A cikk a Magyar Épületgépészet 2020/9. számában jelent meg, melynek tartalomjegyzéke itt letölthető.

Alapvető kérdések

A szakirodalmi kutatómunka eredményeinek összegzéseként megállapítottuk, hogy jóllehet a lakossági gáztűzhelyek alkalmazása igen elterjedt, nem állnak rendelkezésre olyan adatok, amelyek lehetővé tennék az ilyen berendezések belsőlevegő-minőségre gyakorolt hatásának értékelését. A jelenleg érvényben lévő előírások és ajánlások részben hiányosak, részben pedig energetikai szemléletűek. Ugyanakkor a felmérések azt mutatják, hogy a kialakuló belsőlevegő-minőségi és légellátási problémákat a felhasználók döntő mértékben ablaknyitással oldják meg (V. Leitner-Kajtár, 2020). Amennyiben azonban a légellátás nem megfelelő, a tűzhely használata során keletkező gáznemű égéstermék jelentősen rontja a belső levegő minőségét, ami negatív hatással lehet a bent tartózkodó emberek egészségi állapotára, közérzetére. Szélsőséges esetben akár szén-monoxid mérgezés is felléphet.

A gáztűzhely biztonságos üzemeltetése érdekében tehát tervezett szellőztetésre van szükség. Annak érdekében, hogy a gyakorlatban jól hasznosítható, kellően általános eredményre jussunk, a kutatás további fázisaiban négy alapvető kérdésre kerestük a választ:

• Melyek egy lakossági gáztűzhely általános fizikai modelljének paraméterei?
• Milyen mértékű a várhatóan kialakuló szennyezőanyag imisszió?
• Milyen feltételekkel biztosíthatók az érvényben lévő szennyezőanyag imissziós határértékek?
• A jelenleg alkalmazott szellőztetési módok alkalmasak-e a megfelelő belsőlevegő-minőség biztosítására?

A fenti kérdések megválaszolása érdekében első lépésként kidolgoztuk a gáztűzhely szennyezőanyag kibocsátásának fizikai modelljét (V. Leitner-Kajtár, 2020/7-8). A modellalkotás folyamatának első lépéseként a szakirodalomban megtalálható statisztikai, kutatási, egészségügyi felmérésekből származó, valamint gyártói adatokat, jogszabályi követelményeket és szabványi ajánlásokat összegezve meghatároztuk a kompakt szerkezeti kialakítású lakossági gáztűzhelyek fizikai modelljének alapadatait.

Az elméleti szén-dioxid, nitrogén-monoxid és nitrogén-dioxid forráserősség adatok alapján kiszámítottuk az imissziós paraméterek értékét a gáztűzhely jellemző üzemidejére vonatkoztatva (az üzemidő jellemzőket a gázfogyasztási, illetve napi időmérleg statisztikák alapján határoztuk meg).

Laboratóriumi és helyszíni mérések

Az elméleti modell kiértékelése után laboratóriumi és helyszíni mérésekkel vizsgáltuk a lakossági gáztűzhelyek belsőlevegő-minőségre gyakorolt hatását, különböző szellőzési módok esetén, az alábbiak szerint (V. Leitner, et al., 2018):

• imissziós értékek mérése (CO₂, NO és NO₂ koncentráció változása az időben);
• szennyezőanyag forráserősség adatok meghatározása;

A laboratóriumi és helyszíni méréseket azonos menet szerint, azonos mérőállás kiépítésével és azonos mérőműszerek alkalmazásával végeztük el.  A mért értékeket, a mintavétel gyakorisági adatokat, valamint a felhasznált mérőműszerek adatait az 1. táblázatban foglaltuk össze. Az általános mérési elrendezést pedig az 1. ábra mutatja.

