TERMÉKAJÁNLÓ
Garázs-szellõztetés biztonságosan és hatékonyan 1. Bevezetés Teremgarázsokban a szellõztetési feladatokra jellemzõen kiterjedt légcsatorna-hálózatot építenek ki központi ventilátorokkal, pontszerû légbevezetésekkel és elszívásokkal, azonban az ilyen hagyományosnak mondható rendszerek a biztonsági és energetikai követelményeket nem elégítik ki kellõ hatékonysággal. A cikk célja, hogy bemutassa a teremgarázs-szellõztetés egy igen hatékony megoldását, a JET-ventilátoros szellõztetést, a rendszer felépítését és mûködési elvét. Mindenekelõtt azonban bemutatom a garázsoknál felmerülõ szellõztetési feladatokat és az ezekhez kapcsolódó hatályos követelményrendszer vonatkozó részeit, így átfogó képet adva a garázsszellõztetésrõl a témában kevésbé járatos kollégák számára is.
2. Szellõztetési igények 2.1. Alap-szellõzés, CO-vészszellõzés Bár a garázsok nem tekinthetõk huzamos tartózkodású tereknek, de idõszakos emberi tartózkodásról beszélhetünk, így minden körülmények között biztosítani kell a megfelelõ belsõ levegõ minõséget (BLM). Garázsok esetén a jellemzõ károsanyag-terhelés a kipufogógáz, ami az üzemanyag típusától függõen különbözõ arányban számtalan kémiai vegyületet tartalmaz. A tökéletlen égés következtében szén-monoxid is felszabadul, ami egészségügyi szempontból a legveszélyesebb összetevõ: színtelen és szagtalan, bizonyos koncentráció felett halálos gáz halmazállapotú vegyület. Ebbõl kifolyólag az alap- és vészszellõzés szén-monoxid koncentráció mérés alapján történik. A megengedett koncentráció-értékekre vonatkozóan a 25/2000. (IX. 30.) EüM-SzCsM együttes rendelet 1. számú mellékletében találhatunk iránymutatást, amely szerint a munkahelyi levegõben a megengedett átlagos CO koncentráció érték 30 ppm, míg a csúcsérték 50 ppm. Arra vonatkozóan, hogy mennyi szén-monoxid szabadul fel és ennek függvényében mennyi szellõzõ levegõt kell biztosítani, jelenleg hazánkban nincs rendelet szintû kidolgozott számítási módszer. Általában „fejadag” módszer alapján (1 gépkocsi beállóhoz tartozó fajlagos légmennyiség) határozzák meg a szellõzõ levegõ térfogatáramát, azonban így jellemzõen túlméretezetté válhat a rendszer, ami a beruházási és az üzemeltetési költségek növekedését okozza. A „fejadag” módszer mellett létezik egy jóval pontosabb számítási módszer, amelyet a német VDI 2053 tartalmaz. Az irányelv többek között figyelembe veszi a gépjármûvek által megtett út hosszát az út emelkedésétõl függõen, az álló gépkocsi által okozott CO-terhelést hideg illetve meleg motor esetén, és így tovább. Az így elvégzett számítások alapján általánosságban elmondható, hogy a hatékony CO-vészszellõztetéshez 12 m3/h·m2-nek megfelelõ légpótlásra van szükség (alapterületre vonatkoztatva). Magyar Épületgépészet, LXIV. évfolyam, 2015/9. szám
