IRODAÉPÜLETEK ÉPÜLETGÉPÉSZETI KIALAKÍTÁSÁNAK ENERGETIKAI ÖSSZEFÜGGÉSEI

Building Energetics, HUHR/1001/2.2.1/0009

IRODAÉPÜLETEK ÉPÜLETGÉPÉSZETI KIALAKÍTÁSÁNAK ENERGETIKAI ÖSSZEFÜGGÉSEI Prof. Barótfi István PhD, Halász Györgyné PhD HOF ALAPÍTVÁNY Gödöllő

2012. július Gödöllő

1. BEVEZETÉS (Prof. Barótfi István PhD) Az ember mindennapi tevékenységét az otthoni kényelem és a munkahelye között osztja meg. Az európai kultúrkörben az emberek munkavégzése napjainkban már általában épített környezetben történik. A végzendő feladatoktól függően az ember ebben az épített környezetben tudja leginkább hatékonyan, célszerűen elvégezni munkáját. A munkahelyek egy részében ezeket a körülményeket a végzendő feladat technológiai követelményei határozzák meg, míg más esetekben maga az ember által elvárt körülmények biztosítják a hatékony munkavégzést és a munkahelynek ennek kell megfelelnie. Ezek közé tartozik az iroda, ahol a végzendő feladatoknál többnyire nem a technológiai követelmények, hanem az ember munkájához szükséges feltételek a meghatározóak. Ezeknek a feltételeknek a megteremtése a mi éghajlati viszonyaink között általában technikai eszközök igénybevételét és ezek működtetése pedig jelentős költséget igényel. A költségekben az utóbbi évtizedekben meghatározóvá vált az energia költsége, és ma már az ilyen munkahelyek kialakításának egyik fontos tényezője lett az energiatakarékosság szempontja. Irodai tevékenységről a társadalmi munkamegosztás kezdetétől lehet beszélni. Iroda helyiségek is léteztek, de jelentős számban a tudományos technikai forradalom kezdetétől az ipar, a kereskedelem, és közigazgatás területén jelennek meg. A rendszerváltást követően a hazai irodaház építés az egyik legdinamikusabban fejlődő gazdasági ágazat volt, és az irodák, irodaházak tervezése, üzemeltetése az érintett szakemberek számára sajátos szakmai feladatként jelenik meg. A sajátos szakmai feladatot az irodák komplex követelményrendszerének kielégítése jelenti, melyben az ember komfortigényét az építészeti, épületgépészeti, energetikai és ökonómiai követelmények együttes figyelembevételével kell a legcélszerűbben megvalósítani. Ezeket a kérdéseket az épületgépészet általánosságban tárgyalja ugyan, de a súlypontot a rendszerek kialakítására és nem annyira az üzemeltetésre helyezi. Így az irodák komplex követelményeiben az üzemeltetés, ezen belül is az energiafelhasználás csökkentése a témakör részletesebb taglalását igényli. A kiadvány tartalmának és szerkezetének kialakításánál alapvetően azt az elvet követtük, hogy feltételeztük a témakör általános ismeretét, de fontosnak tartottuk a téma alaposabb tárgyalásához a használt alapfogalmak, összefüggések bemutatását, egyértelmű értelmezését. Ez alapvetően ahhoz szükséges, hogy az irodaépületek komfort és energetikai összefüggései ne a levegőben lógó, az előtanulmányoktól függően esetleges alapokra épüljenek, hanem egy önmagában egységes, szakmailag szilárd ismeretanyagot képeznek. Ez a kiadvány az energiatakarékos irodák kialakításának, meglevők átalakításának összefüggéseit tárgyalja, abban a reményben, hogy az energiatakarékosság és az irodában dolgozó emberek munkahelyi követelményei összegyeztethetőek, célszerű kompromisszumok létrehozhatóak.

2

2. IRODÁK KOMFORTJA (Prof. Barótfi István PhD) Az irdodában a munkáltató részéről elvárt maximális szellemi munkavégzés csak kényelmes, komfortos környezetben teljesíthető. A komfortos környezetről, vagy egyszerűen egy zárt tér komfortjáról akkor beszélhetünk, ha az adott helyen az ember közérzete jó. A közérzet az emberben a környezetével kapcsolatban kialakuló szubjektív érzés, amit a légállapot, a szaglás, a tapintás, a vizuális környezet, akusztikai viszonyok, a vibráció, stb. befolyásolják. A komfort tehát egy összetett érzés, melyet a komfortot jellemző tényezőkkel lehet leírni. Ezek a komfort-jellemzők éppen a tartalmuknál fogva az ember érzékelésének módja szerint csoportosíthatók: a levegő minőségét, a hőérzetet, a vizuális érzést, stb. kifejező jellemzők. Az ember, mint élőlény számára az életfeltételek biztosítása az alapvető környezeti követelmény. A tartózkodási térben olyan minőségű levegő szükséges, melyben az élettani funkciók tartós tartózkodás esetén is biztosítottak, vagy amelyek nem közvetlenül károsak, de érzékszerveinken keresztül a kellemes érzést zavarják. A levegő minősége tehát részben élettani, másrészt fontos komfort követelmény. Komfort kérdésében a másik meghatározó tényező a helyiségben tartózkodó személyek számára a kellemes belső mikroklíma biztosítása. Ez elsősorban az ember hőkomfortjának a teljesítését jelenti. Kellemes hőkomfortról akkor beszélhetünk, ha az ember a környezetében a levegő hőmérsékletét, nedvességtartalmát és sebességét, valamint a hősugárzási körülményeket is optimálisnak találja. Ekkor az irodában tartózkodó személy a környezetében lévő levegőnél sem melegebbet, sem hidegebbet, sem nedvesebbet, sem szárazabbat nem kíván. A hőkomfort szubjektív, és változtatásában szerepet játszik az öltözék, de egy irodában ezeket a kérdéseket viszonylag egységesen lehet kezelni. A vizuális komfort a munkavégzés szempontjából nem elhanyagolható tényező. Ez, és más komfort-tényező vizsgálata azonban miután nem közvetlenül energetikai kérdések, e jegyzet keretében nem térünk ki részletesen, csupán a komfort teljességének tárgyalása miatt az alapfogalmak tisztázására szűkítjük.

2.1. Komfort-jellemzők 2.1.1. Levegő minőségi jellemzők A belső levegőminőség alatt a komfortterek levegőjének minden olyan nem termikus jellemzőjét értjük, melyek az ember közérzetét és egészségét befolyásolják. A szabadban az un. tiszta levegő összetétele közismert: 78 % nitrogén, 21 % oxigén, 0,9 % argon és más nemesgáz, kb. 0,01 % hidrogén, valamint 0,03-0,4 % széndioxid. A levegő azonban a felsorolt alapgázokon kívül, főként zárt helyiségekben általában mindig tartalmaz még más anyagokat, baktériumokat, ill. mikroorganizmusokat is. Ezek a levegőben levő idegen anyagok az élő szervezetek anyagcsere folyamataiból, vagy valamilyen technológiai folyamataiból származnak, legtöbbször nem kívánatosak, a levegőt terhelik, szennyezik. A levegőben levő idegen anyagokat, szennyezőanyagokat halmazállapotuk és az emberi, ill. állati szervezetre gyakorolt hatásuk alapján csoportosítjuk.

3

Halmazállapotuk szerint megkülönböztetünk: - szilárd részecskékből álló szennyeződéseket, melyet pornak neveznek, - folyékony halmazállapotú anyagokat, melyet párának, gőznek, ködnek neveznek, - légnemű halmazállapotú anyagokat, melyeket összefoglalóan gázszennyezőknek neveznek. Az ember, ill. állat szervezetére gyakorolt hatás alapján: - mérgező hatású, - krónikus megbetegedést okozó, - egészségre ártalmatlan anyagokat különböztetünk meg. A levegőben levő idegen anyagok közül a vízgőzt külön tárgyaljuk, mint egészségre ártalmatlan, de a hőérzet szempontjából lényeges olyan anyagot, mely általában minden levegőben jelen van. A levegőben előforduló élettelen anyagok és élő organizmusok: • aeroszolok (szervetlen és szerves porok), • gázok és gőzök (CO, CO2, SO2, NOx, O3, radon, stb.), • szaganyagok (emberi, állati, növényi eredetűek, a burkoló anyagok és berendezési tárgyak kipárolgása, továbbá szerves anyagok bomlástermékei), • vírusok, • baktériumok és spórák, • gombák. Porok. Pornak a szilárd anyagok olyan felaprózódott részeit nevezzük, melyeknek a tömegmozgás hatására létrejövő sebessége nyugvó gázokban kisebb, mint amit a szabadesés törvénye meghatároz. Ennek a 200 mikronnál kisebb szemcsék tesznek eleget. A porokat szemcseméretük alapján durva porok (50 mikronnál nagyobb szemcseméret), finom porok (50-1 mikron közötti szemcseméret), nagyon finom porok (1-0,5 mikron közötti szemcseméret) és diszperz porok (0,5 mikronnál kisebb szemcseméretű) csoportjára osztjuk. Származásuk szerint lehetnek ásványi eredetűek fém, homok, stb. állati eredetűek lószőr, toll, stb. és növényi eredetűek liszt, fa, stb. Az emberi vagy állati szervezetre gyakorolt hatását az anyagi összetétel, koncentráció, szemcseméret, tartózkodási idő határozza meg. Mérgező hatású porok mérgező hatása elsősorban a koncentráció függvénye. Ilyen porok például az arzén, króm, ólom, stb. A krónikus megbetegedéseket okozó porok hatását a szemcseméret és tartózkodási idő határozza meg. Krónikus megbetegedést okozó porok a kvarc és szabad kovasavat tartalmazó anyagok pora. Az egészségre ártalmatlan porok hosszabb tartózkodási idő és nagyobb koncentráció esetén sem okoznak károsodást. Ilyen porok általában az állati és növényi eredetű porok. Gázok, gőzök, pára, köd. A folyékony és légnemű anyagokat azért tárgyalhatjuk együtt, mert a levegő nedvessége következtében ugyan azon szennyeződés gáz, ill. folyékony állapotban sokszor együtt fordul elő. Egészségre káros vagy mérgező hatásukat nemcsak belélegzéssel a légzőszerveken keresztül, hanem a bőrfelületen keresztül is kifejthetik. Egészségre ártalmas gázok pl. a széndioxid, szénmonoxid, kéndioxid, stb., egészségre ártalmas gőzök a kénsav, benzin, benzol, higany gőzei, stb.. A levegőben levő idegen anyagok közvetlen egészségkárosító vagy mérgező hatásukon kívül figyelembe kell venni egyéb károsító hatásukat is. Ilyen károsító hatást fejhetnek ki a leve-

4

gőben levő idegen robbanásveszélyt.

anyagok

az

épületszerkezetekre,

vagy jelenthetnek

tűz-

ill.

A levegőben levő anyagokat részben a mennyiségükkel - többnyire relatív mennyiségükkelazaz a koncentrációjukkal, valamint az érzékszervünk által érzékelhető hatásával fejezhetjük ki. A levegőben levő idegen anyagok koncentrációját különböző képpen fejezhetik ki: A porszennyezés jellemzésére egyaránt használatos a levegő térfogategységében lévő por mennyisége [mg /dm3, mg/m3] és darabszáma [szemcse/dm3]. A két koncentráció megjelölés között átszámítás csak az átlagos szemcseméret ismeretében lehetséges. A gáz- és gőz szennyezők koncentrációját a levegő térfogat, illetve tömeg egységében lévő szennyezőanyag mennyiségével adják meg. A gyakorlatban használatos koncentráció-egység még a ppm, mely a parts per million milliomod rész rövidítése. Az egyes térfogategységre vonatkoztatott koncentráció-mértékegységek közötti átszámítást az 2.1. táblázat mutatja. A tömeg szerinti koncentrációról km [kg/kg] a térfogat szerinti koncentrációra kv [kg/m3]
 =  ∗
 összefüggés segítségével lehet következtetni, ahol ρl a levegő átszámítási hőmérsékletre vonatkoztatott sűrűsége kg/m3. 2.1. táblázat Átszámítás a különböző koncentráció-mértékegységek között mg/m3 ppm Térf. g/m3 mg/dm3 g/dm3 cm3/m3 % mg/m3 g/dm3

1

103

10-3

A

A.10-4

g/m3

10-3

l

10-6

A.10-3

A.10-1

mg/dm3

103

106

l

A.103

A .10-7

ppm cm3/m3

A-l

A-l.103

A-l.10-3

l

10-4

A-l. 104

A-l.107

A-l.10

104

1

térf. % =

, 

ahol M = molsuly, ,A' értéke 20°C-ra és 100 kPa-ra érvényes.

Az ember a belső levegő minőségét alapvetően szaglás (orral), vagy például a szem kötőhártyáján keresztül érzékeli. A szaghatás minősítése nem egyszerű feladat. A belső levegőminőség-értékelés alapjait Fanger professzor dolgozta ki. Új egységeket vezetett be mind az emisszióra, mind az imisszióra. A szennyező-anyag forráserősségének a mértékegysége az olf (1. ábra). Egy olf a szennyezőanyag-termelése egy ülőmunkát végző átlagos, felnőtt, termikus egyensúlyi állapotban lévő, egészséges embernek, átlagos (0,7 fürdés /nap) tisztálkodási feltételek mellett. A levegőminőség mértékegysége a decipol (2.

5

ábra). Egy decipol a levegő minősége, ha egy olf szennyezőanyag-kibocsátás 10 l/s tiszta friss levegőben hígul fel.

2.1. ábra A levegőminőség és a szennyezőanyag-forrás jellemzői

2.1.2. Termikus komfort-jellemzők A termikus komfort-jellemzők, melyet egyszerűen hőérzetnek is nevezünk, az emberben a hőkörnyezettel kapcsolatban kialakuló szubjektív érzés. Az ember komfort-érzete jelzi, hogy érzékszerveivel ill. idegrendszerével, egészségi állapotával hogyan reagál a környezetéből érkező hatásokra. Az ember állapotát részben az adott pillanatban a környezettől független tényezők (életkor, nem, egészségi állapot, öltözet) ill. a környezeti hatásoktól függő tényezők (hőmérséklet, páratartalom, légsebesség, légnyomás, zaj, fény) határozzák meg. Fontos mindezen tényezők időbeni eloszlása (statikus ill.dinamikus hatása). Ezen hatások sohasem külön-külön, hanem részben együttesen lépnek fel különböző környezeti állapotot teremtve. (Az azonos hatások összeadódhatnak.) Az emberi test annyi energiát ad le, amennyi a munka ill.tevékenység jellegének ill. intenzitása fokának megfelel. Ez az energia az élelmiszer oxidációjából származik. Egy része felhasználásra kerül a metabolikus szükségletek azonnali kielégítésére, más része a testben elraktározódik, míg egy további része hő formájában felszabadul, melyet a szervezetnek le kell adnia, hogy a test, a vér közel állandóhőmérsékleten maradhasson. A hőleadás a test és a környezet között sugárzással, konvekcióval, hővezetéssel és párolgással történik. Ezek a folyamatok a test felületi hőmérsékletétől, a bőr és a levegő közötti páranyomástól, a test körüli légsebességtől, testtartástól, ruházattól és az alany felületétől függnek (2.2. ábra).

2.2. ábra Az emberi test hőcsere-folyamatai

6

A termikus komfort-követelményeket tehát az határozza meg, hogy a térben tartózkodó ember milyen hőegyensúlya milyen módon alakul ki a környezetében. Az emberi és környezete közötti hőegyensúly alapegyenlete: H - Ed - Esw - Ere - L = K = R + C ahol: H Ed Esw Ere L K R C

- a belső hőtermelés - bőrön keresztüli páradiffúzió - a bőr felszínéről izzadással elvesztett hő - a kilégzés rejtett hője - a kilégzés száraz hővesztesége - hőátadás a bőr ill. a felöltözött emberi test külső felületéről - sugárzásos hőveszteség - konvekciós hőveszteség

A termikus komfort jellemzésére elsősorban környezet hőleadást befolyásoló tényezői, másrészt a hőleadás közvetlen környezetét meghatározó ruházkodás lehet alkalmas. A környezet hőleadást befolyásoló tényezői, melyek relatíve egyszerűen mérhetőek, érzékelhetőek a hőmérséklet, a páratartalom, a levegő sebessége. (A klímatechnikában a levegő hőmérséklete alatt általában a levegő száraz hőmérsékletét kell érteni. Ez az a hőmérséklet, melyet a levegőben bármely hőmérővel mérhetünk.) A környezeti levegő száraz hőmérséklete az élő szervezetek höérzetének egyik legfontosabb tényezője. A hőleadás jellemzésére a levegő száraz hőmérsékletén kívül a levegő relatív nedvességtartalma (ϕ), a környező felületek sugárzási hőmérséklete (tsug), a levegő áramlási sebességét és (v), irányát is figyelembe kell venni. Attól függően, hogy ezek közül melyeket és milyen módon veszik figyelembe különböző komfort-jellemzőket alkottak. Az eredő hőmérsékletnél a levegő száraz hőmérsékletét és a környező felületek sugárzási hőmérsékletét veszik figyelembe. Vernon 1932-ben készített egy gömbalakú, elsősorban eredő hőmérsékletek mérésére egy 15,7 cm átmérőjű feketére festett üreges rézgömböt, amelynek belsejébe higanyos hőmérő nyúlik. A gömb termikus egyensúlya: αsA(tF-tg)~αcA(tg-tl) ahol: A a környező felület tF a környező felület hőmérséklete tl a levegő hőmérséklete tg a gömbhőmérséklet ha αs ~αc akkor:  =

 +  2

amit gömbhőmérsékletnek is neveznek. Missenard később 9,5 cm átmérőjű fekete gömb használatát javasolja és az így mért hőmérsékletet eredő hőmérsékletnek nevezik, mely

7

 = 0,45 ÷ 0,52 + 0,55 ÷ 0,48 összefüggéssel számolható. Az összefüggés v=0,l-0,15 m/s levegősebesség esetén érvényes. Az egyenértékű hőmérsékletnél, a levegő száraz hőmérsékletét, a környező felületek sugárzási hőmérsékletét és a levegő áramlási sebességét veszik figyelembe. Az egyenértékű hőmérséklet Bedford szerint  = 0,522 + 0,478 − 020537,8 − √% Cadiergues szerint

 =

√10%

1 + √10%

A Bedford szerinti hőmérséklet elsősorban emberre érvényes. Az effektív hőmérséklet az előbbi hőmérsékletek számításához felhasznált tényezőkön kívül még a levegő páratartalmát is figyelembe veszi. Az effektív hőmérséklet: '' = 0,431 + 0,408 + 0,182( − 3,28 − 0,141√%37,8 −  Az összefüggésben a ( a levegőben levő vízgőz parciális gőznyomása mmHg-ban. A felsorolt hőérzetek kifejezésére használt hőmérsékleteken kívül ismeretesek még más hőmérsékletek és számítási összefüggések is, de ezekre itt nem térünk ki. A hőérzetet a hőleadás oldaláról meghatározó tényezők között mindenekelőtt a ruházat szerepe a leglényegesebb. A ruházat hőellenállását a "clo" mértékegység fejezi ki. 1 clo = 0,155 m2oC/W ellenállással. A clo értékek számításba vehető tipikus tartományai: A clo normál utcai ruházat 1,0 (=0,155 m2oC/W) normál utcai téli ruházat1,5 - 2,0, sarkvidéki ruházat 4,0. A hőleadáshoz a test felületét kell számítani, ami: A (m2), a test súlyának, W (kg), és a test magasságának, H (m) függvényében Du Bois szerint : A= W0,425H0,7250,2024 (m2) A test effektív felülete a Du Bois értékének 0,8-szorosa hozzávetőlegesen. A hőérzet azonban több más tényezőtől is függ: • fiziológiai reakciók, u.m. a bőrhőmérséklet, verejtékezési értékek jelentősége a komfort tartományban nem meghatározók az egyén és a környezete közötti gymásrahatás vonatkozásában. De ezek hasznosak azon feszültségek megitélésére, melyeket tűrhetetlen körülmények okoznak, és amelyek fiziológiai károsodáshoz is vezethetnek. • a test különböző részei különbözőképpen reagálnak a környezet léghőmérsékletére. (Pl.: a homlok felületi hőmérséklete keveset változik a környezet léghőmérséklettel, míg a láb igen érzékeny a környező léghőmérséklet-változásra.) Ebből következik, hogy a tér hőmérséklet-eloszlása igen lényeges tényező a környezeti rendszerek

8

tervezésekor. A hőérzet összetett és szubjektív érzékelése és jellemzése miatt a különböző fizikai paraméterek helyett az elégedettség valószínűségi értékét használják. Fanger vezette be a várható hőérzeti értéket, a PMV-mutatót. A PMV az emberi test hőegyensúlyán alapszik. Az ember hőegyensúlyban van, ha a test belső hőtermelése azonos a környezetbe leadott hőveszteségével. Ez az egyensúly a szokásos módokon hozható létre pl. megfelelő ruházattal és tevékenységgel. Ezen túlmenően az ember hőszabályozó rendszere, szokványos környezet esetén automatikusan módosítani igyekszik a bőr hőmérsékletét, valamint az izzadással is a hőegyensúlyt beállítani. A PMV mutatót, a hőszabályozó rendszer fiziológiai válaszát, azon hőérzeti szavazatok statisztikai módszerével határozták meg, melyeket több mint 1300 alanytól gyűjtöttek, akik laboratóriumi vizsgálatokon vettek részt. A metabolikus értékekre és a ruházat termikus ellenállásának tipikus alkalmazási értékeire táblázatok adnak adatokat. E mutató segít megitélni az alanyok hőérzetét a tevékenység, ruházkodás és környezeti körülmények esetén. A komforttereket úgy kell tervezni és üzemeltetni, hogy azzal lehetőleg mindenki elégedett legyen (kellemes legyen a hőérzete), de a tapasztalatok azt mutatják, hogy legalább 5% mindig elégedetlen és ilyen alacsony értéket megközelíteni is csak klimatizálással lehet. A kellemes hőérzet az ASHRAE (1981) 55-81 szabvány szerint a következő: A kellemes hőérzet az a tudati állapot, amely a termikus környezettel kapcsolatos elégedettséget fejezi ki. A „kellemes” érzés számszerűsítésére az ún. szubjektív hőérzeti skálát alkalmazzák, ami 7 pontból áll: Forró +3 Meleg +2 Kellemesen meleg +1 Neutrális 0 Kellemesen hűvös -1 Hűvös -2 Hideg -3 Ha a komforttérben lévő embereket „megszavaztatjuk” a szubjektív hőérzeti skálán, hogy az adott helyiségben milyen a hőérzetük, akkor a szavazatokat kiértékelve (átlagolva) megkapjuk a hőérzeti szavazatok várható értékét, a PMV (Predicted Mean Vote) értéket. Fanger 1982ben rajzolta meg azt a diagramot (2.3. ábra), amelyben a hőkörnyezetükkel elégedetlenek várható százalékos arányát (PPD – Predicted Percentage Dissatisfied) ábrázolja a PMV érték függvényében. A PPD mutató (a kedvezőtlen hőérzet várható százalékos valószinűsége) becslést ad egy megfigyelt csoport azon százalékára, akik a hőkörnyezettel elégedetlenek (túl melegük van vagy túlságosan fáznak). A nemzetközi kutatások eddigi javaslatai szerint, a PPD megengedett értékei: az USA-ban 2010 %, a Skandináv országokban 10 % és Magyarországon 20 %.

9

2.3. ábra PMV-PPD diagram Bár a komfort koncepcióját hangsulyozó alapvető elképzelések univerzálisan érvényesek, azonban a választott tényleges tervezési értékek a hőmérsékletre, légmozgásra, relatív nedvesség-tartalomra és a környezeti tényezők osztályozása egészen különbözők lehetnek az országok klímájától függően. A meleg-égövi országokban az elfogadható gömbhőmérséklet középértéke a 31-38 °C, míg az Egyesült Királyságban alacsonyabb tartomány, 18-23 °C a követelmény.

