e-gépész online szaklap

Mérési lehetőségek a PASSOL Laboratóriumban

| | |  0 | |

Napjainkban egyre jobban kezd elterjedni a közel nulla energiafelhasználású épületek tervezése, kivitelezése. Ma a hazánkban felhasznált összes energia 40%-át az épületeinkben használjuk el, amelynek mintegy kétharmada a fűtést és a hűtést szolgálja. A megközelítőleg 4,3 millió lakást kitevő állomány közel 70%-a nem felel meg a korszerű funkcionális műszaki, illetve hőtechnikai követelményeknek.[1] Ugyanakkor a nagy üvegezett felületű épületek egyre jobban elterjedté válnak. Ennek egyik fő oka a világos terek létrehozása, így barátságosabbá válnak a helyiség terei. A bent tartózkodók egy sokkal komfortosabb térben érezhetik magukat, kapcsolatot teremtve a külső térrel.

A cikk a Magyar Épületgépészet 2018/4. számában jelent meg, melynek tartalomjegyzéke itt letölthető.

Az üvegezési arány számottevő mértékben befolyásolja a helyiség hőterhelését, ami az extrém meleg időjárási körülmények között nagymértékben befolyásolja a belső léghőmérséklet értékét. Ezért ennek ellenőrzésére a PASSOL laboratóriumban több kísérletet végeztünk.

Számos hazai és nemzetközi szakirodalmat tanulmányozva a közel nulla energiaigényű épületekről, a határoló szerkezetek hőátbocsátási tényezőjéről, az üvegezési arány hatásáról az operatív hőmérsékletre, a belső komfort és a különböző rendszerek összehasonlításáról, arra a következetésre jutottunk, hogy elsődlegesen elemezzük a hőtároló tömeg hatását a napi belső léghőmérséklet ingadozásárára a PASSOL laboratóriumban nyári napokon, a hűtési energiaigény csökkentése érdekében. [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8], [9]

PASSOL Laboratórium

Méreteit tekintve egy 3 m magas, 3 m széles és 3 m mélységű mérőkamra, amely elég nagy ahhoz, hogy egy lakóépület helyiségét lehessen benne modellezni (1. és 2. ábra).

1. ábra. PASSOL laboratórium transzparens szerkezet eltakarással

2. ábra. PASSOL laboratórium a transzparens szerkezet eltakarása nélkül

Létrehozható benne természetes és ellenőrzött módon szellőztetés, valamint a laboratórium hőtároló tömege is változtatható. Szerkezetét egységesen hűtőházi panelekből alakították ki.

A szerkezet két lemeze között 20 cm vastag PUR hab van, hőátbocsátási tényezője: U = 0,11 [W/m2K]. A forgathatóság biztosítása végett egy betonlapra megfelelően rögzített zárt szelvényből összeállított tartószerkezettel van ellátva.

Az építmény egyik falán egy ablak van elhelyezve. A 90 cm parapet magassággal beépített, 150 x 150 cm méretekkel, kétrétegű hőszigetelt üvegezéssel és ALUPLAST IDEAL 4000 5 légkamrás profilszerkezettel rendelkező ablak hőátbocsátási tényezője U = 1,4 [W/m2K], a teljes sugárzás-átbocsátó képessége pedig g = 0,70, a gyártó adatai szerint. [10]

Testo Saveris

Kísérleteink során Testo Saveris monitoring rendszert alkalmaztunk, amelyet az alábbiakban részletesen bemutatunk. A mérőrendszer alapvetően két részből áll: egyrészt az érzékelőkből, másrészt pedig a bázisból. Ezek között kétirányú kommunikáció folyik. A Testo Saveris automatizálja a mért adatok dokumentálását. Ezzel egyidejűleg a rendszer lehetővé teszi a megszakításmentes mért adat feljegyzést. Saveris érzékelők esetében, az érzékelés fajtájától függően több lehetőség adódik a bázissal való kommunikálásra.

Az érzékelők egyik fajtája rádiófrekvenciás kapcsolatban áll a bázissal, így vezetékes kapcsolatra nincs szükség. Létezik az érzékelőnek közvetlenül az Ethernet hálózatra csatlakoztatható változata is, egy már a létező LAN hálózaton keresztül történő kommunikálással. A rádiófrekvenciás érzékelő belső adattárolóval rendelkezik, ennek köszönhetően nincs szükség állandó rádiós kapcsolatra a bázissal.