2.2. Hõ- és füstelvezetés Az alap- és CO-vészszellõzésen túl biztosítani kell a hõ- és füstelvezetést is. Ebben a témában már léteznek hazai rendelet szintû elõírások, amelyeket az idén március 5-tõl hatályba lépõ – az 54/2014. (XII. 5.) BM rendelet részét képezõ – megújult Országos Tûzvédelmi Szabályzat (OTSZ), illetve az új Tûzvédelmi Mûszaki Irányelvek (TvMI) fogalmaznak meg*. Az új szabályozás értelmében az OTSZ jellemzõen az általános követelményeket fogalmazza meg, az ezeket kielégítõ mûszaki megoldásokat, számítási eljárásokat a TvMI-k tartalmazzák. Ezek alkalmazása önkéntes: el lehet térni tõlük, de ebben az esetben az alkalmazott mûszaki megoldást a hatóság elõtt igazolni kell. Jelenleg 10 db TvMI-t dolgoztak ki, ezek közül a TvMI 3.1:2015.03.30 fogalmazza meg a Hõ és füst elleni védelemrõl szóló mûszaki megoldásokat. Nem célom részletesen bemutatni sem az OTSZ-t, sem a vonatkozó TvMI-t, de a teljesség kedvéért mindenféleképpen szükségesnek tartok néhány ide vonatkozó részt kiemelni. Az OTSZ a korábbiakhoz hasonlóan továbbra is felsorolja azokat az eseteket, mikor hõ- és füstelvezetõ rendszert kell létesíteni. Az OTSZ 88.§ (1) bekezdése a garázs rendeltetésû helyiséget egyértelmûen nem fogalmazza meg, de a három pontjában megfogalmazott kritériumokat jellemzõen teljesítik a garázsok: „ […] a) 1200 m2-nél nagyobb alapterületû helyiségben, … d) 100 m2-nél nagyobb alapterületû pinceszinti helyiségekben, … h) ott, ahol a rendeltetés és a füstfejlõdés jellemzõi alapján, a kiürítés és a tûzoltó beavatkozás feltételeinek biztosítása céljából a tûzvédelmi szakhatóság elõírja.” A hõ- és füstlevezetés biztosítható természetes vagy gépi úton, illetve ezek kombinációjával (OTSZ 90.§). Természetes füstelvezetés esetén a 9. melléklet 1. táblázata szerint az alapterület 1%-ának megfelelõ hatásos szabad nyílásfelületeket, míg gépi füstelvezetés esetén e felület minden 1 m2-ére 2 m3/s térfogatáramot kell biztosítani. Összességében elmondhatjuk, hogy a garázsok hõ- és füstelvezetésével kapcsolatban – az általános mûszaki szempontokon túl – mostanáig még a jelenlegi TvMI figyelembevételével sem került meghatározásra egy részletes mûszaki megoldás, tehát ilyen formában teljes egészében a tervezõ felelõssége ennek kidolgozása.
3. Szellõztetési megoldások 3.1. Hagyományos rendszerkialakítás Hazánkban az elõzõekben leírt feladatokra az esetek túlnyomó részében központi elszívó ventilátort, szükség esetén * az új OTSZ és TvMI-k a www.katasztrofavedelem.hu honlapon ingyenesen elérhetõk. 29
TERMÉKAJÁNLÓ
légpótló ventilátort és az ehhez tartozó szerteágazó légcsatorna-hálózatot építenek ki (a CO-vészszellõzés miatt jellemzõen alsó/felsõ elszívási pontokkal). Ezeknél a rendszereknél az alábbi problémák jelentkeznek: • Helyhiány, ütközések Mindkét szellõztetési feladatnál igen jelentõs légmennyiségeket kell megmozgatni, ami még a komfort rendszerekhez képest nagyobb áramlási sebesség mellett is nagy keresztmetszetû légcsatornát igényel, és ez értelemszerûen a beruházási költségek növekedését idézi elõ (ráadásul a tûzálló kivitel miatt 25 – 30%-kal drágább a légcsatorna anyagára). Mélygarázsok esetén a belmagasság csökkentésével jelentõs szerkezetépítési költségeket lehet megtakarítani, hiszen a mélyépítési költségek komoly részarányt képviselnek. Így jellemzõen igen alacsony belmagasságú terekben kell nagyméretû légcsatornákat kiépíteni, ami a tervezési idõ mellett a kivitelezési idõt és költségeket is növeli. Ezen kívül általában a garázsszinten haladnak a gépészeti és szakági alapvezetékek, így nem ritka az ütközések problémája, ami a kivitelezési idõt és költségeket egyaránt növeli. Üzemeltetõi szemszögbõl pedig a bérbe adható gépkocsibeállók száma csökkenhet.