2.1.3. Egyéb komfort-jellemzők 2.1.3.1. Vizuális komfort A vizuális komfort a vizuális környezetünkkel való megelégedettséget fejezi ki, tehát a látással kapcsolatos fogalom. Miután információszerzésünknél 90%-ban két szemünkre támaszkodunk, a vizuális komfort tekintetében látásunk kiemelkedő szerepet játszik. Legtöbb tevékenységünk is alapvetően kötődik látóképességünkhöz. Ezen szempontok figyelembevételével a vizuális komfort merőben eltér a „többi komforttól”, amelyeknél tapasztalatszerzésünkhöz, érzékelésünkhöz látásunknak jóval kisebb vagy akár elenyésző szerep jut. A hőkomfort esetében pedig messzemenően mellékes, hogy milyen látóképességgel rendelkezünk, hiszen a hőérzékelésünkön ez az adottságunk mit sem változtat. A vizuális komfortnak két fő összetevője van: • belső tér • megvilágítás A két tényező együtt eredményezi a vizuális komfortot (vagy diszkomfortot), de nem lehet a kettőt szétválasztani. Például ha egy fehér papírt zöld fénnyel világítok meg, akkor a papírt zöldnek látom. Ha a fényforrást nem látom, nem tudom megkülönböztetni, hogy zöld papír van megvilágítva fehér fénnyel, vagy fehér papír zöld fénnyel. A látás útján történő összes érzékelés a szembe jutó fényből adódik. A látás legfontosabb tulajdonságai: • kb. félteret látunk, és a féltér közepén látunk pontosan, • a látóteret tudjuk változtatni,

10

• információt kapunk a térből, • kétszemű látás eredményeként térbeliséget tudunk érzékelni, • adaptáció révén széles határok között látunk (fényes nappal, éjszaka), alkalmazkodik a szem az új környezethez, de ez időbe telik, • világosban érzékeljük a színkülönbségeket, míg sötétben csak szürkét és feketét látunk, • az érzékenységünk a fényre hullámhosszfüggő. A világítás tervezésénél arra kell ügyelni, hogy minél jobban megközelítsük a természetes fény (a napfény) tulajdonságait, ezért világításra fehér fényt használunk (ebben minden szín megtalálható). A fény fő jellemzői: • színhőmérséklet (pl. 2900K azt jelenti, hogy ugyanúgy sugároz, mint a fekete test 2900K hőmérsékleten), • fényáram: Φ [lumen = lm] – a fényérzet mennyisége, • megvilágítás: E [lm/m2 = lux] – egységnyi felületre jutó fényáram, • fénysűrűség L [candela/m2 =cd/m2] – fajlagos fényhatás a felületről. A megvilágítás szükséges, hogy lássam az adott tárgyat, de hogy milyennek látom (sötétnek vagy világosnak), azt a fénysűrűség dönti el. A fénysűrűség arányokat logaritmikusan érzékeljük, ezért az egyenetlenül megvilágított homogén felületeket közel azonos világosságúnak látjuk. Ahhoz, hogy egy felületet kétszer olyan világosnak lássunk, a fénysűrűségének tízszer akkorának kell lennie. A felületre eső fénnyel három dolog történhet: • visszaverődik, • elnyelődik, • áteresztődik. Nincs olyan felület, amelyik 100%-ot visszaverne vagy elnyelne. A legfeketébb anyag is 3%ot visszaver, és a normál üveg is csak 90%-ot ereszt át. Az elnyelt fényhányad melegíti a felületet. A nem színes felület (fekete, fehér, szürke) minden színből ugyanannyit ver vissza, de különböző hányadban. (A fekete minden színből egyformán keveset, a fehér minden színből egyformán sokat ver vissza.) Akkor látszik színesnek a felület, ha valamely színből (színekből) sokkal többet ver vissza, mint a többiből. A felület minősége lehet fénylő vagy matt. A fényes felület több irányba különbözőképpen szórja a fényt, ezért minden irányból más színűnek látszik. A matt felület minden irányba ugyanúgy szórja a fényt, ezért minden irányból azonos színűnek látszik. Vizuális környezet kialakításának főbb szempontjai: • a belső tér kialakításánál kövessük a természetet (a plafon a legvilágosabb, a padló a legsötétebb, a fal köztes színű), • a világítás természetes fényszerű legyen, • fal ill. plafon festésére pasztellszínt válasszunk, • lehetőleg minél több matt felületet alkalmazzunk, bár tisztatereknél ez ellentmond a jól takaríthatóság feltételének, • pad ill. íróasztal felülete legyen matt,

11

•

kis megvilágítás esetén meleg, nagy megvilágítás esetén hideg színeket alkalmazzunk (3300K alatt meleg, 5200K felett hideg a szín).

A megvilágítással kapcsolatos elvárások: • pontos és részletes információt akarunk kapni a környezetből, tehát legyen kontrasztkülönbség, • ne zavarjon a fény a munkavégzésben, • a megvilágítás hatására a tárgyak színe természetes legyen, • ne akadályozza a térlátást (ebből szempontból nem jó, ha minden irányból egyformán világítunk), • legyenek a térben világosabb és sötétebb részek, mert a homogén tér unalmas, álmosító, • ne legyenek túl nagy fénysűrűségű felületek, mert káprázik tőle a szem.

2.1.3.2. Akusztikai komfort A hang vagy hangeffektus alatt a rugalmas közeg állapotának elemi ingadozását értik, amely hullám formájában terjed a vivő közegben. A közeg állapotának elemi ingadozása a közegrészek sebességének, sűrűségének és a nyomásának változása. Az egyes közegrészek nyugalmi helyzetük körül rezgőmozgást végeznek, a közeg sűrűsödését és ritkulását okozzák, ezek a gerjesztési állapoztok a terjedés irányában (például longitudinális) ismétlődnek, az ismétlődés távolságát hullámhossznak nevezik. A hangeffektusok erősségére jellemző a rugalmas közegben kialakuló hangnyomás értéke. Ez időben változó, középértékét értelmezik, túl nagy intervallumot ad, ezért bevezették az úgynevezett hangnyomásszintet [dB]. Közelítő műszerrel is mérhető mérőszáma az A-hangnyomásszint. A hangot fülünkkel érzékeljük. A fül nagysága nem befolyásolja a hallást. A hang akkor zavaró, ha az ember valamilyen tevékenységének teljesítménye csökken tőle. A „hang” szóhoz háromféle jelentést társíthatunk: • fizikai: rugalmas közeg állapotának elemi ingadozása, mely hullám for májában terjed, • élettani: olyan külső inger, mely az élőlények hallószervén keresztül különböző élettani hatásokat vált ki, • értelmi, esztétikai: hang az, ami hangélményt okoz (ebben az értelmezésben a hangnak információtartalma van, melyet a hang fizikai adatai hordoznak kódolt formában). A negatív hangélményt okozó hangot zajnak nevezzük. A hangok csoportosítása: • tiszta hang – 1 szinuszos hullám szerint terjed, • zenei típusú hang – több tiszta szinuszos rezgésből áll, periodikus, • összetett hang – több formából kevert (megjelennek benne a felharmonikusok), • zörej – statisztikai jellegű, periódus nélkül. A zaj mindig a vegetatív idegrendszerre hat. Az idegrendszer zaj hatására beszűkíti a hajszálereket, ezáltal megnő az érhálózat ellenállása, aminek következtében lecsökken a szállított vér térfogatárama, ezáltal az egyén kevesebb oxigénhez jut. Ennek hatása az egyénekben változó tünetekben nyilvánul meg, mint fejfájás, emésztési zavarok, koncentrációképesség-csökkenés, látási zavarok. Gyakorlati tapasztalatokból ismert az a tény is, hogy zaj hatása mellett végzett szellemi munka rendkívül alacsony hatékonyságú. A zaj zavaró jellegét befolyásoló tényezők:

12

• • • • •

információs karakter: az alacsony információtartalommal rendelkező zaj (pl. az eső kopogása) kevésbé zavaró, mint a magas információtartalommal rendelkező zaj (pl. szomszéd helyiségből átszűrődő beszéd), impulzív karakter: a hirtelen és váratlanul fellépő zajok zavaróbbak, mint az ugyanolyan erősségű, de időben folytonos hangeffektusok, elfedési effektus: ha a zaj frekvenciatartománya megegyezik a beszéd frekvenciatartományával, akkor fokozottan zavarja a beszéd megértését, zaj frekvenciája: a magas frekvenciájú zajok sokkal zavaróbbak, mivel az ember hallása magasabb frekvenciákra érzékenyebb, relatív hangnyomásszint: amelyik zajnak a hangnyomása 10 dB-lel nagyobb, az dominánsabb.

A zaj tehát elsősorban pszichikai fogalom, ami az ember tevékenységétől is függ. Nem véletlen tehát, hogy az akusztikai követelmények mindig a helyiség rendeltetéséhez kapcsolódnak. A tartózkodási zóna hangeffektusai nem zavarhatják az emberi tevékenységet. A határ- vagy más néven normagörbék zaj immisszió szempontjából tükrözik az ember hangérzetét. Ezeket hangnyomásszint – frekvencia koordinátarendszerben ábrázolják, elválasztva az akusztikai szempontból megfelelő és diszkomfortos területeket.

2.2. Irodák komfort követelményei 2.2.1. Levegő minőségi követelmények A levegő minőségében számos tényező alapvetően élettani követelmény. Ezek között azonban a szén-dioxid bír a legfontosabb jelentőséggel, mivel az ember jelenlétével függ össze és közvetlen élettani hatása következtében a meghatározó.

2.2.1.1. A szén-dioxid és élettani hatásai Az ember metabolizmusának (anyagcsere) feltétele a szervezet oxigén felvétele és széndioxid leadása. A kilélegzett levegő a széndioxid tartalma nagyobb, mint a környezeti levegőben. Emiatt a zárt tér széndioxid koncentrációja növekszik. A légzés során a levegő a felső légutakon, majd az alsó légutakon keresztül jut a tüdőbe. A tüdő két tüdőfélből áll, a jobboldali tüdőfélben három, a bal oldali tüdőfélben két tüdőlebeny található. A felső légút részei az orr- illetve szájüreg, a garat és a gége. Nyugodt légzés során csukott szájjal lélegzünk, fokozott légzés során a belélegzett levegő a nyitott szájon át is a garatba juthat. A felső légutak a belélegzett levegőt megszűrik. A nagyobb szennyeződések az orrlyuk szőrszálain rakódnak le, a kisebbeket (d > 10 µm) pedig az orr nyálkahártyája köti meg. A még kisebb részecskék (2µm < d < 10 µm) pedig a garat, gége és a tracheák nyálkahártyájában tapadnak meg. A felső légutak további feladata a belélegzett levegő megfelelő hőmérsékletének és nedvességtartalmának biztosítása. A légzési folyamat során a mellkas térfogata megváltozik a légzőizmok hatására. A tüdő mozgása passzívan követi a mellkas térfogatváltozását. Az oxigén felvétel a tüdő alveolusaiban történik. Nyugodt légzés esetén a légzési levegő térfogata (respiratio) kb. 500 ml. Percenként az átlagos légzésszám 14-18. Így a légzési

13

perctérfogat (1 perc alatt belélegzett levegő) értéke 7-9 l. Az alveolusok átmérője 150300 µm, darabszámuk 300 millió és a légzőhólyagocskák összfelülete így 70-80 m2. Az oxigén felvétele és szállítása két módon történik: – oldódás a vérben, – haemoglobin oxigénfelvétele során. A tüdőből a vér szállítja az oxigént a szövetekbe, illetve a széndioxidot vissza. Az oxigén a parciális nyomáskülönbségnek megfelelően az alveolaris térből (p02 = 13,3 kPa) a tüdő kapillárisokban áramló vénás jellegű vérbe (p02 = 5,3 kPa) diffundál. A tüdő oxigéndiffúziós konstansa 167 ml/min, kPa. Erős izommunka esetén a fokozott oxigénszállítást a diffúziós konstans emelkedése (600 ml/min, kPa) teszi lehetővé. A szövetekhez jutó artériás vérben a parciális oxigén nyomás 12,6 kPa. A vér lényegesen több oxigént tartalmaz, mint a parciális nyomások alapján számolható. Ennek oka a haemoglobin. A haemoglobin (Hb) mokelkulasúlya 68 000. Egy Hb-molekula négy atom vasat tartalmaz és négy molekula oxigént képes megkötni. A haemoglobin egyedülálló tulajdonsága, hogy reverzibilis módon képes oxigént felvenni és leadni. A folyamat leíró egyenlete: Hb + O2 ⇔ HbO2. A széndioxid felvétele és szállítása szintén két módon történik: • oldódás a vérben • kémiai kötés. A tüdőbe érkező vénás vérben a széndioxid parciális nyomása 6,1 kPa, az alveolaris levegőben a széndioxid parciális nyomása 5,3 kPa. A diffúziós állandó értéke 3 000 ml/min kPa. A vérben a széndioxid részaránya szintén nagyobb, mint a diffúz folyamat alapján számolható. Ennek oka, hogy az izommunka során a szövetekben keletkezett széndioxid a vörös vérsejtekbe diffundál. A lejátszódó kémiai folyamatok: CO2 + H2O ⇔ H2CO3 ⇔ H+ + HCO-3, H+ + Hb- ⇔ HHb. A vörös vérsejtekben a széndioxidból és a vízből szénsav képződik. A reakció eredményeképpen a vörös vérsejteken belül megnő a HCO3koncentráció. A tüdőben az ellenkező irányú folyamatok játszódnak le, az alsó nyilaknak megfelelően. A légzési folyamat a széndioxid koncentráció hatására is változik (2.2. táblázat).

14

2.2. táblázat A CO2 koncentráció hatása a légzési folyamatra Belélegzett lev. CO2 térf. %

Resp. levegő cm3

Légzésszám 1/min

Légzési perctérfogat l

0,03 1 2 5

440 500 560 1300

16 16 16 20

7 8 9 26

10,4

2500

35

76

A levegő széndioxid koncentrációjának a légzésre gyakorolt hatásán kívül a biokémiai hatásmechanizmusát is ismerjük, de ennek hatását az ember élettani folyamataira és viselkedésére csak közvetve, kísérleti adatok és gyakorlati tapasztalatok alapján. Max von Pettenkofer a XIX. század közepén higiéniai szempontból vizsgálta a komfortterek levegőjét. Az 1858-ban megjelent publikációjában a belső levegő minőségét a levegő CO2 tartalma alapján értékelte. Kimutatta, hogy a lakások, iskolák, előadótermek levegőjének összetétele eltér a külső levegő összetételétől. A külső levegőben a szén-dioxid koncentráció 0,03-0,04 tf % (300-400 ppM). A lakásokban 0,09 tf %, míg előadótermekben lényegesen magasabb értékeket mért. Megállapította, hogy 0,1 tf % (1 000 ppm) maximális CO2 tartalom a "jó levegő" kritériuma, amit Pettenkofer számnak nevez a szakirodalom. Ismerünk kutatói vizsgálti eredményeket, amelyek a levegő CO2 koncentrációjának hatását mutatja az emberre. A jellemző értékek: 1 000 ppm (0,1 tf %) Pettenkofer szám, 25 000 ppm (2,5 %) nincs még hatás, 30 000 ppm (3 %) erős mély légzés, 40 000 ppm (4 %) órákon át fejfájást, fülzúgást, szívdobogást, szédülésérzetet, pszichikai izgalmat okoz, 50 000 ppm (5 %) 0,5-1 órán át halált okozhat, 80 000-100 000 ppm (8-10 %) azonnali halál.

15

2.3. táblázat A zárt terekben megengedett maximális CO2 koncentráció Sorszám

Megengedett CO2 koncentráció [ppm]

Szabvány, előírás megnevezése Komfortterek előírásai

1

MSZ 04.135/1-1982

1400

2

MSZ 21875-2-1991

1066,6

3

DIN 1946/2 kisterű iroda esetén

4

DIN 1946/2 nagyterű iroda esetén

5

MSZ CR 1752 "A" kat.

860

6

MSZ CR 1752 "B" kat.

1060

7

MSZ CR 1752 "C" kat.

1590

900 733,3

Munkahelyek előírásai 8

MAK érték

5000

9

MSZ 21461 1-2

4830

2.4. táblázat A helyiségek levegőminőségi követelményszintjei Minőség Elégedetlenek Osztály [decipol] aránya [%] A - magas 0,7 ≤ 10% B - közepes 1,4 ≤ 20% C - alacsony 2,5 ≤ 30% A levegőminőség követelményszintjeihez tartozó széndioxid értékek, ha a külső friss levegő átlagos széndioxid koncentrációja 340 ppm. (A belső térben ennél jobb értéket egyszerű légtechnikai módszerekkel nem érhetnek el!)

Kategória

2.5. táblázat A széndioxid koncentráció növekménye kategóriánként Széndioxid koncentráció növekménye zárt térben ppm3

mg/m3

A

460

920

B

660

1320

C

1190

2380

2.2.1.2. A por A porártalom jellegzetessége, hogy káros hatása alig érzékelhető, az esetleges súlyos megbetegedések tünetei éveken át sem mutatkoznak.

16

A por a levegőben lévő minden olyan szilárd, vagy cseppfolyós részecske, aminek az átmérője nem nagyobb 200 µm-nél, és áramlásmentes közegben rövid gyorsulás után legfeljebb 150 cm/s közel állandó sebességgel esik. A por káros hatását az emberi szervezetre három módon fejtheti ki: • bőrön át • táplálkozás útján szájon, gyomron és a bélen keresztül • légzés során orron, garaton és tüdőn keresztül A belélegzett levegőben lévő porral három dolog történhet: • a felső légutakon leválasztódik, nem jut be a tüdőbe, • a tüdőben lerakódik, • a légzés során bejut a tüdőbe, azonban a kilélegzett levegővel távozik. A 10 µm-nél nagyobb porszemcséket nem, vagy csak kis százalékban lélegezzük be. A felső légutakon az 1-2 µm-nél nagyobb porszemcsék megtapadnak, az ennél kisebb részecskék a tüdőbe és a légzőhólyagocskákba jutnak. A 0,1 µm-nél kisebb porszemcsék ugyan bejutnak a tüdőbe, de a kilélegzett leve- gővel távoznak, a szervezetben nem rakódnak le. A légzőszervek különböző ré- szein lerakódott részecskék nagy része a nyálkahártya váladékával ürül ki a szervezetből, a lerakódás helyétől függően különböző idő eltelte után. Egészségügyi szempontok alapján a lebegő porokat (d<10µm) az alábbi csoportokba oszthatjuk: • Respirábilis por: a levegőben lévő pornak az a része, mely az alveolusokban lerakódik • Durva por: a levegőben lévő pornak az orr, a melléküregek, a garat, a légcső és a hörgők által visszatartott része • Totálpor: a respirábilis és durva por összege • Fibrogén por: a tüdő kötőszövet képződésével járó megbetegedését előidéző porok (szilikózis, azbesztózis) Johannesburgban 1959-ben tartották meg a II. Nemzetközi Pneumokoniozis Konferenciát, ahol a British Medical Research Council ajánlására elfogadták a tüdőben maradó por százalékos meghatározását az aerodinamikai egyenértékű átmérő függvényében (2.4. ábra). A tüdőbe bejutó legnagyobb átmérőjű szemcse mérete dmax=7,1 µm, esési sebessége v=0,15 m/s.

17

2.4. ábra Johannesburgi diagram Az ülepedő vagy durva por nem jut be a tüdőbe. Ha nagy mennyiségben lerakódik az orrban, a garat, légcső és hörgők nyálkahártyáin izgató hatást vált ki, ennek következtében a nyálkiválasztás fokozódik, a szervezet reflex-tevékenyéggel (köhögés, tüsszentés) próbálja eltávolítani a lerakódott anyagot. Ha a porbelélegzés naponta ismétlődik a szervezetben hurutos állapot jön létre. Az ipari porok élettani hatásuk szerint lehetnek • mérgező szervetlen: ólom, higany, arzén, mangán tartalmú porok, • mérgező szerves: nitrogén vegyületek, gyógyszervegyészeti anyagok • maró hatású porok: mész, salak • nem mérgező szerves porok: állati szőrök, fa, liszt • nem mérgező kovasavmentes porok: szén, cement, alumínium • kovasavtartalmú porok: szilícium-dioxid, kvarchomok, azbeszt Porkoncentráció megengedett értéke A hazai előírások a külső levegőre és a munkahelyek levegőjére vonatkozóan állapítanak határértékeket. A külső levegőre vonatkozó előírások háromféle zónát különböztetnek meg: 1. kiemelten védett területek országos védettségű természetvédelmi övezetek, nemzeti parkok és a kiemelt üdülőhelyek, 2. védett I. – minden olyan terület, aminek nem „kiemelten védett” vagy védett II.” a besorolása, 3. védett II. – az összefüggő iparterületeket sorolták ide. Az MSZ 21854-1990 szabvány az előírt imissziós határértékeket az észlelés helyétől, az átlagolás idejétől és a por típusától (lebegő vagy ülepedő) teszi függővé. 2.6. táblázat A külső levegőben a lebegő porra vonatkozó határértékek mg/m3

18

Kiemelten védett Éves

Védett I.

Védett II.

24 30 Éves 24 30 Éves 24 30 órás perces órás perces órás perces

30

60

100

50

100

200

100

200

300

2.7. táblázat A külső levegőben az ülepedő porra vonatkozó határértékek mg/m3 Kiemelten védett

Védett I.

Védett II.

30 napos [g/m2]

12

16

21

Éves [tonna/km2]

100

120

150

A munkahelyek levegőjében megengedett szilárdanyag-koncentráció (MSZ 21461-2, 1992): Kvarctartalmú porok: Kvarc mennyisége

koncentráció [mg/m3]

100% kvarctartalom esetén

0,1

5%-nál több kvarctartalom esetén

0,1*100/q

max. 5% kvarctartalom esetén

4

kvarcmentes por esetén

6

q: a respirábilis por tömegszázalékos kvarctartalma

- Rostszerkezetű porok: koncentráció [rost/cm3] azbeszt, krizotil

1

azbeszt, amfibol egyéb rostszerkezetű anyagok

0 1

- Talkum: Respirábilis por Totálpor konkoncentrációja centrációja Talkumpor, azbesztmentes

2 mg/m3

10 mg/m3

Talkumpor, azbeszttartalmú

1 rost/cm3

1 rost/cm3

2.2.2. Termikus komfort-követelmények

19

Az előzőekben tárgyalt komfort-paraméterek alapján a komfort-követelmények többé-kevésbé megfogalmazhatóak. A termikus komfort öt meghatározó változója • levegő hőmérséklete, annak térbeli, időbeli eloszlása, változása, • a környező felületek közepes sugárzási hőmérséklete, • a levegő relatív nedvességtartalma, illetve a levegőben lévő vízgőz parciális nyomása, • a levegő sebessége, turbulencia foka, • az emberi test hőtermelése, hőleadása, hőszabályozása, • a ruházat hőszigetelő képessége, párolgást befolyásoló hatása valamilyen mértékben mindenképpen figyelembe veendők, de az egyes tényezők súlya a mérlegelésben a különböző helyzetekben eltérő lehet. Az ember környezeti hőleadásában mindenképpen meghatározó a levegő hőmérsékklete, de nemcsak a levegő, hanem a sugárzási hőmérséklet középértéke, mivel az alacsony vagy magas léghőmérsékleteken is elérhető a komfort-állapot, megfelelőképpen manipulálva ezt a változót. Az ember testében végbemenő anyagcserefolyamatok energiamérlegében az elvégezett munka mellett a legjelentősebb a környezetnek átadott hő. A hőátadást a testmag hőmérsékletéből és a környezet közötti rétegek tulajdonságai alapján számszerűen is nyomon tudjuk követni: A felület hőellenállása, R, kifejezhető a hc konvekciós-hőátadási együtthatóval és a hr sugárzási-hőátadási együtthatóval R = 1/(hc + hr) 0,5 2° ahol hc=13(v) W/ m C, v a vizsgált személyhez viszonyított átlagos légsebesség, m/s. nagy légsebességeknél R →0-hoz kis légsebességeknél (v~0,1 m/s) az R →0,1-hez. A hr= 4,7 W/ m2 °C, (melyhez 0,9-es emissziós tényező tartozik, a 17-27 °C közötti tartományban.) A hőtranszfer a testmag és a bőr között: M = (tb - ts)/Rs W/m2 Rs = a bőrfelület hőellenállása M= a test energia-termelésének értéke. A metabolikus érték változik az aktivitással. Mértékegysége a "met" egység, vagy W/m2, 1 met = 58,2 W/m2 1 met a pihenő mozdulatlan személy felületegységnyi energia termelése. Egy átlagos személy felülete ~1,8 m2 A hőtranszfer a ruházaton keresztül, feltételezve a bőrről elpárolgó [(1-k)M] hányadot: kM = (ts - tc)/Rc ahol: bőrfe

tc = a súlyozott átlagos felületi hőmérséklete a ruházatnak és a szabadonmaradó lületnek. tb = testmag-hőmérséklet ts = bőrhőmérséklet Rc = a ruházat hőellenállása k 0,7 ≤ k ≤ 0,75 pihenő személy esetén és

20

k = 0,6

aktív ember esetén a hőkomfort tartományában.

Párolgó hőtranszfer jön létre izzadással és "alig észrevehető" verejtékezéssel. Ez utóbbi jelöli azt, amikor a víz izzadás nélkül távozik a bőrről és egy ozmotikus folyamatot mutat. Aktív izzadás nélkül egy átlag személy kb. 12 W/m2 hőt veszít a test felületéről, elpárologtatva a nedvesség felét a légzőszerveken keresztül, a másik felét az u.n. "alig észrevehető" verejtékezéssel. 28 °C felett a párolgási hőveszteség,- melyet az izzadás okoz,- gyorsan növekszik a környezet hőmérsékletével. Hőtranszfer a testről (részben ruhával fedett, részben ruhátlan felületek esetén) a környezetbe: kM = hc(tc-t)+hr(tc-tm)+C ahol: t = a léghőmérséklet, tm= a sugárzási hőmérséklet középértéke és C = a hőátadással létrejött energia-transzfer (vagyis a láb és a padló, a test és a bútor között). Elhagyva a hőátadást, C-t, az egyenlet az alábbi formára rendezhető: kM/(hc+hr) = tc-[(hct +hrtm)/(hc+hr)] melyben a legutolsó tag a gömbhőmérséklet tg. Behelyettesítve a tb = 37°C; k = 0,7; Rs = 0,04-0,09 m2C/W, R = 0,113 m2°C/W a 0,1 m/s légsebességre és R = 0,0565 m2°C/W az 1,0 m/s légsebességre kapjuk: tg = 37-M[(0,04-0,09)+0,7(Rc+R)] egyenletet, melyet grafikusan az 2.5. ábra mutat.

∆tg

2.5. ábra A gömbhőmérséklet a metabolikus érték függvényében A gömbhőmérséklet egy bizonyos tartománya egy adott helyzetre, alkalmazható a hőkomfort jelölésére. (A ∆tg jelöli a gömbhőmérséklet elfogadható tartományát)

21

A ruházat nem tekinthető abszolút értékűnek, mert levéve vagy felvéve jelentheti a komfortállapot megfelelő kialakítását. A tevékenység a létesítmény esetén az egyik meghatározó, és alapvetően eldöntheti az egyes paraméterek mérlegelésének lehetőségét. A relatív nedvesség-tartalom viszonylag kismértékben hat a komfort-állapotra. Az egyes tényezők súlyát tehát alapvetően a tevékenységhez lehet kötni, és a különböző komfort-követelményeket ezekhez lehet rendelni. A követelményeket egyrészt meg lehet fogalmazni fizikai paraméterekkel, másrészt a paraméterekhez való viszony szerint az elégedettséggel. Ennek megfelelően kétféle megközelítés is létezik • Givoni és munkatársai által javasoltak, • a Fanger egyenletekből kaphatóak. A Givoni féle bioklimatikus térképet az 2.6ábra mutatja, amely a meteorológiai feltételektől függ, és amelyhez a ruházat szerinti korrekciót minden esetben hozzá kell illeszteni.

