ELI-ALPS Kutatási Központ épületgépészeti tervezése
Új híd épült a magyar és az európai tudományos élet között
2021. július 13. |
Virág Zoltán |
|
0 |
Virág Zoltán okleves gépészmérnök, a Duoplan Kft. ügyvezetője az Év mérnöke díjat és a hozzá tartozó Kamarai Aranygyűrűt vette át a Magyar Mérnöki Kamara díjátadóján. A cikkben bemutatja a díj odaítélésnek indoklásában megnevezett létesítményt.
Újabb gyöngyszemmel gazdagodtunk, mivel megépült egy épületkomplexum a tudományos kutatások elősegítésére. A Lézer Kutatóközpont egyedülálló beruházás Magyarországon, de az európai tudományos világban is. A Szegeden megépített ELI-ALPS kutatási központ elsődleges küldetése az, hogy a nemzetközi tudományos közösség felhasználói köre számára ultragyors fényforrások széles skáláját tegye elérhetővé.
Összetett feladatot kellett megoldani a tervező gárdának, ezen belül az épületgépészeknek, hiszen egyszerre kellett biztosítani a legmagasabb fokon a speciális technológiai és komfort követelményeket. Az épületegyüttesben 4200 m2 alapterületű nagytisztaságú tisztatér kialakítása vált szükségessé. A tisztaterek „ház a házban” rendszerben kerültek megtervezésre. Épületgépészeti szempontból a nagytisztaságú terek kialakítása, valamint a nagypontosságú hőmérsékleti és páratartalom stabilitás megoldása jelentette a szép feladatot.
Az ELI lézertechnológiai épület virtuális tér látványterve
Az épületgépészeti terv kidolgozása során fő célként azt tartottuk szem előtt, hogy a kutatóközpont épületgépészeti rendszere szolgálja ki a megrendelő, a kutatási cél és az építésztervezők által megálmodott új épület energetikai és komfortigényeit. Elégítse ki az épület működési igényeit és műszaki követelményeit és a megvalósíthatóság gazdaságossági feltételeit. Messzemenően figyelembe vettük, hogy magas műszaki színvonalú, ugyanakkor gazdaságos rendszer legyen, gondolva a kivételes technológiai igények, valamint az élet- és vagyonvédelem elengedhetetlen szempontjaira is.
Törekedtünk arra, hogy az üzemelő létesítmény a lehető legkevesebb fosszilis és elektromos energiát vegye ki a közműhálózatból. A fenntartható épület igényének megfelelően az üzemeltetés költségein túl a környezetet terhelő szennyezőanyag-kibocsátás csökkentésére is törekedtünk. Az építészeti, statikai és épületgépészeti tervezés kiemelten fontos célja az épületek alacsony energiafelhasználásának elérése volt.
Megítélésünk szerint a kutatóközpont mindenkori zavartalan működése kiemelt fontosságú, tehát az épületgépészet egyes rendszereinek (hő- és hidegenergia-ellátás) „szünetmentesen” kell üzemelniük. Ezért az épületegyüttes hő- és hidegenergia-ellátását több, egymástól független energiahordozó segítségével oldottuk meg.
Szintén fontosnak tartottuk, hogy az egyes helyiségek, irodák, tárgyalók felhasználási módja, hőterhelése, valamint a hőleadókkal szemben támasztott igény időbeli gyors változásának követése lehetővé váljon.
Az épületgépész energetikai rendszert alapjaiban fosszilis és alternatív megújuló energiaforrások felhasználására helyeztük. A gáz és az elektromos primerenergia-felhasználás csökkentése érdekében az energetikai rendszert felkészítettük a termálvíz-energia fogadására. A levegős hőszivattyúk működését nyáron hűtőgép, télen gázkazánház egészíti ki. Energiatároló alkalmazásával biztosítjuk a különböző energiaforrások felhasználását a kutatási központ energetikai rendszerének biztonságos működéséhez. A gazdaságos üzemeltetéshez felállítottunk egy energia-mátrixot, amely segítségével folyamatosan figyelhető és változtatható a felhasznált energiaforrás, ezáltal létrehozható a gazdaságos üzemeltetés. Az energia-mátrixból látható, hogy a rendszerünket felkészítettük az alternatív energiaforrások alkalmazására, valamint a későbbi befogadására is. Az energetikai rendszerekbe további hővisszanyerőket, korszerű energiaosztályú (EER) berendezéseket és a távozó energia és hulladékhő visszaforgató berendezéseket építünk be.
A kísérleti terület 3D modell részlete
A lézertechnológia-berendezéseket tartalmazó épület területén gépészeti központ – kazánház, szellőzőgépház – nem létesül, így a rezgésbiztos célterületeken a gépészeti berendezések számát minimalizáltuk, hogy a működésükkel okozott rezgéseket elkerüljük.
