Приложение D (справочное). Примеры методик измерений, вычисления результатов и оценки неопределенности

Приложение D
(справочное)

Примеры методик
измерений, вычисления результатов и оценки неопределенности

D.1 Общие положения

В настоящем приложении приведены в качестве примеров методики измерений, вычисления и оценки неопределенности при использовании четырех различных методик, установленных в настоящем стандарте. Входные данные для примеров были получены при проведении модельных экспериментов и измерений.

Примеры приведены для:

a) определения ЛСВВ по методу убывания с применением автоматических средств введения индикаторного газа, отбора и анализа проб;

b) определения ЛСВВ по методу убывания с применением неавтоматических средств введения индикаторного газа и отбора проб;

c) методики равномерного введения индикаторного газа с использованием автоматических средств его введения и анализа;

d) методики равномерного введения индикаторного газа с использованием средств пассивного его введения и отбора проб.

Полученные значения ЛСВВ следует приводить вместе с оценками их неопределенности. Неопределенность полученных значений состоит из вкладов неопределенностей и погрешностей величин, используемых при вычислении искомой величины. Как описано в приложении С и GUM:1995, неопределенности величин, вносящих вклад в неопределенность, могут быть оценены на основе измерений (тип А) или взяты из других имеющихся источников (тип В). В приведенных ниже примерах описаны способы, с помощью которых может быть оценена неопределенность значения ЛСВВ.

Прежде всего следует отметить, что условия вентиляции в здании не носят статический характер. Характеристики вентиляции и распределения воздуха изменяются в зависимости от ветровой нагрузки, температуры наружного воздуха, открывания окон и дверей, распределения температуры внутри здания, деятельности людей и т.д., все перечисленные факторы могут изменяться со временем. Значение ЛСВВ, определенное в один момент времени, может измениться при повторном измерении. Подобные флуктуации не учитывают при оценке неопределенности измерения. Оценка неопределенности только указывает на пределы, внутри которых, вероятно, лежат истинные значения условий вентиляции во время измерения.

Для того чтобы использовать кратковременное измерение в целях прогнозирования, должны быть известны все факторы, влияющие на интенсивность вентиляции и распределение воздуха во время измерения. Кроме того, необходима модель, описывающая влияние этих факторов на интенсивность вентиляции и распределение воздуха. Обсуждение измерений характеристик вентиляции в целях прогнозирования не входит в область применения настоящего стандарта.

D.2 Методика убывания содержания индикаторного газа

D.2.1 Введение индикаторного газа

D.2.1.1 Автоматическое введение

Для автоматического введения индикаторного газа существует серийно выпускаемое оборудование, содержащее дозатор и анализатор, которое может быть запрограммировано для его введения в зоны (от одной до двенадцати) и получения в них одинакового его содержания. Для получения равномерного распределения индикаторного газа во всех зонах точки введения должны находиться позади вентиляторов.

D.2.1.2 Введение вручную

Для введения вручную обычно перемещаются из зоны в зону и вводят индикаторный газ из газового баллона или шприца. Количество введенного индикаторного газа должно быть пропорционально объему зоны, а он должен быть хорошо распределен по объему зоны с использованием каких-либо устройств для перемешивания воздуха. После введения индикаторного газа во все зоны следует добиться его одинакового общего начального содержания во всех зонах, предпочтительно с использованием вентиляторов, смешивающих воздух из разных зон.

Следует отметить, что может оказаться затруднительным получение необходимого одинакового начального содержания индикаторного газа во всех зонах, особенно если число зон больше четырех или пяти. Распределение индикаторного газа по объему зоны должно производиться достаточно быстро для предотвращения убывания его содержания из-за проветривания, результатом которого может быть значительное отклонение от равенства его значений содержания в разных зонах.

D.2.2 Отбор и анализ проб индикаторного газа

D.2.2.1 Автоматический отбор проб

Обычно автоматический отбор проб выполняют с помощью системы трубок, через которые побудителем расхода происходит отбор проб воздуха в различных точках. Для того чтобы получить корректную привязку ко времени проведения анализа, важно продуть трубки непосредственно перед проведением анализа. Серийно выпускается оборудование для отбора проб с автоматической продувкой каждой следующей трубки для отбора проб во время отбора проб в предыдущую трубку.

Первую(ые) пробу(ы) отбирают при t = 0 сразу после выключения вентиляторов. Последующие пробы отбирают так быстро, как позволяет это оборудование для отбора и анализа проб, предпочтительно через равные промежутки времени между отборами проб в одном и том же месте.

При автоматическом отборе проб анализ индикаторного газа обычно осуществляется в режиме реального времени, т.е. газоанализатором, подсоединенным к устройству отбора проб. Наиболее часто используемые приборы для анализа в режиме реального времени основаны на поглощении излучения в инфракрасной области (ИК). Однако в условиях применения можно также использовать ГХ или МС.

