Seinärakenteiden rakennusfysikaalisen tutkimuslaitteiston sisä- ja ulkoilman olosuhteiden säätäminen: Syklisen lämpötilan säädön ja paine-erosäädön validointi

Abstract

Tämä diplomityö kuvailee Tampereen yliopiston rakennusfysiikan tutkimusryhmän kehittämää seinärakenteiden rakennusfysikaalista tutkimuslaitteistoa ja tutkii sen toimivuutta kahden säädön osalta: ulkoilmaa simuloivan kammion syklisen lämpötilasäädön ja kammioiden välisen ilmanpaine-eron säädön osalta. Työn tavoitteena oli validoida näiden toimintojen tarkkuus suhteessa asetettuihin standardeihin sekä tunnistaa laitteiston parannuskohteita tutkimusten luotettavuuden lisäämiseksi.

Tutkimuslaitteiston toimivuutta arvioitiin kattavilla testeillä ja kokeilla, joissa simuloitiin sisä- ja ulkoilman lämpötila- ja kosteusolosuhteita sekä säädettiin kammioiden välisiä paine-eroja. Syklisen lämpötilasäädön toimivuutta tarkasteltiin muun muassa vertaamalla mitattuja lämpötiloja sinimuotoiseen referenssikäyrään. Sisä- ja suojakammion ilmanpaine-eroa hallittiin PID-säätimen avulla, ja mittauksissa tarkkailtiin olosuhteiden pysyvyyttä sekä anturien tuottaman datan tarkkuutta. Laitteiston olosuhteiden hallintaa arvioitiin erityisesti standardien EN ISO 8990 ja EN ISO 12114 mukaisesti, ja tulosten hyväksyttävyys määriteltiin raja-arvojen perusteella.

Tulokset osoittivat, että tutkimuslaitteiston ympäristöolosuhteiden säätö on pääosin tarkkaa ja toistettavaa, kun PID-säätimien parametrit on asetettu oikein. Esimerkiksi sisäkammion ilman lämpötila pysyi halutussa 0,1 °C keskihajonnalla suurimman osan testiajoista. Paine-erosäätö pysyi ± 2 Pa tarkkuudella, mutta joissakin testitilanteissa suhteellisen kosteuden ja paineen hallinnassa esiintyi poikkeamia. Suurimmat haasteet ilmenivät suojakammion syklisessä lämpötilansäätelyssä, jossa liian monta säteilylämmitintä aiheutti virheitä erityisesti alhaisissa lämpötiloissa, ja säätövirheet kasvoivat tehonsyötön epätarkkuuden vuoksi.

Työssä tunnistettiin myös useita kehityskohteita. Keskeisinä parannusehdotuksina esitetään säätöjärjestelmien kalibroinnin tarkentamista sekä National Instruments USB-6001-laitteen korvaamista tarkemmalla laitteella. Lisäksi kammioiden rakenne ehdotetaan jaettavaksi tutkittavien rakenteiden ilmatiloihin ja erillisiin laitetiloihin, joissa ilman sekoittuminen voidaan varmistaa. Näillä toimenpiteillä laitteiston toimintaa voidaan parantaa sekä tarkkuuden että käytettävyyden osalta.

Tutkimuslaitteisto osoittautui potentiaaliseksi välineeksi rakennusfysikaalisten tutkimusten suorittamiseen tarkasti hallituissa olosuhteissa. Tämä diplomityö tarjoaa arvokasta tietoa laitteiston käyttömahdollisuuksista sekä sen kehittämisestä tulevien tutkimusten tarpeisiin.