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