2.6ábra Givoni bioklimatikus térképe A térkép számozott zónákat tartalmaz. A grafikonokra a változók mérései során megkapott pontokat elhelyezve,- attól függően, hogy az melyik zónában helyezkedik el -, az alábbi eljárások alkalmazandók: Zónák 1, 2

Eljárások A konduktív áramok korlátozása, az infiltráció kiküszöbölése, biztosítva a szoláris nyereséget és minimalizálva a külső térrel való légcserét.

22

3, 15 6, 8 8, 10, 11 7, 10 12, 13

A szoláris nyereségek korlátozása. A természetes szellőztetés növelése. Párologtató hűtés biztosítása. A sugárzásos hűtés biztosítása. Konduktív áramok korlátozása.

Fanger PMV-je által javasolt komfort-egyenlet alapján grafikon-sorozat készült, amelyek szerint a PMV számítható egy adott környezeti feltételre. A grafikonok elkészítésekor az alábbi értékeket vették figyelembe: a sugárzási hőmérséklet középértéke (TMR) = 20 °C relatív nedvesség-tartalom (HR) = 50 % szélsebesség (VV) = 0,15 m/s tevékenység (ACT) = 58 W/m2 mechanikai hatásfok (EF) = 0,0 ruházati tényező (FCL) = 1,0 ruházati mutató (ICL) = 0,1 környezeti hőmérséklet (TA) = 20 °C A komfort-követelmények vizsgálatánál a kutatások eddigi eredményeinek értékeit, ill. a CEN valamint az MSz CR 1752 szabvány előírásait kell szem előtt tartani, figyelembevéve mindig az eseteknek megfelelő, egyedi emberi szervezetre jellemző adottságokat és körülményeket. A komfrot követelmények megítélésénél támpont lehet a nem megfelelő állapot, a diszkomfort. A PMV és PPD mutatók kifejezhetik a meleg és hideg diszkomfortot is az egész test vonatkozásában. De termikus elégedetlenséget okozhat nem kívánt lehülés vagy felmelegedés a test valamely részén (helyi diszkomfort). A legszokásosabb oka a helyi diszkomfortnak az aszimmetrikus sugárzás, de helyi termikus diszkomfortot okozhat egy szokatlan nagy függőleges hőmérséklet-különbség a fej és a boka között, a túl meleg vagy túl hideg padló, ill. a huzat. 2.8. táblázat Diszkomfort-tényezők különböző elégedetlenségi kategoriák esetében

Kategoria

A test egészének hőállapota Az elégedetlene k százalékos értéke PPD

Várható hőérzeti érték, PMV

Helyi diszkomfort Elégedetl enek Vertikális Meleg, vagy Sugárzási huzat hőm. hideg padló aszimmetria esetén, különbség esetében, következtében DR % % % %

A

<6

-0,2 < PMV < +0,2

< 15

<3

< 10

<5

B

<10

- 0,5 < PMV < +0,5

< 20

<5

< 10

<5

C

<15

- 0,7 < PMV < +0,7

< 25

< 10

< 15

< 10

A legtöbb ember a könnyű tevékenységnél érzékeny a helyi diszkomfortra. A tevékenyebb emberek kevésbé hőérzékenyek és ennek megfelelően a helyi diszkomfort kockázata is alacsonyabb.

23

A tér kívánt termikus minősége három minőségi kategória közül választható ki: A, B és C közül, a 2.8. táblázat szerint. Az A kategória a legmagasabb minőség. Minden egyes kategória előírja az egész testre vonatkozó elégedetlenségi-% maximumát (megengedhető mértékét) a PPD értéket, mind a négy helyi diszkomfort esetére. Néhány követelményt igen nehéz teljesíteni a gyakorlatban, de másokat igen könnyen lehet. A különböző %-ok jelölik az egyensúlyt az elégedetlenség és a gyakorlatban létező technológiákkal teljesíthető elégedettség között. A következőkben áttekintjük a minőségi kategóriák jellemző paramétereit. A táblázatok három kategóriája olyan terekre érvényes, ahol a személyek azonos termikus környezetnek vannak kitéve. Operatív hőmérséklet-tartomány: Egy adott térre létezik egy optimális operatív hőmérséklet, mely a PMV = 0 esetének felel meg, és amely függ a személy aktivitásától és ruházatától. Pl. irodák vagy hasonló terek esetében, ahol a benttartózkodók könnyű tevékenységet végeznek, és a ruházat szigetelésének a tipikus hőellenállása: kb. 1 clo télen és kb. 0,5 clo nyáron. A hőmérséklet-tartományokat ezen esetekre a 2.9. táblázat tartalmazza a három minőségi kategória esetére. 2.9. táblázat Operatív hőmérséklet-tartományok

Légsebesség: A megengedhető légsebesség középértéket A és B minőségi kategóriára a 2.7. ábra adja meg.

2.7. ábra A megengedhető légsebesség középértékei A és B minőségi kategóriában. A légsebesség középértéke függvénye a helyi léghőmérsékletnek és a turbulenciaintenzitásnak. A turbulencia-intenzitás 30 % és 60 % között változhat a hagyomá- nyosan

24

szellőztetett terek esetén. Azon tereknél, ahol gyenge vagy egyáltalán nincs szellőzés, a turbulencia-intenzitás ennél az értéknél alacsonyabb. Függőleges léghőmérséklet-különbség: A megengedhető függőleges léghőmérséklet-különbségek értékei a 2.10. táblázatban adottak a három minőségi kategória esetére. 2.10. táblázat A megengedhető függőleges hőmérséklet-különbségek

Padló-hőmérséklet: A megengedhető padlóhőmérséklet-tartomány a 2.11. táblázatban adott a három minőségi kategória esetére. 2.11. táblázat A megengedhető padló-felületi-hőmérsékletek tartománya.

Aszimmetrikus sugárzás: A megengedhető sugárzó-hőmérséklet-aszimmetria értékeit a három minőségi kategória esetére a 2.12. táblázat adja meg. 2.12. táblázat A megengedhető sugárzó hőmérséklet aszimmetriák

A különböző komfort és diszkomfort értékeket az ember szervezetének a reakciója különbözőja alapján kiterjedt vizsgálatokkal határozzák meg. A vizsgálatok kiterjednek a hőmérséklet, bőrhőmérséklet, vérnyomás, pulzusszám, verejtékezés, oxigénfogyasztás, mint

25

fiziológiai jellemzők; valamint a különböző pszichés teljesítőképesség-vizsgálatokra. Ezek jórészt műszeres ill. teszt-jellegű vizsgálatok. A különböző laboratóriumok vizsgálatainak eredményeit diagramok és táblázatok foglalják össze. Az orvostudományok szerint a határértékek, intervallumok elfogadhatóak, a komfortot egészségügyi szempontból a követelményeket kielégítik. Ezek irodák esetén a PMV, PPD, DR huzatkritérium, illetve a PD ( a függőleges hőeloszlással elégedetlenek arányát fejezi ki) a 2.13. táblázatban láthatók.

Helyiség

Iroda

Kategória

2.13. táblázat Irodák komfortkövetelményei Hőmérséklet

Légsebesség [m/s]

Lokális diszkomfort

nyár

tél

nyár

tél

PPD

DR

PD

A

24,5 + 0,5

22,0 + 1,0

0,18

0,15

<6

< 15

<3

B

24,5 + 1,5

22,0 + 2,0

0,22

0,18

< 10

< 20

<5

C

24,5 + 2,5

22,0 + 3,0

0,25

0,21

< 15

< 25

< 10

2.2.3. Akusztikai követelmények A jelenleg érvényes szabvány (MSZ 18151) dB (A)-ban kifejezett hangnyomásszinteket ír elő. Ezek konkrét értékeit lakó- és középületekre a Hiba! A hivatkozási forrás nem található.. táblázat, munkahelyekre a Hiba! A hivatkozási forrás nem található.. táblázat tartalmazza. 2.14. táblázat A megengedett egyenértékű A-hangnyomásszint lakó- és középületek helyiségeire (MSZ 18151) A megengedett egyenértékű AA helyiség megnevezése hangnyomásszint [dB(A)] nappal (6-22h)

éjjel (22-6h)

Kórtermek, betegszobák

35

30

Kórházak kezelői, műtői

35

35

Rendelő intézetek

40

40

Tantermek, előadók

40

40

Lakások lakószobái

40

30

Szállodák lakószobái

45

35

Szállodák közösségi helyiségei

50

50

Éttermek, eszpresszók

55

55

Üzletek és szolgáltató intézmények

60

60

Étkezők, konyhák lakásokban

45

45

26

2.15. táblázat A megengedett egyenértékű A-hangnyomásszint munkahelyekre (MSZ 18151) A megengedett egyenértékű Munkahely A-hangnyomásszint [dB(A)] 1

1-2 fős irodahelyiség, zajvédelmi szem pontból fokozottan igényes

50

2

Zajvédelmi szempontból munkahelyek

igényes

55

3

Zajvédelmi szempontból közepesen igényes munkahelyek

60

4

Zajvédelmi szempontból kevésbé igényes munkahelyek, laboratóriumok

65

5

Fizikai munkahelyek, vezérlőtermek

70

6

Konyhaüzem

75

2.3. Az irodai helyiségek komfortját meghatározó tényezők Az épületekben klímajellemzők értékei • a belső térben a klímát befolyásoló tényezők, • a belső teret a környezetétől elválasztó határoló-szerkezetek tulajdonságai, • a külső tér klímajellemzői, hatására alakul ki és határozzák meg a komfortot. Az épületben a levegő minőségét és komfortját a helyiségekben keletkező és a levegőbe jutó anyagok és energia határozzák meg. Ezek között elsőként magát az embert kell számításba venni a maga CO2, hő, pára és szagkibocsátásával, valamint a tevékenysége során keletkező anyag és energiamenyiséggel. A szennyezőanyagok alapvetően két témakörbe csoportosíthatók: az érzékelhető, szubjektív módon értékelhető levegőminőséget (olf- decipol rendszer), valamint a komfortterek egészségügyi követelmény rendszerét befolyásoló kibocsátások, mely szempontból az egyes szennyezőanyag fajták objektív és szubjektív módon külön értékelhetők. Az épületben kialakuló komfortra tehát maga az ember a meghatározó életfolyamataival, tevékenységével és a komfort ill. levegőminőség követelményrendszerével. A külső tér klímajellemzői időben változó és évenként bizonyos eltéréssel megismétlődő értékek. Figyelembevételük többévi megfigyelés alapján számított értékekkel történik. A klímaberendezések kiválasztásához, a komfort-terek tervezéséhez a külső klímajellemzők szélső értékeinek ismerete, míg az üzemeltetés szempontjából inkább az évi várható eloszlások ismerete szükséges. A külső levegő hőmérsékletértékeit sokévi meteorológiai adatok átlaga alapján a várható értékkel elég pontosan ismerjük, de a méretezésnél szabvány írja elő a mértékadó hőmérsékletet. Az utóbbi időben a klímaváltozás azonban eléggé megzavarja a korábban megszokott értékeket, és egyre gyakrabban és egyre nagyobb amplitúdóval jelentkező átlagértékekkel kell számolni.

27

A külső tér klímajellemzői között a hőmérsékleten kívül természetesen fontos szerepe van a napsugárzásnak, a szélnek, de a páratartalomnak is. Ezeknek értékeit ma már mind a méretezéshez, mind pedig az üzemeltetéshez kellően megbízható adatsorokkal figyelembe tudjuk venni. A határoló-szerkezetek funkciója a külső tértől való elválasztás. Az elválasztással azonban legtöbbször nem jár együtt a külső tér minden hatásának kiküszöbölése. A határoló-szerkezeteken hő, pára, levegő, fény, stb. hatol keresztül, és a határoló-szerkezetek a külső tér elektromos hatását sem mindig szigetelik el a belső tértől. A belső komfort szempontjából a határoló-szerkezetek mindenekelőtt a felületi hőmérsékletük, az üvegfelületeken pedig a napsugárzás következtében meghatározó termikus komfort-tényezők.

2.3.1. Környezet-terhelés a komfort térben 2.3.1.1. Az ember, mint környezet-terhelés a komfort térben Az élő szervezetek és környezetük között állandó energia- és anyag-csere kapcsolat van. Az anyagcsere során a környezeti levegő felhasználásával oxidációs folyamat játszódik le, mely során felszabaduló hő a környezetbe távozik. Az élő szervezetekből környezetbe kerülő hő, pára és gáz mennyisége különböző élőlényeknél nagyon eltérő. A környezetbe kerülő anyagok közül az egyik kiemelt tényező az emberi metabolizmus mellékterméke a szén-dioxidot. A komfort-terekben tartózkodó ember metabolizmusának (anyagcsere) feltétele a szervezet oxigén felvétele és szén-dioxid leadása. A kilélegzett levegő CO2 tartalma nagyobb, mint a bevezetett külső levegőé, emiatt a zárt tér szén-dioxid koncentrációja növekszik. A CO2 koncentráció befolyásolja az emberek közérzetét. Zárt terekben az előírt CO2 koncentrációt megfelelő frisslevegő utánpótlással tudjuk elérni. A lélegzéssel az anyagcsere során keletkező CO2 értékét átlagosan 160 g/h lehet számításba venni. A jelenlegi nemzetközi levegőminőségi kutatások fő célja: irodák esetén meghatározni, hogy milyen szintű komfortot szükséges biztosítani ahhoz, hogy a dolgozók teljesítménye ne romoljon, hanem javuljon. A téma aktualitását az biztosítja, hogy az elmúlt évek során nagyon sok irodaház épült, és így előtérbe került egyrészt a beruházási és üzemeltetési költségek csökkentése, másrészt az irodákban dolgozók kellemes közérzetének biztosítása és teljesítőképességének javítása. Az ember CO2 kibocsátására vonatkozó adatokat az 2.16. táblázat tartalmazza.

28

2.16. táblázat Az ember széndioxid termelése CO2 Szennyező légzési ∑Q térfogatár leadás O2 fogy. anyag-leadás l/h [olf] Tevékenység W/fő am l/h 3 m /h l/h Nyugalmi állapot 0,3 12 14 I. ül, olvas

120

0,375

15

18

1

II. nagyon könnyű munka

150

0,575

23

27

1,5

III. könnyű munka

190

0,75

30

35

2

IV. nehéz munka

>270

>0,75

>30

>35

2,5

Az ember testének felületéről konvekcióval, sugárzással és nedvességvesztés útján ad le hőt. A hőleadás a szervezetek sajátos egyensúlyi állapotából következően különböző hőmérsékleten arányaiban és összességében is változik, ezért értékeit általában a hőmérséklet függvényében adják meg. A különböző hőmérsékleteken konvekcióval, sugárzással, ill. párolgással leadott hő a diagramjából határozható meg. A párolgással leadott hő nedvességvesztést jelent. A nedvességvesztés lélegzés, ill. izzadás útján megy végbe. A nedvességleadást, átlagos öltözet esetén a 2.8. ábra diagramja szerint lehet figyelembe venni.

2.8. ábra Az ember nedvességleadása A különböző hőmérsékleteken a leadott hő összesen és arányaiban is változik. A gyakorlatban elterjedt szokás a leadott hő, pára és széndioxid mennyiségét a testsúly változásával lineárisnak tekinteni. Ezeknek az értékeknek pontosabb figyelembevételéhez azonban diagramok is ismeretesek (Hiba! A hivatkozási forrás nem található.. ábra).

29

2.9. ábra Az ember hőleadása

2.3.1.2. Egyéb levegő-terhelések Növények Az irodaépületekben gyakran találni növényeket. A növényzet és a talajban lezajló mikrobiológiai folyamatok hatását kell klímabefolyásoló tényezőként figyelembe venni. A hő, pára, ill. széndioxid cseréből a növényeknél a széndioxid mennyisége a legjelentősebb. A növények az asszimiláció során széndioxidot fogyasztanak. Ennek mennyiségét egységnyi levélfelületre vonatkoztatott értékkel adják meg. A széndioxid fogyasztás értéke levélfelületre vonatkoztatva 3,8-4,2 g/m2h a napsugárzás intenzitásától függően, vagy 1,2-1,8 g/m2 h növénytartó (cserép, dézsa, stb.) alapterületre vonatkoztatva. A talaj széndioxid termelése ennek csak tört része. Általában szervesanyag tartalomtól függően 0,06-0,1 g/m2h értékkel lehet számolni. Az irodaépületek helyiségeiben az építés, az épületszerkezeti anyagok, bútorok anyagából különböző olyan anyagok kerülhetnek a légtérbe, melyek nemkívánatosak és el kell távolítani. Ezek küzül néhány: Formaldehid (HCHO) Illékony szerves vegyület, vízben jól oldódik, színtelen, szúrós szagú gáz, egészségre káros hatású (az EU 1985-ben rákkeltő hatású vegyületnek minősítette). Felhasználása: • Pácszer, cserzőszer – textilipar, festékgyártás, gumiipar, mezőgazda- ság • Redukáló szer, katalizátor, stabilizátor –vegyipar, üvegipar, fémipar, élelmiszeripar • Műanyag – elektronikai ipar, autógyártás, építőanyag ipar, gépipar • Keményítőszer, tüzelőanyag – vegyipar, fotóanyag ipar, építőipar A formaldehid hatását rövid ideig tartó expozíció esetén a koncentráció függvényében az

30

2.17. táblázat mutatja. 2.17. táblázat A formaldehid hatása rövid ideig tartó expozíció esetén Koncentráció becsült középértéke [ppm] Hatás 0,1 érzékelési küszöb 0,5 szemet ingerli 0,6 torkot ingerli 3,1 szemben és orrban csípős érzés 5,65 30 percig elviselhető (könnyezés) 17,8 erős könnyezés 1 órás terhelés esetén 37,5 életveszély, ödéma, gyulladás 125 halál A leggyakoribb formaldehid szennyezőanyag-forrás a faforgácslap és a rétegelt lemez, melyeket bútorok, berendezési tárgyak, burkolóanyagok készítésénél használnak. Illékony szerves anyagok (VOC) A szennyezőanyagok ezen csoportja a formaldehid kivételével az összes többi szervesanyaggázokat tartalmazza. Elsősorban mesterséges építészeti anyagok, bútorok és berendezési tárgyak bocsátják ki. Angol elnevezésük: volatile organic compounds (VOC), együttes koncentrációjuk: total volatile organic compounds (TVOC). Az ember elsősorban szaglószervén keresztül érzékelheti. A levegőben - előfordulási koncentrációjuk függvényében – gyengébb, vagy heveny lefolyású bőr-, ill. nyálkahártya-gyulladást okozhatnak, esetleg stresszt. Az illékony szerves anyagok háromféleképpen juthatnak a komforttér levegőjébe: • diffúzió, • deszorpció és • párolgás útján. Zárt terek osztályozása: < 200 µg/m3

komforttér

200 – 3000 µg/m3 3000 – 25000 µg/m > 25000 µg/m

3

többféle hatásnak kitett tér 3

nem komforttér mérgező tér

A levegőbe jutó VOC tömegáramot befolyásoló tényezők: • • • •

léghőmérséklet: nagyobb belső hőmérséklet esetén, növekszik a levegőbe bejutó VOC mennyisége légcsere: nagyobb légcsere nagyobb VOC kibocsátást eredményez levegősebesség: a levegő sebességének és turbulenciafokának növekedésével növekszik a VOC emisszió. levegő relatív nedvességtartalma: vízben oldódó VOC komponens esetén a magasabb relatív nedvességtartalom magasabb VOC kibocsátást eredményez.

31

Radon A radioaktív bomlástermékek és a sugárzás elsődleges forrásai az építő- anyagok és a talaj. A radon a természetben előforduló uránból származik, a megelőző bomlástermék a rádium. A radon keletkezését a Hiba! A hivatkozási forrás nem található.. ábra mutatja.

2.10. ábra A radon keletkezése α sugárzás keretében A sugárzás aktivitása az időegység alatt (1s) átalakuló atommagok számát jelenti, mértékegysége: 1 Bq (Bequerel). Az energiadózis az abszorbeált sugárzási energia és a tömeg hányadosként határozható meg, mértékegysége: 1 Gy (Gray). Az emberi test sugárterhelésének a megítélése történhet az egyenértékű sugárzási dózis alapján, mértékegysége: 1 Sv = 1 J/kg (Sievert). A radon komforttérbe való bekerülésének módjai: • • • • •

a talajvíz elnyeli a vízvezeték-rendszeren keresztül jut be és a zuhanyzásnál válik ki a porlasztott vízből, burkolóanyagokból, a levegővel együtt, téglából, földgázból.

A radon gázok belélegezve a légutak radioaktív sugárzását eredményezik. A hosszan tartó sugárzás rákot, leukémiát, gyermekhalandóságot okozhat. Lakóépületnél a megengedett radonkoncentráció éves átlagban új épületek- nél 70 Bq/m3, régi épületeknél ennek a háromszorosa is megengedett. A Nemzetközi Sugárzásvédelmi Bizottság (ICRP) az alábbi egyenértékű sugárzási dózis értéket javasolja: munkahelyeken 150 mSv/év, lakosság számára 50 mSv /év. A radonsugárzás elleni védekezés módjai: • • • •

építőanyagok és alapanyagok helyes megválasztása, a talajszint alatti faláttörések tömítése, gyakori szellőztetés (főleg a pinceszinten és a fürdőszobában), radonemissziót csökkentő falbevonat, festés.

Dohányfüst A dohányzás ma már az irodaépületekben tíltott, illetve csak az erre kijelölt helyen megengedett. A dohányfüstnek ezernél is több alkotója van, köztük: széndioxid, hamu, nikotin. A dohányfüst a szemet és az orrot ingerli. Vizsgálatok igazolták rákkeltő hatását és mint a szívinfarktus rizikófaktorát. A dohányzás hatása komforttérben nem kompenzálható. A

32

forrás csökkentésével, ill. a légcsereszám növelésével védekezhetünk ellene. Az ingerhatás megszűntetése elszívott cigarettánként 100 m3 frisslevegő bevezetését igényli. Ez azt jelenti, hogy ha 40%-os dohányzó részarányt és óránként és fejenként 1,5 cigarettát feltételezünk, a szükséges frisslevegő-igény 0,4*1,5*100= 60 m3/h/fő. Nitrogén-oxidok A nitrogén-oxidok elsősorban magas hőmérsékletű égésnél keletkeznek. Az ember nyálkahártyáján oldódnak és izgatják, a vérbe felszívódva a hemoglobinban a vasat oxidálják és így a szervezet oxigénfelvételét akadályozzák. Azbeszt Az azbeszt a természetes szilikátszálak gyűjtőneve. Megkülönböztetjük a fehér, a barna és a kék azbesztet. Az azbesztszálak jellemző átmérője 0,05-0,1 µm. (Az emberi haj átlagos átmérője 40 µm.) Az épületeknél korábban alkal- mazták szilárdság- és kopásállóság-növelő hatása miatt (pl. azbesztcement, eternit lemezek, szigetelő anyagok). A levegőbe kerülő azbesztszálak légzés útján juthatnak a tüdőbe, ahol lera- kódva tüdőelváltozást, daganatot okozhatnak. Az építészetben teljes kiváltásuk indokolt. A francia előírások 50 mg / m3 határértéket javasolnak, Németországban az irányadó érték 1 szál/m3, ha szálhossz nagyobb, mint 5 µm, a szálát mérő pedig kisebb, mint 3 µm. 2.18. táblázat A berendezési tárgyak, burkolatok átlagos szennyezőanyag-kibocsátás Padlófelületre vonatkoztatott forráserősség [olf/m2] Helyiség jellege középérték

tartomány

Iroda

0,3

0,02-0,95

Osztályterem

0,3

0,12-0,54

Gyülekező tér

0,5

0,13-1,32

2.3.2. A külső tér klímajellemzői és a comfort Az éghajlat, azaz a környezet klímaviszonyai meghatározóak az épület helyiségeinek komfortjában. A meghatározottság részben az épületek kialakításával másrészt az épületek mindennapi működésének kapcsolatában jelenik meg. Ez azt jelenzi, hogy a földrajzi, kulturális és financiális körülmények meghatározzák egy-egy létesítmény kialakítását (méretei, forma, alkalmazott anyagok, tájolás, stb.) és ennek következtében a komfort biztosításának alapfeltételeit és ezzel az adottsággal kell a mindennapi üzemeltetést biztosítani. Az éghajlati meghatározottság a komfort-követelményekre is hatással van. A komfortkövetelményeket az emberrel kapcsolatban általánosságban tárgyaltuk, de az általános összefüggéseken belül olykor lényeges eltérések is mutatkoznak. Mindezekből következően amikor azonos funkciójú létesítmények, pl. irodaépületek komfortkérdéseit vizsgáljuk akkor a megállapításoknál ezeket az eltéréseket nem szabad figyelmen kívül hagyni. Még olyan, viszonylag kis földrajzi egység, mint Európa helyzetében

33

is lényeges eltérés van egy északi és egy déli ország azonos funkciójú létesítményeinél. Így sem az átlaghoz való (pl. EU átlag, stb.) viszonyítás, sem pedig valamely országra való hivatkozás (pl. Spanyolországra, stb.) irodák esetén sem mindig helytálló. A külső tér klímajellemzőit két szempontból kell ismerni. Egyfelől a mértékadó szélsőértékek, melyek a méretezés, a berendezések kiválasztásánál játszanak szerepet, másrészt a paraméterek eloszlása az év során, mely az üzemeltetés szempontjából meghatározóak. Magyarországon a téli és nyári állapotok méretezésnél figyelembe veendő mértékadó klímajellemzőket a MSZ 04-140/3-87 szabvány rögzíti. Az üzemeltetéshez a meteorológiai adatok általában 50 évi átlagok értékei megtalálhatók

2.3.3. A határoló-szerkezetek, mint a komfort meghatározói Az épülethatároló-szerkezetek több szempontból meghatározói a komfortnak, és a helyiség energia-szükségletének. Ha hőmérsékletkülönbség van a külső és belső tér között, akkor a határolószerkezeten keresztül hő- és páraáramlás indul a magasabb hőmérsékletű hely felől az alacsonyabb felé. Ez azt jelenti, hogy télen a helyiségekből kifelé, nyáron befelé történik hőés páraáramlás. Ennek mértékét a hőmérsékletkülönbség és a határoló szerkezet hőátbocsátási tényezője határozza meg: ahol

) = + , ∗ - − .  /

U a határolószerkezet hőátbocsátási tényezője W/m2K A a határolószerkezet felülete, amelyre az U vonatkozik m2 tb hőmérséklet a határolószerkezet belső oldalán °C tk hőmérséklet a határolószerkezet külső oldalán °C Az épülethatároló és nyílászáró szerkezetek az utóbbi évtizedben az energiamegtakarítás középponti kérdései között szerepelnek és ma már az előírások, az alkalmazott technológiák és anyagok alkalmasak a szigorú követelmények kielégítésére is. Régebbi épületek energetikai szempontú felújításában is általában az utólagos hőszigetelés és nyílászáró csere általános és gyakran kizárólagos megoldás szokott lenni. Sajnos nem vált általánossá ugyanakkor a jobb légzárású nyílászárók és párazáró hőszigetelések alkalmazásánál a szellőztetés kérdésének a megfelelő kezelése, és ennek következményeként a filtrációs veszteségek csökkentését egy szabályozatlan szellőztetéssel pótolva jelentős energiamegtakarítási lehetőségek maradnak el. A jobb légtömörségű épületek alakultak ki, melyekben szabályozatlan és gyakran indokolatlan túlszellőztetés történik. Az épülethatároló szerkezetek azonban nem csak a konvektív hőveszteség, illetve hőnyereség okán bírnak jelentőséggel, hanem közvetlen hatással vannak a belső tér komfortjának alakításában. A határoló szerkezetek felületi hőmérséklete a komfort szempontjából a levegő hőmérsékletével összemérhető hatású, így ennek ismerete fontos a komfort, ill. lokális diszkomfort okának megítélésénél. A határolószerkezet belső felületének hőmérséklete: 0

-' = - − ∝ - − .  °C 2

34

Ahol αb a belső oldali hőátadási tényező W/m2K, tb , tk a belső és külső oldali levegő hőmérséklet °C. A felületi hőmérséklet ismerete természetesen a páralecsapódás szempontjából is lényeges, de ma már a jó hőszigetelés mellett inkább csak rossz tervezésnél fordul elő hőhíd, mely viszont a jobb légzárás miatt hamar nemkívánatos penészesedésként, elszíneződésként láthatóvá válik. A határoló szerkezetek közül a nyílászárók üvegfelületén nemcsak konvektív hőáramlás alakul ki, hanem a napsugárzás jelentős hőnyereséget is jelent. A napsugárzás hőnyeresége energetikailag előnyös, de nyáron ez nemkívánatos, de télen is okozhat helyi diszkomfortot.