D.2.2.2 Отбор проб вручную

Отбор проб вручную обычно выполняют с использованием шприца, мешка из фторопласта или откачанного контейнера (газового баллона).

Чаще всего для отбора проб применяют медицинские шприцы (например, пластиковые шприцы вместимостью 50 мл), поскольку они просты в обращении, сохраняют герметичность в течение нескольких месяцев, имеют невысокую стоимость и могут быть отправлены в аналитическую лабораторию для анализа. Шприц особенно хорошо подходит для отбора проб небольшого объема, если в качестве индикаторного газа используют , a анализ выполняют на ГХ с ДЭЗ.

Для определения ЛСВВ в зданиях, где воздух перемешивается не полностью, следует отбирать по крайней мере семь проб во время убывания в каждой зоне. Первую(ые) пробу(ы) следует отбирать при t = 0 сразу после выключения вентиляторов. Последующие пробы должны отбираться предпочтительно через равные промежутки времени в течение времени, по крайней мере равного ожидаемому ЛСВВ на объекте (от 2 до 3 ч для жилого помещения).

После отбора проб шприцы закрывают заглушками и отправляют в лабораторию на анализ с использованием ГХ с ДЭЗ. Герметичность, инертность и газонепроницаемость шприцев для отбора проб должны быть проверены перед использованием.

D.2.3 Пример метода убывания с отбором и анализом проб в режиме реального времени

D.2.3.1 Модельные данные

При автоматическом отборе проб с анализом в реальном масштабе времени зависимость содержания индикаторного газа от времени может быть получена в виде файла данных. Ниже описано, как обрабатывают полученные результаты.

В рассмотренном смоделированном примере (см. таблицу D.1) пробы автоматически отбирались и анализировались в течение 3 ч через каждые 2 мин в спальне и кухне жилого дома. Отбор проб в спальне начинали при t = 0. Проветривание жилого дома осуществлялось за счет принудительной вытяжной вентиляции в ванной комнате и кухне, а отверстия для притока и вытяжки воздуха находились в гостиной и спальне. В начальный момент убывания дверь в спальню была закрыта.

Таблица D.1 - Измеренная массовая доля индикаторного газа при убывании

Спальня			Кухня
мин		ln (a)	мин		ln (a)
0	50,9	3,93	2	49,5	3,90
4	48,5	3,88	6	49,4	3,90
8	44,2	3,79	10	48,4	3,88
12	43,9	3,78	14	47,5	3,86
16	40,7	3,71	18	47,9	3,87
20	39,3	3,67	22	45,9	3,83
24	36,5	3,60	26	43,6	3,78
28	35,2	3,56	30	43,0	3,76
32	33,7	3,52	34	41,3	3,72
36	32,0	3,47	38	41,5	3,72
40	30,8	3,43	42	38,9	3,66
44	29,0	3,37	46	38,4	3,65
48	26,3	3,27	50	37,7	3,63
52	24,9	3,22	54	35,7	3,57
56	25,1	3,22	58	35,0	3,55
60	23,7	3,16	62	33,2	3,50
64	21,4	3,06	66	32,5	3,48
68	20,4	3,02	70	30,9	3,43
72	19,2	2,95	74	30,6	3,42
76	18,8	2,94	78	29,4	3,38
80	18,4	2,91	82	28,1	3,34
84	17,7	2,88	86	26,9	3,29
88	15,4	2,74	90	26,5	3,28
92	16,3	2,79	94	25,6	3,24
96	14,7	2,69	98	25,2	3,23
(а) Натуральный логарифм объемной доли.

Рисунок D.1 - График зависимости содержания индикаторного газа от времени

Из полученной логарифмической зависимости (см. рисунок D.2) видно, что в начале измерений кривая для кухни не линейна, но приближается к линейной при времени 100 мин. Для спальни кривая линейна уже в начале измерений. Поэтому отбор проб мог быть прекращен по истечении 100 мин.

Рисунок D.2 - График зависимости логарифма содержания индикаторного газа от времени

D.2.3.2 Этапы вычисления локального среднего "возраста" воздуха

Вычисление ЛСВВ включает следующие этапы:

a) строят график зависимости натурального логарифма объемной доли индикаторного газа от времени. Если логарифмическую зависимость получают в режиме реального времени, то отбор проб можно прекратить при соблюдении линейной зависимости для всех точек отбора проб;

b) определяют начало и конец линейной части графика зависимости логарифма содержания индикаторного газа от времени.

В области низких значений содержания индикаторного газа обычно наблюдается большой разброс, обусловленный неопределенностью измерений и нестабильностью движения воздуха. Не учитывают область значений содержания индикаторного газа с большим разбросом.

Иногда график в координатах ln - время от начала убывания линеен уже на начальных участках. Это означает, что убывание экспоненциально, как в случае полного перемешивания воздуха между зонами. В этом случае численное интегрирование не выполняют. ЛСВВ может быть равен обратному значению углового коэффициента графика в координатах ln - время от начала убывания.

c) Вычисляют угловой коэффициент (-) линейного участка графика в координатах ln - время от начала убывания.