2. ábra. JET-es rendszerkialakítás készülékek 0,3–1 kW/db névleges teljesítményébõl származó többlet energiafogyasztást is). Természetesen az energiamegtakarítás kizárólag a hõ- és füstmentesítés üzemállapotát feltételezve nem releváns, de ha figyelembe vesszük az alapés CO-vészszellõzés üzemállapotát is, akkor már jelentõs megtakarítási potenciált jelent. Az 1. táblázat egyszerû számítási példát tartalmaz a hagyományos és a JET-es rendszer alap- és CO-vészszellõzési üzemállapotának összehasonlítására egy kétszintes multifunkcionális zárt mélygarázs üzemeltetési szokásait figyelembe véve. 1. táblázat. Az elérhetõ megtakarítás multifunkcionális bevásárlóközpont esetén Hagyományos rendszer
JET rendszer
10 000 m2
10 000 m2
192 000 m3/h
192 000 m3/h
1 052 Pa
505 Pa
176 736 kWh
84 840 kWh
A JET készülékek energiafogyasztása (28 darab)
–
23 520 kWh
A rendszer összes energiafogyasztása
176 736 kWh
108 360 kWh
A garázs alapterülete
1. ábra. Hagyományos rendszerkialakítás • Holtzónák Az alsó/felsõ pontszerû elszívás ellenére a kialakuló természetes áramlások (huzat), illetve a gépkocsik által keltett légmozgások miatt a teljes légtér képes felhígulni kipufogógázzal, valamint tûz esetén füsttel. Emellett a pontszerû, alacsony indukcióval történõ légbevezetés miatt lokális örvényáramlások alakulnak ki, ami megakadályozza a szén-monoxidban dús vagy füsttel telített közeg irányított áramlását, tehát lokálisan füstfoltok, illetve nagyobb CO-koncentrációjú zónák, úgynevezett holtzónák alakulhatnak ki. Ennél a rendszerkialakításnál tehát nem valósítható meg a hatékony és biztonságos rendszermûködést biztosító, irányított, kontrollált szellõztetés.
3.2. A JET-rendszer A JET-es rendszerkialakításnál (2. ábra) szintén biztosítani kell a központi elszívást és a szükséges légpótlást, azonban ez az aknákba épített rácsokon keresztül megvalósítható, így nem szükséges légcsatorna hálózatot kiépíteni. Az egymással összhangban elhelyezett elszívási és befúvási pontokon keresztül a szükséges légcsere, míg a mennyezeten elhelyezett JET-készülékek segítségével a hatékony szellõztetés biztosítható. A légcsatorna hálózat elhagyásával a beruházási költségek csökkentése mellett az üzemeltetési költségek is csökkenthetõk, hiszen a kisebb légtechnikai hálózat kisebb nyomásveszteséget, így alacsonyabb ventilátor teljesítményfelvételt eredményez, így akár 30 – 50%-os megtakarítás is elérhetõ egy hagyományos rendszerhez képest (figyelembe véve a JET 30
Szállított légmennyiség (elszívás: 100% gépi légpótlás: 60% gépi 40% természetes) A rendszer összes ellenállása A ventilátor energiafogyasztása (h = 75%)
Elérhetõ megtakarítás
39%
További, igen jelentõs energia-megtakarítás érhetõ el az OTSZ-ben elõírt légmennyiségek redukálásával. Ebben az esetben eltérünk az OTSZ minimum követelményeitõl, tehát igazolnunk kell az általunk alkalmazott mûszaki megoldás mûködõképességét. Ehhez egy számítógépes CFD szimulációt kell készíteni, aminek a jóváhagyása az OKF hatásköre. Tapasztalatok alapján így akár felére is csökkenthetõ az OTSZ által elõírt légmennyiség(!). Gondoljunk csak bele: egy 5000 m2 alapterületû garázs esetén a szükséges légmennyiség hagyományos rendszerkiépítéssel: V& = 5000 m2 · 0,01 m3/m2 · 2 m/s · 3600 s/h = 360 000 m3/h. Ezzel szemben JET rendszerrel kb.: 180 000 m3/h (!) Tehát hõ- és füstmentesítés üzemállapotában további beruházási és üzemeltetési költségek takaríthatóak meg (3. ábra). Magyar Épületgépészet, LXIV. évfolyam, 2015/9. szám
TERMÉKAJÁNLÓ
4. ábra. A mûködési elv: fokozott turbulens légcsere
3. ábra. A különbség önmagért beszél Mitõl is hatékony igazán a JET rendszer? A JET készülékek mûködési elvét a 4. ábra szemlélteti, amit fokozott turbulens légcsere fogalmának nevezünk. Ez az áramlástechnikai jelenség nem újfajta alkalmazás az épületgépészet területén, többek között ezt az elvet alkalmazzuk a komfort légtechnikából ismert sugaras légvezetési rendszereknél. A mûködési elv az alábbiak szerint írható le: • a tér kiterjedettségéhez képest pontszerû, nagy impulzussal történõ légbevezetés mozgásra kényszeríti a helyiség levegõjét (nyugvó közeg); • a nyugvó közeg indukciójához szükséges energia a sugárnyaláb mozgási energiájából származik; • a sugárnyaláb belseje lassul, így a távolság növekedésével a sugárnyaláb kiszélesedik Ennek köszönhetõen egy dugattyúelv-szerû áramlás alakul ki: a JET készülékek által létrehozott sugárnyaláb az elszívási pontok felé irányítja a szennyezett közeget, ezzel biztosítva a tér hatékony átöblítését, a megfelelõ látási viszonyokat a garázs teljes keresztmetszetében. A hatékony mûködés kritériuma, hogy ne alakuljanak ki a hagyományos rendszernél jelentkezõ holtzónák, aminek az a feltétele, hogy ne legyenek visszaáramlások. Ehhez egy minimális átlagos áramlási sebességet kell biztosítani.