Amikor a bázis hatótávolságán belülre kerül, akkor tölti át a rögzített adatokat. Az érzékelők rádióhullámai szabad téren kb. 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, ami egy átjátszó állomásként működik.

A Saveris bázis (3. ábra) a Saveris-rendszer központi egysége. Az érzékelők ezzel kommunikálnak, amíg a bázisba nem jelentkeztek be, valamint a beprogramozott mérést nem indítják el, nem lépnek működésbe. A bázison láthatóak a mért adatok, a riasztások, a kapcsolódó érzékelők, a routerek száma, a hálózati maszkok és az IP cím. A bázis a beállítottaknak megfelelően képes riasztást küldeni. A riasztást kiváltó okok alapvetően a következők lehetnek: érzékelő által mért határérték túllépés, a hálózati feszültség megszűnése, az adattároló megtelése.

3. ábra. Testo Saveris Bázis

4. ábra. Testo Saveris H3D

A glóbuszhőmérő (5. ábra) egy kívül-belül feketére festett rézgömb, aminek a középpontjában van elhelyezve a hőmérsékletérzékelő, ami általában egy hőelem. A gömböt azért festik be fekete színre, matt festékkel, hogy a környező felületek által leadott hőmennyiség lehető legnagyobb részét abszorbeálja.

 5. ábra. Glóbuszhőmérő

A glóbuszhőmérőt a zárt tér középpontjában kell elhelyezni, amelyben a közepes sugárzási hőmérsékletet szeretnénk meghatározni. A glóbuszban a sugárzásos hőcsere, illetve részben a konvekciós hőcsere folytán kialakul egy egyensúlyi hőmérséklet, amelyet glóbuszhőmérsékletnek neveznek. A glóbuszhőmérséklet alapján számítható a közepes sugárzási hőmérséklet. [11], [12]

A Testo Saveris Monitoring rendszer mérésének bemutatása

A számítógéphez való csatlakozás kétféle módon lehetséges. Egyrészt USB porton keresztül, másrészt pedig Ethernet kábellel. Miután csatlakoztattuk a bázishoz a számítógépet valamint az érzékelőket, ezután a számítógépen el kell indítani a Testo Saveris üzembe helyező asszisztens nevű programot. Ez a program segít a mérés paramétereinek a beállításában és ezen keresztül indíthatjuk el magát a mérést.

A mérésekhez használt konfiguráció a 6. ábrán látható.

 

6. ábra. A kommunikáció csatornája a mérés alatt [13]

Beállíthatók továbbá a mért paraméterek határértékei, ezeket az értékeket túllépve a rendszer riasztást küld. Ez minden érzékelő összes csatornáján egyenként változtatható. Lehetőség van továbbá zónák beállítására az érzékelőkhöz, hogy azok jobban elkülöníthetők és beazonosíthatók legyenek.

A mért hőmérsékletből és abszolút páratartalomból az érzékelő automatikusan generálja a relatív páratartalmat, valamint a kondenzációs hőmérsékletet. Megadható a mérés idejének kezdete és vége, valamint az, hogy milyen időközönként mérjenek az érzékelők.

A rendszer olyan opcióval rendelkezik, ami jelentéseket készít a mért értékekről, napi, heti vagy havi rendszerességgel.

Miután elvégeztük a kívánt beállítást, elindíthatjuk a mérést, ami a megadott időpontban kezdődik. [13], [14]

A mérési eredmények bemutatása

Ebben a fejezetben a részleges mérési eredményeket mutatjuk be, amelyeket a Debreceni Egyetem Műszaki Kar Épületgépészeti és Létesítménymérnöki Tanszék PASSOL laboratóriumában mértünk. A méréseket 2016. és 2017. év nyári időszakában végeztük, amikor 15 perces intervallumban rögzítettük a belső léghőmérsékletet (17 280 adat). Az adatokat statisztikai módszerrel és ORIGIN szoftvert felhasználva kiértékeltük.

A mérési eredmények részletes bemutatása a „Hőtároló tömeg hatása a belső léghőmérsékletre a PASSOL laboratóriumban” c. TDK pályamunkában olvasható. [14] 

Az adatok kiértékeléséhez a Debreceni Kismacs Agro-Meteorológiai állomáson mért külső léghőmérséklet-adatokat is felhasználtuk.