Для получения уравнения линии тренда удобно использовать программу вычисления с использованием электронных таблиц. Для получения используют абсолютное значение коэффициента корреляции.

d) Выполняют численное интегрирование (t) (например, методом трапеций) от t = до t = в пределах линейной части графика в координатах ln - время от начала убывания.

Обычно невозможно провести отбор проб одновременно в нескольких местах. По этой причине при t = может быть отобрана и проанализирована проба только из одного места. Пробы, отобранные из других мест, будут проанализированы с последовательными задержками во времени. Поэтому следует обратить особое внимание на вычисление площади первого трапецеидального участка от t = до t = , где - время проведения первого измерения в точке р.

Лучше всего прибавить значение площади, равное ( - )[() + ()]/2, к вычисленному значению интеграла. () - это содержание индикаторного газа в момент начала убывания. Оно должно быть одинаковым во всей вентилируемой системе и может быть принято как содержание в конкретном месте измерения в момент времени t = .

Время выбирают произвольно на линейном участке графика в координатах ln - время от начала убывания.

e) Оценивают значение интеграла по времени измерения, прибавляя значение интеграла , вычисленное экстраполяцией от t = до бесконечности, к значению, полученному численным интегрированием.

может быть взята в качестве измеренного содержания индикаторного газа при t = . Однако лучше использовать уравнение линии тренда кривой убывания в координатах ln - время от начала убывания.

Ожидаемое значение получают на основе зависимости , где ln() получают по корреляционному уравнению с t = .

f) Окончательно делят значение интеграла по всей кривой на значение начального содержания индикаторного газа при времени t = для оценки ЛСВВ.

Отсюда видно, как важно получить правильное значение начального содержания индикаторного газа. Обычно используют значение его содержания, полученное в начале убывания.

D.2.3.3 Вычисление ЛСВВ в приведенном примере

Действия, связанные с этапами вычисления ЛСВВ а) - f) (см. D.2.3.2) по данным, приведенным в качестве примера в таблице D.1, описаны ниже:

a) построен график зависимости натурального логарифма объемной доли индикаторного газа от времени (см. рисунок D.2);

b) начало линейного участка графика в координатах ln - время от начала убывания было выбрано равным 40 мин при визуальной оценке (для кухни). Для спальни график линеен с начала измерений. Конец линейного участка, где разброс значений около линии тренда остается еще небольшим, выбран равным 100 мин;

c) с помощью программы табличных вычислений методом регрессионного анализа было получено уравнение линии тренда ln = -0,0083t + 4,03 для промежутка времени между t = 42 мин и t = 98 мин с = 0,0083  или 0,498  (для кухни). Для спальни использовали весь интервал времени от t = 0 до t = 906 мин, для которого получено корреляционное уравнение ln = -0,0129t + 3,92. Таким образом, параметр для спальни составляет 0,0129  (0,774 );

d) значение ЛСВВ вычисляют напрямую как обратное [формула (5)], т.е. = 1/ = 1/0,774 = 1,29 ч; поскольку убывание в спальне экспоненциально с начала измерения, то нет необходимости выполнять численное интегрирование.

Для кухни при численном интегрировании от t = 2 мин до t = 78 мин (интервал выбран произвольно на линейном участке кривой убывания) было получено

.

Поскольку анализ начинали не при t = 0, то к полученному значению интеграла следует добавить значение площади под кривой на участке от t = 0 до t = 2 мин.

;

е) затем вычисляют последний вклад в площадь под кривой убывания: площадь под экстраполированным участком кривой от t = 78 мин до t =

,

где и ln получают, подставляя t = 78 мин в корреляционное уравнение [см. этап с)].

Общая площадь под кривой = + + = 6675 ();

f) ЛСВВ для кухни вычисляют по отношению общей площади под кривой к значению начального содержания индикаторного газа [формула (1)].

.

D.2.3.4 Оценка неопределенности

D.2.3.4.1 Общие положения

Неопределенность ЛСВВ, вычисленная по методу убывания содержания индикаторного газа с автоматическим отбором проб, состоит из вкладов неопределенностей учитываемых величин

,

(D.1)

где - относительная дисперсия оценки истинного интеграла от t = до t = ,

- относительная дисперсия оценки начального содержания индикаторного газа.

Здесь полагают, что функция преобразования аналитического прибора линейна в диапазоне объемной доли индикаторного газа в воздухе от = 0 до максимально измеряемой. Поскольку значение вычисленного интеграла делят на значение объемной доли индикаторного газа при t = , прибор не нужно градуировать в абсолютных единицах.