35

3. A SZELLŐZTETÉS (Prof. Barótfi István PhD)

3.1. A szellőztetés levegőmennyisége Irodák esetén a legfontosabb szempont a közérzet és a teljesítőképesség. A szellőztetés esetén ennek a célnak megfelelően kell a szükséges frisslevegő mennyiségét meghatározni. A szellőztetés mértékét a gyakorlatban kétféleképpen fejezik ki: a levegőszükséglettel és a légcsere-számmal. A levegőszükséglet a helyiségből időegység alatt elviendő levegő mennyiségét jelenti: mely térfogatával vagy tömegével adható meg: - a térfogattal adott levegőszükségletet m3/s; - a tömeggel megadott levegőszükségletet kg/s jelöljük. A térfogat és tömegegységet a sűrűség ismeretében át lehet számítani: 34 = 5 ∗ 67 A ρt - a levegő t hőmérsékleten vett sűrűsége, melyet a 0 °C hőmérsékletű sűrűség ρ0= 1,293 kg/m3 és a levegő térfogati hőtágulási tényezőjéből számolhatunk: 5 =  ∗ ⋅

1 1 + 89

A légcsere-szám a levegőszükséglet ( V ) és a szellőztetett helyiség térfogatának (V) hányadosa: 64 := 6

A levegőszükségletet a helyiségben keletkező, eltávolítandó szennyező anyagok mennyisége (;4 ), a helyiségben ezek megengedett koncentrációja (kb) és a külső levegő koncentrációja ezen anyagokban (kk) alapján lehet számítani: 64 =

;4
- −
.

Attól függően, hogy milyen célra használt helyiségről van szó, illetve milyen prioritások szerint számítjuk a frisslevegő mennyiségét, különböző értékekhez jutunk. A frisslevegő szükséges mennyiségéről a hazai és külföldi szakirodalmakban különböző értékek találhatóak, ezek nagyon széles határok, 20-120 m3/h,fő között változnak. Az irodákban a frisslevegő mennyiség meghatározásához a belső levegő megkívánt CO2 értékei is eltérően ítélhetők meg, így a szellőztetés levegőmennyiség is jelentős eltérést mutat. A komfort-terek frisslevegő igényénél az eltérések a figyelembe vett szempontok, illetve ebből következően a számértékekből adódik (Hiba! A hivatkozási forrás nem található.. ábra).

36

Alapvetően kétféle megoldás szokásos (Hiba! A hivatkozási forrás nem található.. ábra): • a légzés frisslevegő igénye: fejadag módszer, fajlagos alapterületre vonatkoztatott érték. • a belső levegő minőség: érzékelhető belső levegő minőség, egészségügyi követelmények.

3.1. ábra A szellőző levegő mennyisége

3.2. ábra A frisslevegő szükséglet meghatározásának szokásos módjai A szellőztetés frisslevegő mennyiségét a fejadag szerint számítva a Hiba! A hivatkozási forrás nem található.. és Hiba! A hivatkozási forrás nem található.. táblázatok mutatják.

37

3.1. táblázat Frisslevegő igény (m3/h,fő) Külső CO2 koncentráció Tevékenységi szint Q Térf. % 0,03

0,04

0,05

13

14

15

I. ül, olvas

W/fő 120

II. nagyon könnyű munka

150

19

21

23

III. könnyű munka

190

25

27

30

3.2. táblázat Frisslevegő igény munkavégzés alapján (m3/h,fő) Munkavégzés minimális frisslevegő igény szellemi munka 30 könnyű fizikai munka

30

közepesen nehéz fizikai munka

40

nehéz fizikai munka

50

A németországi előírások a fejadag mellett figyelembe veszik az egy főre jutó fajlagos alapterületet is (Hiba! A hivatkozási forrás nem található.. táblázat). 3.3. táblázat Fajlagos frisslevegőigény a DIN 1946/2 szerint Térfajta Példa Fejadag szerint Alapterület 3 m /h szerint m3/m2,h Munkatér

Kisterű iroda Nagyterű iroda

40 60

4 6

Rendezvény terek

Koncertterem Színház Konferencia terem

20

10-20

20

12

30 20 30

15 3-12 8

Oktatási terek

Közönségforgalmi terek

Olvasóterem Osztályterem Előadóterem Előadótér Vendéglő

A fenti értékekből számított frisslevegőigény közül mindig a nagyobbat kell választani! Dohányzás esetén személyenként 20 m3/h,fő -vel növelni kell a "fejadag" értékeket. A belső levegő minőségi követelmények és a szennyezőanyag-terhelés alapján számolható a levegőminőségi szempontból szükséges frisslevegő térfogatárama (a jelenleg érvényben lévő MSZ CR 1752 szabvány szerint):

38

64 = 10 ahol

;4 > = @ <- − <.  ∗ ε ?

;4 összes szennyezőanyag-terhelés a térben [olf] cb a belső levegő minősége [decipol] ck a külső levegő minősége [decipol]

Németországban a szellőztetett terekben a belső levegő minőségének értékeléséhez bevezették a szellőztetés hatásosságának mérőszámát, amit ε-nal jelölnek: A=

B5 − BC B- − BC

ahol Ct - szennyezőanyag-koncentráció a távozó levegőben, Csz - szennyezőanyag-koncentráció a szellőző levegőben, Cb - szennyezőanyag-koncentráció a tartózkodási zónában A tartózkodási zónában kialakuló szennyezőanyag-koncentrációt a helyiségben kialakuló levegőáramlás, a légvezetési-rendszer befolyásolja, mely függ a szellőzőlevegő bevezetési helyétől, a levegőbefúvás módjától, a terem hő- és nedvességterhelésétől. Ideális keverő szellőzésnél ε=1, míg kiszorításos szellőzésnél ε>1. Értéke nyomjelző gáz segítségével, koncentráció méréssel határozható meg. A németországi előírások szerint a helyiség rendeltetésétől függően 20-60 m3/h/fő frisslevegő térfogatáramot kell biztosítani, ami dohányzás esetén 40-80 m3/h/fő értékre növekszik. Ezen túlmenően meghatároznak padlófelületre vonatkoztatott frisslevegő-igényt is, mely szintén a helyiség rendeltetésétől függően 4-20 m3/h/m2 lehet. A kétféle módon meghatározott térfogatáram közül mindig a nagyobbikat kell választani, és a levegőminőségi igényeket is ki kell elégíteni. A fenti értékek alapján megállapítható, hogy a hazai előírások kevesebb frisslevegő-igénnyel is megelégszenek. A nagyobb frisslevegő-hányad nem feltétlenül jelenti az üzemeltetési költségek ugrásszerű növekedését, ha hővisszanyerőt alkalmaznak. Kutatásai alapján Fanger professzor meghatározta az elégedetlenek arányát a frisslevegő fejadag függvényében, mely az alábbi egyenlettel írható le: DE = 395 ∗ G HI,JKL

M,NO

[%]

ahol PD az elégedetlenek aránya [%] V frisslevegő térfogatáram [l/s/fő] Megállapítható, hogy a nálunk alkalmazott 30 m3/h/fő (8,33 l/h/fő) esetén az elégedetlenek aránya 17,63 %, míg a hőérzeti optimum esetén – amikor az elégedetlenek aránya 5% – a szükséges frisslevegő-térfogatáram 116,8 m3/h/fő.

39

Az irodai komfort esetében a széndioxid meghatározó levegőminőségi tényező és közvetlen hatással van a dolgozók teljesítményére. Az ezzel kapcsolatos vizsgálatok megállapították, hogy 2x70 perc 3000 ppm szén-dioxid koncentráció feletti zárt térben tartózkodás után az egészséges, fiatal emberek közérzete rohamosan romlik. A laboratóriumi vizsgálatok megállapították, hogy 3000 ppm szén-dioxid koncentrációig a szén-dioxid koncentráció változása kisebb mértékű eltérést eredményez a szellemi munka mennyiségében és minőségében, mint a vizsgált alanyok közötti különbség. Továbbá hogy 3x70 perc 3000 ppm szén-dioxid koncentráció feletti zárt térben tartózkodás után kezd el jelentősen csökkenni az egészséges, fiatal emberek szellemi munkájának teljesítményeés minősége. A laboratóriumi vizsgálatok eredménye alapján megállapították, hogy irodai munkavégzés esetén az emberek közérzete és teljesítménye 7,7 m3/h,fő-nél kevesebb frisslevegő bevezetés esetén jelentősen romlik. A kapott eredményt az irodai munkavégzésnél, kb=3000 ppm és kk=400 ppm szén-dioxid koncentrációnál p≤0,05. szignifikancia feltétel mellett adódott.

3.2. Szellőztető rendszerek A szükséges friss-levegő mennyiségének biztosítása és a helyiségekben való elosztása a szellőző rendszer feladata. A szellőztetés alapgondolata, hogy az épületek tereinek levegőjébe kerülő nemkívánatos, szennyezett anyagoktól úgy a legegyszerűbb megszabadulni, ha a levegőt kicseréljük a külső tér „tiszta” levegőjével. Ma már egyre kevésbé lehet elmondani, hogy a külső tér levegője tiszta, mégis ma is ez az általános technológia a helyiségek megfelelő levegőjének biztosítására. A külső és belső levegő cseréjéhez szükséges nyomáskülönbség létrejöhet valamilyen fizikai hatásra és létrehozhatjuk a nyomáskülönbséget gépi úton energia felhasználásával. Ennek megfelelően megkülönböztetünk: természetes és mesterséges, vagy gépi szellőztetést. A szellőztetés során helyiségek légcseréjével biztosíthatjuk a légzéshez szükséges oxigént, és gyakran a megfelelő hőérzetet (fűtés-hűtés), a páratartalom szabályozását, szagmentesítést, a szűrést és az egyéb különleges ionizáló, fertőtlenítő stb. feladatokat is ezzel kívánjuk részben, vagy egészében megoldani.

3.2.1. Természetes szellőzés A természetes szellőzés alapja a külső levegőmozgás, vagy hőmérséklet- és szintkülönbség hatására létrejövő nyomáskülönbség. A külső levegő mozgását kihasználó szellőzést szélszellőzésnek, a hőmérsékletkülönbség hatását kihasználó szellőzést gravitációs szellőzésnek nevezik. A szélszellőzésnél az épület szélfelőli és szélárnyékolt oldalai között létrejövő nyomáskülönbség hatására áramlik a levegő. A szél hatásának főként a nyári időszakban van jelentősége, mert ekkor gravitációs hatás nincs vagy esetleg éppen visszaáramlás van. A szél dinamikus nyomását a helyiséghez viszonyított nyomáskülönbséget a szellőzőnyílás épületen

40

való helyzetéből (melyet az aerodinamikai tényezővel fejeznek ki) és a szélsebességből lehet meghatározni: % ∆( =
 2 ahol ∆p a szél dinamikus nyomása az épület vizsgált szellőzőnyílásánál a helyiséghez viszonyított nyomáskülönbség Pa; k aerodinamikai tényező (dimenzió nélküli előjeles szám) v a szélsebesség m/s; ρ a levegő sűrűsége kg/m3. Az épületbe áramló levegő mennyisége függ a nyomáskülönbségtől, a szellőzőnyílások áramlási ellenállásától és méreteitől. Miután az épület szellőzőnyílásokkal rendelkező felületein a szél hatására kialakult nyomás a mindenkori szélsebesség és irány függvénye, így állandó mértékű szellőztetés szélszellőzéssel nem biztosítható. Ezért kizárólag szélre alapozott szellőzést a gyakorlatban nem alkalmaznak, de a szél hatását mind a gravitációs, mind pedig a mesterséges szellőzésnél figyelembe kell venni. A gravitációs szellőzés működésének alapja a hőmérséklet-különbségből adódó sűrűség-különbség, mely a nyílásokon levegőáramlást hoz létre. A levegő áramlását biztosító nyomáskülönbség: ∆( = T∆U = TI −  U ahol H a szellőzőnyílás magassága, szintkülönbsége m; ρ1 a levegő sűrűsége kg/m3 a helyiség hőmérsékletén; ρ2 a levegő sűrűsége kg/m3 a külső hőmérsékletén. A nyomáskülönbség hatására levegőáramlás akkor jön rétre, ha ez a nyomáskülönbség nagyobb, mint a levegőáramlás ellenállásának leküzdéséhez szükséges nyomás. A nyomáskülönbség általában olyan értelmű, hogy télen a helyiség melegebb levegője a felső nyílásokon, vagy a nyílás felső részén kifelé, az alsó nyílásokon a hidegebb levegő befelé áramlik. Nyáron ez fordítva is előfordulhat. A két ellenkező értelmű nyomáskülönbségű szint között van olyan szint, ahol nyomáskülönbség nincs. Ez a semleges szint. A semleges szint helyzete a be- és kiömlő nyílások méretétől és áramlási ellenállásától függően változik. Közel azonos méretű és kialakítású alsó és felső szellőzőnyílások esetén a semleges szint a két nyitás középvonalában van. Egy nyílás esetén ez a nyílás magasságának felében van. Az alsó nyílás keresztmetszetének növelésével a semleges szint lejjebb tolódik. Ugyan úgy eltolódik a semleges szint a szél hatására kialakuló nyomáskülönbség miatt is. A szél hatására kialakuló nyomáskülönbség szuperponálódik a gravitációs nyomáskülönbséghez, és ez nyári időszakban nagyon kedvező. A nyári időszakban ugyanis hőmérsékletkülönbség nincs, vagy alig van és így a gravitációs szellőzés nem funkcionál. Az Országos Meteorológiai Szolgálat felmérései alapján ismertek a hőmérséklet-szélsebesség összetartozó értékeinek sűrűség és eloszlásfüggvényei, illetve várható értékei, így a természetes szellőzés nyári időszakra is előre meghatározható biztonsággal tervezhető. A természetes szellőztetés esetén a kialakuló térfogatáram nagysága a be- és kiömlőnyílások ellenállása és a nyomáskülönbség a meghatározó. Általánosságban a természetes szellőztetés légszállítása:

41

4

64 = V ∗ W

2 ∗ ∆( 

ahol µ- az un. átfolyási tényező, mely a különböző nyílászárókra és levegőáteresztőkre kidolgozott, dimenzió nélküli szám. Ha a szél hatását figyelmen kívül hagyjuk, akkor a gravitációs hatás nyomáskülönbsége közvetlenül a hőmérsékletkülönbséggel felírható és egy átlagos ellenállású nyílást feltételezve, a keresztmetszet közvetlenül a hőmérsékletből, illetve magasságkülönbségből számolható. ∆( = T ∗ U ∗ . − -  A sűrűségek a hőmérsékletekkel: 5 =  ∗

1 1 + 89

A nyomáskülönbséget behelyettesítve az egyenletbe és tapasztalati értékként az átfolyási tényező értékét beírva a természetes szellőztetés levegőszállítására az alábbi összefüggést kapjuk: 4 2. - − . UT 6 = W 39- 

Az összefüggésből a be- és kiömlőnyílások keresztmetszete már meghatározható: - = .X

4 39= 64 W 2UT- − . 

Ez az összefüggés a gyakorlat számára gyakran elegendő pontosságú és kielégítő eredményt ad.

3.2.2. Mesterséges szellőztetés A mesterséges szellőztetés esetén ventilátor biztosítja a levegő szállításához szükséges nyomáskülönbséget. A szellőztetett helyiség környezetéhez viszonyított nyomása alapján megkülönböztetnek: - túlnyomásos

42

- elszívásos - kiegyenlített szellőzőrendszert. A túlnyomásos szellőzés esetén a szellőztetett helyiségben a környezethez képest túlnyomás van. A túlnyomás értéke 10-50 Pa értékű szokott lenni. A túlnyomás azáltal jön létre, hogy a ventilátor a szellőző levegőt a helyiségbe befújja és a használt levegő a rendelkezésére álló nyílásokon távozik. A túlnyomás mértékét a ventilátor légszállításával, illetve a levegő elvezetésére szolgáló nyílások méretével lehet beállítani. A túlnyomásos szellőzést olyan helyen használják, ahol a szellőztetett helyiséget a környező levegő szennyeződéseitől védeni kell, vagy a levegőt a szellőzéshez előkezelni (fűteni, tisztítani szükséges. Nem alkalmazható olyan helyen, ahol a levegő a helyiségben olyan szennyezőket, szaganyagot vehet fel, melynek a környezetbe való kiáramlása nem kívánatos. Elszívásos szellőzési rendszer esetén ill. szellőztetett helyiségben 10-30 Pa depresszió van, a környezethez képest. A depresszió azáltal jön létre, hogy a ventilátorok a helyiségből elszívják a levegőt és a levegő utánpótlás a rendelkezésre álló szellőző ill. egyéb nyilásokon keresztül, azok áramlási ellenállásának leküzdésével történik. A depresszió nagysága az elszívott levegő mennyiségétől és a nyílások ellenállásától függ. Az elszívásos szellőztetést olyan helyen alkalmazzák, ahol a helyiségben keletkező káros gázok vagy szaganyagok környezetbe jutását meg kívánják akadályozni. Nem alkalmazható olyan helyiségek szellőztetésénél, melyek környezetükből káros gáz beáramlása fordulhat elő. Kiegyenlített szellőzés esetén (3.3. ábra) a helyiségből ugyanannyi levegőt szívnak el, mint amennyit befújnak. Így a helyiségben a nyomás közel azonos a környezeti nyomással. A gyakorlatban inkább kis túlnyomásra törekednek a huzatjelenség kiküszöbölésére. Alkalmazását olyan helyen, ahol a levegő ártalmas anyagokkal szennyeződhet, kerülni kell. A kiegyenlített szellőzési rendszer előnye, hogy a szellőzés minősége - a levegő szervezett ki- és befúvása, a helyiség átszellőzése, a szűrés, fűtés, stb. - kedvező, hátránya, hogy azonos mennyiségű levegő mozgatásához két berendezés szükséges, amely beruházás és üzemeltetés szempontjából mindenképpen többletkülönbséget jelent. A mesterséges szellőztetés megoldható: • egyedi szellőző egységekkel • központi gépházhoz kapcsolt nyomó és elszívó légcsatornával A szellőzési rendszer kiválasztásához általános szabályt felállítani nem lehet. Az irányadó mindig a szellőztetett helyiség szellőzési követelményei és a szellőző berendezés kialakítására fordítható költségek. A helyiség szellőzési követelményeit a felhasználás, a helyiség méretei befolyásolják, de általános szempont, hogy - a szellőző levegő össz-mennyisége a mindenkori követelményeknek feleljen meg, - a helyiséget megfelelően, lehetőleg egyenletesen öblítse át, - a levegő be- és elvezetése ne okozzon huzatot, - az elhasznált levegőt lehetőleg a keletkezés helyén a legrövidebb úton vezessük el, - az elhasznált levegőt lehetőleg a természetes áramlási irányának megfelelően vezessük el, - általában több kisebb, mint kevesebb de nagyobb levegő be- és elvezető nyílást célszerű alkalmazni.

43

Túlnyomás ∆p = 20 – 30 Pa Légköri nyomás

Depresszió ∆p = 20 – 30 Pa

3.3. ábra A szellőztetési rendszer nyomásviszonyai A mesterséges szellőztetés kialakításánál a legfontosabb a légbevezetés és elvezetés helyének meghatározása, mely a megfelelő átszellőzés feltétele. A levegő bevezetésének és elvezetésének helyét a helyiség mérete és jellege, a szellőző levegő mennyisége és mozgásának iránya szabta követelmények, valamint a helyiség és a szellőző levegő hőmérsékletviszonyai határozzák meg. Ennek alapján kell a szellőző rendszer légbevezető és elvezető csatornáinak nyomvonalát és nyílásait, az egyedi szellőző egységeknél pedig azok elhelyezését meghatározni. A légbevezető és elvezető nyílások helye szolgál alapul a szellőző rendszer elemeinek megválasztásához, a méretezéséhez. A szellőző levegő és helyiség levegő hőmérséklete közötti különbség egészségügyi, hőérzeti szempontból bizonyos határértéket nem léphet át. Ha a hőveszteséget a kötelező légmennyiséggel akarjuk pótolni, a szellőzőlevegő hőmérséklete a legtöbb esetben meghaladná a megengedett értéket. A szellőző levegő és a helyiség levegő közötti hőfoklépcső azonban a szellőző levegő mennyiségének növelésével a megengedett értékre csökkenthető. Energetikai okokból a szellőző levegőnek egyetlen módja az elmenő levegő egy részének keringtetése. (Cirkuláció)

3.2.3. Levegőelosztás a szellőztetett térben A szellőztetéssel bevitt frisslevegő célja, hogy a levegőminőség követelményeinek megfelelő állapotot hozzon létre a tartózkodási térben. Ennek különböző lehetőségeit alapvetően két csoportra oszthatjuk: • higításos szellőztetés, melynél a frisslevegő keveredik a térben levő levegővel és annak szennyezőanyagkoncentrációját folyamatosan hígítja, • elárasztásos rendszer, melynél a bevezetett frisslevegő a tér egy részében egyre nagyobb térfogatot foglal el és kiszorítja a használt levegőt. Egy légelosztó rendszernek annyi levegőt kell befújni, hogy a helyiség szellőzésével a megfelelő levegőminőség biztosítva legyen. Ezen kívül teljesülnie kell még a hangnyomásszinttel, levegősebességgel és hőmérséklettel kapcsolatos igényeknek is a

44

tartózkodási zónában. A levegő bevezetési helyének környékén primer légáramlatok jönnek létre, melyek szekunder levegőmozgásokat indukálnak. Ezt a primer és szekunder légáramlást légvezetési rendszernek (LVR) nevezik.

3.2.3.1. Higításos levegőbevezetés 3.2.3.1.1. Mennyezetcirkulációs hígításos szellőzés A levegőt viszonylag nagy sebességgel fújják be általában a mennyezetről vagy a fal felső részéről, és a helyiség levegőjének egy része is mozgásba jön, így a keveredés hatásosabb. Beszabályozással kell biztosítani, hogy a tartózkodási zónában már csak a megengedett áramlási légsebesség legyen. Fűtésre és hűtésre is alkalmas, de ugyanazon berendezés általában nem alkalmas téli-nyári üzemre, mivel a meleg levegő tartózkodási zónába való juttatása nagy energiákat igényel. Megoldás lehet a motorizált befúvó vagy hűtésre (is) méretezik, a téli üzemben függőleges segédterelőkkel kényszerítik lefelé a meleg levegőt. 3.2.3.1.2. Oldalcirkulációs hígításos szellőzés Hűtéskor a levegő szétterülve a padlón felfelé szorítja a belső melegebb elhasznált levegőt, mely a fentebb elhelyezett elszívókon keresztül távozik. Az elszívók alatt elhasznált légréteg alakul ki. Szellőzésre hatékonyabb, mint a mennyezeti szellőzés, - különösen nagyobb belmagasság és hőterhelés esetén. Ez a megoldás azonban általában nem használható fűtésre. Hígításos LVR-t tehetetlenségi erőkre méretezik

LVR Hígításos

Légsebesség

Léghőmérséklet

H

H

Koncentráció H

t k

v

3.4. ábra Hígításos rendszerek

3.2.3.2. Elárasztásos szellőzés Alacsony sebességű hűtött levegő áramlik be a mennyezetről, az elhasznált levegőt kiszorítja az elszívó berendezés pedig elszállítja. Lehetőleg minél kisebb részmennyiségekben kell elosztani a mennyezet teljes felületén. Általában fűtésre nem alkalmas. Elárasztásos LVR-t termikus erőkre és a bevezetés intenzitására méretezik.