A 7. ábrán a belső léghőmérséklet napi ingadozását mutatjuk be a transzparens szerkezettel, hőtároló tömeg nélkül. A 7. ábrán bemutatott eredmények alapján a PASSOL laboratórium belső operatív hőmérséklete elérheti akár a 40 °C-ot is. Mivel ez a hőmérsékleti tartomány nem felel meg egy valós helyiségben mért napi léghőmérséklet ingadozásnak, ezért a következőkben 2 sor kisméretű téglát (272 darab, 680 kg) helyeztünk el a laboratóriumban. Az eredményeket a 8. ábra mutatja.

7. ábra. A lég-operatív hőmérséklet alakulása, hőtároló tömeg és árnyékolás nélkül

8. ábra. A lég-operatív hőmérséklet alakulása hőtároló tömeggel és árnyékolás nélkül

Hőtároló tömeggel a belső léghőmérsékleti értékek az ablak árnyékolása nélkül nagyon megugorhatnak, ezt bizonyítják a mért eredmények is, könnyen kialakulhatnak 45 °C közeli értékek. A 8. ábrán bemutatott napi léghőmérséklet ingadozás alapján a belső maximális léghőmérséklet 43 °C volt 17:30-kor, a minimális értéket, 26 °C-t pedig 10 órakor mértük.

Többszöri próbamérést követően az adatok statisztikai kiértékelése alapján arra a következtetésre jutottunk, hogy ha a PASSOL laboratóriumot egy valós épületrésznek szeretnénk felvenni, csökkenteni kell a transzparens felületet. A valóságban is, ha a belső léghőmérsékletet csökkenteni akarjuk, külső árnyékolást alkalmazunk, ami nagymértékben csökkenti a transzparens szerkezeten bejutó hőterhelés mértékét. Az így létrehozott mikrokörnyezetben mért belső léghőmérsékletek megegyeznek egy valós helyiségben mért belső léghőmérséklettel. A továbbiakban vizsgálni tudtuk a hőtároló tömeg által létrehozott belső léghőmérsékleti csillapítást.

A továbbiakban a léghőmérséklet napi ingadozásait mutatjuk be a PASSOL laboratóriumban, nyári napokon.

A PASSOL laboratórium padlózatán elhelyeztünk:

0 sor kisméretű tömör téglát (9. ábra), 0 darabot, a tömege így 0 kg;

1 sor kisméretű tömör téglát, ami 136 darabot jelent, így ez 340 kg, és

2 sor kisméretű tömör téglát, ami 272 darabot jelent, ezek tömege 680 kg volt.

 

9. ábra. Kisméretű tömör tégla

A kisméretű tömör tégla épületfizikai jellemzői:

λ = 0,78 [W/mK],
ρ = 1730 [kg/m3],
c = 880 [J/kgK].

A tégla mérete: 120 × 64 × 250 mm és a tömege 2,5 kg. [15]

Amikor a laboratórium padlóján nem volt tégla, a 10. ábra szerinti hőmérsékleteket mértük. Ekkor július 19-én, ami egy hidegebb nyári nap volt, a napi maximális külső léghőmérséklet 27,6 °C körül alakult, a minimum pedig 16,7 °C volt.

 

10. ábra. Lég-operatív hőmérsékleti adatok nyári napon hőtároló tömeg nélkül

A 11. ábrán a belső levegőhőmérséklet alakulása látható egy nyári napon, amikor a maximális külső léghőmérséklet 28,6 °C, a maximális belső hőmérséklet 26 °C volt és a padlón egy sor kisméretű téglát helyeztünk el.

 11. ábra. Lég-operatív hőmérsékleti adatok nyári napon, 1 sor kisméretű tömör téglával

A 12. ábrán a belső léghőmérséklet alakulása látható egy nyári napon, 2 sor tégla elhelyezése esetén. Ekkor a maximális külső 29 °C, a maximális belső hőmérséklet 25,6 °C volt.

 12. ábra. Lég-operatív hőmérsékleti adatok nyári napon, 2 sor kisméretű tömör téglával

Számítási módszert alkalmazva megvizsgáltuk a belső léghőmérséklet napi ingadozását a PASSOL laboratóriumban. A számítási módszer alkalmazása során egy nyári referencia napot elemeztünk. Az eredmény a 13. ábrán látható.

13. ábra. Léghőmérsékleti adatok nyári napon, 0, 1 és 2 sor kisméretű tömör téglával

Összefoglalás

A PASSOL laboratóriumban 2016 – 2017 évek nyári hónapjaiban méréseket végeztünk és ebben az időszakban 17 280 mért adatot rögzítettünk.

