложные утечки мы всё ещё способны обнаружить. Мы протестировали это на двух типах систем: лабиринтной и сэндвич-системе. 05:49 Надпись: Результаты: лабиринтная система. Диаметр 5 мм, длина 19 см, высота 5 см. Высота канала: 7,5 мм. Расход воздуха при 50 Па: 0,32 кубических метра в час. 05:50 Первая — лабиринтная система. С её помощью можно создавать плоские каналы различной конфигурации, варьируя диаметры входного и выходного отверстий. В деревянной плите фрезеруются пазы для уплотнителя, формируя нужный контур. 06:33 В первом примере входное и выходное отверстия имеют диаметр 5 миллиметров. Мы успешно зафиксировали эту утечку нашим методом. Значение расхода воздуха приведено для понимания величины утечки. 07:00 Надпись: Входной диаметр 7 мм, выходной диаметр 3 мм, длина 10 см и 24 см. Расход воздуха: 0,16 кубических метра в час. 07:01 В следующем примере канал более длинный: входное отверстие 7 миллиметров, выходное — 3 миллиметра. 07:25 Надпись: Длина 19 см, 24 см, 10 см. Расход воздуха: 0,14 кубических метра в час. 07:25 Затем мы ещё больше усложнили путь, добавив два изгиба и увеличив общую длину траектории примерно до 50 сантиметров. Наш метод всё ещё смог обнаружить эту утечку. 07:47 Надпись: Дополнительный участок 15 см. Ограничение метода. 07:47 Но когда мы удлинили канал ещё сильнее, добавив отрезок в 15 сантиметров, мы столкнулись с одним из первых пределов возможностей метода. 07:58 В реальности утечки не всегда представляют собой прямые каналы: между входом и выходом часто бывают скрытые полости. Поэтому мы разработали вторую конструкцию — сэндвич-систему. 08:10 Надпись: Результаты: многослойная сэндвич-система. 08:15 Она разделена на четыре квадранта, в каждом из которых можно задавать разные пути утечки. 08:24 Вблизи видно три щели заданной толщины. Синяя стрелка показывает траекторию движения звука и воздуха: входное отверстие, прохождение через большую внутреннюю полость, выход через другую щель и подъём наверх к выходу. 08:59 Надпись: Толщина щели 7 мм, длина 6 см. Расход воздуха: 5,1 кубических метра в час. Успешное обнаружение. 09:01 При щели толщиной 7 миллиметров мы смогли зафиксировать утечку. 09:10 Надпись: Толщина щели 3 мм. Расход воздуха: 2,8 кубических метра в час. Успешное обнаружение. 09:11 То же самое удалось и при толщине щели 3 миллиметра. 09:14 В поисках предела мы добавили сверху ещё один слой: выход теперь находился прямо над предыдущим, но образовалась дополнительная полость, где звук может затухать. 09:34 Надпись: Дополнительный слой. Щель 7 мм — обнаружено. Щель 3 мм — не обнаружено. 09:36 Для щели 7 миллиметров обнаружение по-прежнему сработало, а вот для 3 миллиметров мы достигли предела текущей установки. 09:47 Когда мы заглушили верхний выход и открыли нижний, путь стал ещё сложнее, и обнаружить утечку уже не удалось. 10:02 Надпись: Полевые испытания: конфигурация динамиков. Ультразвуковой сферический излучатель 40 кГц. Низкочастотный додекаэдр, белый шум от 90 Гц до 9 кГц. Высокочастотный излучатель, линейный свип от 10 до 22 кГц. 10:05 Перейдём к полевым испытаниям. Здесь важно разобрать, как параметры анализа и выбор источника звука влияют на результат. 10:28 Сегодня мы сравним два источника. Первый — низкочастотный всенаправленный додекаэдр, излучающий белый шум от 90 Гц до 9 кГц. По размерам он напоминает волейбольный мяч. Второй — высокочастотный твитер с линейной частотной разверткой от 10 до 22 кГц. 11:01 Надпись: Пример полевых испытаний: чердак. Расстояние 15 м. 11:02 Мы рассмотрим два примера на одном и том же здании постройки 1950-х годов. В первом случае источники звука находились на чердаке, а съёмка велась снизу с расстояния около 15 метров. Вдоль карниза крыши имелся небольшой непрерывный зазор. 11:35 Надпись: Низкочастотный додекаэдр от 4 до 9 кГц. 11:36 Вот изображение с акустической камеры. При анализе низкочастотного источника мы видим размытую область вдоль карниза. 11:48 Надпись: Полевые испытания: частота динамика. Сравнение низкочастотного додекаэдра и высокочастотного твитера. 