45

LVR

Légsebesség

Léghőmérséklet

Koncentráció

Elárasztásos H

Q

H

v

H

t

k

3.5. ábra Elárasztásos rendszer A termikus erők hatására alulról felfelé haladó légáramlás jön létre. Csak és kizárólag a tartózkodási zóna szellőztetésére (klímatizálására) kerül sor, a bevezetett szellőző térfogatáram kis mértékben keveredik a környező levegővel. A tartózkodási zónából kiszorítja a szennyezett levegőt és alacsony sebességével huzatmentes átöblítést ad.

3.6. ábra Kiszorító levegőbevezetés A termikus erő lényegesen nagyobb légtérfogatot indít meg, mint a bevezetett szellőző levegő mennyisége. A szellőző levegő mennyisége körülbelül megegyezik a távozó levegőjével, közben a helyiség középső harmadában visszaáramlások jönnek létre, keveredési zóna. A komfort alkalmazásokban előtérbe kerültek a vendéglátóhelyek (éttermek, sörözők, bárok) a nagy közösségi helyiségek (múzeumok, könyvtárak, koncerttermek) az irodaépületek. Az ipari célú alkalmazásnál problémás lehet a helyi elszívások hatása, a helyiségek közötti nyomáskülönbségek, az esetleges toxikus anyagok jelenléte, - külön megvizsgálandók ezek az esetek. Összefoglalva: a helyiségben hőforrás legyen, alul bevezetés kissebességgel, felül elvezetés, a primer levegő keveredése minimális a tartózkodási zónában, a szellőző levegő ajánlott hőmérséklet különbsége 0 < - 6 K

46

Hátrány

Előny

3.4. táblázat Levegőbevezetési rendszerek összehasonlítása Hígításos Elárasztás Mennyezetcirkuláció Fűtésre, hűtésre Erősen hűtött levegő is Egyenletes hőmérséklet

Oldalcirkuláció Hatékonyabb szellőzés Kisebb energiaigény hűtéskor Tartózkodási zónában kis sebesség

Alacsony hatékonyság Hűtéskor huzatveszély és nagyobb energiaszükséglet

Fűtésre nem alkalmas Hasznos terület kisebb Több levegőt igényel, és függőleges hő gradiens nagy

Nem csökkenő padlófelület Nagy lokális hatékonyság Kis hűtéskor nagy tömegű légcserére alkalmas Fűtésre nem alkalmas Alacsony indukció Padlóhoz közeli elszívás szükséges

3.2.3.3. Légvezetési rendszerek 3.2.3.3.1. Mikroklíma LVR

3.7. ábra Mikroklíma légvezetési rendszer Igényes helyeken alkalmazzák, mint például színház-, koncert-, előadótermek, vagy magas komfortú irodák. Jellegzetessége: • a primer szellőző levegő a helyiség levegőjével keveredve lép be közvetlenül a tartózkodási zónába. • a levegő bevezetés speciális (indukciós) anemosztátokon keresztül történik a tartózkodási zóna alatti térből, nem a teljes tér klímatizálása a cél, a primer szellőző levegő kisebb, mint a hagyományos rendszereknél, a tartózkodási zóna homogén légállapota biztosított (minimális hőmérsékleti rétegződés) A befúvást úgy kell megoldani, hogy a bent tartózkodók feje ne kerüljön a szellőző légsugár tartományába, hanem annak indukciós mezőjébe. Munkahelyek esetén q = 120 W/m2 fajlagos hűtőterhelés mellett a primer levegő 30-50 m3/h, a szekunder 15-25 m3/h, előadótermek esetén q = 100 W/ m2 Vp = 25-30 m3/h Vsz= 13-15 m3/h.

47

3.2.3.3.2. Diffúz LVR Erősen induktív, a kritikus helyeken diffúz, a szellőző levegő sebessége annyira lecsökken, hogy a tartózkodási zónában huzatérzet egyáltalán nem tapasztalható. Optimális viszonyok a helyiségben. A szokásostól eltérően (0 < 15 K) nagy hőmérsékletkülönbség valósítható meg a szellőző és a helyiség levegő között. Az anemosztátok rotációs (forgó) vagy fúvókás kivitelűek. Nemcsak igényes komfortterekben (irodákban, üzletekben), de ipari szerelőcsarnokokban is alkal mazzák. Kis belmagasságú helyeken 0 <8 K betartása ajánlott, q <60 W/ m2, 22 oC belső hőmérséklet mellett.

3.8. ábra Diffúz légvezetési rendszer 3.2.3.3.3. Érintőleges LVR A belépő levegő a falsíkra tapad. Fő alkalmazási területe alacsony (h <3 m) belmagasság. A bevezető szerkezet lehetfali anemosztát falszögletben mennyezeti anemosztát, indukciós klímakonvektor – mint a mellékelt ábrán például fan-coil. Hátrányos lehet, ha a mennyezeti anemosztátok váltakozva befúvó és elszívó üzeműek, mert ekkor rövidre zárás következhet be.

3.9. ábra Érintőleges légvezetési rendszer 3.2.3.3.4. Légsugár LVR Sportlétesítmények, ipari terek átöblítésére, h>3,5 m. Viszonylag nagy levegőmennyiség kibocsátható V> 30 m3/hm2

48

3.10. ábra Légsugár légvezetési rendszer

3.2.3.3.5. Dugattyúhatás-szerű LVR Nagy hőáramot tud elszállítani, elvárás a nagy tisztaságú tér (kórházi műtő, vagy ipari technológia általi követelmény).

3.11. ábra Dugattyúhatás-szerű légvezetési rendszer

3.3. A szellőztetés szerepe az energiafelhasználásban Egy létesítmény energiafelhasználását • az épület, • a környezeti feltételek és követelmények, • a használat módja határozzák meg. Az épület gyakran adott célra létrehozott, adott funkciójú létesítmény, de a gyakorlatban többnyire a tervezett funkciótól eltérő, átalakított. Irodák esetén is ez a helyzet, annak ellenére, hogy az utóbbi évtizedekben jelentős számban létesültek az ilyen célra tervezett

49

épületek, de nagyon sok a korábban készült, illetve a nem irodahelyiségek számára épült, és ma irodának használt épület. Látszólag ennek energetikai szempontból nincs nagy jelentősége, és gyakran a kérdést funkció és a költségek szempontjából a hőszigetelés vizsgálatára szűkítik le. Valójában azonban optimális eredményt csak akkor remélhetünk, ha energetikai szempontokat is figyelembe vevő az építészeti tervezés és a megtervezett létesítményt is ennek megfelelő az üzemeltetés. Az energiafelhasználás szempontjából az épület méretei (A), a határolószerkezetek anyagainak hőtechnikai jellemzői, mindenekelőtt a hőszigetelése (U), valamint az épület funkciójához tartozó jellemzők, mint pl. belső terhelések (B) a leglényegesebbek. Az épület és annak környezete, valamint az épület funkciójával összefüggő belső környezeti követelmények az energiafelhasználás szempontjából tulajdonképpen meghatározák az energiaigényt. Az épület és környezete kapcsolatában a tájolás, az árnyékolás, a szélnek kitettség, stb. , mint külső tényezők (É) ugyan változtathatók és változóak, de egy konkrét épületnél már adottnak tekinthetők. Az épületen belül a funkcióval összefüggő követelmények, mint pl. a belső hőmérséklet (t), a megengedett, vagy elvárt belső levegőminőség (V), a termikus komfort értékei az üzemeltetés fontos feladatai és egyben bizonyos határok között az energiaszükséglet szempontjából változtatható tényezők. Az épülettel kapcsolatban csak akkor merül fel az energiafelhasználás kérdése, ha azt használják. Használaton kívüli épületnek nincs energiafelhasználása, esetleg állagmegóvás, vagy készenlét miatt, de akkor az épület funkciója másként jelenik meg. Az épület használata (S) döntően meghatározza az energiafelhasználást. Hiába egy energetikailag jó paraméterekkel rendelkező épület, ha azt másként használjuk, mint a tervezett funkciója, illetve az energiafelhasználás szempontjából nem mindegy mennyi a létesítmény kihasználtsága, használati ideje. A felsoroltak szerint tehát egy létesítmény, egy irodaház eneriafelhasználása: Y = Z, ,, [, É, , 6, ] …  mely tényezők nagyrészt adottak, vagy adottságok, másrészt olyan változók, melyeket az épület működtetése során változtatni, vagy befolyásolni tudunk. Ez utóbbi tényezők: az épület határolószerkezeteinek hőszigetelése, a belső levegő hőmérséklete, a szellőztetés mértéke, az üzemeltetés körülményei (ideje és szabályozása). Az egyes tényezők energiafelhasználásra gyakorolt hatása egyszerűen meghatározható, ha az előző összefüggést a változók szerint parciálisan differenciáljuk. Ha a négy változtatható tényező (hőszigetelés, szellőztetés, belső levegőhőmérséklet, és használati idő) közül a belső levegő hőmérsékletét és a használati időt a funkcióval összefüggő adottságnak, vagy kívánságnak tekintjük, akkor tulajdonképpen csak a hőszigetelés és a szellőztetés az a lehetőség, amivel az energiafelhasználásra hatást gyakorolhatunk. Könnyű belátni, hogy minél jobb az épület hőszigetelése, tehát minél kisebb a konvektív hőveszteség, illetve a hőnyereség annál nagyobb a szellőztetés szerepe az épület energiafelhasználásában. A fűtési időszak alatt egy jó hőszigetelésű irodaépületben a falakon és nyílászárókon távozó hő többszöröse megy a környezetbe a szellőztetéssel. Az épület energiaigényében a szellőztetéssel elvitt (télen) és behozott (nyáron) energia a 60-70 %-ot is elérheti egy jó hőszigetelésű létesítmény esetén.

50

Az utóbbi évtizedekben kötelezettség az épület jó hőszigetelése, illetve lehetővé vált iparszerűen a meglevő épületek utólagos hőszigetelése, ugyanakkor a szellőztetés kérdésében a vagy nem történt változás, vagy a hővisszanyerő beépítésével lerendezettnek tekintik a kérdést. Irodák, iskolák, lakóépületek százai kerültek energetikai szempontú felújításra, melynek során az épület hőszigetelése valamilyen mértékben megtörtént, ugyanakkor a szellőztetés a nyílászárók nyitásával-zárásával van továbbra is megoldva.

3.3.1. A légvezetés az energiatakarékosság kulcsa Az energiatakarékosság szempontjából az irodaépületek estén is kijelenthetjük, hogy annál takarékosabb egy irodaépület minél alacsonyabb levegőhőmérséklet és kevesebb szellőző levegőmennyiséggel képes biztosítani a belső levegő minőségét és komfortját. A komfortnál ez a cél a felületfűtésekkel ill. hűtésekkel érhető el, és a belső levegő hőmérsékletnél inkább a diszkomfortot okozó helyi viszonyokat és a belső hőmérséklet tervezetttől való eltérését (fűtésnél a túlfűtés, hűtésnél a szükségesnél alacsonyabb hőmérséklet) kell vizsgálni. A szellőzőtetés értékelése a hőmérséklet szerepénél összetettebb és vizsgálata körülményesebb. Ez nemcsak annak a következménye, hogy a szellőztető levegő mennyiségének megítélésében jelentős eltérések mutatkoznak egyes tevékenységek, szempotok és szabványok esetén, hanem abból is, hogy az egyik kézenfekvő megoldásként használatos hővisszanyerés hatékonyságának figyelembevétele is nehezen kezelhető. Ugyanakkor a friss és távozó levegő közötti kis hőmérsékletkülönbség miatt jelentős energiavisszanyerés csak nagy felületekkel érhető el, ami a szellőztetési rendszer beruházási és fenntartási költségeit jelentősen megnöveli. Így az energiatakarékosság szempontjából a szellőztetés esetén az a cél, hogy minél kisebb levegőmennyiséggel próbáljuk az egyén kívánságait kielégíteni. A kérdés az, hogy milyen mértékre csökkenthető a szellőzőlevegő térfogatárama? A bevezetett frisslevegő mennyiségének minimuma ott van, ha a térben tartózkozó ember tüdejében a CO2-O2 csere tartósan végbe tud menni. Ez hasonló az égési folyamathoz, amikor egy égéstérben a carbon, vagy hidrogén atomoknak kell oxigénhez jutniok. Az emberi tartózkodási tér, mint például az iroda ilyen szempontból egy biológiai égéstérnek mondható, és energetikai értékelésénél is hasonló mutató a légfeleslegtényező volna használható. A tüzelésnél tudjuk, hogy a tüzeléstechnikai hatásfok szorosan összefügg a légfeleslegtényezővel, és minél közelebb van az egyhez, annál közelebb van a hatásfok a 100 %-hoz. A hasonlóság a tüzelés és a komforttér oxigénellátásában fizikailag is értelmezhető: hogyan lehet biztosítani a szellőztetési rendszerrel, mindenekelőtt a légtérbe vezetett firss levegőnek a benntartózkodók tüdejéhez való hozzájutását. Minthogy a szellőztetett tér és a tűztér között azonban sok szempontból lényeges eltérés van, így a kérdés nem szűkíthető le ennek az aktusnak a létrejöttére, de mindenképpen meghatározó szerepe van a szellőztetett térben a légvezetésnek, a légvezetési rendszer kialakításának. A légvezetési rendszer hatására alakul ki a tartózkodási zóna átöblítése, vagy átöblítetlensége. Nem véletlen, hogy az új szabványok legalább becslési szinten kérik a tartózkodási zóna hőmérséklet-, légsebesség- és levegőminőség- eloszlásának meghatározását. A hőmérsékletmező és a sebességmező az alkalmazott légvezetési rendszer fajtájától függ. Ez azt jelenti, hogy az átöblítéstő függően holt terek és huzatos zónák, illetve a megfelelően átöblített részek váltogatják egymást. Ennek

51

az a következmény a komfortos és díszkomfortos helyek jönnek létre, amelyek az elégedetlenségi mutatók emelkedését okozzák. Az irodatérben a légvezetés elsősorban nem üzemeltetési hanem tervezési kérdés. Csak jól tervezett és kivitelezett légtechnikai rendszer esetén lehet elérni, hogy minimális szellőző levegő biztosítsa a belső levegő minőségét. A légtechnikai tervezés kiinduló pontja a helyiség analízis. A számítás eredményeként adódik a helyiség hő-, nedvesség- és szennyezőanyagterhelése. Ez utóbbiak figyelembevételével határozható meg a szellőzőlevegő térfogatárama. Tehát, az így meghatározott térfogatáramhoz kell keresni olyan légvezetési rendszert, amellyel átöblíthető a tartózkodási zóna. A számítás abból indul ki, hogy a szellőző levegő egységnyi térfogattal jellemzett része eljusson a tartózkodási zónába. A tér átöblítésére jellemző az Archimédesz-szám, mely az egységnyi térfogatra felírt mozgási egyenletből – a hasonlóság-elmélet felhasználásával – hasonlósági kritériumként képezhető. Az Archimédeszszám U e 1 _` = a c d f K 9- 
3.12. ábra Diagram a tartózkodási tér légvezetési rendszerének kiválasztásához

52

Az Archimédeszi számot tehát egy előre felvett normatív légmennyiség alapján számoljuk, ami alapja a helyiségben alkalmazható légvezetési rendszer megválasztásának. Az így kiválasztott légvezetési rendszer megfelelőségét azonban számítással kell ellenőrizni, melynek alapja a szellőző- és távozó levegő entalpiakülönbsége. Ha a számított légsugár a tartózkodási térben nem a tervezett átöblítést eredményezi, akkor újabb levegőmennyiséggel újra kell számolni. A szellőző levegő térfogatáramának szakszerű meghatározása az esetek többségében iterációs folyamat. Az anemosztátok kiválasztására és a tartózkodási zóna ellenőrző számítására, csak a légvezetési rendszer (LVR) ismeretében kerülhet sor. A légbefúvó- és elszívó szerkezetek kiosztása, típus meghatározása stb. a választott légvezetési rendszer függvénye. A szellőzőlevegő térfogatárama csak addig csökkenthető, ameddig működőképes marad a tervezett légvezetési rendszer. A minél jobb komfortfeltételek biztosítása és az energiatakarékosság szempontha ellentmond egymásnak. A helyiségből elszívott levegő visszakeverésével (recirkuláltatásával) jelentős energiamegtakarítás érhető el, de a visszakeverésnek határt szab a tartózkodási zónában a széndioxid-koncentráció megengedett maximális értéke. Az energiatakarékosság érdekében tehát a minimális szellőző levegő mennyiségre kell törekedni, amivel a belső levegő minősége és a komfort követelményei teljesíthetőek, és ebben meghatározó a légvezetési rendszer, a rendszer elemei, mindenekelőtt a helyiség és használatához alkalmazkodó anemosztátok.

3.3.2. A szellőztetési rendszerek üzemeltetése A megfelelően átgondolt és jól megtervezett szellőztetési rendszer esetén el lehet érni a minimális szellőző levegő mennyiséggel való üzemeltetést, ami az energiamegtakarítás alapja. Nem szabad elfeledkezni azonban arról, hogy a minimális levegőmennyiségű szellőztetés esetén is jelentős az energiaáram a helyiség és a környzet között, így jelentős energiafelhasználás történik, így az üzemeltetés során fokozot figyelemmel kell eljárni. Az üzemeltetés során a szellőztetés egyik lényeges hatása, hogy eltolja a határhőmérsékleteket. Minél nagyobb szellőző levegőmennyiségről van szó, annál nagyobb mértékű az eltérés a fűtési-hűtési határhőmérséklet megszokott értékeitől. Ez egyben azt is jelenti, hogy szellőzetett helyiségeknél a fűtés, illetve hűtési időszak hossza megnövekedik és ezzel nő az energiafelhasználás is. Az energiafelhasználás növekedésének mértékében a levegőmennyiség, a fűtési-hűtési időszak hossza illetve a komfort igények együttesen játszák a szerepet, de az alapkérdés a szellőtetés levegőmennyisége. A szellőzetés, illetve a szellőző levegő mennyisége - az előzőek alapján érthető módon - olyan jelentős energiafelhasználási tényező, hogy az üzemeltetés során minden lehetőséget ki kell használni ennek a mindenkori minimális értékre leszorításáért. Ennek egyik legkézenfekvőbb módja, ha a belső levegőminőséget a mindenkori helyzethez igazodva biztosítja a rendszer. Egy irodaépület helyiségeiben a szellőztetést a benntartózkodás, illetve a benntartózkodók számától függően kell szabályozni. A szabályozás egyfelől kézenfekvő, mert a levegő – kis fajhője következtében - gyorsan tudja követni az igényeket, másfelől a változó tömegáramú szellőztetés megoldása nem egyszerű légtechnikai feladat. A mindenkori igényekhez igazodó szellőztetés csak az ennek a követelményeknek figyelembevételével tervezett rendszertől várható el.

53

Az energiamegtakarítás illetve az energiafelhasználás csökkentése érdekében célszerű, szükségszerű valamilyen hővisszanyerő alkalmazása a szellőztetési rendszerben. A hővisszanyerő kiválasztása a tervezés feladata, és nagyon körültekintően kell eljárni a működési elvet és a teljesítményt illetően, de az üzemeltetésnek is van fontos feladata. A belépő és távozó levegő hőmérséklete közötti kis hőmérsékletkülönbség miatt ugyanis van olyan üzemállapot, amikor a visszanyerhető hő mennyisége nem éri el a levegő mozgatásához felhasznált villamosenergia mennyiségét. Ezek az üzemállapotok a szellőztetés levegőmennyiségétől és a szellőztetési rendszer (beleértve a hővisszanyrőt is) kialkításától függ. Ezt azért érdemes végiggondolni, és meghatározni a különböző üzemállapothoz tartozó energiamérleget, mert a tapasztalat azt mutatja, hogy a légtechnikai rendszerek energetikai értékelésénél elsősorban hőenergiára figyelünk. Az irodaépületek energetikai vizsgálatánál a szakterület a jelenleg érvényben levő előírások alapján az épület besorolására helyezi a hangsúlyt, ennek alapján tesz javaslatokat és mérlegeli a tennivalók fontosságát. Létezik azonban egy szélesebb látásmód, mely az energiagazdálkodás gondolkodásmójában természetes: nem önmagában vizsgálni az épület energetikai jellemzőt, hanem a célnak megfelelő, egymással összehasonlítható mérőszámokkal. Az irodaépületek esetén ilyen mérőszám például az egy főre vonatkoztatott éves összes energiafelhasználás (pl. kWh/fő, év), vagy annak valamilyen részletére vonatkozó hasonló értéke (pl. m3/fő, év), ami alatt az egy dolgozó számára biztosított frisslevegő mennyiséget jelentheti, stb. . Ez azt jelenti, hogy az üzemeltetés során a dolgozók, illetve az épületben tartózkodók számának megfelelő mennyiségű frisslevegőt kell biztosítani, ahhoz hogy jó energiafelhasználású irodaépületről beszéljünk. A fenntartható irodaépületnek azt tekinthetjük, amelyben a mininális energiafelhasználás mellett a dolgozók levegőminőségi és komfortigényei biztosíthatók. Ez szemléletbeli változást igényel, hogy a kWh/m2, év helyett a kWh/fő, év mértékegység legyen a cél, és ezzel juthatunk közelebb a fenntartható irodaépülethez. Ebben fontos, meghatározó szerepe van a szellőztetés levegőmennyiségének.

54

4. IRODAÉPÜLETEK HŰTÉSE ÉS FŰTÉSE (Halász Györgyné PhD)

Fő irodai tevékenységek (http://en.wikipedia.org/wiki/Office#20th_century) A fűtési és hűtési rendszerek feladata valóságos és képzeletbeli felületekkel határolt térben a termikus környezet biztosítása. Az irodaépületekben, mint minden kommunális és lakóépületben, a valóságos felületekkel határolt, úgynevezett zárt térben tartózkodó ember számára a kívánt belső, operatív hőmérséklet tartása, miközben a zárt térre különböző külső és belső terhelések, „zavaró tényezők” hatnak. A belső zavaró tényezők a belső hő-, nedvességés szennyezőanyag-terhelés. Külső zavaró tényezőket a meteorológiai viszonyok határozzák meg, a külső levegő hőmérséklete, nedvességtartalma, a napsugárzásból származó hőnyereség vagy hőterhelés és a szél erőssége. Hogy egy adott külső meteorológiai környezet milyen mértékben hat a belső térre, az alapvetően az épület építészeti adottságaitól függ. Mind a külső, mind a belső tényezők folyamatosan változnak, valószínűségi változók. A termikus környezetet az irodában dolgozó ember számára egy előírt megbízhatósággal úgy kell biztosítani, hogy értéke egy meghatározott tartományon belül legyen, és ez történjen mind kevesebb primerenergia felhasználással. Hogy ez teljesülni tudjon, talán a legfontosabb, hogy az épület olyan építészeti elemekből, olyan szerkezetekből álljon, olyan tömegképzéssel, olyan tájolással, a földrajzi elhelyezkedéshez, az éghajlati viszonyokhoz illeszkedően kerüljön kialakításra, hogy a fűtési és hűtési teljesítmény igénye mind kisebb legyen, természetesen az esztétikai és egyéb igényekre is tekintettel, ami sokszor nem egyszerű feladat. Ezt követően kell megtalálni azokat az épületgépészeti műszaki megoldásokat, amelyek mind kevesebb primer energiahordozó felhasználásával tudják a pillanatnyi igényt kielégíteni, és azokat úgy kell üzemeltetni, hogy az éves energiafelhasználása mind kevesebb legyen. A cél, amire törekendi kell, hogy az épület fűtésében és hűtésében mind kisebb szerepet töltsenek be a gépészeti, úgynevezett aktív fűtési és hűtési rendszerek. Ez azonban nem történhet úgy, hogy olyan passzív rendszereket használunk helyettük, amelyeknek az előállításához és beépítéséhez szükséges energia többszöröse a hagyományos rendszerekének. Épületek tervezésekor egyik legfontosabb építészeti szempont, aspektus, a térszervezés. Irodaépületnél a térszervezést a következők határozzák meg: - a megrendelő (bérlői) által meghatározott igény, - funkciók, - flexibilitás, - trendek, - jövőbeli perspektíva… Az irodaépületben számos egyéb funkciójú helyiségre is szükség van. A következő helyiségek kapnak, kaphatnak még helyet: fogadó helyiség, recepció, közlekedő rendszer, tárgyaló, konferencia terem, adattároló, raktár, fénymásoló, szerver helyiség, vizes blokkok, konyha, büfé, étterem, gépészeti és elektromos helyiségek. Mindezek a funkciók a munkateret, az irodákat szolgálják ki.

55

Alapvető tipológiája az épületnek a két szélsőséges eset felől megközelítve lehet nagyterű, más néven egyteres, vagy nyitott és kisteres, más néven zártteres, cellás. A nyitott irodák lehetnek: - nagyteresek - olyan munkaterület, ami több mint 10 ember számára megfelelő, sok kommunikációt igénylő, rutin tevékenységekhez relatív kevés koncentrációt igényel. - csoportteresek - félig zárt tér, 2-8 ember részére, olyan csapat-munkákhoz, amelyek gyakori kommunikációt, és közepes koncentrációt igényelnek. - fülkések - félig elzárt tér, egy személy részére, közepes interakciót és folyamatot igénylő tevékenység. A kisterűek lehetnek: - privát - zárt munkahely egy személy részére, olyan tevékenységhez, amely bizalmas, nagy koncentrációt igényel, vagy sok rövid megbeszélést, klienstárgyalást. - megosztott - zárt munkatér, 2-3 személy részére, megfelelő közepes koncentrációs igényű, közösen végzendő munkához. - csoportos iroda - 4-10 fő részére ideális, olyan csapatmunkához, amely bizalmas és gyakori kommunikációt igényel.