A főépület lézerhelyiségeit és célterületeit a technológiai leírásban megadott tisztatér ISO fokozatnak megfelelően méretezett légcserét biztosító szellőztető berendezéssel hűtjük-fűtjük, illetve szellőztetjük. A szellőzőgépek a sterilitás követelményeit teljesítő rozsdamentes kivitelben és kialakításban készültek. A légkezelő rendszereket az épületfelügyeleti rendszer automatikája vezérli, a technológia által előírt légállapot paraméterek (hőmérséklet, hőmérséklet gradiens, páratartalom, páratartalom gradiens és légsebesség) követelményeinek betartása érdekében.
A Lézer Kutatóintézet területén levő helyiségekben olyan tisztateret alakítunk ki, ahol a hőmérséklet, a relatív nedvességtartalom, a környezethez viszonyított nyomás, a mechanikai rezgések, a zajszint és a levegő szilárdanyag-tartalma szigorúan szabályozott.
Az épületekben levő tisztaterű helyiségek légtechnikai kialakításánál igen nagy szerepe van a légbevezetési rendszernek. A légbevezetési rendszerünket a magasabb tisztasági követelmények kielégítésére és a technológiai zóna védelmére lamináris áramlási rendszerre alakítjuk ki. A lamináris áramlás lényege az irányítottság és turbulencia-szegénység. Ezt úgy érjük el, ha nagy felületen kis sebességgel vezetjük a helyiségbe a levegőt. Lamináris áramlás alkalmazásával az igényelt légcsere is elérhető úgy, hogy a komfortkövetelmények is teljesüljenek.
A technológiai épületgépészeti munkák mellett bonyolult komfort terek megoldásával is foglalkoztunk, mely során alkalmaztuk és felhasználtuk a korszerű tudományos eredményeket munkánk során. Példaként szeretnénk bemutatni az ELI egyik bonyolult komfortterét, amely a tudományos központ előcsarnok tere. Az alapterület 650 m2, átlagos belmagassága 17 m. A határoló szerkezet üveg, amely megfelelő árnyékoló szerkezettel van ellátva. A komfort teret bonyolítja, hogy a térben található egy elhatárolt 200 főt befogadó konferenciaterem, valamint a térben különböző magasságban könyvesboltok, ruhatár és különböző funkcionális helyiségek vannak. Figyelembe kell venni az emberek számára a különböző térbeli pozícióban a komfortérzet biztosítását, egyidejűleg az energiaracionalizálási, gazdaságossági, fenntarthatósági és egyéb fontos szempontokat.
Az előcsarnok szimulációs eljáráshoz előkészített 3D modellje
A fenntartható épület keretében az előcsarnok kialakítása közös építész, elektromos, gépész, épületszerkezetes társtervezői egyeztetéseknek megfelelően történt. Tehát különleges térnek tekinthető az épületben található előcsarnok és konferenciaközpont, melynek megfelelő komfortérzetének kialakításához igen pontos, komfortelméleti alapokon nyugvó számítást kell elvégezni. A felépített modellben számítógépes, valós idejű dinamikus vizsgálatot végzünk el, a külső hőmérséklet, valamint a napsugárzási intenzitás figyelembe vételével. A légállapotot úgy méretezzük, hogy mind az emberek számára fontos komfortérzet, mind az épület állagvédelme szempontjából megfelelő legyen. A fő cél, hogy a gépészeti berendezések optimális energiát használjanak fel a megfelelő belső légállapot kialakításához.
A helyiségben kialakuló hőérzet biztosítását nemcsak gépi úton oldottuk meg. Az üvegfelület és a belső árnyékoló közötti teret, megfelelő külső hőmérsékleti viszonyok esetén – például átmeneti időszakban – a gravitációs szellőzés felhasználásával segítjük. Ebben az esetben felhasználjuk a füstelszívás légutánpótlására kialakított és az üvegfelület felső zónájában kialakított nyitható felületeket. A gravitációs áramlás ekkor a természetesen kialakuló sűrűségváltozás következtében szellőzteti ki az üvegfelület mögötti légrést. Természetesen ezt az állapotot is lefuttattuk a számítógépes szimulációs eljárásunk során.
Tervezési feladatunk céljának tekintjük, hogy megállapítsuk a kialakuló áramlási és hőmérsékletviszonyokat és azok változását a klímaberendezés működése közben. A belső tér adott pontján a komfort viszonyokat a komfortparaméter értéke fejezi ki, amely a helyi áramlási sebesség és a hőmérséklet függvénye is. Ezen értékek alapján lehetőség nyílik a gépészeti tervek háromdimenziós elkészítésére.