Statisztikai módszert alkalmazva a 17 280 mért adatból reprezentatív adatokat mutattunk be a „Hőtároló tömeg hatása a belső léghőmérsékletre a PASSOL laboratóriumban” c. TDK pályamunkában.

Jelen publikációban kizárólag a nyári napokon mért adatokból dolgoztunk. A nyári napok külső léghőmérséklet és napsugárzás különbségeiből adódóan egy számítási módszert alkalmaztunk annak érdekében, hogy kimutassuk a hőtároló tömeg a hatását a belső lég-operatív hőmérsékletre.

A mért és számított adatokból általánosságban  megállapítható, hogy hőtároló tömeg nélküli esetben jóval magasabb belső léghőmérsékletek alakulnak ki, mint két sor vagy egy sor tégla alkalmazása mellett.

Mivel kevés volt a hőtároló tömeg, az esti órákban ugyancsak a könnyű szerkezet esetében a legalacsonyabb a belső léghőmérséklet.

Az MSZ CR 1752:2000 Épületek szellőztetése. Épületek belső környezetének tervezési alapjai c. szabványban az operatív hőmérséklettel jellemzik a téli-nyári belső hőmérsékletet. Ezért tartottuk lényegesnek a léghőmérsékleti ábrák mellett az operatív hőmérséklet napi ingadozásának a bemutatását.

Köszönetnyilvánítás

A publikáció elkészítését az EFOP-3.6.1-16-2016-00022 számú projekt támogatta. A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósult meg.

Irodalomjegyzék

  1. Nemzeti Fejlesztési Minisztérium: Nemzeti Energiastratégia 2030
  2. Csáky I.: Belső léghőmérséklet mérések a Debreceni Egyetem Műszaki Karán.
    Magyar Épületgépészet LXIV. évf. 2015/9. szám, pp 3-8.
  3. 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
  4. Szabó, G., Kalmár, F.: Investigation of subjective and objective thermal comfort in the case of ceiling and wall cooling systems. Int. Rev. Appl. Sci. Eng 8 (2), 135-140., 2017.
  5. Kalmár, F.: Interrelation between glazing and summer operative temperature in buildings.
    Int. Rev. Appl. Sci. Eng 7 (1), 51-60., 2016.
  6. Kalmár, F.: Summer operative temperatures in free running existing buildings with high glazed ratio of the facades.
    J. Build. Engineer 6 236-242., 2016.
  7. Szodrai, F., Lakatos, Á.:  Effect of the air motion on the heat transport behaviour of wall structures.
    Int. Rev. Appl. Sci. Eng 8 (1), 67-73., 2017
  8. Rozgonyi, V., Szabó, G., Bodó, B.: A fűtés-hűtésre használt két- és négycsöves fan-coil rendszerek összehasonlítása = The Comparison of Two- and Four-Pipe Fan-Coil System for Heating-Cooling.
    In: Műszaki Tudomány az Észak-Kelet Magyarországi Régióban 2017 konferencia előadásai / szerk. Bodzás Sándor, Debreceni Akadémiai Bizottság Műszaki Szakbizottsága, Debrecen, 470-475, 2017.
  9. 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.
  10. Csáky I.: Épületek nyári hőterhelésének energetikai vizsgálata.
    Doktori értekezés, Debreceni Egyetem Természettudományi Doktori Tanács Földtudományi Doktori Iskola, 2015.
  11. Kalmár Ferenc: A belső környezet minősége.
    TERC Kiadó Budapest, 2013 ISBN 978-963-9968-58-5
  12. https://www.testo.hu/resources/c9/2e/246cb8b8116a/testo-saveris-sbeInstruction-manual.pdf
  13. Verbai Zoltán, Kalmár Tünde, Csáky Imre, Kalmár Ferenc: Épülettechnikai rendszerek és rendszerelemek.
    ISBN 978-963-9968-64-6
  14. Lakatos Máté: Hőtároló tömeg hatása a belső léghőmérsékletre a PASSOL laboratóriumban.
    TDK pályamunka, Debreceni Egyetem Műszaki Kar Épületgépészeti és Létesítménymérnöki Tanszék, Debrecen, 2017.

Magyar Épületgépészet

Hozzászólás

A hozzászóláshoz be kell jelentkeznie.

Facebook-hozzászólásmodul