e-gépész online szaklap

Belső léghőmérséklet mérések a Debreceni Egyetem Műszaki Karán

2015. október 14. | Csáky Imre tanársegéd, Épületgépészeti és Létesítménymérnöki Tanszék, DE Műszaki Kar | |  5 |

Az Európai Unió 2010/31 EU Irányelve alapján a tagállamokban 2020. december 31. után kizárólag közel nulla energiaigényű épület kaphat építési engedélyt. Az egyes tagállamok maguk definiálhatják a „közel nulla energiaigény” fogalmát. Magyarországon a 20/2014. BM rendelet szerint közel nulla energiaigényű épület: az épületek energetikai jellemzőinek tanúsításáról szóló kormányrendelet szerinti költségoptimalizált szinten megvalósult vagy annál energiahatékonyabb épület, amelyben a primerenergiában kifejezett éves energiaigény legalább 25%-át olyan megújuló energiaforrásból biztosítják, amely az épületben keletkezik, az ingatlanról származik vagy a közelben előállított (20/2014. BM rendelet).

A cikk a Magyar Épületgépészet 2015/9. számában jelent meg, melynek tartalomjegyzéke itt letölthető.

Az Európai Unió tagállamaiban, így hazánkban is egyre szigorúbb követelményeket támasztanak az épületek határoló-szerkezeteinek hőtechnikai paramétereivel szemben. Ennek következtében egyre kisebb transzmissziós hőveszteségekkel rendelkező, egyre légtömörebb épületeket építünk, illetve alakítunk ki a meglévő épületek felújítása után. Ugyanakkor az épületben tartózkodó embereknek friss levegőre, valamint természetes fényre van szükségük. Számos tudományos kutatás bizonyította, hogy az emberek teljesítőképessége nagymértékben függ a friss levegő mennyiségtől, valamint a természetes világítás arányától (Clausen et al., 1993; Wargocki et al., 2000; Bakó-Bíró et al., 2004; Kajtár-Herczeg, 2012; Kajtár-Szabó, 2012a; Kajtár-Szabó, 2012b; Szabó-Kajtár, 2012; Kajtár-Szekeres, 2011; Kajtár-Szabó, 2011; Heschong et al., 2002; Juslén-Tenner, 2005; Begemann et al., 1997, Csáki-Kalmár, 2012).

Az új építésű épületek számos esetben nagy üvegezett határolószerkezetekkel rendelkeznek, így biztosítják az épületben tartózkodó emberek számára a pozitív pszichológiai impulzusokat a természetes fény, illetve a külső környezethez való közelség érzete révén. Sajnos ennek a tervezési koncepciónak, a számos előnye mellett egyik negatív következménye az, hogy olyan hőterhelések alakulnak ki az egyes helyiségekben, hogy az elfogadható hőérzeti feltételek csak légkondicionáló berendezésekkel biztosíthatók. A negatív hatások súlyát csak növeli az a tény, hogy az elmúlt években az éves átlaghőmérséklet, valamint a nyári hőhullámok száma növekedett (Luterbacher et al., 2004).

A hazai és nemzetközi kutatócsoportok témában megjelent eredményeinek elemzése után méréseket végeztem a Debreceni Egyetem Műszaki Karának oktatási épületében.

Az épületegyüttes bemutatása

A Debreceni Egyetem Műszaki Kar épületegyüttese, Debrecenben az Ótemető u. 2-4 sz. alatt található. Az épületegyüttes magában foglalja az oktatási épületrészt, a műhely és labor épületrészt, valamint a kollégiumot, amely 270 férőhelyes. Az oktatási épületben található a Kar étterme, amelyet egy 500 adagos konyha szolgál ki. Az oktatási épület ötszintes (földszint + 4 emelet), de a harmadik és negyedik szint alapterülete a többi szinttől eltér (Csáki, 2010).

Az épület több ütemben épült, így az évek során különböző típusú nyílászárókat építettek be. Az egyes nyílászáró típusokat az 1. ábra mutatja be (lásd a következő oldalon), a nyílászárók felületét az 1. táblázatban foglaltam össze.

