Ma Magyarországon jelentősen bővült a korszerű épületállomány. A korszerűsített és az új lakóépületeknél a légtömörség igen fontos. Ezért az alacsony energiaigényű vagy közel nulla energiaigényű lakóépületeknél elengedhetetlen a megfelelő mesterséges szellőzés kialakítása. Jelen cikkben nemcsak a belső környezet minősége miatt alkalmazott mesterséges szellőzés kialakítását vizsgálom, hanem nyári időszakban az éjszakai szellőzés hatását is a térfogatáram és az alkalmazott légvezetési rendszer függvényében a belső léghőmérsékletre.
A cikk a Magyar Épületgépészet 2019/6. számában jelent meg, melynek tartalomjegyzéke itt letölthető.
Bevezetés
A doktori kutatásaim során végzett mérések és számítások bizonyították, hogy nyári napokon (nyári, hőség-, forró napon) a hőterhelés jelentősen eltér a korábban Magyarországon alkalmazott referencia nap adataitól. A számítási módszerek azt bizonyítják, hogy éjszakai szellőzéssel a hőterhelés csökkenthető. Ez a csökkenés befolyással van a hűtési energiaigényre. [1], [2]
Napjainkban a közzel nulla energiaigényű épületekben beépítik a lég- vagy klímatechnikai rendszert a megfelelő komfort eléréséhez, viszont a rendszer méretei elsősorban a hőterheléstől függnek.
Jelen cikk célja, számítási módszert alkalmazva és méréssekkel meghatározni az éjszakai szellőzés, légvezetési rendszerek hatását a belső léghőmérsékletre.
A nemzetközi és hazai szakirodalmakban ugyan foglalkoznak az éjszakai szellőzés hatásával nyári időszakban, viszont a szakirodalmak és szabványok nem veszik figyelembe a légvezetési rendszereket. A hőterhelés csökkentése érdekében éjszakai szellőzéssel a légcsereszámot veszik alapul figyelmen kívül hagyva a légvezetési rendszer (a levegő eloszlásának módját épületen belül) hatását.
PASSOL laboratórium és az alkalmazott monitoring rendszer
A PASSOL laboratórium tulajdonképpen egy doboz, amelynek méretei (3,0×3,0×3,0 m külső méretekkel) elegendően nagyok ahhoz, hogy akár egy valóságos épület helyisége is legyen. A helyiség egyik külső falán egy ablak van elhelyezve. A szerkezetek egységesen hűtőházi panelekből vannak kivitelezve. A panelek nút-féder kapcsolata megfelelő légtömörséget biztosít a szerkezet számára. Így a szerkezetek csatlakozásánál kialakuló hőhidak hatása is minimalizálva lett.
A 90 cm parapet magassággal beépített, 150×150 cm méretű ablak hőátbocsátási tényezője 1,4 W/m2K, a teljes sugárzásátbocsátó képessége pedig g = 0,70, a gyártó adatai szerint. Az ablak transzparens felülete 1,91 m2. [1], [3]
Lehetőségem volt 2018. szeptember 2. és 24. között egy mérési sorozatot végezni a PASSOL laboratóriumban (1. ábra).
1. ábra. A PASSOL laboratórium mérés közben
A mérésekhez TESTO SAVERIS monitoring rendszert alkalmaztam, amelynek elemei a következő oldalon bemutatott 2. ábrán láthatók.
2. ábra. A TESTO SAVERIS monitoring rendszer elemei [4]
A rendszer alapvetően két részből áll: egyrészt az érzékelőkből (1), másrészt pedig a bázisból (2). Ezek között kétirányú kommunikáció folyik. Az érzékelők és a bázis közötti jeladást egy router segítségével javíthatjuk (4) abban az esetben, ha az épületszerkezetek miatt a kommunikáció nehézkes a két elem között. Az adatok a Saveris bázisból letölthetők és lementhetők az asztali számítógépen (3). Az érzékelők rádióhullámai szabad térben 300 m-es hatósugárral rendelkeznek 868 MHz-es frekvencia esetén, míg a magasabb frekvencia (2,4 GHz) mellett ez az érték körülbelül 100 m. Természetesen a falak, tereptárgyak leárnyékolhatják, sőt a hasonló frekvenciájú hullámok is zavarhatják. Ezt ki tudjuk küszöbölni a hálózat kibővítésével, egy router segítségével (5), ami egy átjátszó állomásként működik.