A tervezési rendszer alkalmazása a komfort terek esetén is alkalmas a számítógépes szimulációra, amellyel modellezni tudjuk a helyiségekben lejátszódó komfortérzeti folyamatokat. A méretezés során felhasználtuk a korszerű tudományos eredményeket, a számítógépes szimulációs elemzés módszerét, amelyet a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gépészmérnöki Kar Áramlástan Tanszék, valamint a CFD.hu Kft. munkatársaival alkalmaztunk az adott feladatra.
A szimulációs elemzés első lépéseként az építészeti metszetrajzok alapján felépítettük az aula és az ahhoz nagy keresztmetszetekkel kapcsolódó lépcsőház, valamint négy irodai szint légtereinek háromdimenziós geometriai modelljét.
A számítógépes szimuláció eredménye
A mérnöki munka során a virtuális terünkben már régóta használjuk a három tér-dimenziót. Terveinket a virtuális térben elkészítve az x;y;z koordináta síkokban elhelyezett térbeli elemekből építjük fel. Tulajdonképpen mindig is használtuk a negyedik dimenziót – az idő dimenzióját –, hiszen az energetikai számítások, a megtérülési számítások, üzemeltetési költségszámítások és így tovább, mind-mind az idő dimenzióban lezajló események előrejelzésére vonatkozó számítások.
A tudomány fejlődésével lehetőségünk nyílt arra, hogy a virtuális tervezői terünkben is olyan időben lefolyó és változó folyamatokat szimuláljunk, amelyek a megvalósuló épületben befolyásolják a benntartózkodó emberek komfortérzetét és környezeti paramétereit.
Az épületgépész mérnöknek az emberi komfort környezet kellemessé tételén kell dolgoznia. Ennek a célnak az eléréséhez szükségünk van olyan gondolkodásbeli és technikai fejlődésre, amelyek segítségével a mai igényeknek megfelelő különleges terek komfort-méretezését már a négy- és többdimenziós virtuális térben is el tudjuk végezni.
A szimulációs eredmények feldolgozása és kiértékelése után a kapott adatokat és eredményeket beépítettük a tervezési munkánkba és így alakítottuk ki a virtuális térben és időben már működő modellünk alapján a helyiség és az épület épületgépész rendszereit.
Energetikai szempontból fontos, hogy bizonyos klimatikus viszonyok esetén a homlokzat átszellőztetésére felhasználhatók az üveghomlokzat alsó és felső területén elhelyezett légbevezető és füstelvezető nyílások, amely méreteit a szimuláció alapján határoztuk meg. Így az üzemelési időszak egy jelentős részében az üvegfal és az árnyékoló közötti teret gravitációs úton szellőztetjük ki.
Mindezekkel az épületgépészeti és energetikai rendszerekkel biztosítjuk az épületegyüttes korszerű energiafelhasználását. Környezetvédelmi meggondolásból csak olyan berendezést építünk be, amelyik teljesíti a szabványban rögzített lakó- és középületekre vonatkozó imissziós zajhatárérték követelményeket, valamint az érvényes nemzetközi és hazai szabványok által előírt értékeket.
Látható a fejlődés, hogy a tervezői virtuális világban is előreléphetünk és megvalósíthatjuk a többdimenziós BIM modelltervezési eljárással azt a lehetőséget, hogy még közelebb kerülhessünk a való világ folyamatainak megismeréséhez és az emberi komfort biztonságosabb megvalósításához.
A megvalósult hidraulikai kapcsolás egy részlete
Az ELI ALPS Program célja nemzetközi oldalról, hogy a legjobb tudósoknak biztosítson kutatási lehetőséget és elősegítse az akadály nélküli tudástranszfert, bevonva a magyar tudós generációt az európai tudományos vérkeringésbe. A szegedi Lézer Kutató Intézetben lefolytatott új tudományos kísérleti módszerek kaput nyitnak a fizika, a kémia, a biológia, az anyagtudományok és a csillagászat új területeire. A kutatások jelentős mértékben járulhatnak hozzá új műszaki fejlesztésekhez, előnyös hatásaik jelentkezni fognak az orvostudományban, a környezetvédelemben és a tiszta energiára épülő gazdaság létrehozásában.
A műszaki élet kiválóságai mellett az épületgépész szakma tudásával, felkészültségével és kiváló szakembereivel hozzájárult a tudományos élet ezen meghatározó épületegyüttesének megvalósulásához. Az épületkomplexum életre kelt és a tudomány szolgálatába áll. A mérnöki eljárás méltán vált a XXI. század mérnökeinek oktatási anyagává.
Borítóképen: A lézertechnológiai épület tisztatérrendszere a virtuális térben