D.2.3.4.2 Неопределенность интегрирования

Значение интеграла от t = до t = приблизительно равно сумме n значений содержания индикаторного газа, полученных за это время, умноженной на (n - 1)/n и интервал времени между измерениями. Вероятно, неопределенность измерения будет в некоторой степени зависеть от диапазона значений содержания индикаторного газа. Если делают допущение о том, что абсолютные неопределенности всех измерений одинаковы, то абсолютная неопределенность численного интегрирования будет равна неопределенности оцененной суммы, умноженной на (n - 1)/n. Таким образом, абсолютное стандартное отклонение численного интегрирования вычисляют по формуле

,

(D.2)

где - абсолютное стандартное отклонение единичного измерения;

n - число точек, использованных при вычислении.

Следует отметить, что при вычислении интеграла методом трапеций возникает дополнительная погрешность. Поскольку в верхней части кривая убывания является вогнутой вверх, при численном интегрировании будет получено завышенное значение интеграла по сравнению с истинным. В зависимости от интенсивности убывания индикаторного газа в перерывах между измерениями оценка может быть завышена незначительно или на несколько десятков процентов. Если между измерениями происходит значительное убывание, то лучшей аппроксимацией площади между двумя смежными точками измерений будет наличие экспоненциального убывания между ними и тогда вычисление площади между i-м и j-м измерениями следует проводить не по правилу трапеций, а в соответствии с формулой

.

(D.3)

Неопределенность оставшейся площади зависит от погрешности определения и параметра экспоненциального убывания . Значение лучше всего оценивать методом регрессионного анализа линейной интерполяции зависимости ln от времени убывания. Относительное стандартное отклонение углового коэффициента (-) и оценки могут быть получены с использованием электронных таблиц. Абсолютное стандартное отклонение оценки площади на конечном участке кривой вычисляют по формуле

.

(D.4)

Полученное стандартное отклонение оценки принимает наименьшее значение при времени, соответствующем среднему из значений времени, использованных в линейной корреляции.

В заключение для вычисления неопределенности ЛСВВ необходимо оценить неопределенность начального содержания индикаторного газа. Ее значение обусловлено не только неопределенностью анализа, но и возможными пространственными изменениями распределения индикаторного газа в начале убывания. Эта последняя неопределенность должна основываться на квалифицированном предположении, опирающемся на результаты измерений содержания индикаторного газа. Вводят индикаторный газ и перемешивают воздух перед началом убывания таким образом, чтобы разница значений его содержания между различными точками исследуемого пространства не превышала 5 %.

D.2.3.4.3 Оценка неопределенности в приведенном примере

Неопределенность вычисленной площади оценивают по формуле

.

(D.5)

- неопределенность измеренного содержания индикаторного газа. Она может быть оценена на основе известных характеристик отбора и анализа проб или вычислена на основе повторного измерения того же самого содержания индикаторного газа. В приведенном примере = 1  = 4 мин, число измерений n равно 20. Таким образом, = 17 мин или составляет приблизительно 0,5%, что можно считать пренебрежимо малым. Сравнивая два метода вычисления площадей, можно показать, что заниженная оценка, получаемая при использовании метода трапеций, в результате также приводит к пренебрежимо малой погрешности. Небольшая неопределенность вычисленной площади объясняется тем, что ошибки компенсируют друг друга при суммировании.

Неопределенность интерполированной площади вычисляют по формуле

,

(D.6)

где относительное стандартное отклонение , вычисленное методом регрессионного анализа для интервала времени от t = 42 мин до t = 98 мин, составляет 2,2%. составляет только 0,6%. Таким образом, составляет 2,3% от или равна 80 .

Относительную неопределенность площади под кривой вычисляют по формуле

.

(D.7)

Основной составляющей, вносящей вклад в оценку неопределенности ЛСВВ, в этом случае может быть неопределенность начального содержания индикаторного газа . Полагая ее равной 3%, общую неопределенность вычисляют по формуле

.

(D.8)

D.2.4 Пример методики убывания содержания индикаторного газа с введением и отбором проб вручную

D.2.4.1 Экспериментальные данные

В приведенном ниже примере индикаторный газ распределяют между различными зонами вентилируемой системы градуированным шприцем, заполненным или смесью с инертным газом. В каждую зону вводят порцию индикаторного газа объемом, пропорциональным объему зоны. Для равномерного распределения в процессе введения перемещаются по зоне. Чтобы содержание индикаторного газа в зонах не было разным из-за его убывания в процессе введения, каждое введение выполняют по возможности быстро.

После введения индикаторного газа во все зоны, воздух внутри зон и между ними перемешивают, как описано выше для получения равномерного распределения. Сразу после перемешивания воздуха все внутренние двери устанавливают в требуемые положения и отбирают первую пробу пластиковым шприцем вместимостью 50 мл в представительном месте или в процессе перемещения между зонами. После этого в каждой исследуемой зоне отбирают шесть последовательных проб через равные промежутки времени чистыми маркированными шприцами вместимостью 50 мл, которые после заполнения закрывают заглушками. Предпочтительно выбрать такое время между отборами проб, чтобы равномерно распределить их по периоду времени, равному ожидаемому локальному среднему возрасту воздуха, который в приведенном примере составляет 2 ч.

