Mintegy 130 öntöde található ma Magyarországon, több ezer embert foglalkoztatva. A hazai öntödei termelés több mint felét az alumíniumöntés teszi ki. Az öntödék mintegy harmada külföldi tulajdonban van, a kiemelkedők között azonban található jó néhány teljesen magyar tulajdonú, mondhatni „családi” vállalkozás is, ilyen például az Ecseri Kft. A minőség igen magas igény- és gyártási színvonalat követel meg, másként az ágazat nem tudná a termelése mintegy 80 százalékát exportálni. Tekintettel arra, hogy a termék minősége összefügg a gyártási környezettel, a megfelelő környezeti feltételekkel, ezért rendkívül fontos, hogy a belső levegő minőségére is figyelmet fordítsunk.
Cikkemben egy kivitelezés alatt álló nyomásos alumíniumöntöde természetes szellőztető rendszerét szeretném bemutatni, példát mutatva arra, hogy miként lehet nagy mennyiségű fejlődő technológiai hőt elvezetni, és hogyan lehet a bent dolgozó élő munkaerőnek, valamint a technológiának friss levegőt biztosítani.
Előzmények
Az Ecseri Kft. üzemei a vevők elvárásai alapján, nyomásos öntödei technológiával jellemzően autóipari, gépipari és villamosipari alkatrészeket gyártanak. 2016-ban Cegléd iparterületén a cég harmadik gyártóüzemének építése kezdődött meg. A kiszemelt ingatlanon egy új, ~18 000 m2-es gyártócsarnok épül, valamint egy kétszintes, ~3000 m2 alapterületű, iroda jellegű fejépület. Az épület vasbeton vázszerkezetes, könnyűszerkezetes határoló burkolatokkal. A tervezett fő tevékenység alumínium öntvények előállítása nagynyomású hidegkamrás öntőgépeken és azok vevői igények szerinti megmunkálása.
A tervezési program elején körvonalazódott, hogy az öntödei csarnokrészben jelentős mennyiségű belső hőfejlődés várható. Ez a terhelés az egyidejű gáz- és villamosenergia-terhelés összege, amelyet csökkent a hűtőtoronnyal elvezetett, valamint a kéményeken távozó hő. Így a fentieket figyelembe véve a belső felszabaduló hő mennyisége 2500 kW. Eredeti elképzelés szerint e hőmennyiség elvezetésére a csarnoképületben a háromhajós öntöde épülettömegből kiemelkedő magasítás lett volna hivatott, de a kiviteli tervek elkészítése előtt a belső hő elvezetése, valamint ezzel egyidejűleg a hő- és füstelvezetés kialakítása áttervezésre került. A cég vezetősége semmit nem bízott a véletlenre. Az áttervezéssel egyidőben a szolnoki gyáregység üzemcsarnokában egy kisebb szellőztető rendszert alakítottak ki, amellyel a tervezett rendszer előnyeit valós körülmények között tudtuk tesztelni. A rendszer működött, a változtatás zöld utat kapott.
Tervezési célok
A fent említett öntöde épülettömegéből kiemelkedő magasítás áttervezése egy sor racionális döntés eredményeként született meg. Az elsődleges problémát a magasítás szellőztető funkciója jelentette, az esőben történő szellőztetés hatásossága igen kevésnek bizonyult. Az újragondolás célja az volt, hogy többlet funkciót tegyünk az épületbe a beruházási költségek csökkentése mellett. A további célok között szerepelt, hogy a termelés, valamint az időjárás változásait követő vezérlés működtesse az automatikus szellőztetési funkciót úgy, hogy közben a hő- és füstelvezetési követelményeknek eleget téve biztosítsa az előírt hatásos felületet. Az épület külső burkának egyszerűsítése, illetve a szellőztető szerkezetek betervezhetősége hamar megmutatta a benne rejlő lehetőségeket.