1. ábra. Általános mérési elrendezés

1. táblázat. Mért paraméterek és a felhasznált mérőműszerek

Mérési feladat	Mért paraméter	Jelölés és dimenzió	Mintavétel gyakorisága	Mintavételi pontok száma	Mérőműszer
Filtrációs légcsereszám nfil [h–1] meghatározása	CO2 koncentráció	kco2 [ppm]	5 min	3	HORIBA VIA-510 CO2
	Helyiség térfogata	Vh [m3]	–	–	mérőszalag
Égők hőteljesítményének Qle [kW] meghatározása	Korrigált gázmennyiség	Vgáz [m3]	–	1	Hitelesített gázmérő, pontossági osztály 1,5. A fiítőérték az adott napra vonatkozó, szolgáltató által közzétett adat.
	Gázfogyasztás időtartama	τ [min]	–
	Fütőérték	Hi [kJ/m3]	–
Belsőlevegő-minőség értékelése	CO2 koncentráció	kCO2 [ppm]	2 min	3	HORIBA VIA-510 CO2
	NO koncentráció	kNO [Ppb]			HORIBA APNA-360 NOx
	N02 koncentráció	kNO2 [ppb]
	NOx koncentráció	kNOx [ppb]
Külső légállapot mérése	léghőmérséklet	tk [°C]		1	TESTO 175 logger
	relatív páratartalom	φk [%]

A belsőlevegő-minőségi méréseket az alábbi menetrend alapján hajtottuk végre.

1. A helyiség geometriai felmérése (V_h)
2. A helyiségre jellemző filtrációs légcsereszám (n_fil) mérése az alábbiak szerint:
   1. adott szennyezőanyag mennyiség kibocsátása (a vizsgált helyiségben CO₂ gázpalackból történő beadagolásával 10 000 ppm-es kezdeti koncentrációt állítottunk elő, a térben egyéb, meghatározó mértékű szennyezőanyag forrás nem volt);
   2. peremfeltételek biztosítása (a szellőzést csak a zárt nyílászárók résein keresztül kialakuló filtráció biztosította, kiegészítő szellőzés vagy helyi szennyezőanyag elszívás nem volt, a tökéletes keveredés elősegítése érdekében a beadagolt szén-dioxidot a térben kézi ventilátor segítségével oszlattuk el);
   3. kezdeti feltétel biztosítása (a kezdeti szén-dioxid koncentráció elérésekor, a gázpalack zárása után indult a hígulási szakasz, amely alapján a kiértékelés történt);
   4. a szén-dioxid koncentráció időbeli változását leíró görbe felvétele;
   5. a leíró görbére illesztett regressziós egyenes meredeksége alapján a filtrációs légcsereszám meghatározása.
3. A gáztűzhely és az elszívóernyő gyári adatainak rögzítése.
4. A gáztűzhely gázfogyasztásának mérése, hőteljesítmény adatok (Q_le) meghatározása: adott idő alatt elfogyasztott (hitelesített gázmérőről leolvasott) gázmennyiség, valamint a tényleges (gázszolgáltató által megadott) fűtőérték adatok alapján.
5. A gáztűzhely imissziós mérések három különböző üzemállapotban (nagyláng, kisláng, illetve sütő üzeme), filtrációs szellőzés mellett:
   1. az átlagos szén-dioxid, nitrogén-monoxid, valamint a nitrogén-dioxid koncentráció időbeli változásának – k f(τ) – mérése, három, a térben azonos magasságban kiépített mérési pont segítségével;
   2. a szennyezőanyag-forráserősség értékek ( ) meghatározása a homogén térre vonatkozó matematikai modell alapján (Bánhidi-Kajtár, 2017);
   3. fajlagos forráserősség adatok meghatározása a mért teljesítmény adatok alapján.

A belsőlevegő-minőség mérések eredményeinek összegzése

A mérési eredményeink alapján a kompakt szerkezeti kialakítású, laboratóriumi állapotú (azaz köznyelvi megfogalmazás szerint szabadon álló, még nem használt) lakossági gáztűzhelyek esetében a fajlagos (az égő hőteljesítményére vonatkoztatott) forráserősség adatok a 2. táblázatban összegzett névleges értéknek tekinthetők.

2. táblázat. Lakossági gáztűzhely égők fajlagos szennyezőanyag kibocsátása

Névleges forráserősség-adatok
Szén-dioxid	39,9 mg/kJ
Nitrogén-dioxid	5,4 μg/kJ
Nitrogén-monoxid	17,6 μg/kJ

Szakirodalmi adatok alapján a jellemző egyidejű névleges hőteljesítmény maximuma Q_le,e,max = 4,7 kW. Erre az értékre vonatkoztatva az 2. táblázat adatait, meghatároztuk a kompakt szerkezeti kialakítású, laboratóriumi állapotú gáztűzhely modell szennyezőanyag kibocsátásának mennyiségi adatait:

• névleges szén-dioxid kibocsátás K_CO2,n = 675 108 mg/h;
• névleges nitrogén-dioxid kibocsátás K_NO2,n = 91 368 µg/h;
• névleges nitrogén-monoxid kibocsátás K_NO,n = 297 792 µg/h.

