e-gépész online szaklap

Éjszakai szellőzés, az LVR hatása a belső léghőmérsékletre

| | |  1 | |

Ma Magyarországon jelentősen bővült a korszerű épületállomány. A korszerűsített és az új lakóépületeknél a légtömörség igen fontos. Ezért az alacsony energiaigényű vagy közel nulla energiaigényű lakóépületeknél elengedhetetlen a megfelelő mesterséges szellőzés kialakítása. Jelen cikkben nemcsak a belső környezet minősége miatt alkalmazott mesterséges szellőzés kialakítását vizsgálom, hanem nyári időszakban az éjszakai szellőzés hatását is a térfogatáram és az alkalmazott légvezetési rendszer függvényében a belső léghőmérsékletre.

A cikk a Magyar Épületgépészet 2019/6. számában jelent meg, melynek tartalomjegyzéke itt letölthető.

Bevezetés

A doktori kutatásaim során végzett mérések és számítások bizonyították, hogy nyári napokon (nyári, hőség-, forró napon) a hőterhelés jelentősen eltér a korábban Magyarországon alkalmazott referencia nap adataitól. A számítási módszerek azt bizonyítják, hogy éjszakai szellőzéssel a hőterhelés csökkenthető. Ez a csökkenés befolyással van a hűtési energiaigényre. [1], [2]

Napjainkban a közzel nulla energiaigényű épületekben beépítik a lég- vagy klímatechnikai rendszert a megfelelő komfort eléréséhez, viszont a rendszer méretei elsősorban a hőterheléstől függnek.

Jelen cikk célja, számítási módszert alkalmazva és méréssekkel meghatározni az éjszakai szellőzés, légvezetési rendszerek hatását a belső léghőmérsékletre.

A nemzetközi és hazai szakirodalmakban ugyan foglalkoznak az éjszakai szellőzés hatásával nyári időszakban, viszont a szakirodalmak és szabványok nem veszik figyelembe a légvezetési rendszereket. A hőterhelés csökkentése érdekében éjszakai szellőzéssel a légcsereszámot veszik alapul figyelmen kívül hagyva a légvezetési rendszer (a levegő eloszlásának módját épületen belül) hatását.

PASSOL laboratórium és az alkalmazott monitoring rendszer

A PASSOL laboratórium tulajdonképpen egy doboz, amelynek méretei (3,0×3,0×3,0 m külső méretekkel) elegendően nagyok ahhoz, hogy akár egy valóságos épület helyisége is legyen. A helyiség egyik külső falán egy ablak van elhelyezve. A szerkezetek egységesen hűtőházi panelekből vannak kivitelezve. A panelek nút-féder kapcsolata megfelelő légtömörséget biztosít a szerkezet számára. Így a szerkezetek csatlakozásánál kialakuló hőhidak hatása is minimalizálva lett.

A 90 cm parapet magassággal beépített, 150×150 cm méretű ablak hőátbocsátási tényezője 1,4 W/m2K, a teljes sugárzásátbocsátó képessége pedig g = 0,70, a gyártó adatai szerint. Az ablak transzparens felülete 1,91 m2. [1], [3]

Lehetőségem volt 2018. szeptember 2. és 24. között egy mérési sorozatot végezni a PASSOL laboratóriumban (1. ábra).

1. ábra. A PASSOL laboratórium mérés közben

A mérésekhez TESTO SAVERIS monitoring rendszert alkalmaztam, amelynek elemei a következő oldalon bemutatott 2. ábrán láthatók.

2. ábra. A TESTO SAVERIS monitoring rendszer elemei [4]

A rendszer alapvetően két részből áll: egyrészt az érzékelőkből (1), másrészt pedig a bázisból (2). Ezek között kétirányú kommunikáció folyik. Az érzékelők és a bázis közötti jeladást egy router segítségével javíthatjuk (4) abban az esetben, ha az épületszerkezetek miatt a kommunikáció nehézkes a két elem között. Az adatok a Saveris bázisból letölthetők és lementhetők az asztali számítógépen (3). Az érzékelők rádióhullámai szabad térben 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 (5), ami egy átjátszó állomásként működik.