Alapadatok
Az öntödei üzemcsarnok ~6200 m2 alapterületű, ~10 m belmagasságú, 4 füstszakaszra tagolt tér. A belső hőfejlődés a már említett 2500 kW. Már koncepcionális kérdésként eldőlt, hogy túlzás lenne egy ilyen méretű és hőterhelésű térben tisztán kiegyenlített szellőztetést alkalmazni. A természetes szellőztetés kialakításának semmilyen környezetvédelmi akadálya nem volt. Ez azért is fontos, mert az Ecseri Kft. cégvezetése kötelezi magát a minőség- és környezetközpontú szemlélet kialakítására. A cég olyan vállalati kultúra kialakítását tűzte ki célul, ahol a minőség és környezettudat, a környezet védelmére való törekvés jellemzi a Társaság minden munkatársát.
Az alapadatok elemzése után megállapítást nyert, hogy a természetes szellőztetési elv tökéletesen működik ebben a környezetben is, mert a szellőztetést működtető belső hőfejlődés, a szükséges huzatmagasság és a frisslevegő utánpótlás egyszerre rendelkezésre tud állni. A működési sajátosságok miatt a nyári, illetve a téli üzem külön kezelendő. A szellőztető rendszer kialakíthatóságának a technológiai területen keletkező szennyezőanyagok sem állítottak akadályt, hiszen e szennyezőanyagok elvezetését a technológiai berendezések részeként kialakított elszívó ernyők és berendezés-bedobozolások biztosítják.
A koncepció
Az elérendő célok csak az összes peremfeltétel együttes figyelembevételével alakulhattak ki. Legfőképpen a hő- és füstelvezetésre előírt, füstszakaszonkénti hatásos felületet kell biztosítani úgy, hogy a választott természetes szellőztetési szerkezet a keletkező hőt is elvezesse nemcsak jó időben, hanem szakadó esőben is. A már említett nyári és téli üzemállapotok működtetése teljesen külön megközelítést igényel. Működés szempontjából a nyári állapot egyszerűbb, hiszen a tetőn üzemeltetett szellőztetőkkel egy időben a homlokzati nyílások (például ipari kapuk, egyéb nyílászárók) megnyitásával a frisslevegő bevezetése nagy valószínűséggel biztosítható.
Természetesen a nyári és a téli üzem megvalósíthatóságát számításokkal is ellenőrizni kellett. Téli üzemben a megfelelő szellőztetés már összetettebb problémát jelent. A belső hőfejlődés arányában megnyitott szellőztetők levegő elvezetéséhez biztosítandó frisslevegő betáplálása már nem történhet automatikusan a kültér felé elhelyezett nyílászárók megnyitásával. A téli méretezési állapot szerinti –15 °C-os levegő bevezetése a csarnok térbe több szempontból aggályos. A téli külső levegő bevezetése sem az embereknek, sem a technológiának nem megengedhető. Fontos megjegyezni, hogy a csarnoknak az üzemelő technológia mellett sincs szüksége fűtésre, a leghidegebb külső hőmérséklet mellett is a túlmelegedés elkerüléséhez szellőztetni kell.
A tervezett rendszer
Az alapadatok összegyűjtése után szükség volt egy teljes körű és átgondolt méretezés elvégzésére. A természetes szellőztetés méretezése az ESSMANN mérnökei által kifejlesztett számítási módszer alkalmazásával történhetett meg. A természetes szellőztetés hatásos felületszámítás szempontjából legkedvezőtlenebb állapota a nyári, hiszen ilyenkor adódnak a legnagyobb elvezető felületek. Téli üzemállapotban a levegőelvezetés felületét, valamint a bevezetett előfűtött frisslevegő mennyiségét csökkenteni szükséges. A tervezett természetes szellőztetési szerkezet a minden időjárásnál használható kétszárnyú szellőztető (1. ábra).
1. ábra. Beépített, minden időjárásnál használható kétszárnyú szellőztetők
A természetes szellőztetési rendszer méretezéséhez a következő adatokat használtuk fel:
• a csarnoktér befoglaló mérete: 54x113x10 m,
• a hatásos magasság 8,2 m (a levegőelvezetés magassága és a frisslevegő-betáplálás középtengelye közötti távolság),
• a hőmérsékletemelkedés/magasság érték: 1,9 K/m (értéke 1,5 és 2,2 K/m között választható. Az 1,5 K/m érték „hideg” csarnokhoz, a 2,2 K/m érték „meleg” csarnokhoz tartozik),
• a külső levegő hőmérséklete: 35 °C,
• a belső hőfejlődés nagysága: 2500 kW.