Méréses vizsgálatok és CFD szimulációk alapján COvészszellõzés esetén 0,3 m/s, míg hõ- és füstelvezetés esetén 0,7 m/s átlagos áramlási sebességet kell biztosítani a teljes garázs keresztmetszetben. A 4. ábrán feltüntetett átlagos mûködési paraméterek alapján a CO-vészszellõztetéshez tartozó alacsony fordulaton, illetve a hõ- és füstelvezetéshez tartozó magas fordulaton egyaránt kb. 40 méter vetõtávolságig biztosíthatók a sebességkritériumok, ahol a sugárnyaláb kiszélesedése kb. 17 m. Így egy egyszerû téglalap alaprajzú helyiségben 40 méteres távolságokban elhelyezve a készülékeket, a teljes tér hatékony átöblítése biztosított. Egy JET-készülék átlagos körülmények között 200 – 350 m2 alapterületet képes hatékonyan átöblíteni, ami 5000 m2es garázs esetén kb. 18 db készüléket jelent. A méretezés alapja a kritikus minimális sebesség, azonban az épületgeometria nagymértékben befolyásolja a rendszer mûködését, hiszen pl. vannak szívó- és nyomóoldali védõtávolságok. Éppen ezért a JET rendszer esetén nem katalógusból méretezhetõ rendszerrõl beszélünk: a hatékony mûködést számítógépes CFD szimulációval kell alátámasztani (5. ábra).
3.2.1. A rendszer felépítése A NOVENVCO a SCHAKO termékmegoldásait kiegészítve egy komplett rendszert kínál, így a felelõsség egy kézbe összpontosul. A 6. ábra egy jellemzõ JET-es rendszer elvi vázlatát szemlélteti, amelynek fõbb elemei a következõk:
5. ábra. CFD áramlástechnikai szimuláció
Magyar Épületgépészet, LXIV. évfolyam, 2015/9. szám
31
TERMÉKAJÁNLÓ
5. Végponti elemek: CO-érzékelõk jellemzõen alsó és felsõ ponton és füstérzékelõk a mennyezeten elhelyezve, melyek analóg jelei alapján a felprogramozott szabályozási algoritmus szerint mûködnek a központi axiálventilátorok és JET ventilátorok. Egyéb végponti elemek: pl. világító jelzõtábla, hangjelzõ stb.
