A szerző előadással vett részt a Magyar Épületgépészek Napja 2012 Oktatási napjának Phd szekciójában (lásd beszámolónkat lapunk 2012. évi 12. számában). A következőkben az előadás témájában készült, lektorált szakcikket adjuk közre.
A Magyar Épületgépészet szaklap 2013/3-as lapszámának tartalma itt letölthető.
Abstract
A growing number of office buildings have a large window surface. The greatly increased incoming direct solar radiation can adversely affect comfort sensation. On-site measurements were made in an office building. We evaluated the thermal comfort under PMV, PPD and air quality. The measurement results were evaluated with scientific research methods, which results we present in this article.
Bevezető
Egyre több irodaépület rendelkezik nagy üvegfelülettel. Az építészek kedvelik ezt a megoldást az épület szép külső megjelenése és a természetes megvilágítás miatt. A nagy üvegfelület azt eredményezi, hogy a nyári külső instacioner hőterhelés jelentősen megnő. A beérkező direkt napsugárzás is rontja a komfortot. A hőkomfort különösen fontos szerepet játszik az irodaépületek esetében, mivel a diszkomfort negatívan befolyásolja a munkavégző képességet. Témavezetőm, dr. Kajtár László egyetemi docens, tanszékvezető helyettes vezetésével mérési és kiértékelési módszert dolgoztunk ki a hőés levegőminőségi komfort valószínűség-elméleti alapon történő minősítéséhez az MSZ CR 1752:2000-ben foglalt komfortkategóriák szerint. A helyszíni mérésekhez mérőrendszert építettünk fel, és saját fejlesztésben a mérési eredményeket feldolgozó, azokat valószínűség-elméleti alapon kiértékelő szoftvert fejlesztettünk ki.
Cikkemben egy irodaépületben elvégzett helyszíni mérések eredményeit mutatom be. Értékeltük a PMV, PPD alapján a hőkomfortot, valamint a CO2 koncentráció alapján a levegőminőséget. A mérési eredményeket a tudományos kutatás módszereivel értékeltük, a kapott eredményeket e munkámban mutatom be.
Komfortmérés irodaépületben
Az irodaépületben a hőkomfort és a levegőminőség meghatározza az emberek komfortérzetét és termelékenységét. A hatékony munkavégzéshez elengedhetetlenül fontos a hőkomfort és a levegőminőség komfort. Értékelésük elsősorban objektív mérési módszerrel lehetséges. A hőérzet legjobb mutatószáma a PMV és a PPD, értékük üzemelő irodaépületben egyértelműen mérhető. Az MSZ CR 1752:2000 (Épületek szellőztetése – Épületek belső környezetének tervezési alapjai) követelményeit vettük alapul a komfort kiértékelésére.
A vizsgált irodaépület kilenc szintet tartalmaz, ebből kettő a térszint alatt helyezkedik el. A föld feletti épületszinteken találhatók az irodák és a tárgyalók. Az irodaterek kis- és nagyteresek voltak, az összes irodaterület 4000 m2. A föld alatti szinteken gépészeti terek és garázsok találhatók. Az épület két hosszanti oldala északi és déli tájolású. Az ablakfelületeket külső árnyékolás nélkül építették be.
Az irodák hűtését klímagerendák végezték, összesen 562 db klímagerenda üzemelt. A hűtővíz tervezett hőmérséklete 15/18 °C, a klímagerendák összes hűtőteljesítménye 660 kW volt. Az irodákban 750 fő dolgozott, a tervezett frisslevegő mennyisége 45 m3/h×fő volt.
Értékeltük a hőmérsékleteket, a hőkomfortot, a huzatérzetet és CO2 koncentrációt. A mérési eredmények alapján az egyes terekben meghatároztuk a komfortkategóriákat és a kategóriák eloszlását.
Az irodai komfort értékeléséhez kilenc jellemző tájolású irodateret választottunk ki. A folyamatos méréseket május 10. és szeptember 30. között végeztük. A mért paramétereket és a mintavételezés gyakoriságát az 1. táblázat mutatja.
A klímarendszer üzemi jellemzőit is folyamatosan mértük, a mért jellemzőket és a mintavételezés gyakoriságát a 2. táblázat tartalmazza.