A bázissal való kommunikálásnak alapvetően több módja is van, ezek az érzékelő fajtájától függnek. Az érzékelők általában rádiófrekvenciával kommunikálnak a bázissal, így vezetékes kapcsolatra nincs szükség. Létezik az érzékelőnek közvetlenül az Ethernet hálózatra csatlakoztatható verziója is (6), egy már létező LAN hálózaton keresztül. A SAVERIS T2/T2D NTC érzékelőjének mérési tartománya –35 és +50 °C közötti, míg a mérési pontossága ± 0,2 °C. [4]
A PASSOL laboratórium külső falán elhelyezett nyílászáró nyugati tájolásra volt beállítva. A laboratórium szerkezet hőkapacitását a padló szerkezeten 2 rétegben kisméretű tömör tégla biztosította. A belső léghőmérséklet értékeit 5 perces rögzítéssel állítottam be a Testo SAVERIS monitoring rendszerben. A mérési eredmények 5 perces rögzítéssel a 3. ábrán láthatók.
3. ábra. Külső és belső léghőmérséklet értékek
A továbbiakban ellenőriztem a külső léghőmérséklet külső maximum értékeit annak érdekében, hogy meghatározzam a nyári, hőség és forró napokat a vizsgált időszakban.
Az Országos Meteorológiai Szolgálat honlapja szerint
- forró nap az a nap, amelynek a napi maximum hőmérséklete eléri vagy meghaladja a 35 °C-ot,
- hőségnap az a nap, amelynek a napi maximum hőmérséklete eléri vagy meghaladja a 30 °C-ot,
- nyári nap, ahol 25 °C-ot meghaladja a maximális napi hőmérséklet. [5]
A diagramról leolvasható, hogy a vizsgált időszakban voltak hőségnapok és nyári napok, a maximális mért belső léghőmérséklet pedig egy esetben elérte a 39,1 °C-ot, 23 mért érték esetében meghaladta a 35 °C-ot.
Több kutatásban is vizsgálták a Műszaki Karon lévő helyiségekben a belső léghőmérsékletet, a helyiségek épületszerkezeti hőkapacitását és üvegezési arányát figyelembe véve. [6], [7], [8], [9] A mérési eredmények alapján nem minden esetben lehet biztosítani az épületen belül a belső léghőmérsékletet lég- és klímatechnikai rendszer nélkül.
Számított belső léghőmérséklet a PASSOL Laboratóriumban
A számítási módszer a belső léghőmérsékletek számítására figyelembe vette a hőtároló tömeg, a szellőzés, az éjszakai szellőzés és az előhűtés hatását. A számítási módszer alapja a 4. ábrán bemutatott RC hálózat.
4. ábra. RC hálózat
A szellőzési hőveszteséget/hőnyereséget jellemző tényező (Hve, [W/K]) közvetlenül kapcsolódik a léghőmérséklet csomóponthoz (θair) és a befújt levegő hőmérséklet csomóponthoz (θsup). A transzmissziós hőveszteséget/hőnyereséget jellemző tényező tartalmazza a nyílászárókra vonatkozó tényezők értékét (Htr, w, [W/K]), amelyeknek a hőtároló tömegét nullára vesszük fel, illetve a hőtároló tömeggel rendelkező szerkezetek tényezőjének értékét (Htr, op, [W/K]). Utóbbi érték két részből áll: Htr, em, [W/K] és Htr, ms, [W/K]. A sugárzásos (Φsol) és a belső hőnyereségek (Φint) három csomópontra oszlanak: θair, θs (a közepes sugárzási hőmérsékletet adó érték) és θm (a hőtároló tömeg hőmérséklete). A hőtároló tömeget egy hőtároló kapacitás képviseli a hálózatban (Cm), amely a Htr, em és Htr, ms között található. A léghőmérséklet csomópont (θair) és a központi csomópont (θs) közötti kapcsolatot a Htr, is tényező, [W/K], jellemzi.