1. ábra. A vizsgált épület keleti és nyugati tájolású homlokzata

1. táblázat. A vizsgált épület határolószerkezeteinek geometriai adatai

A vizsgálatok és mérések eredményei

A nyári túlmelegedés kockázatának meghatározása

A számításokat, az érvényben lévő szabványok, illetve a „7/2006. (V. 24.) TNM rendelet az épületek energetikai jellemzőinek meghatározásáról” c. rendelet alapján végeztem.

Mindezek alapján a nyári túlmelegedésre ∆tbnyár = 2,8 K érték adódott. A 7/2006. számú TNM rendelet szerint a nyári túlmelegedés kockázata nehéz szerkezettel rendelkező épület esetében elfogadható, ha ∆tbnyár < 3 K. Ennek megfelelően a vizsgált épületben a nyári túlmelegedés értéke megfelelő.

Belső léghőmérséklet mérések

A mérésekhez TESTO SAVERIS monitoring rendszert alkalmaztam.

Mért belső léghőmérséklet-értékek az oktatási épületben (2010)

A keleti és az északi irodák kapcsolt gerébtokos normál üvegezésű nyílászárókkal rendelkeznek, míg a nyugati irodák fakeretes, kétrétegű hőszigetelő üveggel rendelkező nyílászárókkal vannak ellátva (1. ábra).

A méréseket 2010. július hónap során végeztem, 2010. július 9. és 12. között. Az épületben mért léghőmérsékleteket az alábbi ábrák mutatják be.

A 2. ábrán a külső hőmérséklet látható, és kitűnik, hogy a július 10. és a július 24. napi hőmérséklet tér el, főleg a délutáni órákban, a többi 5 naptól.

2. ábra. Külső hőmérsékletek a vizsgált időszakokban (Csáki, 2010)

A 3. ábrán az északi, a nyugati és a 3. emeleti keleti tájolású irodahelyiségben, hétvégén mért belső hőmérséklet látható.

3. ábra. Belső léghőmérsékletek a 2010. július 10-11. közötti időszakban (Csáki, 2010)

Megállapítható, hogy a legnagyobb túlmelegedés a keleti tájolású helyiségben van. Itt akár 10 fokkal is eltér a napi belső léghőmérséklet maximuma a nyugati és északi tájolású irodákban mért legmagasabb hőmérséklet értéktől. Az északi és a nyugati tájolású helyiségben a léghőmérséklet 8:00 – 16:00 óra között nem haladta meg a 26 °C-t.

A III. emeleti keleti tájolású iroda mellett az I. emeleten beazonosítottam egy irodahelyiséget, amelynek a külső (keleti tájolású) határolószerkezete kétszer nagyobb (azonos belmagasság mellett), mint a III. emeleten lévő (szintén keleti) tájolású irodahelyiség esetében. A mérés célja tehát az volt, hogy megvizsgáljam, van-e hatása a helyiség méretének a kialakuló belső léghőmérséklet értékére.

A két keleti tájolású iroda hőtároló tömege:
I. emelet: 21 666,45 kg (a helyiség alapterületére vetített fajlagos érték: 552,70 kg/m2),
III. emelet: 10 744,57 kg (a helyiség alapterületére vetített fajlagos érték: 562,24 kg/m2).

A méréseket 2010. július 21. és 29. között végeztem. A mérési napok közül a következő oldalon látható 4. ábra mutatja be négy kiemelt nap eredményeit.

4. ábra. Belső léghőmérsékletek a 2010. július 21-24. időszakban (Csáki, 2010)

Az ábra alapján megállapítható, hogy a helyiség méret, valamint a helyiség hőtároló tömege nagymértékben befolyásolja a helyiségben kialakuló léghőmérsékletet.

Az I. emeleti irodahelyiség mellett egy azonos méretű irodahelyiségben is végeztem egy rövid mérést annak érdekében, hogy megvizsgáljam a belső léghőmérséklet alakulását természetes szellőzés, valamint mesterséges hűtés esetében. Az 5. ábrán a léghőmérséklet lefutás látható 2010. július 21-én 6:00 – 13:00 óra között. A mesterségesen hűtött helyiségben két mobil klímaegységet helyeztek el, amelyek összesen 7,0 kW hűtési teljesítménnyel rendelkeztek. A másik helyiséget csak természetes módon szellőztették. Látható, hogy a klímaberendezések csak 11:00 óra után tudták a helyiség hőmérsékletét a természetes módon átszellőztetett iroda hőmérséklete alá vinni.