Munkaállomás orientációja nyitott terű irodában (http://en.wikipedia.org/wiki/Office#20th_century)

Munkaállomás orientációja egyéni teres, zárt teres irodában (http://en.wikipedia.org/wiki/Office#20th_century) A legfontosabb beruházói gazdasági követelmény, az úgynevezett kategória szint, ami meghatározza az épület minőségét, azáltal, hogy figyelembe vesz különböző változókat: mint, az épület tervezett kora, elhelyezkedése, építészeti anyagai, szerkezete, és épületgépészeti és elektromos rendszerei, kényelmi fokozata, bérleti díj, stb. A fent említett szempontok a szakági tervezést alapvetően meghatározzák. Az épületgépészeti rendszerek kialakítását döntően a térszervezés, a termikus környezet és a belső levegő minőségével szemben támasztott követelmények befolyásolják. Az irodaépületek a legkomplexebb és legversenyképesebb szektorát jelentik az ingatlanfejlesztésnek, ezért és a fent leírtak miatt is az épületgépészeti rendszerek széles

56

spektruma szóba jöhet a követelmények teljesítésekor. Ez a fejezet a rendszer-megoldásokról átfogó képet kíván nyújtani.

4.1. Fűtési és hűtési követelmények

rendszerrel

szemben

támasztott

A követelmények olyan szempontokat testesítenek meg, amelyek alapján a fűtési és hűtési rendszert meg lehet ítélni. Segítségükkel határozhatók meg azok a célok, amelyeket lehetőség szerint minél nagyobb mértékben meg kell valósítani.

4.1.3. Komfort követelmények A szűkebb értelemben vett komfort követelményekről, a komfortot befolyásoló tényezőkről a 2-3 fejezet szól. A termikus környezetet meghatározzák: a belső levegő száraz és nedves hőmérséklete; a határoló szerkezetek belső felületének közepes sugárzási hőmérséklete; a horizontális és vertikális hőmérséklet eloszlása; stacioner állapot megvalósulásának időtartama; huzatérzet kialakulásáért felelős levegő sebessége. Mindezeket a paramétereket alapvetően befolyásolják az épülethatároló szerkezet épületfizikai jellemzői, a külső (meteorológiai viszonyok) és belső (pl. belső hőterhelés) zavaró tényezők, és a hőigény fedezésének és a hőterhelésből származó hő elvitelének módja. A kis- és nagyterű irodahelyiségekben az operatív hőmérséklet 19-25 °C között lehet, ajánlott a 22 °C, nyáron a 27 °C-t is elérheti. Bizonyos magas külső hőmérséklet esetén a belső hőmérséklet magasabb is lehet. Klímaberendezéssel ellátott irodahelyiségben nyáron a külső és belső hőmérséklet közötti különbség 6 °C-t nem haladhatja meg. A magasabb levegő nedvességtartalom nagyobb levegő hőmérsékletnél kellemetlenebb, mint alacsonyabb levegő hőmérsékletnél. A nagyobb levegősebesség nagyobb levegő hőmérsékletnél kevésbé kellemetlen. Az ember termikus közérzetét befolyásolja még az ember aktivitási szintje, a ruházat hőszigetelő képessége, a helyiségben való tartózkodásának időtartama, az ember alkalmazkodó képessége, a napi és szezonális ingadozások, és a személyek fiziológiai, pszichikai állapota. A fűtési és hűtési rendszerrel szemben támasztott tágabb értelemben vett komfort követelmények közé sorolhatjuk a teljesség igénye nélkül: - a megbízhatóságot (hosszú élettartam, minimális meghibásodás, kevés karbantartás, megfelelő alkatrész utánpótlás...), - zajmentességet (szelep, szivattyú, égő, ventilátor...), szagmentességet (füstszivárgás, minimális olajpárolgás vagy annak kezelése…), - minimális helyigényt (hőleadó, hőtermelő, hőelosztó készülék és a tüzelőanyag szempontjából…), - funkcióhoz történő illesztettséget, - azt, hogy a felhasználónak minimális feladata legyen a rendszerrel (karbantartás, tüzelőanyag mozgatás, tárolás…), - esztétikus kialakítást, - könnyű szerelhetőséget, peremfeltételek változása esetén az adaptálhatóságot (utólagos hőszigetelés, belső válaszfalak mozgatása...), - az ellátás biztonságát (energiaforrás hosszútávon biztosított legyen, megfelelő mennyiség tárolási lehetősége…), - időben és térben változó igényekhez történő illeszthetőséget (szabályozás…),

57

- járulékos előnyöket (nedvesség párologtatása, szárítása, törölköző szárító…), hogy csak a legfontosabbakat említsük.

4.1.4. Gazdasági követelmények A gazdasági követelményeknél a hűtési és fűtési rendszerek beruházási, és üzemeltetési költségeit kell vizsgálni. Az energiaellátás költsége - az energiatermelés, - energiaszállítás, - elosztás beruházási és üzemeltetési költségéből tevődik össze. Az üzemeltetési költség: - állandó és - változó költségből áll. A hideg- vagy a melegenergia előállítás állandó költségének egyik alkotóeleme az aktualizált beruházási költség leírásából eredő évi költségteher, a másik alkotóelem az üzemeltetés során felmerülő karbantartások és felújítások évi költsége, mint például a füstgázmérések valamint emissziómérések, kéménytisztítások és ellenőrzések, hűtőgépeken történő ellenőrző mérések és egyéb ellenőrzések költsége. A változó költség a felhasznált éves primerenergia költsége. A szállítás és szolgáltatás üzemeltetési költségét az elosztó hálózat beruházási költségének évi költségterhe, a hőhordozó közeg szállításának energiaköltsége (szivattyú, és/vagy ventilátor villamos-energia felhasználása), az energiaszállítás évi veszteségének költsége (hőveszteség) illetve a szolgáltatás anyag- és bérköltsége határozza meg. Mindezeken kívül az energiaellátásnak vannak olyan költségvonzatai, melyek nehezen határozhatók meg, ilyenek például a hideg- és melegenergia-ellátás egészséget, környezetet károsító, politikai, gazdasági, társadalmi hatásából származó, úgynevezett külső költségek (Büki 1997). Az energiaellátás optimális jellemzőit gazdasági célfüggvényekkel állapíthatjuk meg. Gazdasági célfüggvényt írhatunk fel egy új rendszer létesítésekor, vagy meglévő rendszer rekonstrukciójakor, vagy egy rendszer optimális üzemeltetési paramétereinek meghatározásakor. A gazdasági célfüggvény vonatkozhat egy évre, vagy egy tetszés szerinti időtartamra.

4.1.5. Ökológiai követelmények Az ökológiai követelmények magukban foglalják a károsanyag-emissziókat, a zajártalmat, a szaganyag kibocsátást és az erőforrás-megóvást. A károsanyag-emisszió megítélésénél, meghatározásánál figyelembe kell venni a primerenergia kinyerésétől kezdve a szállításon, energia-átalakításon át egészen az energia felhasználásáig bezárólag keletkezett káros anyag kibocsátást. Egyes folyamatok esetében az egységnyi hasznos energiára vetített károsanyag becsülhető, bizonyos folyamatok, például az égés során keletkezett károsanyag a kémiai egyenletekből pontosan számítható. Az aktív fűtési rendszerek kiválasztásánál célként kitűzhető a károsanyag kibocsátás minimalizálása. Az aktív hűtési rendszereknél alkalmazott hűtőközeg ne legyen mérgező, az emberi, természeti környezetre nézve ne legyen káros (klórt nem tartalmazó szénhidrogének, így a HFC illetve az FKW hűtőközeg megfelelő). Ökológiai követelmény a zajemissziónak és a szagemissziónak a lehetőségekhez képesti minimalizálása. Egy biomasszás, biogázos, vagy éppen egy gázmotoros hőtermelő esetében a környezetvédelmi tanulmánynak elengedhetetlen

58

fejezete a zaj- és szagemisszió vizsgálata. Fontos ökológiai követelmény az erőforrásmegóvása, amely azonban szorosan kapcsolódik a termodinamikai követelményekhez. Egy-egy rendszer létrehozásánál, üzemeltetésénél és megszüntetésénél az érvényes környezetvédelemre vonatkozó előírásokat, jogszabályokat, rendeleteket, és az azokban megfogalmazott követelményértékeket be kell tartani. A már megalkotott, a körülményekhez igazított, változó, egyre szigorodó rendeletek, szabványok gondoskodnak arról, hogy az alkalmazható berendezések mind jobban megfeleljenek az ökológiai követelményeknek.

4.1.6. Termodinamikai hatékonyság követelményei A termodinamikai hatékonyság követelményei mind a gazdasági, mind az ökológiai követelményekkel szorosan összefüggnek. Napjainkban az energiaellátás legfontosabb kérdése az, hogy véges a föld fosszilis primerenergia-forrása. Ennek kiváltása nem csupán emiatt elengedhetetlen, de a környezetvédelmi kényszerek miatt is, melyek megkövetelik a CO2 emisszió csökkentését. A következő nemzedékek érdekében a kutatás kiemelt feladata olyan energetikai rendszerek megalkotása, amelyek egyre kevesebb fosszilis primerenergiahordozó felhasználásával működnek, biztosítják a fenntartható fejlődést és a környezetvédelem szempontjainak, elvárásainak is megfelelnek. Az energiatermelés és ellátás számos egyszerűbb és bonyolultabb termodinamikai folyamtok összességéből áll. Ezeknél a folyamatoknál a környezetvédelem és a gazdaságosság növelésének lehetőségeit alapvetően négy csoportba sorolhatjuk: - az energiatermelés hatékonyságának növelése a felhasznált fosszilis energiahordozó struktúra és az energiahordozók struktúraváltása mellett (kapcsolt villamosenergiatermelés, a tüzeléstechnikai folyamatok javítása, a szén-dioxid megkötési technológiák alkalmazása, a szorpciós technika alkalmazása, megújuló energiák bevonása az energiatermelésbe…), - az energia-felhasználás hatékonyságának javítása (hármas energiakapcsolású trigenerációs rendszer kiépítése, a megtermelt hő szállítási veszteségeinek csökkentése a keringtetési munka- és a hőveszteség illetve hőnyereség csökkentésével, minimális fűtési és hűtési energiaigényű épületek tervezése és építése, illetve a meglévők energiatudatos felújítása, speciális építészeti, épületszerkezeti eszközök alkalmazása, a technológiai folyamatok hulladék hőjének hasznosítása, az üzemeltetési paraméterek optimalizálása…), - az energiatudatos fogyasztói magatartás kialakítása (a fogyasztó mindig az igényeinek megfelelően fogyasszon energiát), az ehhez szükséges feltételek megteremtésével (pl. megfelelő irányítástehnikai rendszer kiépítésével), - a fentiek érdekében megfelelő szabályozók, törvények létrehozása, megalkotása (pl. a „káros” támogatások - amelyek számos esetben az energetikai optimumot felülírják - felszámolása, az adórendszer átalakítása, kedvező ártarifa...) és különböző szervezési és intézményi változtatások bevezetése. A felsorolt lehetőségek közül kiemelt fontosságú az energiatermelés hatékonysága, fűtési rendszerek esetében a hő termelése, hűtési rendszereknél a hő elviteléhez felhasznált energia előállítása és a hő bevitelének és elvitelének műszaki megoldásai. Az épületek, ha a folyamatosan változó, szigorodó energetikai követelményeknek eleget tesznek, egyre kisebb fűtési és hűtési energiaigényűek. A fűtési igény biztosítása padló-, fal-, mennyezetfűtéssel, szerkezettemperálással, egyre kisebb hőmérsékletű fűtési rendszerrel történik. Ekkor lehetőség van arra is, hogy ugyan azzal a rendszerrel hűtsük az épületet. A kis

59

hőmérsékletű fűtési rendszerek kis munkavégző képességű energiát igényelnek, kis exergiaigényűek. Akkor járunk el helyesen, ha ellátásuk is kis exergiájú energiával történik. Nagy munkavégző képességű energiahordozókból állítsunk elő nagy exergia-igényű villamos energiát, mechanikai munkát, és a kis exergia-igényű rendszerek megtáplálása, - úgymint fűtés, HMV előállítás, épületek hűtése - történjen kis exergiájú megújuló energiával, földhővel, termálvízzel, a szennyvíz hőjével, vagy ipari technológiai folyamatok hulladék hőjével

4.1ábra 4.2 ábra). Az ellátás és a fogyasztás energiájának minőségét tehát illesszük egymáshoz, ezáltal csökkentjük a felhasznált fosszilis primer energiahordozók és a kibocsátott CO2 mennyiségét is. A tüzelőberendezésben felhasznált fosszilis primerenergia hordozóknak nagy az exergiája. Az égési folyamat során az energia minőségbeli változáson megy át, irreverzibilitás következtében munkavégző képességének jelentős részét elveszíti, nagy az exergia-veszteség. Bizonyos folyamatok esetén elkerülhetetlenül szükséges az exergia-veszteség, hogy a rendszereink működését fenntartsuk. Minden exergia-veszteség elkerülése technikailag lehetetlen, egy adott határon túli csökkentése pedig gazdaságilag kedvezőtlen. Jelenleg rendszereink exergia felhasználása azonban többszöröse a szükségesnek. Erőforrásaink megóvása érdekében törekedni kell arra, hogy kis munkavégző képességű energiát használjunk fel kis munkavégző képességű igény ellátására. Ehhez nagyobb, bonyolultabb rendszerek esetében szükség van az exergetikai analízisre, amivel reálisabb képet kapunk a rendszerünk termodinamikai hatékonyságáról. Kisebb rendszerek esetében nem feltétlenül szükséges az exergetikai analízis, a megfelelő műszaki érzék, energetikai analízis is elegendő. Az energia-átalakító berendezések jóságát hatásfokkal jellemezhetjük. Az η termikus hatásfok (kémiai reakcióknál (pl. égés) és az óramutató járásával megegyező irányú körfolyamatoknál), valamint ε teljesítménytényező (óramutató járásával ellenkező irányú körfolyamatoknál): az energiamérleg, illetve az I. főtétel szerint: η ( ill .ε ) =

hasznosito tt energia energia veszteség =1− felhasznál t energia felhasznál t energia

mennyiségi veszteségről beszélünk. Exergia hatásfoknál (a II. törvény hatásfok, vagy felhasználási hatásfok) a mennyiségi veszteségek mellett a minőségi veszteségek is figyelembe vannak véve:

60

A „nyers erő exergia” hatásfok: η BF =

összes kilép ő exergia összes belép ő exergia

A funkcionális exergia hatásfok: η FUN =

hasznos energia exergiája exergia veszteség =1− felhasznál t energia exergiája felhasznál t exergia

A mérnök feladata egy adott építészeti tulajdonságú épület esetében elsősorban azoknak a műszaki megoldásoknak és azoknak az optimális üzemeltetési paramétereknek a meghatározása, amelyek a fogyasztói igények kielégítését, előírt megbízhatósággal és a lehető legkisebb üzemeltetési költséggel biztosítják. Optimalizálási folyamatok révén jutunk a lehetséges műszaki megoldások közül a legjobb műszaki megoldáshoz.

4.1ábra Épület energiaellátásának lehetséges módjai Az optimum számos tényezőtől függ: - földrajzi fekvéstől, - épület funkciótól, - épület szerkezettől, - rendelkezésre álló erőforrásoktól (pénz, primer-energia…), - hagyományoktól, - az időtől… Az optimum azonban nem önmagában értelmezhető, a folyamatokat egymásba ágyazott koncentrikus körönként elképzelve például, s egyre tágabb szintekre jutva, az optimumok is más értékek lehetnek, ami optimális például egy városi távhőellátó rendszer szempontjából, az országos szinten nem biztos, hogy megfelelő, nem beszélve például az egész Földet tekintve. Példa lehet erre azoknak a biomasszára épülő erőműveknek a sora, amelyeknek a működtetéséhez erdők sokaságát kell kivágni. Ugyancsak hatással van az optimumra az idő, mely a korábbi optimumainkat könyörtelenül megsemmisíti, kikényszerítve azok állandó felülvizsgálatát. Az optimum tehát mindig egy állandóan változó rendszer része, s ahogy időben és mélységben haladunk, egyre újabb és újabb „titkait” tárja fel előttünk.

61

4.2 ábra Az igény és ellátás illesztése az energia munkavégző képességének figyelembevételével

62

4.2. Épület fűtési és hűtési energia igénye Az épületek fűtési és hűtési energiaigényét alapvetően az épület építészeti adottságai, épületfizikai jellemzői határozzák meg. Döntő tényező továbbá, hogy az épület hol helyezkedik el a földgömbön, vagyis milyenek az uralkodó meteorológiai viszonyok, és a komfort követelmény értékek. Az épületek fűtési hőigénye és hőterhelésének nagysága befolyásolja a fűtési és hűtési feladatot ellátó műszaki megoldást, kialakítandó rendszer nagyságát, annak beruházási és üzemeltetési költségét. Az épületek hőtechnikai méretezésének célja és feladata, a komfort követelmények biztosításához szükséges hőigény és hőterhelés meghatározása mellett, hogy mindazokat a számításokat elvégezzük, amelyek: - a térelhatároló szerkezetek állagvédelmét, - az épületben tartózkodó emberek egészségvédelmét, - az épület hővédelmét - a mindenkori, érvényben lévő energetikai követelmény teljesítését hivatottak bizonyítani, illetve biztosítani. Az épületek határoló szerkezeteit védeni kell a káros hő és nedvességvándorlással szemben, ezért úgy kell kialakítani a határoló szerkezeteket, hogy a szerkezetek belső felületi hőmérséklete, ne érje el a helyiségek belső levegőjének harmatponti hőmérsékletét, és a szerkezetben ne történjen meg az azon átáramló pára lecsapódása. A két feltétel teljesülése szükséges, de nem elégséges feltétele a védelemnek, harmadik feltétele a kapilláris kondenzáció kialakulásának elkerülése, ehhez a helyiségekben a relatív nedvességtartalom nem lehet nagyobb 75 %-nál. A határoló szerkezetek belső felületi hőmérsékletének a meghatározása a hőérzeti követelmények kielégítésének ellenőrzése miatt is szükséges. Az ISO EN 7730 szerint a teljesítendő komfort követelményeket a következő táblázat tartalmazza. 4.1. táblázat Komfort követelmények az ISO EN 7730 alapján Aktivitási szint Ruházat hőszigetelő képessége: Nyár Tél Operatív hőmérséklet (to): Tél Nyár Sugárzási aszimmetria (∆Tw) hideg födém hideg fal (ablak) meleg födém meleg fal Padlófelületi hőmérséklet (tfb) Vertikális hőmérsékleti gradiens (dT/dh) Közepes levegő sebesség (tlevegő=21°C, turbulenciafok=10-20%) Huzatfokozat (huzat esetén az elégedetlenek aránya) (DR) Hőérzeti érték (PMV) Hőérzettel elégedetlenek százalékos aránya (PPD)

63

1,2 met 0,5 clo 1,0 clo 20 < to < 24 °C 23 < to< 26 °C ∆Tw< 14 K ∆Tw< 10 K ∆Tw< 5 K ∆Tw< 23 K 19 < tfb< 27°C dT/dh < 3 K 0,1 – 0,5 m/s 0,13 m/s DR < 15% -0,5 < PMV < +0,5 PPD < 10%

4.2.1. Épületek fűtési hőigényének meghatározása A hőszükséglet számítást mindig az érvényben lévő szabványoknak megfelelően kell elvégezni. A számítás elméleti alapja, azonban nem változik. Egy épület fűtési hőigénye egy adott külső hőmérsékletnél is sztochasztikus, valószínűségi jellegű, a figyelembe vett tényezők pontos értékeire vonatkozó hiányos ismereteink és a figyelembe nem vett és nem vehető tényezők véletlenszerű jelenléte és ismeretlen hatása következtében. A számítás alapja a helyiségek energiamérleg egyenlete, amely instacioner állapot esetében a következő alakban írható fel: p n • • • • • dt dt Q R (τ ) + Q bhő (τ ) + Q sug (τ ) − m l c pl i − V ρc m = ∑ AiU i (t im − t a (τ )) + ∑ l j Ψ j (t im − t a (τ )) + dτ dτ i =1 j =1 •

f

+ ∑ AbjU bj (t im − t jsz ) + V l ρ l cl (t im − t a (τ )) j =1

(1 - gépészeti berendezés teljesítménye, 2 - belső hőnyereségáram, 3 - napsugárzásból származó hőnyereségáram, 4 - helyiség levegőjében tárolt hőáram, 5 - a helyiség határoló szerkezeteiben tárolt hőáram, 6 - külső határoló szerkezeteinek hővesztesége, 7 - a hőhidak hővesztesége, 8 - belső határoló szerkezetek hőárama, 9 - filtrációs energiaáram) A gyakorlati életben a mértékadó fűtési hőigény meghatározásánál stacioner állapotot feltételezünk. A legkedvezőtlenebb, - úgynevezett méretezési- külső hőmérséklettel (ta) számolunk. Az esetek többségében meghatározó szerepe a külső transzmissziós és filtrációs energiaáramoknak van, melyeknél alapvetően az épület épületfizikai jellemzői és az időjárási tényezők közül a külső hőmérséklet játszik szerepet. Stacioner állapotot feltételezve, a mérnöki gyakorlatban a következő összefüggést használjuk: • • • • •  •  Q R + Q bh ő + Q sug = PT  Q trkül + Q trbel  + Q filtr  

A PTa helyiség időállandójától függő helyesbítő tényező. •

m

p

n

i =1

j =1

i =1

Q trkül = ∑ AiU i (tim − ta ) + ∑ l jU lj (tim − t a ) + ∑ li Ψi (tim − t a ) (1- külső tömör határoló szerkezet, nyílászárók hővesztesége, 2 - talajjal érintkező szerkezet, 3 - hőhidak hővesztesége) Konvekciós fűtések esetében méretezéskor a ti helyiség hőmérséklet felvételénél, a „mértékadó” belső levegő hőmérséklet (tim) figyelembevételével számolunk, amely nem más, mint a hőérzeti növekménnyel ellátott eredő hőmérséklet. Ez felülvizsgálandó az egyre jobb épületfizikai jellemzőkkel bíró külső határoló szerkezetek miatt. Az új európai normajavaslat szerint a különböző rendeltetésű épületek, illetve terek tervezési alapértéke az operatív hőmérséklet ( t o ), amelynek ismert matematikai formája:

64

to =

α s ⋅ t ks + α k ⋅ t l αs + αk

ahol α s a sugárzásos hőátadási tényező, α k a konvekciós hőátadási tényező, tks a felületek közepes sugárzásos hőmérséklete, tl a levegő hőmérséklete. Külső falakra a transzmissziós energiaáram: •

Q fal = A falU fal (tim − t a )

(W )

ahol Afal (m2)- a fal belső oldali méretei alapján számított felület Ufal –a fal hőhídmentes rész hőátbocsátási tényezője. A hőhidaknál fellépő többlet-energiaveszteséget a vonalmenti hőátbocsátási tényező segítségével határozzuk meg. A hőhidak általában vonalak mentén húzódnak (pillér, koszorú, csatlakozási élek). A vonalmenti hőátbocsátási tényező (Ψ [W/(m⋅K)]) azt fejezi ki, hogy egységnyi hőmérséklet különbség mellett egységnyi élhossz mentén mekkora hőáram alakul ki. A hőveszteség: •

Q hh = Σl Ψ (tim − t a ) ahol l (m) a hőhíd (csatlakozási él) hossza. Lapostető transzmissziós energiaárama: •

Q tető = 1,2 Atető U tető (t im − t a )

Az 1,2 szorzótényező a vízszintes felületről az égbolt felé irányuló hősugárzás hatásával van összefüggésben, derült éjszakákon a vízszintes felületről sugárzással jelentős energiaáram távozik, ennek következtében a felület hőmérséklete akár 10 K-nel is kisebb lehet, mint a külső levegő hőmérséklete. (Zöld A. 1997) Tömör határoló szerkezetek (fal, tető) hőátbocsátási tényezője az alábbi összefüggéssel határozható meg: 1 1 U= = W / m2 K n d 1 1 Rö +∑ j +

αi

j =1

λj

αa

ahol d (m) a szerkezet vastagsága; λ a hővezetési tényező, amely függ az anyag hőmérsékletétől és nedvességtartalmától, vagyis az építési technológiától, az időjárástól és a használati körülményektől. Ezt szükséges egy korrekcióval figyelembe venni:

λ j = λ 0 (1 + ∑ κ )

65

(W / mK )

ahol λ0 – az anyag hővezetési tényezője laboratóriumi körülmények között; κ – korrekciós tényezők, amelyek a fent említett különböző hatásokat veszik figyelemben, αi a belsőoldali, αa a külső oldali hőátadási tényezők. Az EN 673-as és az EN ISO10077-1 számú angol nyelvű szabvány, tartalmazza az ajtók, ablakok és társított szerkezetek hőtechnikai jellemzőinek követelményét a szerkezetek hőátbocsátási tényezőjének számítási módszerét. A szabvány szerinti egyszerűsített módszerrel, az alábbi összefüggéssel számítható az üvegezett szerkezetek hőátbocsátási tényezője: UW =

ahol Ug Uf Ψg Ag lg Af

AgU g + A f U f + l g Ψg Ag + A f

(W / m 2 K )

az üvegezés hőátbocsátási tényezője (W/m2K) a keret hőátbocsátási tényezője (W/m2K) lineáris (vonalmenti) hőátbocsátási tényező, amellyel az üvegezés, a távtartó betét és a keret kombinált hőtechnikai hatását vesszük figyelembe (W/mK) üvegfelület, a belső, illetve külső látható üvegfelületek közül a kisebb (m2) az üvegtábla látható részének kerülete, a belső és külső kerületek közül a nagyobb (m) keretfelület, csukott állapotban a belső, illetve külső oldalról nézve a keret és a szárny együttes szerkezetének közös vetülete közül a nagyobb területi érték. (m2)