Закрытые заглушками шприцы отправляют в лабораторию, где определяют содержание в пробах по результатам анализа на ГХ с ДЭЗ.

D.2.4.2 Модельные данные

Результаты смоделированного эксперимента приведены в таблице D.2 вместе с результатами вычисления площади, как и в случае автоматического отбора проб. Результаты в графической форме приведены на рисунках D.3 и D.4.

Таблица D.2 - Содержание индикаторного газа в пробах воздуха, отобранных вручную

Спальня						Кухня
Время, мин	,	ln	,	,		Время, мин	,	ln	,	,
0	1,27	0,24	-	-	-	0	(1,27)(а)	(0,24)	-	-	-
20	0,98	-0,02	22,6	22,4	0,6%	22	1,15	0,14	26,6	26,6	0,1%
40	0,77	-0,26	17,5	17,4	0,5%	42	0,97	-0,03	21,2	21,1	0,2%
60	0,59	-0,52	13,6	13,5	0,6%	62	0,83	-0,19	18,0	18,0	0,2%
80	0,46	-0,78	10,5	10,5	0,5%	82	0,70	-0,35	15,3	15,3	0,2%
100	0,36	-1,01	8,2	8,2	0,5%	102	0,59	-0,52	13,0	12,9	0,2%
120	0,25	-1,37	6,2	6,1	1,0%	122	0,49	-0,71	10,9	10,8	0,3%
Примечание - - площадь участка, вычисленная с использованием линейной интерполяции, - площадь участка, вычисленная с использованием экспоненциальной интерполяции.
(a) В круглых скобках приведено предполагаемое значение начального содержания индикаторного газа (которое должно быть одинаковым во всех помещениях).

Рисунок D.3 - График зависимости логарифма содержания индикаторного газа от времени при убывании

Рисунок D.4 - Линейная зависимость содержания индикаторного газа от времени при убывании

D.2.4.3 Вычисление локального среднего "возраста" воздуха

При рассмотрении графика в координатах ln - время от начала убывания (рисунок D.3) было решено использовать результаты анализа проб, отобранных в период между 40 и 120 мин, выбранный в качестве области с экспоненциальным убыванием индикаторного газа для кухни. Для спальни было принято, что убывание было экспоненциальным с самого начала.

Вычисление проводят так же, как в предыдущем примере с автоматическим отбором проб:

a) строят график зависимости натурального логарифма содержания индикаторного газа от времени (см. рисунок D.3);

b) начало линейного участка графика в координатах ln - время от начала убывания выбирают равным 60 мин при визуальной оценке (для кухни). Для спальни график линеен с начала измерений. Конец линейного участка, где разброс значений около линии тренда остается еще небольшим, выбран равным 120 мин.

c) с помощью программы табличных вычислений методом регрессионного анализа было получено уравнение линии тренда ln = -0,0087t + 0,35 для промежутка времени между t = 62 мин и t = 122 мин с = 0,0087  или 0,52  (для кухни). Для спальни можно было использовать весь интервал времени от t = 0 до t = 120 мин, для которого получено корреляционное уравнение ln = -0,0131t + 0,25. Таким образом, параметр для спальни составляет 0,013  (0,79 );

d) значение ЛСВВ вычисляют напрямую как обратное , т.е. = 1/ = 1/0,79 = 1,27 ч; поскольку убывание в спальне экспоненциально с начала измерений, то нет необходимости выполнять численное интегрирование.

Для кухни при численном интегрировании от t = 0 до t = 102 мин (интервал был выбран произвольно на линейном участке кривой убывания) было получено

;

е) затем вычисляют последний вклад в площадь кривой убывания: площадь под участком кривой от t = 102 мин до t =

,

(D.9)

где и ln () получают, вводя t = 102 мин в корреляционное уравнение [см. этап с)].

Общая площадь под кривой ();

f) ЛСВВ для кухни вычисляют по отношению значения общей площади под кривой к начальному значению содержания индикаторного газа [см. формулу (1)] по формуле

.

(D.10)

D.2.4.4 Оценка неопределенности в приведенном примере

Оценку неопределенностей вычисляют так же, как в случае автоматического отбора проб по формуле

(D.11)

с результатом () при условии, что абсолютная неопределенность измерения объемной доли индикаторного газа составляет 0,02 , а для численного интегрирования были использованы результаты анализа шести первых проб.

Неопределенность вычисляют по формуле

(D.12)

с результатом (),

где относительную неопределенность углового коэффициента и относительную неопределенность ожидаемого значения содержания индикаторного газа при t = 102 мин вычисляют методом регрессионного анализа.

Относительную неопределенность площади под кривой вычисляют по формуле

.

(D.13)

Оценка должна основываться на обоснованном предположении, опирающемся на результаты измерений содержания индикаторного газа. В данном случае оно может быть оценено для спальни, где убывание экспоненциально с самого начала, на основе неопределенности, вычисленной по методу регрессионного анализа. При использовании этого метода неопределенность отрезка, отсекаемого на оси ординат при t = 0, составляет 2,2%.