5. ábra. Belső léghőmérsékletek két keleti tájolású helyiségben, 2010. július 21. (Csáki, 2010)

A természetes szellőzés tehát elősegíti az épületszerkezet hűtését, ami nagymértékben csökkenti a nyári időszakban a helyiségben előforduló túlmelegedés kockázatát.

A természetes szellőzés nyáron a nyílászárókon keresztül történik. Ha a nyílászárók nem zárnak tökéletesen légtömören, ez a jelenség akkor is létrejön, amikor a nyílászárók zárt állapotban vannak. Ebben az esetben a kialakuló filtrációs légáram nagymértékben függ a széljárástól, a szélsebességtől és az épület különböző homlokzatainak benapozás keltette hőmérsékletkülönbségeitől, így a helyiségbe bejutó szellőzőlevegő mennyiségét nem tudjuk szabályozni.

Hozzávetőleges irányértékként a 2. táblázatban megadott légcsereszám-értékeket említhetjük (Recknagel et al., 2000).

2. táblázat. A légcsereszám irányértékei

Mért belső léghőmérséklet értékek az oktatási épületben (2011)

A következőben megvizsgáltam, hogy milyen mértékben csökkenthető a belső léghőmérséklet maximuma a természetes szellőzés mellett különböző belső árnyékolók alkalmazásával. Ahhoz, hogy értékelhető eredményeket kapjak, további keleti tájolású, mérésre alkalmas irodahelyiségeket azonosítottam be az oktatási épületben. A III. emeleten további két helyiségben helyeztem el TESTO SAVERIS érzékelőket, az I. emeleten a nagyterű irodahelyiség mellett egy, a III. emeleti irodával azonos méretekkel rendelkező helyiségben mértem (ld. a következő oldalon bemutatott 6. ábrát).

6. ábra. Az irodahelyiségek alaprajzi sémája (Csáky-Kalmár, 2014)

Méréseimet 2011 nyarán több héten keresztül végeztem. A 7. ábrán egy júniusi és egy júliusi nap külső átlagos hőmérsékletének alakulását mutatom be, valamint a keleti homlokzatra eső diffúz és direkt sugárzás összegének változását a két vizsgált napon.

7. ábra. Sugárzási és külső hőmérséklet adatok a vizsgált júniusi és júliusi napokon (Csáky-Kalmár, 2014)

Látható, hogy a sugárzás maximális értéke 5:00 óra körül van, ami kihat a belső térben kialakuló operatív hőmérséklet értékekre a nap hátralévő részében. A vizsgált irodahelyiségek keleti tájolású külső határolószerkezete szinte teljes mértékben üveg. Az 1., 3., 4. és 5. számú irodahelyiségeknél a 2,85 m2 méretű, kettős normál üvegezésű gerébtokos ablak mellett 5,42 m2 kopolit üveg van beépítve. A 2. irodahelyiségben 8,55 m2 kettős normál üvegezésű gerébtokos ablak, valamint 16,25 m2 kopolit üveg található. Az 1. és 2. helyiségekben split légkondicionáló berendezéseket telepítettek, amelyek munkanapokon 7:30-16:00 óra között működhetnek.

Mivel három helyiség egymás mellett található a III. emeleten, adódott a lehetőség annak vizsgálatára, hogy egyes belső oldali árnyékolók milyen hatással vannak a kialakuló belső léghőmérsékletre.

A 8. ábrán látható, hogy a 3. irodában semmilyen árnyékoló sem volt, a 4. irodában egy függöny mellett egy sötétítőt is alkalmaztam, az 5. irodában pedig csak függöny volt.

8. ábra. Irodahelyiségek külső határolószerkezetének árnyékolása (balról jobbra: 3., 4. és 5. helyiség) (Csáky-Kalmár, 2014)

Abban a helyiségben, amelyben nem alkalmaztam semmilyen belső oldali árnyékolót, hőkamerával készítettem egy felvételt a szerkezet belső felületéről (9. ábra).