3.2.2. A rendszer mûködése JET rendszereknél jellemzõen három üzemállapotot különböztetünk meg: 1. Normál szellõzés 2. CO-vészszellõzés 3. Hõ- és füstmentesítés
6. ábra. Komplett rendszermegoldás = felelõsség 1. Központi elszívó axiálventilátor: A DIN-EN 12101-3 szerinti F400 (400 °C/2 h) tûzállósággal, CE minõsítéssel rendelkezõ többfokozatú NovAx ventilátor, igény szerint reverzibilis kivitelben. (alacsony fordulat: alap-szellõzés, CO-vészszellõzés / magas fordulat: hõ- és füstelvezetés) Légpótló axiálventilátor: Amennyiben az OTSZ szerinti légpótlás természetes módon nem biztosított, úgy gépi légpótlást kell biztosítani a gépi füstelvezetés 90 – 100%-nak megfelelõ légmennyiséggel, igény szerint reverzibilis kivitelben. A légpótló ventilátorra nem vonatkozik az elszívó ventilátor tûzállósági követelménye. 2. JET készülék: A DIN-EN 12101-3 szerinti F400 (400 °C/2 h) tûzállósággal, CE minõsítéssel rendelkezõ kétfokozatú ventilátor integrált hangcsillapítóval, deflektorral, igény szerint reverzibilis kivitelben. 3. Egyéb kiegészítõ légtechnikai elemek A. Füstcsappantyú: Amennyiben egy központi elszívó rendszer több tûzszakaszt szolgál ki, úgy az OTSZ szerint szakaszolni kell a rendszert. A szükséges szellõzõ levegõ mennyiséget azon a tûzszakaszon kell biztosítani, ahonnan a tûzjelzés érkezett, a többi – védett – terület felé az átszellõzést meg kell akadályozni. B. Hangcsillapító: A környezeti zajterhelés csillapítása érdekében igény szerint hangcsillapítók alkalmazása. C. Légtechnikai rácsok D. Levegõ bevezetõ/kivezetõ elemek 4. Központi vezérlõrendszer: Az üzemeltetõi igényeknek megfelelõen szabadon felprogramozható vezérlés (PLC), amely igény szerint kommunikál a tûzvédelmi tablóval. A készülék segítségével elvégezhetõ a JET rendszer idõszakos kötelezõ felülvizsgálata, karbantartása, illetve jogosultsággal rendelkezõ személy beavatkozhat a füstmentesítési folyamatba. 32
1. Normál szellõzés A tûzjelzés inaktív, szellõzés CO-koncentráció mérés alapján: minden mérési pontban a beállított alsó érzékelési határ alatt (< 30 ppm): A JET-készülékek állnak, szükség esetén a központi elszívó ventilátor alacsony fordulaton üzemel, a légpótlás természetes úton az aknákon és lehajtókon keresztül történik. A használati idõn kívül javasolt az elszívó ventilátort is leállítani, ugyanis a kialakuló gravitációs légmozgással is biztosíthatók a normál üzemi körülmények, ezzel további energia-megtakarítás érhetõ el. A rendszerbe épített füstcsappantyúk nyitott állapotban vannak. 2. CO-vészszellõzés • A tûzjelzés inaktív, szellõzés CO-koncentráció mérés alapján: bizonyos mérési pontokban az alsó és felsõ érzékelési határ között (30 ppm < x < 50 ppm): A központi elszívó ventilátor magasabb fordulaton üzemel, de még mindig nem a hõ- és füstelvezetéshez tartozó légszállítással. Amennyiben a légpótlás is mesterséges úton történik, úgy a légpótló ventilátorok is bekapcsolnak az elszívásnak megfelelõ 90 – 100%-os légszállítással. Az érzékelési zónában a JET készülékek alacsony fordulaton üzemelnek, biztosítva a hatékony átöblítést. A többi JET készülék áll. • A tûzjelzés inaktív, szellõzés CO koncentráció mérés alapján: bizonyos mérési pontokban a felsõ érzékelési határ feletti érték (> 50 ppm): A központi elszívó ventilátor és a légpótló ventilátor az elõbbi üzemállapotnak megfelelõen mûködik. Az érzékelési zónában lévõ JET készülékek magas fordulaton, a többi területen alacsony fordulaton üzemelnek. 3. Hõ- és füstmentesítés A tûzjelzés aktív, a CO koncentráció szerinti szellõzés inaktív. A tûzjelzés aktiválását követõen a központi elszívó és légpótló ventilátorok magas fordulaton üzemelnek, a füstcsappantyúk a tûzjelzés helyének függvényében zárnak, a JETkészülékek állnak, majd az aktiválást követõ 3-5. percben a tûzkeletkezést érintõ tûzszakaszon belül az összes JET-készülék magas fordulaton üzemel. A késleltetett indítással a füstfejlõdés kezdeti szakaszában kihasználjuk a füst természetes rétegzõdését: nem keverjük össze a füsttel telített felsõ légrétegeket a füstben szegény alsó rétegekkel, így segítve az Magyar Épületgépészet, LXIV. évfolyam, 2015/9. szám