A fenti, névleges kibocsátási értékek alapján elvégeztük az imissziós határérték vizsgálatát a cikksorozat 2. részében bemutatott elméleti modell alapján (V. Leitner-Kajtár, 2020/7-8.) A szükséges minimális szellőzés névleges értékét az MSZ EN 15251:2007 szabványban javasolt V_sz = 51 m³/h értéknek tekintettük. A vizsgált üzemidő mértéke τ_ü = 45 min volt. Az eredmények a 3. táblázatban és a 2. ábrán láthatók.

3. táblázat. Imissziós paraméterek, gáztűzhely modell – névleges állapot

lmissziós paraméterek gáztűzhely üzemére (Qle,e,n=4,7 kW)	kCO2 [ppm]		kNO2 [μg/m3]		kNO [μg/m3]
	GSZN	GSZmin	GSZN	GSZmin	GSZN	GSZmin
kk (τ = 0 min)	400	400	10	10	0	0
kü,max (τ = τü,max = 45 min)	14956	7180	3556	1662	11558	5383
k60 (τ = 60 min)	10 178	5178	2392	1174	7763	3794
k180 (τ = 180 min)	7886	2238	1834	458	5944	1460
kmax,20 (τ = τü,max ± 10 min)	17016	7567	4058	1756	13193	5690

2. ábra. Imissziós határértékek vizsgálata, gáztűzhely modell – névleges állapot

Az eredmények alapján az alábbi következtetéseket vontuk le.

1. A kompakt szerkezeti kialakítású, laboratóriumi állapotú lakossági gáztűzhely szennyezőanyag kibocsátásának meghatározó paramétere a felszabaduló nitrogén-dioxid mennyisége.
2. Az előzetes meghatározott minimális filtrációs légmennyiség (V_fil,min = 10,6 m³/h) nem elégséges a vonatkozó k_CO2 = 15 000 ppm szén-dioxid koncentrációs határérték betartásához. A filtráció javasolt névleges értéke V_fil,n = 16,5 m³/h.
3. A szükséges minimális szellőzés mértéke a nitrogén-dioxid 1 órás átlagolási határértéke alapján V_sz,min,n = 67 m³/h, ami a mintául tekinthető konyha 15,0 m³-es légtérfogatára vetítve n_n = 4,5 l/h légcserét jelent (V. Leitner-Kajtár, 2020/7-8.).

Fontos ismételten kiemelni, hogy a megadott eredmények 2H (G20) minőségű, szennyezőt nem tartalmazó, száraz földgáz λ_n = 1,2 névleges légellátási tényező melletti, h_tü,n = 90% névleges tüzeléstechnikai hatásfokkal történő elégetésére vonatkoznak.

Az eddigiekben bemutatott számítások során feltételeztük, hogy a szellőztetés folyamatos (τ_elsz,üz,a = 180 min; ezt a továbbiakban „Alapeset”-nek jelöljük). Ez energetikai szempontból mindenképp kétséges megközelítés, így a továbbiakban megvizsgáltuk, hogy milyen hatása van az elszívás szakaszos működtetésének (az általunk javasolt térfogatáram mellett).

A vizsgált esetek:

1. eset: az elszívás csak a főzés ideje alatt működik (τ_elsz,üz,1 = 45 min).
2. eset: az elszívás – a szakirodalmi ajánlásoknak megfelelően – a főzés befejezését követően még 15 percig üzemel (τ_elsz,üz,2 = 60 min).
3. eset: az elszívás a főzés befejezését követően 20 percig üzemel (τ_elsz,üz,3 = 65 min).
4. eset: az elszívás a főzés befejezését követően 30 percig üzemel (τ_elsz,üz,3 = 75 min).

Az tűzhely kikapcsolása után bekövetkező nitrogén-dioxid koncentráció változást a 3. ábra szemlélteti, a számított határérték adatokat a 4. táblázat tartalmazza. A számítások során feltételeztük, hogy a légpótlás folyamatos.