A bázissal való kommunikálásnak alapvetően több módja is van, ezek az érzékelő fajtájától függnek. Az érzékelők általában rádiófrekvenciával kommunikálnak a bázissal, így vezetékes kapcsolatra nincs szükség. Létezik az érzékelőnek közvetlenül az Ethernet hálózatra csatlakoztatható verziója is (6), egy már létező LAN hálózaton keresztül. A SAVERIS T2/T2D NTC érzékelőjének mérési tartománya –35 és +50 °C közötti, míg a mérési pontossága ± 0,2 °C. [4]

A PASSOL laboratórium külső falán elhelyezett nyílászáró nyugati tájolásra volt beállítva. A laboratórium szerkezet hőkapacitását a padló szerkezeten 2 rétegben kisméretű tömör tégla biztosította. A belső léghőmérséklet értékeit 5 perces rögzítéssel állítottam be a Testo SAVERIS monitoring rendszerben. A mérési eredmények 5 perces rögzítéssel a 3. ábrán láthatók.

3. ábra. Külső és belső léghőmérséklet értékek

A továbbiakban ellenőriztem a külső léghőmérséklet külső maximum értékeit annak érdekében, hogy meghatározzam a nyári, hőség és forró napokat a vizsgált időszakban.

Az Országos Meteorológiai Szolgálat honlapja szerint

  • forró nap az a nap, amelynek a napi maximum hőmérséklete eléri vagy meghaladja a 35 °C-ot,
  • hőségnap az a nap, amelynek a napi maximum hőmérséklete eléri vagy meghaladja a 30 °C-ot,
  • nyári nap, ahol 25 °C-ot meghaladja a maximális napi hőmérséklet. [5]

A diagramról leolvasható, hogy a vizsgált időszakban voltak hőségnapok és nyári napok, a maximális mért belső léghőmérséklet pedig egy esetben elérte a 39,1 °C-ot, 23 mért érték esetében meghaladta a 35 °C-ot.

Több kutatásban is vizsgálták a Műszaki Karon lévő helyiségekben a belső léghőmérsékletet, a helyiségek épületszerkezeti hőkapacitását és üvegezési arányát figyelembe véve. [6], [7], [8], [9] A mérési eredmények alapján nem minden esetben lehet biztosítani az épületen belül a belső léghőmérsékletet lég- és klímatechnikai rendszer nélkül.

Számított belső léghőmérséklet a PASSOL Laboratóriumban

A számítási módszer a belső léghőmérsékletek számítására figyelembe vette a hőtároló tömeg, a szellőzés, az éjszakai szellőzés és az előhűtés hatását. A számítási módszer alapja a 4. ábrán bemutatott RC hálózat.

4. ábra. RC hálózat

A szellőzési hőveszteséget/hőnyereséget jellemző tényező (Hve, [W/K]) közvetlenül kapcsolódik a léghőmérséklet csomóponthoz (θair) és a befújt levegő hőmérséklet csomóponthoz (θsup). A transzmissziós hőveszteséget/hőnyereséget jellemző tényező tartalmazza a nyílászárókra vonatkozó tényezők értékét (Htr, w, [W/K]), amelyeknek a hőtároló tömegét nullára vesszük fel, illetve a hőtároló tömeggel rendelkező szerkezetek tényezőjének értékét (Htr, op, [W/K]). Utóbbi érték két részből áll: Htr, em, [W/K] és Htr, ms, [W/K]. A sugárzásos (Φsol) és a belső hőnyereségek (Φint) három csomópontra oszlanak: θair, θs (a közepes sugárzási hőmérsékletet adó érték) és θm (a hőtároló tömeg hőmérséklete). A hőtároló tömeget egy hőtároló kapacitás képviseli a hálózatban (Cm), amely a Htr, em és Htr, ms között található. A léghőmérséklet csomópont (θair) és a központi csomópont (θs) közötti kapcsolatot a Htr, is tényező, [W/K], jellemzi.

A szabvány szerint a helyiség/épület hőtároló kapacitását a belső felülettől számított 10 cm vastagságig kell figyelembe venni. [10]

Az Épületek nyári hőterhelésének energetikai vizsgálata doktori disszertációmban [1] részletesen ismertetett módszert alkalmazva egy hőségnap külső meteorológiai adatait felhasználva a négy égtáj felé tájolt külső nyílászáró és a laboratórium padló szerkezetén elhelyezett kisméretű tömör tégla alkalmazása mellett, mechanikus és természetes szellőzés nélkül, mint a valós méréseknél az 5. ábrán látható belső léghőmérsékletek alakulnak ki.

5. ábra. Számított belső léghőmérséklet a PASSOL laboratóriumban

Az ismertetett számítási módot alkalmazva, akárcsak a valós mérések folyamán, a laboratórium külső nyílászárójának nyugati tájolása mellett a maximális számított belső léghőmérséklet elérte a 35 °C-ot.