Az Ug, Uf, Ψg értékek meghatározhatók a szabványban hivatkozott mérési eljárással, számítással. A javasolt hőszigetelési kategóriákat tartalmazza az alábbi táblázat, figyelembe véve a mai műszaki lehetőségeket és a 7./2006. (V. 24.) TNM rendelet követelményeit. 4.2. táblázat Nyílászárók hőátbocsátási tényezője Fokozat Hőátbocsátási tényező Uw (W/m2K) Jele Megnevezése U0 Hőszigetelés nélküli > 2,80 U1 Kis hőszigetelésű 2,01-2,80 U2 Közepes hőszigetelésű 1,31-2,00 U3 Nagy hőszigetelésű 0,86-1,30 U4 Különleges hőszigetelésű < 0,85 Javasolt hőszigetelési kategóriák Forrás: Krizsa Teréz - Sólyomi Péter: ÉMI Kht. Épületszerkezeti és Épületfizikai Laboratórium, Szakmai fórum, 2009. 05. 26. előadás alapján

A nyílászáró szerkezetek beépítése, működtetése nem képzelhető el illeszkedési rések, ütközési hézagok kialakítása nélkül. Az épületen belüli és külső környezetében kialakuló légnyomás különbség hatására ezeken a réseken keresztül exfiltráció illetve infiltráció jön létre. A szerkezeteknek ez a tulajdonsága légáteresztési tényezővel (m3/h,m,Pa), ill. légáteresztési („Air Permeability”) értékkel (m3/h,m2,Pa) jellemezhető. „A légáteresztés: a vizsgálati nyomáskülönbség által okozott, a zárt és rögzített vizsgálati próbatesten egységnyi idő alatt áthaladó levegő mennyiség egységnyi réshosszra, ill. egységnyi felületre vonatkoztatva.”(ÉMI). A különböző légzárási fokozathoz tartozó értékeket az alábbi táblázat tartalmazza. A korszerű nyílászáró szerkezetek légzárása a tok és szárnyszerkezetek legalább kétszeres (speciális esetekben háromszoros) lágy ütköztetése, valamint a több ponton záródó,

66

körbefutó vasalatok alkalmazása révén kiváló, az esetek többségében L1 különleges légzárásúak, vagy L2 nagy légzárásúak. A kiváló légzárás jelentősen csökkenti a nyílászárók légáteresztéséből származó úgynevezett filtrációs hőveszteségét, ez kedvező az energiafelhasználás szempontjából, azonban ez veszélyeket is rejt magában, hiszen az épület állagvédelme szempontjából szükséges, és a belső levegő minőségét biztosító minimális légcserét sem tudják biztosítani. Fontos szerephez jutnak a nyílászáró szerkezetekbe utólag is beépíthető légbevezető és elvezető szerkezetek "résszellőzők". Kedvezőbb és energiatakarékosabb műszaki megoldás, ha a szükséges minimális légcserét, ellenőrzött, szabályozható hővisszanyerős gépészeti berendezésekkel oldjuk meg. 4.3. táblázat Nyílászárók légzárási fokozatai Nyomás érték Felület alapján Fugahossz alapján Osztályozás (Pa) (m3/hm2) (m3/hm) 600 4. osztály (L1) < 9,91 < 2,47 600 3. osztály (L2) < 29,71 < 7,42 300 2. osztály (L3) < 56,16 < 14,4 150 1. osztály (L4) < 65,51 < 16,37 Légzárási fokozatok az MSZ EN 12207 és az MSZ EN 14351-1 szerint Forrás: Krizsa Teréz - Sólyomi Péter: ÉMI Kht. Épületszerkezeti és Épületfizikai Laboratórium, Szakmai fórum, 2009. 05. 26. előadás alapján

Külső üvegezett nyílászárók transzmissziós energiaárama: •

Q w = AwU w (tim − ta ) (W ) ahol Aw=Ag+Af Talajjal érintkező határoló szerkezetek transzmissziós energiaárama: •

Q = lUl (tim − ta ) (W ) ahol 1 – (m) a talajjal érintkező padló esetében a padló kerületének azon része, amely külső fallal határos, pincefal esetén a fal hossza, Ul – (W/mK) a vonalmenti hőátbocsátási tényező, értéke a külső terepszint és padlószint viszonyától és a padló hőellenállásától, illetve fal esetében a szerkezet hőátbocsátási tényezőjétől függ. A belső térhatárolók energiaárama: •

n

Qtrbel = ∑ AjbU jb (tim − t jsz ) (W ) j =1

A belső transzmissziós energiaáram számítását azokra a határoló- és nyílászáró szerkezetekre kell elvégezni, amelyek a méretezett helyiséget olyan szomszédos tértől választják el, ahol a helyiséghőmérséklet a vizsgált helyiségtől eltérő, vagy üzemszerűen és tartósan eltérő lehet, amennyiben ez az eltérés 4 K vagy annál nagyobb. Ennél kisebb eltérés esetén a számítás csak akkor végzendő el, ha a belső transzmissziós energiaáram előreláthatóan eléri vagy meghaladja a fűtési hőszükséglet 10 %-át. Abban az esetben, ha a szomszédos helyiség idegen kezelésben van, és egyedi berendezéssel, vagy egyedileg szabályozható és fogyasztásarányosan elszámolt központi rendszerrel fűtik,

67

akkor is kell belső transzmissziós energiaáramot számítani, ha a két helyiség belső hőmérséklete azonos. Ekkor 4 K hőmérsékletkülönbséggel számítjuk az energiaáramot, és mindkét irányban veszteségként vesszük figyelembe, a hőleadók méretezésénél, de a kazán vagy hőközpont méretezésénél nem vesszük figyelembe hisz ezek a belső energiaáramok kiegyenlítik egymást. Ez az eset iroda épületeknél olyan bérirodaházban fordulhat elő, ahol a nem használt helyiségekben csak temperálnak. Filtrációs energiaáram: •

•

⋅

Q filt = V l ρl cl (tim − ta ) (W ) Ez az energiaáram ahhoz szükséges, hogy a méretezett helyiségbe, a külső térből vagy szomszédos helyiségből bejutó levegő a helyiség belső hőmérsékletére felmelegedjen. Ha a helyiségbe belépő levegő hőmérséklete meghaladja a belső hőmérsékletet, a helyiségnek filtrációs hőnyeresége van. A levegő több féle hatás következtében juthat be a helyiségbe: - szél okozta nyomáskülönbség, - felhajtóerő, hatására, - szellőző-berendezés működése következtében. A szellőző-berendezés által elszívott levegőmennyiségnek csak azt a részét vesszük figyelembe számításunknál, melyet mesterséges úton nem pótolunk a helyiségbe. Ha egy helyiségből több levegőt szívunk el, mint amennyit befújunk, a kialakuló depresszió miatt a különbségnek megfelelő légáram a nyílászáró résein, illetve a légbevezető elemeken keresztül jut be a helyiségbe, és ezt a levegőmennyiséget a hőleadókkal kell felmelegíteni. Az ehhez szükséges teljesítmény a filtrációs energiaáram. A befúvott levegőt a légtechnikai rendszerben melegítjük fel a szükséges hőáramot a légtechnikai rendszer méretezésénél vesszük figyelembe. Amennyiben a befúvott levegő hőfoka alacsonyabb vagy magasabb a helyiség hőfokánál a különbség szintén a filtrációs energiaáramhoz tartozik veszteségként vagy nyereségként. Ha a helyiségbe befúvott levegő mennyisége megegyezik az elszívott levegő mennyiségével, a szellőztető berendezés működése nem okoz filtrációs légáramlást, de ettől még a szél és felhajtóerő által okozott filtrációs légáramlás jelen lehet. Ha túlnyomásos szellőzést valósítunk meg, és a helyiségben kialakult túlnyomás nagyobb, mint a szél és felhajtóerő miatt kialakuló nyomáskülönbség, akkor nincs filtrációs légáramlás, ilyenkor nem kell filtrációs hőszükségletet sem számolni. A szellőző berendezés által létrehozott filtrációs légáram, nemcsak a megszívott helyiség külső nyílászáróin, hanem a szomszédos helyiségek külső nyílászáróin is bejuthat az épületbe és az ott belépett levegőt ott kell felmelegíteni, és a már felmelegített levegő lép a szellőztetett helyiségbe. A kiváló légzárású nyílászárokkal megépített épület esetében a filtrációs energiaáram kiszámításánál csak egy minimális légcserével meghatározott térfogatárammal számolunk. A filtrációs hőszükséglet a légcsereszám alapján a következő összefüggéssel számítható: •

⋅

Q filt = nV l ρl cl (tim − ta ) (W ) Ahol n (1/h; 1/s) a helyiségben szükséges légcsereszám, V (m3) a helyiség térfogata. Egyes helyiségek minimális légcsereszámát vagy a szellőzőlevegő térfogatáramokat előírások rögzítik. A belső levegő minőségét biztosító szellőző, illetve friss levegő mennyiségét,

68

ellenőrzött gépi szellőzés útján juttatjuk a helyiségekbe, télen a felmelegítéséhez szükséges teljesítmény igénye nem része a filtrációs energiaáramnak. Hagyományos kommunális és lakó épületeknél a hőszükséglet meghatározásánál a napsugárzásból és a belső hőterhelésből származó hőnyereség számítása elhagyható, ha a fűtési rendszer időjárás követő szabályozása napsugárzás érzékelőről és/vagy helyiség hőmérséklet korrekcióval történik, és ha a fűtési rendszer helyiségenként egyedi, hőleadókénti szabályozása megoldott. Kis energiaigényű és passzív épületek esetében, ha a belső hőterhelés aránya jelentős, értékével célszerű számolni. Az, hogy egy helyiségben konvekciós, vagy sugárzó fűtési rendszer kerül-e kialakításra, az befolyásolja, a méretezési belső hőmérsékletet, és meghatározza, hogy melyek azok a felületek, amelyeknek a hőveszteségét a hőleadók méretezésénél nem kell figyelembe venni. A számítás a kialakítandó rendszer ismeretében korrigálandó. A fentiek ismeretében az épület fűtési hőigényét nyereségek nélkül a következő egyszerűsített egyenlettel írhatjuk fel: •

Q F = (∑ A U + ∑ l ⋅ Ψ + ρ ⋅ c ⋅ n ⋅ V ) ⋅ (t i − t a ) = K ⋅ (t i − t a )

(kW)

Az épület éves fűtési energiája illetve a kívánt, vagy igényelt hőenergia számtalan tényezőtől függ: - az időben változó időjárási tényezőktől, a külső levegő hőmérsékletétől, a napsugárzástól (diffúz és direkt sugárzástól), a szél erősségétől (sebességétől, és annak irányától), - az épülethatároló szerkezetek épületfizikai jellemzőitől (a határoló szerkezet hőtároló képességétől, a hőátbocsátási tényezőjétől), a nyílászárók légáteresztő képességétől, illetve az épületbe belépő friss levegő tömegáramától, - a belső hőnyereség mértékétől, - a fogyasztói szokásoktól, hogy a fogyasztó alkalmaz-e térbeli és időbeli fűtéskorlátozást, hogy a fogyasztó által tartott helyiséghőmérséklet eltér-e a tervezettől, illetve az előírt értéktől milyen mértékű az eltérés, - az alkalmazott szabályozás „jósági” fokától, hogy vajon mekkora a kívánt és beállított hőmérséklet közötti eltérés, - hogy csak a legfontosabbakat említsük. Kiszámítva a fűtési határhőmérsékletet (tfh), vagy a téli egyensúlyi hőmérsékletkülönbséget, ismerve a különböző külső hőmérsékletek gyakoriságát (4.3 ábra), az éves fűtési hőfokhidat és az üzemeltetés módját, nem hagyva figyelmen kívül a fűtési idényben a külső és belső hőnyereségek csökkentő hatását, a fűtésre felhasznált éves nettó hőmennyiséget a következő módon határozhatjuk meg: •

QF QF = H fa ⋅ σ − Qsd − Z F ⋅ AN ⋅ qb (ti − ta ) ahol Hfa ZF AN qb

(kWh/a)

(hK/a) az éves fűtési hőfokhíd a fűtési idény hossza órákban (h) a nettó fűtött alapterület (m2) a belső fajlagos hőterhelés (belső hőnyereségáram egy m2 fűtött alapterületre vetítve) (W/m2)

69

σ Qsd

az üzemviteltől (folyamatos, szakaszos fűtés) függő korrekciós tényező a direkt sugárzásból származó hőnyereség (kWh/a)

A sugárzásból származó hőnyereség a teljes fűtési idényben egyszerű (7/2006 (V.24.) TNM rendelet javaslata szerinti) számítással: I. Qsd = ε ⋅ ∑ Ag ⋅ g ⋅ QTOT kWh / év ahol QTOT (kWh/m2,év) a direkt napsugárzás teljes energiahozama a fűtési idényben, az egyszerűsített számításhoz ε a napsugárzás hasznosítási tényezője (könnyű-nehézszerkezetű épületnél 0,5-0,75) g az üvegezés összesített sugárzásátbocsátó képessége társított szerkezet nélkül Ag (m2) az üvegezett felület A fűtési határhőmérséklet az a külső hőmérséklet, amelynél az épület hőveszteség és hőnyereségáramai egyenlők, értéke a következő összefüggéssel számítható, figyelmen kívül hagyva az időben változó, határoló szerkezetekben tárolt hőt: •

t fh •

Q sd

•

Q sd + Qb = ti − ∑ A U + ∑ lΨ + ρ ⋅ c ⋅ n ⋅ V

(kW) a direkt napsugárzásból származó nyereségáram

•

(kW) a belső hőfejlődésből származó nyereségáram, amelyet a 7/2006 (V.24.) TNM rendelet a következő módon javasol számolni, megadva a különböző funkciójú épületekben a belső egy m2 fűtött alapterületre vonatkozó fajlagos hőterhelést (qb – W/m2): Qb

•

Q b = AN ⋅ q b

4.3 ábra Magyarország éghajlati viszonyaira jellemző hőfokgyakorisági görbe Hfa (72000 hK/a) az éves fűtési hőfokhíd ti=20 oC belső és tfh=12 oC fűtési határhőmérsékletnél, egyensúlyi hőfokkülönbség=8 oC Hha (hK/a) az éves hűtési hőfokhíd, ha ti=18oC és thf=24 oC

70

Az éves fűtési hőfokhíd: τf

zf

0

j =1

−

H fa = ∫ (ti − t a )dτ = ∑ (t i − t aj ) z j = (ti − t a )Z f ahol: −

(t a )

a küls ő átlag hőőmérsékl et

Zf

a fűtési napok száma

4.2.2. Épületek hőterhelésének meghatározása Ahhoz, hogy egy épületben a belső átlag hőmérsékletet állandó értéken tarthassuk, minden egyes pillanatban az épületbe beérkező energia egyenlő kell, hogy legyen az épületet elhagyó energiával. Ha a beérkező energiaáram nagyobb, mint az épületet elhagyó energiaáram az épületben az átlagos hőmérséklet emelkedni fog. A hőmérsékletváltozás nem lineáris, mivel ha nő a belső hőmérséklet, nő az épület hővesztesége is, és az épületszerkezetekben a tárolt hő változik. Nyári időszakban az épületek hőveszteségei csökkenek, míg a hőnyereségei nőnek. A többlet nyereséget a gépészeti rendszerek segítségével lehet az épületből eltávolítani. Az épület hőterhelésének meghatározása a belső és a külső hőterhelés napi menetének kiszámításából, majd ezek összegzésével a hűtési hőterhelés óránkénti alakulását mutató adatsor meghatározásából áll. A hűtési hőterhelés alatt azt a hőteljesítményt értjük, amelyet egy helyiségből a legmelegebb nyári időszakban el kell vonni a kívánt belső légállapot fenntartása érdekében. A hűtési hőterhelés is időben változó, sztochasztikus érték. Az alábbi számítási metódus az ekvivalens hőmérséklet módszerét alkalmazza. Nem tartalmazza a külső levegő bevezetésével, a légcserével, a szellőző levegő kezeléséhez szükséges hűtőteljesítmény számítását. •

•.

.

A nyári összes hőterhelés a belső Q i és külső Q a hőnyereség összege: •

•

•

Qössznyar = Qi + Qa

(W )

A belső hőterhelés összetevői: •

•

•

•

•

•

Qi = Q E + QV + Q M + Qvg + Q B

(W )

Az emberek által leadott hő: •

Q E = n ⋅ qe

(W )

ahol n fő az emberek száma a helyiségben, qe egy fő által leadott hőterhelés (W/fő)(~120 W/fő ülő könnyű öltözetben lévő, irodai munkát végző ember esetén). A világítás hőtermelése: •

QV = PV ahol PV, (W) – a világításhoz felhasznált teljesítmény.

71

A gépek hőleadása, melyek a hajtómotorral együtt belső térben vannak: •

Q M = eΣ

Pi

ηi

ωi

ahol e a gépcsoport egyidejűségi tényezője, Pi a gép teljesítménye (W),

ηi ωi

a gép hatásfoka,

a munkagép terhelési foka. A helyiségbe bepárolgó vízgőz által okozott hőterhelés: •

•

•.

Qvg = mv hvg = mv (ro + c pvgtvg ) ahol mv hvg ro cpvg tvg

a bepárolgott víz tömegárama, a vízgőz entalpiája a vízgőz rejtett hője a vízgőz fajhője a vízgőz hőmérséklete.

Az összefüggésben szereplő: •

Q B a belső határoló felületeken át, a szomszédos nem hűtött helyiségekből származó

hőterhelés. Iroda épületekben belső hőterhelést alapvetően a világítás, az emberek, és a munkaeszközök jelentenek. A számításnál figyelembe vehető értékeket az alábbi táblázatok tartalmazzák. A technika fejlődésével a táblázatban feltüntetett értékek változhatnak. 4.4. táblázat Irodai gépek hőterhelése (EVA, 2000) Készülékek PC Monitor (17”) PC+Monitor Lézernyomtató Tintasugaras nyomtató Faxgép Fénymásoló Szkenner

Hőterhelés [W] készenléti állapot 2-40 4-30 6-70 4-80 2-10 4-12 80-220 3-12

aktív állapot 35-70 50-120 85-190 170-300 10-20 20-80 300-500 20-30

72

kikapcsolt állapot 0-5 0-5 0-10 0 0-8 0-5 0-30 0-5

4.5. táblázat Világítótestek csatlakozási fényerőssége és csatlakozási teljesítménye (VDI 2078,1996 Csatlakozási teljesítmény [W/m2] Fényerősség Helyiség Hagyományos Energiatakarékos [lx] lámpa lámpa Előterek, folyosók, 100 20-25 3-8 lépcsőház Munkahely ablak közelében 300 60-75 8-18 Tárgyaló 500 100-120 10-25 Nagyterű tervező iroda 750 15-30 .

.

A külső hőtermelés ( Q a ) a tömör határoló szerkezeteken ( Q F ) és az üvegezett felületeken ( .

Qü ) jut be a helyiségbe: •

•

•

Q a = Q F + QÜ

A külső tömör határoló szerkezeten, falakon, födémen át a helyiségbe jutó hőáram, az úgynevezett egyenértékű hőmérséklet különbség módszerével a következő összefüggéssel határozható meg: •

Q F = A ⋅ U ⋅ ∆ t ekv

ahol A - a felület nagysága, U - a hőátbocsátási tényezője, az egyenértékű, ekvivalens hőmérséklet pedig az alábbi összefüggéssel írható fel:

a ⋅ I  ∆tekv =  + t a − ti   αa  ahol a

az a hányad, amit a felületre érkező I (W/m2) sugárzás intenzitásból a felület elnyel,

ta

a külső hőmérséklet,

ti

a belső hőmérséklet,

αa a külső oldali hőátadási tényező (W/m2K) ∆tekv függ: − a külső felület helyzetétől (tájolás, fekvés) − a külső felület minőségétől (emissziós tényezőjétől) − a határoló szerkezet hőtechnikai tulajdonságaitól − a belső és külső hőmérséklettő Az üvegezett felületeken át a nap sugárzásából bejutó hőterhelés az 1 m2 normál síküvegen áthatoló ISRG sugárzás intenzitásával vesszük figyelembe. Ezt kell módosítani a normáltól eltérő üveg (üvegezés naptényezője) és külső-belső árnyékolás (árnyékolás naptényezője) miatt. A ε redukciós tényező figyelembe veszi, hogy a sugárzással ért belső épülettömegek a hőt elnyelik, majd időben késleltetve és csökkentett amplitúdóval adják le. •

Q sdnyár = ε ∑ Ag I SRG g nyár

73

(W)

A gnyár –az üvegezés sugárzás átbocsátó képessége társított szerkezettel (az árnyékoló szerkezet és az üvegezés naptényezőjének szorzata). A g az üveg összenergia áteresztése, amely megmutatja, hogy az üvegezés a külsőoldalról érkező teljes hőenergia mennyiség mekkora részét engedi át a belső térbe. Az átengedett energiamennyiség a közvetlenül átáramló besugárzás és az üvegezés másodlagos hőleadása együttesen. Az alacsony g érték jelentősen csökkenti a nyári klimatizálásra fordított költségeket. Napvédő üvegezésről általában akkor beszélünk, ha g értéke alacsonyabb, mint 50 %. Az iroda épületek szempontjából fontos tulajdonsága az üvegezett szerkezeteknek S – szelektivitási indexe. A látható fény áteresztés (TL) és az összenergia-áteresztés (g) hányadosa, vagyis azon két értéké, amelyek – az Ug értéken kívül - döntően meghatározzák a belsőtér komfortérzetét, ezáltal az üvegtípus kiválasztását. A magas szelektivitási érték azért kedvező, mert a jó megvilágítottság alacsony összenergia-áteresztéssel is biztosítható, vagyis anélkül élvezhetjük a természetes fényt, hogy magas hűtési költségekkel kellene számolnunk. A hűtési terhelés: •

•

•

•

Qössznyár = Qi + Qa = Qi + AU∆tekv + ε ∑ Ag I SRG g nyár A helyiség hűtési hőterhelése a nap folyamán óráról órára változik, ezért a számításokat is teljes napra (24 órára), óránkénti bontásban kell elvégezni. Azt a külső hőmérsékletet, amely mellett a nyári időszakra vonatkozó hőnyereségeket figyelembe véve az épületben a megengedett legmagasabb belső hőmérséklet alakul ki, hűtési határhőmérsékletnek nevezzük. •

thh = ti −

Qössznyár K

ahol ( K = ∑ A U + ∑ l ⋅ Ψ + ρ ⋅ c ⋅ n nyár ⋅ V ) az épület veszteségtényezője. Valamely időszak Hha hőfokhídja az illető időszakban előforduló zh számú hűtési nap hőfokhídjainak összege: zh

zh

z =1

z =1

H ha = ∑ H hz = ∑ (takz − ti ) = zh (t kz − ti ) ahol: takz az időszakra számított külső átlaghőmérsékletek, zh az éves hűtési napok száma, illetve órák száma, akkor a Hha (napK/év vagy hK/a). A hőfokhidat aszerint, hogy milyen időszakra vonatkoztatjuk, nevezzük nyári, havi, heti, napi hőfokhídnak. Természetesen a tényleges hőfokhíd az időjárási viszonyok szerint évről évre változik, azonban több esztendő átlagának hőfokhídja a kérdéses ország vagy város időjárási viszonyaira jellemző. A hűtési idény hossza a fűtési idényre vonatkozó számításokhoz hasonlóan határozható meg. Ebben az esetben a belső hőmérséklet megengedett legnagyobb értéke nagymértékben befolyásolja a kapott eredményeket. A hőnyereségek és az épület veszteségtényezőjének aránya annál nagyobb, minél nagyobb üvegezett felülettel rendelkezik az épület (a hőnyereségek a tájolástól és beépítéstől is függnek), és minél kisebb az épület

74

veszteségtényezője. Ha a hűtési határhőmérséklet 18 oC a hűtési napok száma 90 nap körüli érték.

4.4 ábra Hőfokgyakorisági görbe, hűtési idényre vonatkozó szakasza. A Hha a srafozott terület abban az estben thh=24 oC, ti=20 oC Hogy mennyi a hűtési üzemórák száma, az épület rendeltetésétől is függ. Egy iroda esetében csak a munkaidőben üzemel a hűtési rendszer, és ha a belső hőmérséklet meghaladja a megengedett értéket. Az éjszakai időszakban szellőztetéssel az épületszerkezetek bizonyos fokig lehűthetők, csökkenthetjük az üzemórák számát, így energiamegtakarítást érhetünk el.

4.5 ábra Hűtési napok száma a hőfokgyakorisági görbe alapján különböző hűtési határhőmérsékletnél (HalászGyné,Kalmár F.2005) Az alábbi ábra a hűtési üzemórák számát illusztrálja a Magyarországra vonatkozó hőfokgyakorisági görbe alapján, egy épület szakaszos és folyamatos használata esetében. A szakaszos használatkor a hétvégén egy vagy két munkaszüneti nappal számolhatunk, és napi 8, illetve 10 órás munkaidőszakot vehetünk figyelembe. Abban az esetben, ha folyamatos használat mellett éjszakai szellőztetést is tudunk alkalmazni, ez idő alatt a hűtés nem üzemel, üzemórák csökkennek.