Суммируя вклады неопределенностей [формула (D.1)], получили

.

D.3 Метод равномерного введения индикаторного газа

D.3.1 Введение индикаторного газа

Целью введения индикаторного газа по методу равномерного введения является установление постоянной и одинаковой скорости его введения на единицу объема во всех частях вентилируемой системы. Индикаторный газ может быть введен активным или пассивным способом.

D.3.2 Отбор проб индикаторного газа

Отбор проб может быть пассивным (диффузионным) или активным. При пассивном отборе проб получают усредненные значения содержания индикаторного газа для долговременного периода, а при активном - текущие значения. Активный отбор проб может быть автоматическим, при этом получают информацию об условиях вентиляции как функций времени, или ручным - при этом получают информацию для выбранных моментов времени.

D.3.3 Пример применения метода равномерного введения индикаторного газа с активным введением и отбором проб

D.3.3.1 Модельный эксперимент

В этом примере вводили в три зоны жилого дома с помощью серийно выпускаемого дозатора. Этот прибор может быть запрограммирован на многоканальное введение индикаторного газа через шесть портов. Запрограммировав прибор таким образом, чтобы различные порты открывались в определенный момент времени, регулируют количество введенного газа. Индикаторный газ смешивают с воздухом перед его распылением через разные порты для предотвращения его избыточного содержания и плотности. Для распределения индикаторного газа в трех различных зонах использовали полиэтиленовые трубки (внутренним диаметром 4 мм). Смесь индикаторного газа с воздухом выпускали в каждой комнате позади вентилятора небольшой мощности, используемого для улучшения распределения его в помещениях. Также можно использовать другое оборудование для контролируемого введения и распределения индикаторного газа, но во всех случаях скорость его введения должна быть установлена в соответствии с объемом зоны.

Отбор проб проводят в течение 80 ч через каждые 15 мин в спальне и в кухне. Анализ выполняют с помощью многоканального газоанализатора, принцип действия которого основан на поглощении ИК излучения определяемым газом, с фотоакустическим детектором в качестве приемника для определения содержания индикаторного газа.

Скорость введения в единицу объема составляла 1 . В помещения жилого дома вводили 122,4 мл в час. Для того чтобы продемонстрировать влияние изменения способа распределения воздуха смоделировали ситуацию, при которой дверь между спальней и гостиной была открыта в период времени от t = 40 ч до t = 60 ч после начала введения. Результаты, полученные при моделировании, приведены на графике (см. рисунок D.5).

Рисунок D.5 - Результаты измерения содержания индикаторного газа с применением методики равномерного введения с активным введением и отбором проб. В период времени от 40 до 60 ч дверь в спальню была открыта (результаты моделирования)

D.3.3.2 Вычисление локального среднего "возраста" воздуха

ЛСВВ вычисляют делением содержания индикаторного газа в установившемся состоянии на скорость его введения в единицу объема по формуле

*.

(D.14)

По истечении 10 ч с начала введения индикаторного газа достигается установившееся состояние. В таблице D.3 приведены полученные усредненные значения содержания индикаторного газа и вычисленные усредненные значения ЛСВВ в разные периоды времени.

Таблица D.3 - Усредненные значения содержания индикаторного газа в установившемся состоянии. В период времени от t = 40 ч до t = 60 ч дверь в спальню была открыта

Период времени, ч	Спальня		Кухня
	,	**, ч	,	**, ч
От 10 до 40	1,330,01	1,33	2,130,01	2,13
От 40 до 60	1,650,15	1,65	2,120,01	2,12
От 60 до 80	1,340,01	1,34	2,120,01	2,12

D.3.3.3 Оценка неопределенности

При определении ЛСВВ по методике равномерного введения относительную неопределенность вычисляют по стандартным отклонениям величин, учитываемых при нахождении искомой величины, по формуле

.

(D.15)

Относительное стандартное отклонение измеренного содержания индикаторного газа состоит из неопределенности аналитического прибора, которая зависит от его градуировочной характеристики, ее дрейфа и нестабильности. Здесь полагают, что прибор калиброван по стандартной градуировочной смеси с воздухом, содержание целевого компонента в которой известно с погрешностью , а стандартное отклонение среднего арифметического значения результата измерений составило . Общую дисперсию значений содержания индикаторного газа вычисляют по формуле

.

(D.16)

Полагают, что любую разницу между номинальным значением содержания целевого компонента в стандартной градуировочной газовой смеси и средними значениями, полученными с использованием этой смеси (систематическая погрешность), учитывают, используя поправочный коэффициент.

Неопределенность скорости равномерного введения зависит от того, насколько точно может быть измерена и поддерживаться постоянной скорость введения в различных зонах. Относительную неопределенность, связанную с регулировкой скорости введения, определяют при градуировке и обозначают как .