9. ábra. Hőkamerás felvétel a külső határolószerkezet belső felületéről (3. iroda) (Csáky-Kalmár, 2014)

A hőmérsékleti hisztogramból látható, hogy a kopolit üvegszerkezet belső felületen 46 °C hőmérsékletek is kialakulnak, ami csaknem megegyezik a fűtési előremenő hőmérséklettel 0 °C külső hőmérséklet mellett, ha a méretezési fűtési hőfoklépcső 75/55 °C. Ráadásul a mi esetünkben 5,42 m2 a „hőleadó” felület (a kopolit üveg felülete). A kopolit üveg belső felületi hőmérsékletét a nap folyamán három időpontban mértem. Az átlaghőmérsékleteket a 3. táblázat tartalmazza.

3. táblázat. A kopolit üveg belső felületi hőmérséklete (Csáky-Kalmár, 2014)

A belső léghőmérséklet értékeit egy hétvégi munkaszüneti napon a 10. ábra mutatja be (lásd a következő oldalon).

10. ábra. Léghőmérsékletek a vizsgált helyiségekben, 2011. június 18. (Csáky-Kalmár, 2014)

A léghőmérsékletek alakulását a vizsgált helyiségekben egy munkanapon a 11. ábra mutatja be, amely a 6. oldalon látható.

11. ábra. Léghőmérsékletek a vizsgált helyiségekben 2011. július 12. (Csáky-Kalmár, 2014)

A 3. irodahelyiség nyílászárói zárt állapotban voltak, a 4. irodahelyiségnél kereszthuzatot hoztam létre 8:00-16:00 óra között, az 5. irodahelyiségnél pedig csak a homlokzaton lévő ablak volt nyitva 8:00-16:00 óra között. Látható, hogy a szellőzés és egy egyszerű belső függöny alkalmazása mintegy 6 – 6,5 °C-kal csökkenti a belső léghőmérséklet maximumát, míg függöny és sötétítő együttes alkalmazásával és kereszthuzattal további 2,0 K hőmérsékletcsökkenés érhető el.

Mivel a nyári túlmelegedés kockázatának számításánál 2,8 K értéket kaptam, ami megfelelt a 7/2006. TNM rendelet előírásainak, a vizsgált helyiségek esetében meghatároztam a belső-külső átlaghőmérsékletek különbségét (∆tt = ti – te), a két elemzett napon. A számítások eredményeit a 4. és 5. táblázat tartalmazza.

4. táblázat. A túlmelegedés számítása a vizsgált helyiségekben (2011.06.18) (Csáky-Kalmár, 2014)

5. táblázat. A túlmelegedés számítása a vizsgált helyiségekben (2011.07.12) (Csáky-Kalmár, 2014)

A 4. és 5. táblázatok alapján megállapítható, hogy a túlmelegedés kockázata egyes kritikus tájolású helyiségekben jóval nagyobb lehet, mint a szabvány által az egész épületre vonatkozóan meghatározott érték.

Összefoglalás

Méréseket végeztem 2010, 2011 évek során a Debreceni Egyetem Műszaki Karának oktatási épületében. Az eredmények azt mutatják, hogy magyarországi éghajlat mellett, nyári időszakban, az épületekben a hőterhelés miatt olyan belső hőmérsékletek is kialakulhatnak, amelyek meghaladják a szabványokban az épület rendeltetésének függvényében meghatározott értékeket.

A vizsgált épület esetében a mérések azt bizonyították, hogy a keleti tájolású helyiségekben várható a legmagasabb belső léghőmérséklet érték. További mérések azt igazolták, hogy árnyékoló szerkezetekkel, illetve természetes szellőzéssel csökkenthető ugyan a túlmelegedés, de a vizsgálataim során a csökkenés egyetlen esetben sem vezetett elfogadható túlmelegedés értékekhez.

A vizsgált épületben a túlmelegedés 7/2006. TNM rendelet alapján meghatározott értéke a megengedett érték alatt volt, viszont a mérések azt bizonyították, hogy az épület egyes helyiségeiben jelentős a túlmelegedés. Nyári időszakban az épületbe természetes szellőzéssel vagy filtrációval bejutó levegő a túlmelegedés vonatkozásában akkor kívánatos, amikor a külső levegő hőmérséklete alacsonyabb, mint a belső léghőmérséklet (Csáky, 2015).