A méretezés eredményeként a következő adatokat kaptuk:
• a távozó levegő előforduló legnagyobb hőmérséklete: 50,5 °C
• a szükséges frisslevegő utánpótlás jó időben: 502 000 m3/h
• a távozó levegő mennyisége jó időben: 527 400 m3/h
• a szükséges levegő elvezetés hatásos felülete: 72,6 m2
A levegő elvezetésére 52 db 175/250 cm-es szerkezettel elérhető hatásos felület:
• jó időben történő szellőztetés esetén: 147,8 m2
• rossz időben történő szellőztetés esetén (eső, 10 m/s-nál nagyobb szélsebesség): 71,5 m2
A számított természetes szellőztetési felületek teljesen nyitott állapotban a tervezett HFR előírásainak megfelelnek (lásd a 2. ábrát).
2. ábra. Nyitott szellőztetők
Mint ahogy az előzőekben említettem, a csúcsszellőzési igény nyáron adódik. A méretezést a szükséges hatásos felület kiválasztása szempontjából szándékosan az esőben történő szellőztetésre végeztük el, hiszen nyári időben előforduló tartós esőben is folyamatosan kell tudni biztosítani a szellőztetést. Nyári jó időben a rendszer komoly tartalékkal rendelkezik, ami elégséges lehet az extrém magas nyári forró külső hőmérséklet melletti szellőztetés, illetve az esetleges később meghatározott mértékű technológiai növekedés követésére is. A tetőn telepített szellőztetők működése a füstszakasz kiosztáshoz igazodva füstszakaszonként 3 szellőztető csoportra tagolódik.
A szellőztetők működése 5 funkcióra bontható:
• jó időben történő szellőztetésre,
• esőben történő szellőztetésre,
• hő- és füstelvezetésre,
• zárt állapotra és
• természetesen bevilágításra (lásd a 3. ábrát a következő oldalon).
3. ábra. Minden időjárásnál használható kétszárnyú szellőztető – 5 funkció
Nyári időszakban a frisslevegő betáplálást a nyílászárók biztosítják, szükség esetén gépi frisslevegő bevezetés kombinálásával.
Téli méretezési állapotban az elvezetendő levegő mennyisége minimum a csarnok hőveszteségének megfelelő légmennyiséggel csökken. Üzemelő technológia mellett a csarnoknak nincs szüksége fűtésre, a leghidegebb külső hőmérséklet mellett is átszellőztetéssel megoldható a belső terek védelme a túlmelegedéstől.
Télen ventilátoros frisslevegő befúvás működik majd (lásd a következő oldalon lévő 4. ábrát), amelynek levegőjét téli időszakban +5 °C-ra előmelegíti a technológiai hűtőtorony visszatérő csővezetékéből visszanyert hőenergia. Tekintettel arra, hogy a csarnokon belül nem egyenletes a hőterhelés, a megfelelő hőkomfort érdekében a csarnokon belül átszellőztető hőtranszportventilátorok kerülnek beépítésre. A levegő elvezetés mennyiségét is korlátozni kell, hiszen túlzott mennyiségű nyitott felület esetén a hideg levegő beáramolhat a csarnoktérbe.
4. ábra. Gépi levegő bevezetés
Ennek a jelenségnek az elkerülése érdekében minden egyes szellőztető csoportot egy Pt100-as hőmérő elemmel látnak el, amely a torokban áramló levegő hőmérsékletét hivatott mérni. A csarnokban felszerelt elektro-pneumatikus vezérlésekhez beérkező információkat a hőmérséklet-szabályozók kezelik. A kijelző a szellőztető csoport pillanatnyi hőmérséklete mellett egy beállítási értéket is tartalmaz. Az üzem sajátosságaihoz finombeállított küszöbérték elérése, azaz visszaáramlás esetén a vezérlés az adott csoporthoz tartozó levegő elvezetését lezárja, a csoporthoz tartozó szellőztetőket bezárja. Ezzel a működéssel párhuzamosan a vezérlés jelet küld a ventilátoroknak, amelyek arányosan csökkentik a befúvott levegő mennyiségét.