Есть еще один фактор, влияющий на скорость равномерного введения, который необходимо учитывать при вычислении неопределенности. Это погрешность, обусловленная невозможностью получения равномерного распределения. Эту неопределенность, различную в разных зонах, вычисляют следующим образом.

Принимают /V в качестве средней скорости введения индикаторного газа на единицу объема вентилируемой системы, a - в качестве скорости его введения на единицу объема конкретной зоны р. Неопределенность, связанную с неравномерностью распределения индикаторного газа , вычисляют по формуле

.

(D.17)

Таким образом, общую дисперсию ЛСВВ вычисляют по формуле

.

(D.18)

Существует также дополнительная неопределенность измерения, обусловленная неполнотой перемешивания воздуха в зоне. Эта неопределенность усредненного значения ЛСВВ в зоне может быть оценена только по результатам измерений на различных участках зоны.

Отклонения, обусловленные изменениями скорости вентиляции и распределения воздуха с течением времени, могут быть оценены по изменениям значений содержания индикаторного газа со временем. Следует отметить, что такое отклонение может быть значительно больше, чем общая неопределенность метода, вычисленная вышеописанным способом.

D.3.3.4 Оценка неопределенности в приведенном примере

.

(D.19)

Неопределенность содержания индикаторного газа может быть оценена по стандартному отклонению системы отбора и анализа проб путем повторного анализа одной и той же стандартной градуировочной газовой смеси. Обычно это стандартное отклонение составляет 3%.

Относительная неопределенность, связанная с установкой скорости введения индикаторного газа , должна быть определена при градуировке. Обычно составляет 3%.

- это неопределенность, обусловленная невозможностью получения равномерного распределения индикаторного газа. Неравномерность распределения индикаторного газа может быть связана с тем, что оборудование для регулировки не обеспечивает возможности для пользователя точно установить требуемую скорость введения. Соответствие требуемой и установленной скоростей введения индикаторного газа может быть различным в разных зонах (см. D.3.3.3 по оценке описанной выше неопределенности для вычисления в разных зонах).

Если в приведенном примере пренебречь значением , то относительную неопределенность измерения ЛСВВ, полученного с использованием метода равномерного введения индикаторного газа с активным введением и отбором проб, вычисляют по формуле (D.19)

.

Следует отметить, что оценка неопределенности относится только к единичному измерению. Если оценивают неопределенность значения, полученного усреднением по нескольким результатам измерений, то стандартное отклонение среднего оценивают методом регрессионного анализа. Следует отметить, что случайные погрешности единичных измерений компенсируют друг друга при вычислении среднего значения. Однако остаются неопределенности, обусловленные систематическими погрешностями. Таким образом, рекомендуется оценивать неопределенность среднего значения по формуле

,

(D.20)

где - относительное стандартное отклонение в серии из n измерений, по результатам которых было вычислено среднее значение.

D.3.4 Пример применения метода равномерного введения индикаторного газа с пассивным введением и отбором проб

D.3.4.1 Общие положения

Методику равномерного введения с пассивным введением и отбором проб обычно используют при определении усредненного по времени ЛСВВ для продолжительного периода времени. В этом примере были использованы пассивные регулируемые источники индикаторного газа капиллярного типа и трубки для пассивного диффузионного отбора проб с активированным углем в качестве сорбента (см. рисунок D.6).

Рисунок D.6 - Эскиз диффузионного источника и пробоотборника

В литературе описаны диффузионные источники и пробоотборники нескольких типов. Некоторые из них серийно выпускают фирмы, проводящие анализы проб на содержание индикаторного газа. Перед использованием диффузионные источники следует тщательно проградуировать по скорости выделения. Для таких источников характерна сильная зависимость скорости выделения от температуры, и эта зависимость должна быть точно известна. Перед использованием диффузионных пробоотборников следует также точно измерить скорость диффузионного поглощения. Серийно выпускаемые диффузионные источники и пробоотборники градуированы и испытаны.

D.3.4.2 Планирование испытания

Была поставлена задача определить значения ЛСВВ как усредненные за неделю значения для одноквартирного жилого дома. Был сделан эскиз дома и вычислен объем помещений (см. рисунок D.7). Общий объем жилой площади дома составил 248 , а объем подвала вместе с лестничным пролетом, соединяющим его с домом, - 140 . На цокольном этаже имелись небольшие закрытые помещения общим объемом 33  без доступа свежего воздуха или содержащие только отработанный воздух (ванная комната, прачечная и кладовая). В этих помещениях источники индикаторного газа не размещали.

Рисунок D.7 - Эскиз плана жилого дома в качестве дополнения к протоколу измерений для указания местоположения источников индикаторного газа и пробоотборников, используемый при оценке распределения индикаторного газа

Полученные данные по объему помещений были отправлены в фирму, предоставившую двенадцать отрегулированных маркированных источников индикаторного газа, восемь из которых были установлены на первом этаже, четыре - в подвале.