A szabvány szerint a helyiség/épület hőtároló kapacitását a belső felülettől számított 10 cm vastagságig kell figyelembe venni. [10]
Az Épületek nyári hőterhelésének energetikai vizsgálata doktori disszertációmban [1] részletesen ismertetett módszert alkalmazva egy hőségnap külső meteorológiai adatait felhasználva a négy égtáj felé tájolt külső nyílászáró és a laboratórium padló szerkezetén elhelyezett kisméretű tömör tégla alkalmazása mellett, mechanikus és természetes szellőzés nélkül, mint a valós méréseknél az 5. ábrán látható belső léghőmérsékletek alakulnak ki.
5. ábra. Számított belső léghőmérséklet a PASSOL laboratóriumban
Az ismertetett számítási módot alkalmazva, akárcsak a valós mérések folyamán, a laboratórium külső nyílászárójának nyugati tájolása mellett a maximális számított belső léghőmérséklet elérte a 35 °C-ot.
Az előzőekben bemutatott számítási módszert alkalmazva az éjszakai órákban vizsgáltam a szellőzés hatását a belső léghőmérsékletre, különböző légcsereszámok mellett. A befújt levegő hőmérsékletét 20 °C-kal vettem figyelembe. A számítási módszer nem veszi figyelembe a levegő eloszlási módját a laboratóriumon belül. Az eredményeket a 6. ábra mutatja. Éjszakai szellőzést alkalmazva a belső léghőmérséklet a PASSOL laboratóriumban csökken. Ezt a csökkenést a légcsereszám függvényében nem veszi figyelembe az alkalmazott LVR.
6. ábra. Számított belső léghőmérséklet a PASSOL laboratóriumban a légcsereszám függvényében
A Belső Környezet Minősége laboratóriumban mért belső léghőmérsékleti értékek
A PASSOL laboratóriumban nincs lehetőségem ellenőrzött szellőzésre, ezért a továbbiakban a Belső Környezet Minősége laboratóriumban végeztem méréseket annak érdekében, hogy meghatározzam az alkalmazott légvezetési rendszer hatását a belső léghőmérsékletre.
A laboratórium méretei (2,49×3,65×2,56 m). A laboratóriumban lehetőségem volt a diffúz és az elárasztásos légvezetési rendszerek összehasonlítására (7. ábra).
7. ábra. Elárasztásos és diffúz LVR a laboratóriumban
Az elárasztásos LVR esetében alsó befúvást és felső elszívást, a diffúz LVR esetében felső befúvás és alsó elszívást alkalmaztam. A befújt levegő paramétereit (a befújt léghőmérséklet: 20 °C) minden esetben egy a Légtechnika laboratóriumban elhelyezett Rosenberg légkezelővel állítottam be, amelynek kezelési képernyője a 8. ábrán látható.
8. ábra. Az alkalmazott légkezelőgép kezelési képernyője
A mérésekhez kalibrált Testo 480 műszert alkalmaztam (9. ábra). Valamennyi klíma- és légtechnikai paraméter mérése egy műszerben: légsebesség, hőmérséklet, páratartalom, nyomás, megvilágítás, sugárzó hő, turbulencia fok és CO2, PMV/PPD és WBGT index. Komfortérzet érzékelő a turbulencia fok mérésekre, az EN 13779 szabványnak megfelelő mérések. [4]
9. ábra. Testo 480 mérés közben
A 28 °C elérése érdekében minden mérési sorozatot egy felfűtési időszakot előzött meg. A felfűtési időszak minden esetben azonos volt. A fűtési hőenergiát GANZ Integral-V MaXX hőmennyiségmérővel mértem. Több mérési sorozatot is elvégeztem, a vizsgált időszakban a laboratóriumban létrehozott légcsereszám 0 és 4 h-1 volt.
A mért belső levegő hőmérsékleteket a 10. ábra mutatja. Az ábrán látható, hogy a kezdeti időpontban a kívánt 28 °C helyett minden esetben 27,9 °C volt. Az ábrán látható a belső léghőmérséklet-változás az alkalmazott légvezetési rendszer függvényében. A két LVR közötti különbség mérhető.
10. ábra. Mért belső léghőmérséklet értékek a BKM laboratóriumban
A mérések során lehetőségem volt a belső levegő paramétereinek 5 perces rögzítésére is (11. ábra).