A használt mérőeszközök: a hőmérsékletek és a hőkomfort paraméterek mérésénél Testo mérőrendszert használtunk, a szén-dioxid-koncentráció esetében Horiba berendezést alkalmaztunk. A naponta mért adatok száma 43200 volt. Az irodatérben kihelyezett komfort mérőeszközök elrendezése az 1. ábrán látható.
A mérési eredmények kiértékelését valószínűség-elméleti alapon végeztük. A nappali irodai üzemi periódust 7 és 19 óra között értelmeztük. Naponta mérési helyenként meghatároztuk a mérési adatok átlagértékét, szórását, minimum és maximum értékét, valamint az adott megbízhatósági szinthez tartozó konfidencia intervallum határait. A helyiségben mért jellemzők alapján a kiértékelés az adott paraméter megbízhatósági intervalluma alapján végezhető el, jelen esetben a kiértékelések során az elfogadott megbízhatósági szintnek 95%-ot választottunk.
A mérési eredményeket folyamatosan regisztrálták az adatgyűjtő eszközök. Saját fejlesztésű számítógépes program segítségével dolgoztuk fel ezeket az adatokat, és ezekből számítottuk a következő jellemzőket:
• várható hőérzeti érték (Predicted Mean Vote, PMV),
• a hőérzettel elégedetlenek várható aránya (Predicted Percentage of Dissatisfied, PPD),
• átlagos légsebesség (wá),
• turbulencia intenzitás (Tu),
• huzatérzet (Draught Rating, DR).
A számított értékek és a közvetlen mért adatok átlagértékeit, szórásértékeit naponként számítottuk, valamint meghatároztuk az eloszlás jellemzőit.
A hőérzeti mérés eredményei
A 2. ábra szemlélteti a PMV értékek napi változását a kiválasztott északi és délkelti tájolású iroda esetében, az ugyanezen napra vonatkozó PPD értékek pedig a 3. ábrán láthatók. A kiválasztott diagram jól szemlélteti a délkelti és északi tájolású irodában az eltérő hőérzetet. A PPD érték maximuma a délkeleti tájolású irodában 23,6%, míg az északiban 10,9% volt. A jelentős eltérés a külső árnyékolás hiánya miatt van.
2. ábra. A PMV értékek alakulása. a) Északi iroda, b) Délkeleti iroda
3. ábra. A PPD értékek alakulása. a) Északi iroda, b) Délkeleti iroda
A huzatérzet mérési eredményei
A huzatérzeti jellemzők az irodaterekben a tájolástól függetlenül kedvezőek voltak. Egy kiválasztott iroda esetében az egy adott napra vonatkozó wá, Tu, DR értékek napi változását a 4. ábra szemlélteti.
Jól látható, hogy a klímagerendák huzatérzetet nem okoztak. A DR maximum értéke 5,3%, és a tartózkodási zónában az átlagos levegősebesség is kisebb volt 0,1 m/s értéknél.
4. ábra. Huzatérzeti jellemzõk. a) Átlagos légsebesség, b) Turbulencia intenzitás, c) Huzatérzeti érték
Levegőminőség
A levegőminőség értékelése történhet az érzékelhető levegőminőség, illetve az adott szennyezőanyag koncentrációja alapján. Az előbbi – a nemzetközi gyakorlat alapján – szubjektív érzékeléssel, mérőcsoporttal lehetséges. Az utóbbi esetben a műszeres mérés eredményei képezik a kiértékelés alapjait. Tanszékünkön mindkét módszert alkalmaztuk a kutatómunka, OTKA pályázatok keretében. A mostani irodatér esetében a lehetőségek miatt a műszeres mérést választottuk. Az épületgépészeti gyakorlatban a legjellemzőbb szennyezőanyag a szén-dioxid. Az infravörös abszorpció elvén működő spektroszkópiai berendezéssel, folyamatos adatrögzítés mellett a szén-dioxid-koncentráció változását vizsgáltuk.
A komfort zóna levegőminőségét jellemző szén-dioxid-koncentráció napi lefutása látható az 5. ábrán, egy jellemező napot kiválasztva. A szén-dioxid-koncentráció napi változásának menetében jól látható az ebédidő idejének hatása.