11:51 Сравнивая эти две конфигурации, видны их особенности: низкочастотный источник охватывает большую площадь, тогда как высокочастотный покрывает меньшую зону, но обеспечивает гораздо более точную локализацию утечки благодаря высокой направленности звуковых волн. 12:29 Надпись: Результаты зависят от частоты динамика. 12:30 Главный вывод: результат напрямую зависит от частоты используемого источника звука. 12:37 Надпись: Пример полевых испытаний: окно. Скорость потока 2,3 м/с. 12:38 Второй пример — окно в том же здании, вид изнутри. Традиционными методами с дымом и анемометром мы выявили две утечки: одну в верхней петле, вторую — через строительное отверстие в стене. 13:13 Так это выглядит снаружи через акустическую камеру. 13:21 Надпись: Полевые испытания: направленность и ракурс. Высокочастотный твитер от 10 до 22 кГц. Уровень звукового давления в дБ. 13:21 При использовании высокочастотного излучателя с исходного ракурса видна только утечка в районе верхней петли. 13:37 Надпись: Смена ракурса. Результаты зависят от ракурса из-за направленности высоких частот. 13:37 Но стоит немного сменить ракурс, как отчётливо проявляется отверстие в стене, а сигнал от петли становится едва заметным. Это подтверждает, что при высоких частотах результат сильно зависит от угла обзора. 14:00 Надпись: Полевые испытания: анализируемый диапазон частот. Диапазон 17,6–18,1 кГц. 14:02 Также имеет значение выбор частотного диапазона при обработке. В узком окне 17,6–18,1 кГц картина очень чёткая. 14:18 Надпись: Расширение диапазона до 15,0–20,0 кГц. Результаты зависят от анализируемого диапазона частот. 14:19 Если расширить диапазон до 15–20 кГц, на акустической карте появляется множество паразитных помех. 14:34 Надпись: Полевые испытания: выбранный динамический диапазон. Низкочастотный додекаэдр 90 Гц – 9 кГц. Диапазон частот 1,7–2,4 кГц. Дельта 1,3 дБ. 14:35 Наконец, влияние динамического диапазона отображения. При диапазоне 1,3 дБ на карте показаны только точки с максимальной громкостью. 14:57 Надпись: Сужение динамического диапазона до дельты 0,8 дБ. 14:58 Если сузить диапазон до 0,8 дБ, утечка в районе петли перестаёт отображаться. 15:08 Надпись: Расширение динамического диапазона до дельты 1,8 дБ. Результаты зависят от выбранного динамического диапазона. 15:08 Если же расширить диапазон до 1,8 дБ, появляются ложные пятна, не являющиеся утечками, а представляющие собой шум или отражения. Поэтому динамический диапазон требует тщательной настройки. 15:43 Надпись: Заключение и перспективы. Утечки со сложными траекториями поддаются обнаружению (включая малые отверстия, множественные изгибы, полости и многослойные структуры). Успешные испытания на реальных зданиях (большие площади, дистанции до 15 м, интерпретация требует опыта). Перспективный метод надежной и эффективной локализации утечек (не требуется создание перепада давления и ручной поиск). Текущие направления исследований: подавление сигналов помех, повышение автоматизации оценки, комбинация акустических и термографических методов. 15:44 В заключение: мы показали как потенциал, так и сложности акустического метода. Лабораторные тесты доказали, что метод способен выявлять сложные и протяжённые утечки, хотя у него есть физические пределы. В полевых условиях мы подтвердили возможность обследования больших площадей на расстоянии до 15 метров, но интерпретация данных пока требует высокой квалификации и опыта в акустике. 16:21 Сейчас мы работаем над подавлением помех, автоматизацией процесса анализа и объединением акустического метода с термографией. 16:37 Надпись: Благодарности. Соавторы: Бьёрн Ширике и Симеон Рекштат (Германский аэрокосмический центр, DLR); Александер Янке и Михаэль Маркус Акерманн (GFaI, Германия). Финансирование: Федеральное министерство экономики и энергетики Германии. 16:37 Хочу поблагодарить коллег из DLR и GFaI, которые представляли исходный доклад на прошлогодней конференции AIVC. 16:51 Надпись: Вопросы? 16:51 Спасибо за внимание, готов ответить на вопросы.