Ha a szellőztető csoport alatti belső levegő ismételten felmelegszik, a szellőztetés megindul, amit a befúvás térfogatáram-növekedéssel követ.
A vezérlés kialakításánál több funkció együttes működésére kellett tervezni, hiszen a tetőn elhelyezett szellőztetők egyúttal a passzív tűzvédelem, a hő- és füstelvezető rendszer (HFR) részei. Ugyanakkor a rendszer technológia szempontjából legfontosabb feladata a napi szellőztetés, amelynek működéséhez szükséges sűrített levegőt a létesítmény saját kompresszorházában állítják elő. A rendszerbe betáplált levegő hűtve-szárított, üzemi nyomása 6 és 8 bar közötti.
A HFR indítása az adott füstszakaszhoz illesztett, egyeztetett helyre telepített HFR vezérlés indítógombjára, vagy a tűzjelző indítójelére, vagy a szerkezetekben elhelyezett lokális termikus kioldással történhet. Gombnyomásra vagy átjelzésre a rendszerhez szintén illesztett központi CO2-patronok aktiválódnak, és a pillanatnyi szellőztető funkciótól függetlenül a külső nyílószárnyak hő- és füstelvezetésre megnyílnak. A termikus kioldó lokális nyitásra alkalmas, vagyis ha a szellőztető alatt a levegő hőmérséklete 93 °C fölé emelkedik, az üvegcse eltörik, a kis CO2-patron kiszúródik, a szellőztető hő- és füstelvezetésre megnyílik. A rendszer nyomógombbal történő nyitása esetén a rendszer átjelzést ad a tűzjelző felé. A HFR funkció további beavatkozásig aktív marad, a nyitást végző munkahengerek reteszelődnek. Esetleges téves nyitás esetén a szellőztető funkció a vezérlőközponton keresztül újraindítható.
A HFR működésről a karbantartó szakcéget azonnal értesíteni kell, a HFR újraélesítését kizárólag az erre feljogosított szakcég végezheti el.
Eredmények
A tervezett rendszer működése, kialakítása több szempontból is érdekes. Egy tervezett vagy megvalósult beruházás költségvetésében, a hatályos OTSZ-nek megfelelően kialakított hő- és füstelvezető rendszer megvalósítását az építtetők gyakran szükségtelen pénzkidobásnak érzik. Jó esetben sosem működik a létesítmény élettartama alatt, viszont cserébe viszi a pénzt. Itt egy olyan rendszert alakítottunk ki, ami ellátja a HFR funkciót és ezzel párhuzamosan a napi szellőztetést is biztosítja, sőt az üzemcsarnok működése szempontjából az egyik legfontosabb feladatot látja el.
A rendszer kialakításával, működési lehetőségeivel a nap 24 órájában, évszaktól és időjárástól függetlenül biztosítja a szellőztetést. A rendszer kialakítása nemcsak a szellőztetésre koncentrál, hanem a kapcsolódó levegő betáplálással a befúvó ventilátorokkal is kommunikál, valamint egyéb zavaró tényezőkre is fel van készítve. A rendszer biztonságos működéséhez folyamatos sűrített levegőellátásra van szükség, amit egy esetleges üzemzavar esetén a sűrített levegő hálózat pufferei biztosítanak.
Tekintettel arra, hogy a rendszer technológiai szellőztető, aminek nemcsak az a feladata, hogy szellőztessen, hanem meg is kell óvnia az épületet a beázástól, ezért a vezérlés egy esetleges nem várt áramszünet esetén azonnal bezárja a szellőztetőket.
A létesítményben keletkező hőfejlődés, illetve technológia egyes berendezései által termelt hulladékhő az egyéb terek fűtéséhez, illetve a melegvíz-készítéshez szükséges hőenergia nagy részét fedezni tudja. Az üzemcsarnok területén téli leálláskor üzemidőn kívül direkt gázos légfűtő berendezések biztosítják a +10 °C-os hőntartást.
„Célunk, hogy használjunk természetes szellőztetést, ahol lehetséges és mesterséges szellőzést, ahol szükséges.”
Benkő Gábor okleveles gépészmérnök
Szóljon hozzá
A hozzászóláshoz be kell jelentkezni.