5. ábra. A szén-dioxid-koncentráció mérési eredményei
Összefoglalás
Az MSZ CR 1752:2000 alapján történő komfortértékelés csak folyamatos adatrögzítéssel (1. táblázat) és valószínűség-elméleti alapon lehetséges, ennek megfelelően a mintavételezés gyakorisága és a műszerek mérési pontossága lehetővé tette a komfortparaméterek pontos számítását és kiértékelését. A 95%-os megbízhatósági intervallumot vettük alapul minden esetben a mérési eredmények kiértékelése során, amelyet felhasználva határoztuk meg azt, hogy a meghatározott szórástartomány alapján a mérési eredmények napi értékének 95%-os konfidencia tartománya mely kategóriának felel meg. Egy választott nap helyiséghőmérsékletének sűrűségfüggvényét a 6. ábra szemlélteti.
6. ábra. A helyiséghőmérséklet sűrűségfüggvénye
A kiértékelés során komfortkategóriánként elkészítettük az egyes komfortparaméterek eloszlását. Az így kapott eredményeket a 7. ábra, valamint a 3. táblázat tartalmazza, ahol látható a hőkomfort, a levegőhőmérséklet, a huzatérzet és szén-dioxid-koncentráció eredményeinek jelentős eltérése.
7. ábra. A mérési eredmények kategóriák szerinti eloszlása
3. táblázat. A mérési eredmények kategóriák szerinti eloszlása, %
A huzatérzet esetében a vizsgált terek 90,3%-ban, a szén-dioxid-koncentráció esetében 73,7%-ban, míg a levegőhőmérséklet esetében 37,4%-ban feleltek meg az „A” kategória követelményeinek. Hőkomfort szempontjából nincs az „A” kategóriának megfelelő eredmény.
A komfortra vonatkozó fenti következtetés az árnyékolás hiánya miatt adódott. A külső árnyékolás javítana a hőkomforton, és jelentősen csökkentené a hűtési energiafelhasználást is. A mérési munkák kiértékelésének eredményei alapján ma már külső árnyékolást építenek ki az irodaépület homlokzatán, valamint optimalizálják a klímarendszerek szabályozását.
Felhasznált irodalom
Bánhidi L., Kajtár L.: Komfortelmélet. Budapest, 2000. Műegyetemi Kiadó 436 p., (ISBN: 963 420 633 6)
Kajtár L., Hrustinszky T.:A belső levegő minőség. A szükséges frisslevegő-igény vizsgálata. Budapest, 2004. HKL Hűtő-, klíma-és légtechnikai épületgépészeti szaklap (ISSN: 1785-1564), II.: (8), pp. 16-19.
Kajtár L., Herczeg L., Láng E.: A szén-dioxid hatása az ember közérzetére és a munkavégzés teljesítményére. Budapest, 2004. Magyar Épületgépészet (ISSN: 1215-9913), LIII.: (7), pp. 11-24.
Kajtár L., Hrustinszky T.: Investigation and Influence of Indoor Air Quality on Energy Demand of Office Buildings. WSEAS Transactions on Heat and Mass Transfer (ISSN: 1790-5044), IV.: (3) October 2008. pp. 219-228.
Kajtár L., Szabó J.: Komfort – intelligens épületek. Budapest, 2012. Magyar Installateur (ISSN: 0866-6024) XXII.: (11-12), pp. 26-27
Kajtár L., Herczeg L., Hrustinszky T., Bánhidi L.: Influence of Carbon-Dioxide Pollutanton Human Well-Being and Work Intensity, Lisboa, Portugália, 2006. Healthy Buildings, Proceedings Volume I. pp. 85-90.
Kajtár L., Herczeg L., Hrustinszky T., Leitner A.: High Quality Thermal Environment by Chilled Ceiling in Office Building, Helsinki, Finnország 2007. International Conference Well Being Indoors, CLIMA 2007. 6 p.
L. Kajtár, J. Szabó: Thermal Comfort In Office Buildings with Large Window Surfaces, Austin, USA 2011. The 12th International Conference on Indoor Air Quality and Climate: INDOOR AIR, pp.1351-1356
Szabó János okl. gépészmérnök, PhD hallgató, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Gépészm
Szóljon hozzá
A hozzászóláshoz be kell jelentkezni.