11. ábra. Mért belső léghőmérséklet-értékek 5 perces időintervallumban
Összefoglalás
Nyári és hőség napokon méréseket végeztem a PASSOL laboratóriumban. Ezek után több szakirodalmat elemeztem valós épülethelyiségekben mért belső léghőmérsékletről, amelyek igazolták az általam mért belső léghőmérsékletet, vagyis az épületen belüli túlmelegedést. [3] [6] [7] [8]
Mérési eredményeimet értékelve, mint lehetséges megoldás a belső környezet minőségének javítására a mennyezeti vagy fal hűtési rendszerek kialakítása jöhet szóba. [11]
További megoldás lehet nyári időszakban az épületbe természetes szellőzéssel vagy filtrációval bejutó külső levegő a túlmelegedés elkerülése érdekében. Ez akkor alkalmazható, amikor a külső levegő hőmérséklete alacsonyabb, mint a belső léghőmérséklet.
Számítási módszert alkalmazva megvizsgáltam az éjszaki szellőzés esetében a légcsereszám hatását a belső léghőmérsékletre (6. ábra).
Laboratóriumi mérésekkel igazoltam a belső léghőmérséklet változást a légcsereszám és az alkalmazott légvezetési rendszer függvényében.
A 6. és 11. ábrán bemutattam a belső léghőmérséklet változást órai adatsorban, az alkalmazott számítási módszer és 5 perces mintavételezés mellett.
A számítási módszer nem veszi figyelembe a helyiségen belül a légvezetési rendszert. A 10. és 11 ábrán bemutattam az alkalmazott légvezetési rendszerek által létrehozott belső levegőhőmérséklet különbséget.
Köszönetnyilvánítás
„Az Emberi Erőforrások Minisztériuma ÚNKP-18-4-DE-Bolyai+ kódszámú Új Nemzeti Kiválóság Programjának támogatásával készült.”
Irodalomjegyzék
- Csáky, I., Épületek nyári hőterhelésének energetikai vizsgálata 120 p. Debreceni Egyetem Földtudományi Doktori Iskola. Tudományág: természettudományok/földtudományok. Témavezető: Kalmár Ferenc. Benyújtás éve: 2015. Védés éve: 2015. Megjelenés/Fokozatszerzés éve: 2015.
- Szabó, G., Kalmár, F.: Egy irodaépület hőterhelésének meghatározása az MSZ 04-140-4-78 és az MSZ EN ISO 13790 szerint. Energiagazdálkodás 58 (3), 6-10., 2017.
- Csáki, I., Kalmár, F., Simulation of the internal temperature in the Passol Laboratory, University of Debrecen, International Review of Applied Sciences and Engineering, ISSN 2060-0810, pp 63 – 73
- http://www.testo.hu
- https://www.met.hu/omsz/tevekenysegek/klimamodellezes/eghajlati_szelsosegek/
- Csáky, I.: Belső léghőmérséklet mérések a Debreceni Egyetem Műszaki Karán. Magyar Épületgépészet 60 (9), 3-8., 2015.
- Kalmár, F.: Interrelation between glazing and summer operative temperature in buildings, Int. Review of Applied Sciences and Engineering 7 (1), 51-60., 2016.
- Lakatos, M.: Hőtároló tömeg hatása a belső léghőmérsékletre a PASSOL laboratóriumban. Debreceni Egyetem Műszaki Kar Épületgépészeti és Létesítménymérnöki Tanszék, 2017
- Szodrai, F., Lakatos, Á.: Effect of the air motion on the heat transport behaviour of wall structures. Int. Review of Applied Sciences and Engineering 8 (1), 67-73., 201
- MSZ EN ISO 13790:2008, Épületek energetikai teljesítőképessége. A fűtési és hűtési energiaigény számítása.
- Szabó, G., Kalmár, F.: Investigation of subjective and objective thermal comfort in the case of ceiling and wall cooling systems. Int. Review of Applied Sciences and Engineering. 8 (2), 135-140., 2017.
Dr. Csáky Imre PhD
Szóljon hozzá
A hozzászóláshoz be kell jelentkezni.