Az előzőekben bemutatott számítási módszert alkalmazva az éjszakai órákban vizsgáltam a szellőzés hatását a belső léghőmérsékletre, különböző légcsereszámok mellett. A befújt levegő hőmérsékletét 20 °C-kal vettem figyelembe. A számítási módszer nem veszi figyelembe a levegő eloszlási módját a laboratóriumon belül. Az eredményeket a 6. ábra mutatja. Éjszakai szellőzést alkalmazva a belső léghőmérséklet a PASSOL laboratóriumban csökken. Ezt a csökkenést a légcsereszám függvényében nem veszi figyelembe az alkalmazott LVR.

6. ábra. Számított belső léghőmérséklet a PASSOL laboratóriumban a légcsereszám függvényében

A Belső Környezet Minősége laboratóriumban mért belső léghőmérsékleti értékek

A PASSOL laboratóriumban nincs lehetőségem ellenőrzött szellőzésre, ezért a továbbiakban a Belső Környezet Minősége laboratóriumban végeztem méréseket annak érdekében, hogy meghatározzam az alkalmazott légvezetési rendszer hatását a belső léghőmérsékletre.

A laboratórium méretei (2,49×3,65×2,56 m). A laboratóriumban lehetőségem volt a diffúz és az elárasztásos légvezetési rendszerek összehasonlítására (7. ábra).

7. ábra. Elárasztásos és diffúz LVR a laboratóriumban

Az elárasztásos LVR esetében alsó befúvást és felső elszívást, a diffúz LVR esetében felső befúvás és alsó elszívást alkalmaztam. A befújt levegő paramétereit (a befújt léghőmérséklet: 20 °C) minden esetben egy a Légtechnika laboratóriumban elhelyezett Rosenberg légkezelővel állítottam be, amelynek kezelési képernyője a 8. ábrán látható.

8. ábra. Az alkalmazott légkezelőgép kezelési képernyője

A mérésekhez kalibrált Testo 480 műszert alkalmaztam (9. ábra). Valamennyi klíma- és légtechnikai paraméter mérése egy műszerben: légsebesség, hőmérséklet, páratartalom, nyomás, megvilágítás, sugárzó hő, turbulencia fok és CO2, PMV/PPD és WBGT index. Komfortérzet érzékelő a turbulencia fok mérésekre, az EN 13779 szabványnak megfelelő mérések. [4]

9. ábra. Testo 480 mérés közben

A 28 °C elérése érdekében minden mérési sorozatot egy felfűtési időszakot előzött meg. A felfűtési időszak minden esetben azonos volt. A fűtési hőenergiát GANZ Integral-V MaXX hőmennyiségmérővel mértem. Több mérési sorozatot is elvégeztem, a vizsgált időszakban a laboratóriumban létrehozott légcsereszám 0 és 4 h-1 volt.

A mért belső levegő hőmérsékleteket a 10. ábra mutatja. Az ábrán látható, hogy a kezdeti időpontban a kívánt 28 °C helyett minden esetben 27,9 °C volt. Az ábrán látható a belső léghőmérséklet-változás az alkalmazott légvezetési rendszer függvényében. A két LVR közötti különbség mérhető.

10. ábra. Mért belső léghőmérséklet értékek a BKM laboratóriumban

A mérések során lehetőségem volt a belső levegő paramétereinek 5 perces rögzítésére is (11. ábra).

11. ábra. Mért belső léghőmérséklet-értékek 5 perces időintervallumban

Összefoglalás

Nyári és hőség napokon méréseket végeztem a PASSOL laboratóriumban. Ezek után több szakirodalmat elemeztem valós épülethelyiségekben mért belső léghőmérsékletről, amelyek igazolták az általam mért belső léghőmérsékletet, vagyis az épületen belüli túlmelegedést. [3] [6] [7] [8]

Mérési eredményeimet értékelve, mint lehetséges megoldás a belső környezet minőségének javítására a mennyezeti vagy fal hűtési rendszerek kialakítása jöhet szóba. [11]

További megoldás lehet nyári időszakban az épületbe természetes szellőzéssel vagy filtrációval bejutó külső levegő a túlmelegedés elkerülése érdekében. Ez akkor alkalmazható, amikor a külső levegő hőmérséklete alacsonyabb, mint a belső léghőmérséklet.