Abstract
Directive 2010/31/EU Article 9 requires that “Member States shall ensure that by 31 December 2020 all new buildings are nearly zero-energy buildings”.
Member States shall furthermore “draw up national plans for increasing the number of nearly zero-energy buildings” and “following the leading example of the public sector, develop policies and take measures such as the setting of targets in order to stimulate the transformation of buildings that are refurbished into nearly zero-energy buildings” (20/2014. BM rendelet).
Measurements on this topic were effectuated in the building of University of Debrecen, Faculty of Engineering.

Felhasznált irodalom
20/2014. (III. 7.) BM rendelet az épületek energetikai jellemzőinek meghatározásáról szóló 7/2006. (V. 24.) TNM rendelet módosításáról.
Bakó-Biró, Zs., Wargocki P., Weschler C. J., Fanger, P. O. (2004): Effects of Pollution from Personal Computers on Perceived Air Quality, SBS Symptoms and Productivity in Offices, Indoor Air, Volume 14, Issue 3, June (2004), pp. 178–187.
Begemann, S.H., van den Beld, G.J., Tenner, A. (1997): Daylight, Artificial Light and People in an Office Environment, Overview of Visual and Biological Responses, International Journal of Industrial Ergonomics, Volume 20, Issue 3, September 1997, pp. 231–239.
Clausen, G., Carrick, L., Fanger, P. O, Kim, S. W., Poulsen, T., Rindel, J. H. (1993): A Comparative Study of Discomfort Caused by Indoor Air Pollution, Thermal Load and Noise, Indoor Air, Volume 3, Issue 4, December 1993, pp. 255–262.
Csáki, E. Influence of Transparent Surfaces on Summer Thermal Comfort in Buildings, 16th „Building Services, Mechanical and Building Industry Days”, International Conference 14-15 October 2010, ISBN 978-963-473-421-5 pp 12-21
Csáki, I., Kalmár, F. (2012): 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
Csáky, I., Kalmár, F. (2014): Indoor Temperature Monitoring in East Orientation Offices, DENZERO International Conference 10-11 October 2014, ISBN 978-963-473-736-0 pp 155-164
Csáky, I. (2015): Épületek nyári hőterhelésének energetikai vizsgálata. Doktori értekezés, Debreceni Egyetem
Heschong, L., Wright, R.L., Okura, S. (2002): Daylighting Impacts on Human Performance in School, Journal of the Illuminating Engineering Society, Volume 31, Issue 2, pp. 101-114.
Juslén, H., Tenner, A. (2005): Mechanisms Involved in Enhancing Human Performance by Changing the Lighting in the Industrial Workplace, International Journal of Industrial Ergonomics, Volume 35, Issue 9, September 2005, pp. 843–855.
Kajtár L, Herczeg L. (2012): Influence of Carbon-dioxide Concentration on Human Wellbeing and Intensity of Mental Work, Időjárás,116:(2) pp. 145-169.
Kajtár L., Szabó J. (2012)a: Comfort Measurements in Office Buildings, In: Gvozdkov A. N. (szerk.), 10th International Scientific Conference – Indoor Air and Environmental Quality. A konferencia helye, ideje: Budapest, Magyarország 2012.05.13-2012.05.20.
Volgograd: [s. n.], pp. 132-139.
Kajtár L., Szabó J., (2012)b: Effect of Large Window Surfaces in Office Buildings, in: Lidia Morawska, Richard de Dear (szerk.), 10th International Conference on Healthy Buildings 2012. 2697 p. A konferencia helye, ideje: Brisbane, Ausztrália, 2012.07.08-2012.07.12., pp. 977-982.
Kajtár L., Szekeres J. (2011): Tantermek szellőztetése, frisslevegő-ellátása, Magyar Installateur 2-3: pp. 64-67.
Kajtár L., Szabó J., (2011): Thermal Comfort in Office Buildings with Large Window Surfaces, in: The 12th International Conference on Indoor Air Quality and Climate: Indoor Air 2011. A konferencia helye, ideje: Austin, Amerikai Egyesült Államok, 2011.06.05-2011.06.10. Austin, pp. 1356-1361.
Luterbacher J., Dietrich D., Xoplaki E., Grosjean M., Wanner H. (2004): European Seasonal and Annual Temperature Variability, Trends and Extremes since 1500, Science, 303, 1499. Recknagel, H. Sprenger, E. Schramek, E. (2000): Fűtés- és klímatechnika 2000 I-II., Dialóg Campus Kiadó.
Szabó J., Kajtár L. (2012): Thermal Comfort Measurements in Large Window Offices, in: Szakál A (szerk.), 4th International Symposium on Exploitation of Renewable Energy Sources: EXPRES 2012. A konferencia helye, ideje: Subotica, Szerbia, 2012.03.09-2012.03.10.
Subotica Tech, College of Applied Sciences, pp. 79-82.
Wargocki, P., Wyon, D. P., Sundell, J., Clausen G., Fanger, P. O., (2000): The Effects of Outdoor Air Supply Rate in an Office on Perceived Air Quality, Sick Building Syndrome (SBS) Symptoms and Productivity, Indoor Air, Volume 10, Issue 4, December 2000, pp. 222–236.