3. ábra. Nitrogén-dioxid imisszió változása különböző elszívási időtartam esetén

4. táblázat. Nitrogén-dioxid imissziós határértékek különböző elszívási időtartam esetén

	kNO2 [μg/m3]
	Alapeset τelsz,üz,a = 180 min	1. eset τelsz,üz,1 = 45 min	2. eset τelsz,üz,2 = 60 min	3. eset τelsz,üz,3 = 65 min	4.eset τelsz,üz,4 = 75 min
kk (τ = 0 min)	10	10	10	10	10
kü,max (τ = τü,max = 45 min)	1326	1326	1326	1326	1326
k60 (τ = 60 min)	953	1064	953	953	953
k180 (τ = 180 min)	351	617	408	385	371
kmax,20 (τ = τü,max ± 10 min)	1361	1552	1361	1361	1361

A 4. táblázat eredményeit összevetve a különböző átlagolási időtartamokra vonatkozó határértékekkel (V. Leitner – Kajtár, 2020/7-8) látható, hogy a 3 órás k_60,NO2,meg = 400 μg/m³ feltétel abban az esetben teljesül, ha az elszívás a tűzhely kikapcsolását követően minimálisan 20 perccel tovább üzemel (3. eset). Ami közelítőleg megfelel a szakirodalomban is javasolt üzemidőnek.

A napi használat szempontjából fontos kérdés, hogy okoz-e jelentős változást az, hogy a 180 perces üzemszünet után a kezdeti koncentráció 10 μg/m³ érték helyett 35 μg/m³ értékre nő. Számítási eredményeink szerint amennyiben a légpótlás továbbra is külső térből érkezik, a 3 órás átlagkoncentráció értéke a gáztűzhely utolsó használatát követően (pl. vacsorakészítés után) minimális mértékben emelkedik: k₁₈₀ = 396 μg/m³, ami – papírforma szerint – még mindig a megengedett érték alatt marad.

Érdekességképpen megjegyezzük, hogy ha nincs lehetőség elszívóernyő használatára, és a konyhai szellőzést csak a filtrációra bízzuk (pl. fűtési szezonban), akkor a nap kezdetén mért 10 μg/m³ érték mintegy 290 μg/m³ -ra nő.

Értelemszerűen a fenti eredmények tovább pontosíthatóak, például különböző gáztűzhely típusok szennyezőanyag kibocsátásának méréses vizsgálata alapján. Szintén fontos szempont lehet a külső térben mérhető nitrogén-dioxid koncentráció értéke, mint kezdeti koncentráció szint.

Az általunk megkezdett CFD szimulációs vizsgálatok szintén lehetőséget nyújtanak a kutatások kibővítésére (V. Leitner-Kajtár, 2016).

Összegzés

A BME Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszékén egy már több éve folyó kutatás keretein belül vizsgáltuk, vizsgáljuk a lakossági gáztűzhelyek belső környezetre gyakorolt hatását.

A szakirodalmi kutatás alapján megállapítottuk, hogy bár az ipari és kommunális konyhák esetében a kutatások meglehetősen széleskörűek, a lakossági gáztűzhelyekkel kapcsolatos eredmények alapján általános következtetések nem vonhatók le. A konyha helyiségek szellőztetésével kapcsolatos problémák feltárása során megállapítottuk, hogy a levegőminőségi problémák alapvető felhasználói megoldása az ablaknyitás, ami energetikai szempontból megkérdőjelezhető megoldás. Ugyanakkor a mesterséges szellőztetés céljából beépített konyhai elszívóernyőket elsősorban a berendezés keltette zaj miatt nem használják.

Első lépéseként meghatároztuk a kompakt szerkezeti kialakítású, laboratóriumi állapotú lakossági gáztűzhelyek fizikai modelljének alapadatait, a homogén térre vonatkoztatott szennyezőanyag forrást leíró matematikai modell alapján. Megvizsgáltuk a gáztűzhely okozta légszennyezésből eredő kockázat mértékét, a potenciálisan érintett emberek száma alapján. Ezt követően laboratóriumi és helyszíni méréseket végeztünk, melyek során a gáztűzhelyek belső környezetre gyakorolt hatását különböző üzemállapotokban, eltérő szellőzési módszerek alkalmazása mellett vizsgáltuk. A mérési eredmények alapján pontosítottuk a kidolgozott fizikai modellt, majd megállapítottuk, hogy belsőlevegő-minőségi szempontból a nitrogén-dioxid kibocsátás mértéke a meghatározó.