Számítási módszert alkalmazva megvizsgáltam az éjszaki szellőzés esetében a légcsereszám hatását a belső léghőmérsékletre (6. ábra).

Laboratóriumi mérésekkel igazoltam a belső léghőmérséklet változást a légcsereszám és az alkalmazott légvezetési rendszer függvényében.

A 6. és 11. ábrán bemutattam a belső léghőmérséklet változást órai adatsorban, az alkalmazott számítási módszer és 5 perces mintavételezés mellett.

A számítási módszer nem veszi figyelembe a helyiségen belül a légvezetési rendszert. A 10. és 11 ábrán bemutattam az alkalmazott légvezetési rendszerek által létrehozott belső levegőhőmérséklet különbséget.

Köszönetnyilvánítás

„Az Emberi Erőforrások Minisztériuma ÚNKP-18-4-DE-Bolyai+ kódszámú Új Nemzeti Kiválóság Programjának támogatásával készült.”

Irodalomjegyzék

  1. Csáky, I., Épületek nyári hőterhelésének energetikai vizsgálata 120 p. Debreceni Egyetem Földtudományi Doktori Iskola. Tudományág: természettudományok/földtudományok. Témavezető: Kalmár Ferenc. Benyújtás éve: 2015. Védés éve: 2015. Megjelenés/Fokozatszerzés éve: 2015.
  2. 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.
  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. http://www.testo.hu
  5. https://www.met.hu/omsz/tevekenysegek/klimamodellezes/eghajlati_szelsosegek/
  6. Csáky, I.: Belső léghőmérséklet mérések a Debreceni Egyetem Műszaki Karán. Magyar Épületgépészet 60 (9), 3-8., 2015.
  7. Kalmár, F.: Interrelation between glazing and summer operative temperature in buildings, Int. Review of Applied Sciences and Engineering 7 (1), 51-60., 2016.
  8. Lakatos, M.: Hőtároló tömeg hatása a belső léghőmérsékletre a PASSOL laboratóriumban. Debreceni Egyetem Műszaki Kar Épületgépészeti és Létesítménymérnöki Tanszék, 2017
  9. Szodrai, F., Lakatos, Á.: Effect of the air motion on the heat transport behaviour of wall structures. Int. Review of Applied Sciences and Engineering 8 (1), 67-73., 201
  10. MSZ EN ISO 13790:2008, Épületek energetikai teljesítőképessége. A fűtési és hűtési energiaigény számítása.
  11. Szabó, G., Kalmár, F.: Investigation of subjective and objective thermal comfort in the case of ceiling and wall cooling systems. Int. Review of Applied Sciences and Engineering. 8 (2), 135-140., 2017.

Magyar Épületgépészet

Hozzászólás

A hozzászóláshoz be kell jelentkeznie.


Fazakas Miklós Feren | 2019. aug. 15.

A hűtési célú nyári éjszakai szellőztetetés lehetőségét minél szélesebb körben célszerű lenne ismertetni. Egy horvátországi nyaralásunk során, az egyébként éjszaka is izzasztónak bizonyult, légkondicionáló nélküli apartmanban tudtam egészen kellemes klímát biztosítani azzal, hogy a teraszról egy állóventillátorral befújtam a hűvös éjszakai (tengeri) levegőt a lakásba. Azóta ezt a módszert itthon is használom, azzal az eltéréssel, hogy itthon még hasznosabbnak bizonyult a megoldás, mert különben a szélcsendes időszakokban a szúnyoghálók, a nyitott ablakok ellenére, szinte teljesen megakadályozzák az éjszakai légmozgást, azaz a lakás lehűtését. Egy szokásos állóventilátor képes a szúnyoghálón át is megfelelő mennyiségű levegőt átfújni ahhoz, hogy az épület falai éjszaka kellően lehűljenek ahhoz, hogy a lakásban másnap is elfogadható legyen a hőmérséklet. Például 35 Celsius fokos külső hőmérsékleti maximum esetén, a családi házunk földszintjén elértem, hogy bent a csúcshőmérséklet maximum 26 Celsius fok legyen, természetesen nappalra lehúzott redőnyökkel, egy közepesen hőszigetelt téglaházban. A kistömegű belső falakkal rendelkező tetőtéri szobákban klímaberendezések nélkül, esélyünk sem volt arra, hogy nappal megfelelő legyen a belső hőmérséklet. Azaz nyilvánvaló, hogy a túlmelegedés veszélyének számítsa során az éjszakai szellőztetés lehetőségével számolni kell.

Facebook-hozzászólásmodul