TERMÉKAJÁNLÓ
egyéni menekülést. Az 5. percet követõen a JET ventilátorok segítségével a légpótlási és elszívási pontok között hatékony, kiszorításos jellegû áramképet hozunk létre. Füstmentesítésnél a kiürítés feltételeinek biztosítása mellett fontos szempont a kiürítés utáni megfelelõ látási viszonyok fenntartása egészen a tûzoltói beavatkozás végéig. Ahhoz, hogy a tûzoltás három alapelvét (emberek és állatok megmentése, tûzterjedés megakadályozása, épület és anyagi javak védelme) a tûzoltói beavatkozással a leghatékonyabban biztosítsuk, garantálni kell a tûzforrás gyors lokalizálását, aminek szükséges feltétele a megfelelõ látási viszonyok. Füstpróbás vizsgálatok és számítógépes szimulációk alapján jól tervezett JET-es rendszer esetén átlagosan 30-40 méteres látótávolságok is biztosíthatóak, továbbá a nagy impulzussal történõ légbevezetésnek köszönhetõen mérséklõdik a térben mérhetõ léghõmérséklet (hûtõhatás). Az elõzõekben leírt üzemállapotok és a fenti mûködési séma egy lehetséges megoldás, természetesen minden esetben lehetõség van az üzemeltetõi igények szerinti szabad felprogramozásra.
4. Összefoglalás A JET-ventilátoros rendszermegoldás lényegesen egyszerûbb és gyorsabb kivitelezést tesz lehetõvé a hagyományos légcsatornás rendszerrel szemben: nincs szükség légcsatorna hálózat kiépítésére. A JET-készülékek kis helyigénye miatt jóval flexibilisebb tervezés valósítható meg: rugalmasabban tudunk illeszkedni az építészeti és egyéb szakági igényekhez. A légcsatorna hálózat elhagyásával a kisebb ventilációs munka következtében a tervezés/kivitelezés mellett üzemeltetési oldalon is költséghatékonyabb megoldást jelent. A költséghatékonyság mellett a biztonságosabb üzemeltetés, ami elsõsorban a JET rendszer mellett szól, hiszen az indukciós elvnek köszönhetõen egy jól megtervezett rendszerrel minden körülmények között biztosíthatjuk a megfelelõ látási viszonyokat, illetve a megfelelõ belsõ levegõminõséget.
Ráadásul a CFD szimulációk alapján hõ- és füstmentesítés esetén az OTSZ-ben elõírt légmennyiségek akár a felére is csökkenthetõk a lényegesen kedvezõbb látási viszonyok mellett. A JET-rendszerrel lehetõségünk van akár reverzibilis rendszerkialakítás valósítására is, így a menekülési útvonalak és a tûzforrás ismeretében a lehetõ legrövidebb úton „tolhatjuk” ki a füstöt a garázsból, ami szintén hozzájárul az alacsonyabb elszívási légmennyiséghez, biztonságosabb mûködéshez. A SCHAKO kiegészülve a NOVENCO által kínált rendszermegoldásokkal egy komplett mûködõ rendszert kínál a tervezési fázisban való közremûködéstõl (CD-szimuláció) egészen a beüzemelésig, így a felelõsség is egy kézbe összpontosul. 2015. január 1-tõl a dán NOVENCO Building & Industry a SCHAKO csoport része, így a SCHAKO a mélygarázsok mellett füstmentes lépcsõházak, alagutak területén alkalmazott rendszermegoldásaival tovább bõvíti kínálatát. A több mint 60 éves axiálventilátor-fejlesztési múltja mellett a NOVENCO nevéhez fûzõdik az elsõ (1995) mélygarázsok, pakolóházak szellõztetésére használt JET-ventilátoros rendszer telepítése, mely területen jelenleg is piacvezetõ szerepet tölt be. A jövõben az eddigiekhez hasonlóan, immáron komplettebb rendszermegoldásokkal kollégáim és én állunk szíves rendelkezésükre. Forduljon hozzánk bizalommal! Parsch Ádám mérnök tanácsadó, okl. épületgépész-mérnök
www.schako.hu
7. ábra. Mûködési séma hõ- és füstmentesítés üzemállapotában Magyar Épületgépészet, LXIV. évfolyam, 2015/9. szám
33