A cikksorozatban bemutatott eredményeink alapján a lakossági gáztűzhelyek belső használatához szükséges szellőztetés belsőlevegő-minőségi és egészségvédelmi szempontú méretezéséhez és tervezéséhez az alábbi javaslatokat tesszük:

1. Meghatározó szennyezőanyagnak a nitrogén-dioxid tekinthető; viszonyítási határértéknek – a szellőztetés tervezése szempontjából – a 3 órás átlagolási időtartamra vonatkozó k_60,NO2,meg = 400 μg/m³ koncentráció tekinthető.
2. A lakossági gáztűzhely használata esetén a filtráció javasolt névleges értéke V_fil,n = 16,5 m³/h (Δp = 20 Pa mellett, az MSZ EN 12207:2017 szabvány ajánlásaival összhangban).
3. A tűzhely átlagos üzemidejének 45 perc tekinthető, a tűzhely használatát követően az elszívást még további 20 percig javasolt biztosítani, feltételezve, hogy a légpótlás folyamatosan biztosított.

További kutatási irányok

A kutatómunka további célkitűzése alapvetően egy olyan konyhai szellőztetési mód kidolgozása, amely lehetőséget nyújt a komfortelméleti és energetikai szempontok együttes figyelembevételére.

A kidolgozott modell, illetve a kutatás során alkalmazott módszerek felhasználásával lehetőség nyílik egy olyan statisztikai adatbázis létrehozására, amelynek alapja a jelenleg kereskedelmi forgalomban kapható, illetve elterjedten alkalmazott gáztűzhely típusokra vonatkozó szennyezőanyag kibocsátás mért értéke. Az így létrehozott adatbázis lehetővé teszi a kutatási eredmények további matematikai statisztikai módszereken alapuló pontosítását.

Építész kollégák bevonásával az adatbázis tovább bővíthető a jellegzetes konyha helyiség méretekkel is.

Hasonlóképp célszerű lenne az alkalmazott nyílászárók jellemzőinek felmérése is. Nemzetközi kutatási példák alapján – akár kérdőíves felmérések keretében – szükséges a felhasználói szokások (ablaknyitás, tűzhelyhasználat stb.) magyarországi felmérése is.

A kutatómunka részeként megkezdtük a lakossági gáztűzhelyek belső környezetre gyakorolt hatásának CFD modellezését is. Ennek kapcsán felépítettük egy adott tűzhely CFD modelljét, majd különböző esetekben vizsgáltuk a kialakuló szennyezőanyag eloszlást és hőmérséklet, valamint légsebesség mezőket. Jóllehet a kutatómunkának ez a része még pontosítást igényel, a kezdeti eredmények összhangban vannak a szakirodalmi kutatás tapasztalataival és a mérési eredményekkel (V. Leitner-Kajtár, 2016) (V. Leitner, et al., 2018).

A CFD modellezés folytatása szintén a további kutatások fontos lépése.

Irodalomjegyzék

• Dr. Bánhidi, L.; Dr. Kajtár, L. (2017): Válogatott fejezetek a komfortelmélet témaköréből. Akadémiai Kiadó, Budapest
• Vörösné Leitner, A.; Kajtár, L. (2020): Újra a gáztűzhelyekről…1. rész: Statisztikák, alapvető adatok MAGYAR ÉPÜLETGÉPÉSZET LXIX. évfolyam 2020/4. szám pp. 9–14
• Vörösné Leitner, A.; Kajtár, L. (2020/7-8): Újra a gáztűzhelyekről…2.rész: Gáztűzhely a konyhában – elméleti vizsgálatok) MAGYAR ÉPÜLETGÉPÉSZET LXIX. évfolyam 2020/7-8. szám pp. 3–7
• Vörösné Leitner, A.; Kajtár, L.; Nyers, J. (2018): Indoor environmental assessment method in residential kitchen. THERMAL SCIENCE Year 2020, Vol. 24, 3B, pp. 2055–2065
• Vörösné, Leitner A.; Kajtár, L. (2016): Investigation of air supply and exhaust systems around gas stoves with mathematical modelling and CFD simulation. NEW ENERGY 11 pp. 56–58.