Hozzászólások

A hozzászóláshoz be kell jelentkeznie.


Zöhls András | 2015. okt. 21.

Azt hiszem, nem erről van szó. A vizsgált helyiségek átlaghőmérséklete esetenként több mint 10 fokkal magasabb volt a külső átlaghőmérsékletnél, tehát a tanterem kifelé hűlt, ennek pedig segít a gyenge hőátbocsátási tényező. A meglehetősen combos túlhőmérsékletet természetesen az átlagost meghaladó mértékű napsütés okozza. Nyár közepén, a keleti oldalon a globál sugárzás maximuma a derült/borult napok átlagában 450 W/m2 körül van, a vizsgált időszakban ez meghaladta az 1000 W/m2 értéket, tehát ezek a mérések felhőtlen, derűs napokon készültek. Az épületenergetikai rendelet mindig átlagokkal számol, ezért (is) kaphattunk vele a tapasztaltnál jobb értékeket. Ez a cikk Csáky Imre bő 100 oldalas PhD értekezésének egy rövid részlete, így szerkesztetlenül szerintem nem az igazi. Talán szerencsésebb lett volna egy önálló írást kérni tőle. Ami az egymás alatt levő 1. és a 3. emeleti helyiségek eltérő túlmelegedését illeti, ennek elég prózai okát látom: az előbbit szemben levő 2 emeletes ház a kritikus reggeli órákban részben árnyékolja.


Nógrádi | 2015. okt. 20.

Mégis mire számított, ha az egész U=4 W/(mK)-es falrész belül 40 fokos a keleti oldalon? Almát hasonlított össze körtével.


Kovács László | 2015. okt. 16.

Így igaz. &#8221;A közoktatást és ezzel együtt a tanéveket egymástól elválasztó tanítási szünetet Mária Terézia vezette be 1777-ben kiadott, Ratio Educationis című rendelete révén, melynek értelmében szeptemberben és októberben vakációzzanak a gyermekek. 1787-ben fia, II. József bevezette a nyár eleji szünetet. Ennek az aratás lehetett az oka, olyankor ugyanis a gyermekeknek dolgozniuk kellett a földeken. Faluhelyen minimum nyolc hónapos volt a tanév, míg városban pedig legalább kilenc.&#8221;


Zoárd | 2015. okt. 15.

Józseffel teljesen egyet értek! Nem vétetlen, hogy olyan hosszú a nyári szünet, bár gondolom 150 évvel ezelőtt még a nyári mezőgazdasági munkák voltak a meghatározók.


Fázmán József | 2015. okt. 14.

A fentiekben olvasható korrekt cikkből egy nagyon aktuális következtetés (vagy inkább sejtés) is levonható, miszerint az éppen tervbevett tanév hosszabbítás, mely így jelentősen belenyúlna a nyárba, a meglévő iskolai épületállomány nyári használatra való alkalmatlansága miatt átgondolásra szorul. Fázmán József

Facebook-hozzászólásmodul