D.3.4.3 Порядок испытания

Двенадцать маркированных источников индикаторного газа и пять диффузионных пробоотборников были размещены на стенах помещений в соответствии с инструкциями фирмы-поставщика. После установки источников были размещены и открыты диффузионные пробоотборники (в кухне, зале, детской спальне, кабинете и подвале). Источники, пробоотборники и датчики температуры были размещены на недоступной для детей высоте. Обитатели помещения были проинформированы о цели измерений и о том, что оборудование нельзя трогать. Обитателям был оставлен протокол измерений и контейнер для возврата оборудования, чтобы они могли сами остановить измерение по истечении недели, закрыть пробоотборники и вместе с датчиками отослать их в лабораторию на анализ. Источники были отправлены в отдельной упаковке на следующий день во избежание загрязнения пробоотборников.

D.3.4.4 Результаты

В таблице D.4 приведены значения объема зон, скорости введения, массы отобранного пробоотборниками индикаторного газа и вычисленные значения ЛСВВ в различных зонах исследуемого жилого дома. Общее время экспозиции составило 164 ч. Эквивалентная скорость отбора проб диффузионными пробоотборниками к составила 16 мл/ч.

Таблица D.4 - Значения объема зон, скорости введения, массы отобранного пробоотборниками индикаторного газа и ЛСВВ в разных зонах исследуемого жилого дома

Зона	Объем зоны V,	Скорость выделения , мкг/ч	Масса индикаторного газа М, нг	Средний возраст воздуха , ч
Гостиная	68	35
Кухня	31	16	3,6	2,7
Зал	38	19	3,7	2,8
Игровая комната	24	12
Детская спальня	24	12	4,5	3,4
Спальня родителей	41	21
Кабинет	22	11	3,4	2,5
Подвал	140	70	1,9	1,4

Усредненную массовую концентрацию индикаторного газа в месте размещения пробоотборника определяют на основе массы отобранного индикаторного газа М, вычисляемой по формуле

,

(D.21)

ЛСВВ вычисляют по формуле

,

(D.22)

где /V - средняя скорость введения индикаторного газа на единицу объема (например, в ).

D.3.4.5 Оценка неопределенности локального среднего "возраста" воздуха

Оценку общей неопределенности ЛСВВ (s) вычисляют по формуле

,

(D.23)

где - полная неопределенность скорости введения. Она состоит из неопределенности скорости введения индикаторного газа в вентилируемую систему, которую следует вычислять по относительному стандартному отклонению для отдельных источников (определенному при градуировке), деленному на квадратный корень из числа источников в системе, и неопределенности, обусловленной неточным выставлением температуры;

- относительная неопределенность отбора проб. Ее следует оценивать по относительному стандартному отклонению скорости отбора проб, определенной при градуировке, плюс неопределенность, обусловленная непредставительностью отбора проб из-за неполноты перемешивания воздуха в зоне;

- относительная неопределенность анализа (воспроизводимость + дрейф + неопределенность градуировки) (максимум 0,08);

- относительная неопределенность, обусловленная любым отклонением скорости введения индикаторного газа в отдельных зонах от равномерной. Погрешность, обусловленная этими отклонениями, зависит от существующей взаимосвязи (в смысле взаимодействия потоков воздуха) между конкретной зоной и остальной вентилируемой системой. Поскольку обычно интенсивность этого взаимодействия неизвестна, оценка ЛСВВ будет иметь неопределенность (вычисление см. в D.3.3.3).

D.3.4.6 Оценка неопределенности в приведенном примере

Для приведенного примера с двенадцатью источниками, неопределенность каждого из которых оценена в 5%, и при относительной неопределенности из-за неточного выставления температуры, оцененной в 3%, полная неопределенность скорости выделения составит:

.

(D.24)

Неопределенность отбора проб вычисляют по формуле

,

(D.25)

где неопределенность калибровки системы отбора проб принята равной 5%.

- составная дисперсия, обусловленная использованием разных трубок для отбора проб и недостаточной представительностью отбора проб в зоне, которую определяют по стандартному отклонению для n пробоотборников в зоне. Если используют только один пробоотборник (например, в небольшой зоне), то /(n - 1) заменяют на в зоне с нормальным перемешиванием воздуха.

= 0,03 (3%) - типичное значение относительной неопределенности анализа индикаторного газа при экстракции его жидкостью и анализе на ГХ с ДЭЗ. Однако относительная неопределенность быстро возрастает при увеличении массы отобранного индикаторного газа.

Если отклонением от равномерного распределения скорости выделения пренебречь, то типичная общая неопределенность ЛСВВ в данном примере составит 11%.

.

Следует отметить, что оценка общей неопределенности относится только к значениям ЛСВВ, усредненным за период измерения. Здесь не учтены никакие колебания кратности воздухообмена и распределения воздуха во времени. Они могут быть оценены только путем анализа изменений содержания индикаторного газа во времени.