75

4.6. ábra Hűtési üzemórák a hőfokgyakorisági görbe alapján (egy munka szüneti nap figyelembe vételével) (HalászGyné,Kalmár F.2005) A tömör határoló szerkezetek sugárzásos hőnyereségét nem figyelembe véve a közelítő sugárzási nyereségek számítása a nyári időszakban a következő egyszerűsített számítási módszerrel (ha a gnyár értékében a társított szerkezet hatása is figyelembe van véve) meghatározható: •

Q gnyár ≅ ∑ Ag I g nyár

(kW )

Az éves nettó hűtési energiaigény előzetes becslésére a következő közelítés alkalmazható (Baumann és társai 2009): QCa =

• 24 ⋅ nhű ⋅ (∑ AN qb + Q gnyár ) ( kWh / a ) 1000

ahol AN a hűtött alapterület, qb a fajlagos belső hőterhelés (W/m2) és nhű azoknak a napoknak a száma, amikor a külső átlaghőmérséklet értékére teljesül: t a ≥ 26 − ∆ t bnyár

feltétel.

A belső és külső hőmérséklet napi átlagos különbsége a következő összefüggéssel számítható: •

∆tbnyár =

Q gr + AN qb ∑ AU + ∑ lΨ + nnyárVρ c

A fenti értékkel az épület nyári túlmelegedését is ellenőrizhetjük, nyári túlzott felmelegedés kockázata elfogadható, ha Δtbnyár kisebb, mint 3 K nehéz szerkezetű épületek esetében, és kisebb, mint 2 K könnyű szerkezetű épületeknél (Baumann és társai 2009.)

76

4.2.3. Irodaépületek éves energiafogyasztásának változása

Éves energia fogyasztás %

Dipl.-Ing. Jens Knisseláltal készített „Energiahatékony iroda és adminisztrációs épületek” című tanulmányában szereplő 4.7. ábra oszlopdiagram jól mutatja az irodaépületek energiafogyasztásának változását. A 4.8. ábra-4.11. ábra diagramjai különböző épületfizikai jellemzőkkel, és technikai felszereléssel rendelkező irodaépületek primerenergia fogyasztásában a felhasználási területek arányának változására is rámutat. 120 100 100

80

95

60 55

40 20

31

27

0

%

4.7. ábra Különböző épületfizikai jellemzőkkel rendelkező irodaépületek éves energiafogyasztása, hagyományos régi típusű épülethez viszonyítva.

60 50 40 30 20 10 0

56

22.5 11

8

2.5

4.8. ábra Hagyományos régi építésű irodaépület energia felhasználásának megoszlása

77

40 35 35

30

29

%

25 20 15 10 9

5

11.5

9

4

2.5

0

4.9. ábra Sztenderd klimatizált irodaépület energia felhasználásának megoszlása

30 25

%

25

23.5

20 15 10 5

12.5

14

12.5 8

4.5 0

4.10. ábra Alacsony energiaigényű klimatizált irodaépület energia felhasználásának megoszlása

78

25 23.5

%

20

23.5

15 14.5

10

13

12

8

5 5 0

4.11. ábra Passzív klímatizált irodaépület energia felhasználásának megoszlása

30 25

27

27

%

20 15 15

13.5

10

9

5 3

6

0

4.12. ábra Passzív, klíma nélküli irodaépület energia felhasználásának megoszlása

79

4.3. Épületek Hűtése Az épületek hűtési rendszereit számos szempont szerint csoportosíthatjuk. Alapvetően beszélhetünk: − passzív − hibrid − aktív hűtési rendszerről. Passzív hűtési rendszerek feladata a külső hőnyereség csökkentése és a külső, belső hőterhelés elvitele építészeti, épületszerkezeti elemekkel. Hibrid rendszereknek nevezhetjük azokat a rendszereket, amelyeknél az épületek hűtésében az épületszerkezeti elemek mellett gépészeti eszközök (szivattyú, ventilátor...) is szerepet játszanak. Aktív rendszereknél a hűtőgépé a főszerep. A modern üvegből és fémből készült „áttetsző” homlokzatú, világos, természetes fényt minél inkább beáramlani engedő irodaépületekben még a mérséklet égövben is a hűtés valamilyen formáját alkalmazni kell, különben a nyári hónapokban „üvegházakká” válnának. A dán Műszaki Egyetem által megfogalmazott tudományos eredmények alapján a 26°C feletti hőmérséklet jelentősen visszaveti az irodákban dolgozók szellemi teljesítőképességét. Ezért ugyan olyan fontos az irodaépület hűtése, mint a fűtése. A klímaváltozás tudatosítása, a divatossá váló „zöld-szemlélet” okán egyre általánosabb az a nézet, hogy egy épületnek a nyári hőterhelés ideje alatt is biztosítania kell egy elfogadható belső hőmérsékletet aktív hűtési rendszerek alkalmazása nélkül is. Ennek a szemléletnek a megvalósulásához járulnak hozzá elsősorban a különböző passzív és a kis energiaigényű hibrid hűtési rendszerek. A technika folyamatos fejlődésével ezeknek egyre nagyobb tárháza áll a rendelkezésünkre. A hibrid hűtést egyes szakirodalom természetes hűtésnek is nevezi. Természetes hűtésre akkor van lehetőségünk, ha a hűtendő közeg a rendelkezésre álló hűtőközegnél (ami lehet víz, levegő) nagyobb hőmérsékletű. Aktív hűtésre, egyes szakirodalom szerint mesterséges hűtésre, akkor van szükség, ha a hűtendő közeg hőmérsékletét a rendelkezésre álló természetes hűtőközeg hőmérsékletére, vagy az alá kell csökkenteni. A kisebb hőmérsékletű hűtendő közegből kell hőt szállítani a nagyobb hőmérsékletű természetes hűtőközegbe. Ehhez szükség van egy olyan közegre (hűtőközegre), amely kis hőmérsékleten folyadék halmazállapotból gőz halmazállapotba jut, miközben hőt von el a hűtendő közegtől. Ez a hűtőközeg a mesterséges hűtést létrehozó hűtőberendezésben végbemenő hűtőkörfolyamat munkaközege. A hűtőkörfolyamat a hűtőközeg állapotváltozásainak zárt sorozata. A hűtőgép alapvető alkotó elemi (4.13. ábra): − elpárologtató − kompresszor − kondenzátor − expanziós gép (fojtószelep). A hűtőközeg az elpárologtatóban alacsonyabb hőelvonási hőmérsékletszinten lévő hűtendő közegből hőt von el (Qo) gőz halmazállapotban jutva lép be a kompresszorba, ahol külső energia (P) befektetés árán egy nagyobb nyomás és hőmérséklet szintre kerül. Így a kondenzátorba jutó hűtőközeg hőmérséklete akár 60 °C is lehet. A kondenzátorban hőelvonás (Q) során lekondenzálódik. Folyadék halmazállapotba kerülve fojtószelepen (adagolószelepen) keresztül jut ismét az elpárologtatóba. A fojtószelep lényege, hogy nagyon kis keresztmetszeten át engedi csak továbbjutni a hűtőközeget, ezáltal a nyomását lecsökkenti, amelynek következtében a hőmérséklete is lecsökken. Másik feladata, hogy az elpárologtatóba csak a megfelelő mennyiségű közeget engedje beáramolni, vagyis adagolószelepként működjön. Az elpárologtatóban újra elpárolog az alacsony nyomású, azaz

80

hideg közeg a meleg levegő hatására, és gőz halmazállapotúvá válik. Ez a folyamat hermetikusan zárt hűtőkör esetén egymás után gyakorlatilag végtelen számban ismétlődhet.

4.13. ábra Fojtásos hűtőberendezés kapcsolási ábrája berendezés legfontosabb elemi: 1-elpárologtató, 2-kompresszor, 3-kondenzátor, 4-expanziós gép (fojtószelep)

4.3.1. Passzív Hűtési Rendszerek Passzív hűtésnél gépészeti mechanikai segédeszközök nélkül biztosított a helyiségek kívánt hőmérséklete. Passzív rendszerek esetében elsődleges, hogy az építész által megálmodott épület alkalmazkodjon az adott terület klimatikus viszonyaihoz. Az épület kialakításánál legyenek tekintettel arra, hogy az épület forró, száraz, vagy meleg nedves levegőjű, egész nap nem változó, vagy éppen jelentősen változó klimatikus viszonyok közé kerül. Építészeti eszközökkel védjük az épületet a túlmelegedéstől. Ilyenek például, az üvegezett és tömör homlokzati felületek aránya, az épület tájolása, az uralkodó szélirány kihasználása az épület átszellőztetésére, az épület telepítésekor a fák és egyéb akadályok alkalmazása a levegő megvezetésére és az épület árnyékolására. A passzív hűtésnél fontos szerepet játszanak a passzív szoláris építészet eszközei. A passzív hűtés alapvetően tehát a hőterhelés csökkentésének módjait jelenti, úgy mint : - az árnyékoló szerkezetekkel rendelkező nyílászárók, - az intelligens üvegek, - a halmazállapot-váltó, úgynevezett fázisváltó építőanyagok, - a szelektív éjszaki szellőztetés, - a napkémények, - a zöld homlokzat, zöld tető, - a földbe építés, - a fehér homlokzati festés, alkalmazását, hogy csak az ismertebbeket említsük. A különböző külső, belső és ablakba integrált fix, vagy mechanikusan működő árnyékoló szerkezetek megfelelő megválasztásával nem csak a naptól való védelmet, de a káros

81

fényvisszaverődések elleni védelmet is megoldhatjuk. Ezekre mutat példát a 4.14 ábra-4.16. ábra.

4.14 ábra Üveg homlokzat társított árnyékoló szerkezettel (www.bosy-online.de)

4.15. ábra Üveg homlokzat árnyékoló szerkezete1üveglap 2 Pengetartó 3 falkiugrásszalag4.Mozgatásmechanikája5.Lineárishajtómű/ motor (www.bosy-online.de)

82

4.16. ábra Nyílászáró szerkezete mozgatható árnyékoló szerkezetek (www.bosy-online.de) Az építészek, mérnökök és az üzemeltetők számára is az lenne a legkedvezőbb, ha a változó igényeknek maga az üveg meg tudna felelni. Változó vagy változtatható tulajdonságú üvegek, úgynevezett intelligens üvegek már léteznek, és a fejlesztések jelenleg is folynak. A különleges üvegeket viselkedésük alapján két csoportra oszthatjuk: az elhomályosodó, de színüket nem változtató (trop) és a színüket változtató, nem homályosodó (krom) üvegekre. Az üveg tulajdonságai változhatnak automatikusan az időjárás függvényében a hőmérséklet (termo-) vagy sugárzás hatására (foto-), vagy változtathatnak a használó elektromos feszültség (elektro-) vagy gáz (gazo-) segítségével. Hő hatására változó üvegezések (termotrop) technológiájának lényege, hogy két normál üvegréteg közé vékony, alacsony fagyáspontú gélréteget helyeznek. Az egyik megoldás szerint a gélben feloldott állapotban lévő makromolekulák a hőmérséklet növekedésével molekuláris láncokká formálódnak, amelyek mérete meghaladja a fény hullámhosszát és ezáltal csökken a sugárzás áteresztés, az elhomályosodási hőmérséklet 1,5 K pontossággal beállítható. A másik megoldásban a polárisan kötött víz felszabadul és a gélben lévő vízcseppek fénytörő oldata alakul ki. A termotrop üvegezések előnye, hogy a nyári hőterhelést hatásosan csökkentik, télen a kedvező sugárzást viszont átengedik. Hátrányuk ugyanakkor, hogy a hőmérséklet és a kívánt fénymennyiség nem feltétlenül függ össze. Az üveg tulajdonságai a gélréteg vastagságától is függnek. Az 1 mm vastag gélréteggel készülő üveg áteresztő képessége homályos állapotban jelentősen csökken, transzparens állapotban a látható fény és az egészen rövid infrasugárzás tartományában a normál üveghez közeli. 10 mm gélvastagság esetén homályos állapotban az áteresztés egészen csekély, de az áteresztő képesség csökkenése transzparens állapotban is jelentős. Fény hatására változó üvegek (fotokromatikus) áteresztő képessége ultraibolya fény hatására csökken, elnyelési tényezőjük nő. A változás az üveg anyagába kevert ezüsthalogenidekkel magyarázható, amelyek intenzívebb fény hatására barna vagy szürke árnyalatban elsötétednek. Amint a sugárzás intenzitása csökken, az üveg ismét visszanyeri átlátszóságát. Ez a technológia elsősorban napszemüvegek lencséjének kialakításában terjedt el, épületben való alkalmazásuk megkérdőjelezhető, hiszen áteresztő képességük a látható fény tartományában csökken jelentősen, míg a rövidhullámú infra tartományban csak kis mértékben. Ezzel a természetes világítás szenved csorbát, a nem kívánt hőterhelés nagy része

83

viszont bejut a helyiségbe. Az üveg sugárzás hatására ráadásul télen is elsötétedik, amikor erre egyáltalán nem lenne szükség. Elektromosság hatására változó üveg (elektro-) több rétegből összeépített szerkezetekben a két szemközti felületre kis villamos feszültséget kapcsolnak. Az üveg manuálisan gombnyomásra, vagy automatikusan változtatja áteresztési tulajdonságait. A fő típusok a következők: Elektrokromatikus üvegezések öt rétegből állnak: a középső réteg az elektrolit, amelyben az elektronok mozoghatnak, ennek két oldalán az elektrokromatikus rétegek, amelyekből elektronok távozhatnak, illetve ahol felhalmozódhatnak, és két üvegréteg. Feszültség hatására a rétegek között ionok mozdulnak el. A folyamat a feszültségkülönbség irányának változtatásával megfordítható. Az elektromos feszültségre nincsen tartósan szükség, egy átkapcsolás hatása akár több napig is megmarad. Folyadékkristályos (LCD) üvegezésnél a folyékony kristályokat tartalmazó réteget két elektromos vezető réteg és két üveglap határolja. Az üveg alaphelyzetben szórt fényt enged át. Az elektromos mező hatására a kristályok polarizációja megváltozik és az üveg homályossá válik. A homályosság fenntartásához folyamatos feszültségkülönbséget kell biztosítani. Elektroforetikus üvegnél az aktív réteg két vezető réteg közé kerül, amelyet két normál üveglap határol. Normál állapotban az üvegezés nem átlátszó, mert az aktív rétegben lévő elemi részecskék rendezetlenül helyezkednek el. Elektromos feszültség hatására a részecskék párhuzamos helyzetbe kerülnek és a fényt átengedik. Az áteresztő állapot fenntartásához állandó elektromos feszültségre van szükség. Ez a technológia még kísérleti stádiumban van. Gáz hatására változó üveg (gazokrom) az egyik üvegtáblájára wolframoxidot, arra egy vékony katalizátor réteget visznek fel. Átkapcsoláskor kevés hidrogén gázt engednek a légrésbe, amely kékes árnyalatúra színezi a wolfram réteget és ezáltal az áteresztő képesség csökken (Szalay Zs. 2012.). Tömör térhatároló szerkezetekbe integrált halmazállapot-váltó anyag (Phase Change Material) a Micronal® PCM hatékonyan nyeli el és zárja magába a nappali csúcshőmérsékletet kiváltó hőt. A BASF által kifejlesztett Micronal® PCM SmartBoard, egy speciális tulajdonságokkal rendelkező gipsz alapú falburkolati rendszer, amely egyedülálló módon nyújt megoldást a hőmérséklet kezelésére. A belső fal, födém burkolati elemekbe mikrokapszulázott látenshő-tároló anyag, pl. viasz, parrafin képes elnyelni és tárolni a keletkezett felesleges hőt. Az állapotváltozáshoz hőközlésre vagy hőelvonásra van szükség. Az ilyen változást okozó hőt nevezzük látens hőnek. A halmazállapot változás következtében jelentős hőenergia (rejtett hő) kerül felhasználásra, vagy szabadul fel, azonban magának az anyagnak a hőmérséklete változatlan marad. A Micronal PCM–ben található paraffin olvadáspontját úgy optimalizálták, hogy az teljes mértékben megfeleljen a lakó és iroda épületekkel szemben támasztott hőmérséklet kívánalmaknak. A Micronal® PCM-ben található paraffin 23 ill. 26 °C-on (felhasználási területtől függően) indul olvadásnak. Halmazállapotváltozása közben jelentős hőmennyiséget von el a környezettől, megakadályozva ezzel a helyiségek hőmérsékletének további emelkedését. Éjjel, amikor a külső hőmérséklet csökkenni kezd, a paraffin megszilárdul és a magában tárolt hőenergiát (olvadása következtében) visszaadja környezetének. Reggelre a hőtároló burkolat ismét hőelvonásra készen áll. Egy éjszakai átszellőztető rendszer gondoskodik a belső melegebb levegő elszállításáról. (www.labinfoonkine.hu; www.micronal.de)

84

4.17. ábra PCM fázisváltó anyag a belső burkolatban (www.micronal.de A használatra kész gipsz alapú falburkolólap, a SmartBoard, teljes mértékben felhasználóbarát építőanyag: bár csak 1,5 centiméter vastagságú, minden egyes négyzetmétere hozzávetőlegesen három kilogramm Micronal PCM-et tartalmaz. Hőtároló képességét tekintve egy 12 centiméter vastag téglafallal egyenértékű építőanyag. A Micronal® PCM alkalmazása által elérhető 3-4 C°-os hőmérsékletkülönbség, megközelíti a hagyományos légkondicionáló berendezések által realizálható 6 °C-os hűtést (a légkondicionáló berendezéseket ugyanis arra tervezik, hogy a külső hőmérséklethez képest átlagosan 6 C°-kal hűvösebb hőmérsékletet tartsanak). „E technológiának köszönhetően a légkondicionáló berendezések akár feleslegessé is válhatnak, vagy legalábbis a szükséges teljesítményük csökken.”, nyilatkozta Peter Schossig a freiburgi Fraunhofer Napenergia Hasznosító Intézet munkatársa.

4.18. ábra „Sonnenschiff” Freiburg napvédelme (www.sonnenschiff.de)

Freiburgban megépített „Sonnenschiff” (Nap hajó) 6500 négyzetméteres, innovatív épületkomplexum, amelyben a kereskedelmi célú egységek mellett, irodák és lakóépületek is egyaránt megtalálhatóak. Az árnyékoló zsalugáterek beépítése mellett a BASF Micronal®PCM technológiával készült SmartBoard falburkolati elemekkel valósították meg, az épületben a megfelelő termikus környezetet. Alábbi grafikon egy PCM-es álmennyezet beépítése után készült egy felújított irodában, ahol a meglévő álmennyezetet cserélték fázisváltó anyagot tartalmazóra. Jól látszik az új szerkezet csillapító hatása.

85

4.19. ábra PCM álmennyezettel felújított iroda álmennyezet belső felületi hőmérsékletének lefutása (www.lakjonjol.hu) A 8 °C-nál nagyobb napi hőingadozás esetében szelektív éjszakai szellőztetéssel megoldhatjuk a hűtést, ehhez szükség van nyitható ablakokra vagy felületekre, külső hőszigetelésre, hőtároló tömegre az épület belsejében, és arra, hogy az éjszaka kihűlt épület tömege napközben a meleggel szemben árnyékolva legyen. A levegő cirkulációját az épületen belül un. szolárkéményekkel (levegőcsapda a tetőn) is meg lehet oldani. A levegőt a hőmérséklet különbségből származó felhajtóerő mozgatja, a jó működéshez szükséges építészeti kialakítást mutatják (4.20. ábra - 4.21. ábra). Abban az esetben, ha nappali szellőztetéssel szeretnénk hűteni, szellőztetni az épületet, nem csak a levegő útját biztosító építészeti eszközök fontosak, de azok is, amelyek a mozgatásához szükséges hőmérséklet különbséget létre tudják hozni. Erre jó példa a szolárkémény.

4.20. ábra Iroda épület természetes szellőzés levegő útvonala átriummal Fraunhofer IES Freiburg (forrás:EnBau szerint:MONITOR)

86

4.21. ábra Éjszakai szellőzés átrium nyitható szellőző aknával KfW-Ostarkade Frankfurt (forrás:ip5 Karlsruhe) A szolárkémény, vagy napkémény működésének alapelve, hogy nyáron az északi oldali hidegebb levegő hőmérséklete a földkollektoron keresztül áramolva csökken, sűrűsége nő, nagyobb lesz, mint a szolár kéményben a nap energiájának felhasználásával felmelegedett levegő sűrűsége. A sűrűségkülönbségből származó felhajtóerő mozgatja az épületben a levegőt, ahogyan az egyszerű mellékelt 4.22. ábra is mutatja. A napkémény télen a hideg levegőt előfűtheti.

4.22. ábra Napkémény működési mechanizmusa BRE iroda Angliában (Watford) BRE Iroda épület Angliában (Watford) egy megvalósult épület, amelynél ezt az elvet alkalmazták. Az épület 5 db rozsdamentes acélból készült szolárkéménye lényeges elemét képezi az energiatakarékos természetes szellőzésnek és hűtésnek. Kiegészítő hűtésként

87

felület-hűtést alkalmaztak. A hűtőközeg a 70 m mély kútból szivattyúzott víz, a hűtőfelület a beton-födémbe ágyazott csővezeték rendszer. Zöld homlokzat, zöld tető megfelelő növényzetének megválasztása nyáron az épület napvédelemét szolgálja, azonban a téli napsugarakat átengedi. A zöld homlokzat és zöld tető a párolgás következtében a felületi hőmérsékletet csökkenti, így a hűtésben is aktív szerepet vállal, javítva a mikroklímát nem csak az épületen belül, de az épületen kívül is.

4.23. ábra Extenzív zöld tető 1 gyökér vízszigetelő - 2 rétegű védelem - 3 vízelvezető réteg - 4 szűrőréteg - 5 vegetációja Forrás: LWG Bajorország

4.24. ábra Passzív hűtés, zöld fallal, fehérre festett homlokzattal, zöld tetővel, sziklába, földbe vájt épület (www.bosy-online.de; http://www.gonomad.com/alternatives/0712/australiacoober-pedy.html) Fehér, illetve világos homlokzati festés, és földházak építése is a passzív hűtési mód egyik lehetősége, amivel akár 20%-kal kevesebb energiát használnak hűtésre. Jó példák erre a déli országokban létrehozott épületek. A földalatti épületek, illetve sziklába vájtak. Az utóbbira látunk példát az ausztráliai Coober Pedy Opalminen városban készülő fotót.

4.3.2. Hibrid hűtési rendszerek Abban az esetben, ha egy épületben a belső hőterhelés jelentősebb, a passzív hűtés ismertetett megoldásai nem tudják biztosítani a megfelelő belső hőmérsékletet. Kiegészítő, hűtőgép nélküli gépészeti elemek alkalmazására, beépítésére van szükség. Ezek a műszaki megoldások a természetes hűtés témakörébe tartoznak. Ebben az esetben a hűtőközeg lehet a külső levegő, vagy a földkollektoron keresztüláramoltatott lehűtött külső levegő, vagy például a föld szondából felhozott víz. Az irodaház is lehet az az épület, - az emberek, számítógépek, monitorok, világítás, fénymásolók - a belső hőterhelésével, amelynél már nem elegendő a passzív rendszer alkalmazása. A hibrid rendszerek a következők lehetnek: - adiabatikus léghűtés

88

- evaporatív hűtés - talaj levegő-kollektor, vagy talaj víz-kollektor, vagy vizes- földszondás rendszer - levegőkutak - a felszíni és felszín alatti vizekkel történő hűtés és - szabad hűtés, hogy csak a legfontossabbakat említsük. Ezeknél a rendszereknél a szivattyúnak, vagy ventilátornak, vagy mind a kettőnek szerepe van a rendszer működésében, a hűtésben résztvevő közegek áramoltatását végzik. Az adiabatikus léghűtésnél a helyiségből elszívott levegőbe vizet fecskendeznek (adiabatikus nedvesítését), ezt követően egy hővisszanyerő hőcserélőn keresztül vezetve előhűti a friss levegőt (4.25. ábra). Hatékonyabb megoldás, hogy a vizet közvetlenül a helyiségbe lépő levegőbe, belépés előtt közvetlenül fecskendezik be, vagy egy felületi nedvesítőn vezetik át (4.25. ábra).

4.25. ábra Léghűtés levegő közvetlen adiabatikus nedvesítése helyiségbe lépés előtt (www.bosy-online.de)

4.25. ábra Léghűtés nyári üzemmódja, a helyiségből elszívott levegő adiabatikus nedvesítésével, és hővisszanyerő hőcserélő alkalmazásával (www.bosy-online.de)

89

Az evaporatív hűtés alapvetően lehet közvetett és közvetlen: - Indirekt evaporatív hűtésnél a vizet egy nagy felületen folyatják keresztül. A nedves felületre légáramot bocsátanak, mely segíti a párolgást. A nagy, tipikusan porózus felületen a víz elpárolog, a légáram pedig a lehűlt levegőt a helyiségbe juttatja. - Direkt evaporatív illetve pára-hűtésnél a vizet megfelelő nyomáson és porlasztó szerkezeten keresztül közvetlenül permetezik a hűtendő levegőbe. A kisméretű vízcseppek a meleg levegőbe jutva gyorsan párolognak és így közvetlenül a hűtendő környezetben jön létre a hőelvonás.

4.26. ábra Közvetlen és közvetett evaporatív hűtés A vízzel locsolt épület-tetőn a víz elpárolog, lehűtve azt. Az ábra egy víztakarékos megoldást mutat. A földben elhelyezett tartályban tárolt csapadékvízzel történik a tető hűtése.

4.27. ábra Elpárolgó vízzel történő hűtés a tetőn (www.bosy-online.de) A talaj hőmérséklete 1,5-2,5 m mélyen szezontól függően 7-12 oC közötti hőmérsékletű. Az 50-200 m mélyen közel állandó 10 oC évszaktól függetlenül. Nyáron a külső meleg friss levegőt a talajba helyezett hőcserélőn, talajkollektoron ventilátor segítségével keresztül vezetve lehűl, ezáltal előhűtjük, télen előmelegítjük. Az előhűtött levegőt a helyiségbe a hővisszanyerőt megkerülve juttatjuk.Télen az előfűtött levegőt keresztül vezetjük a

90

hővisszanyerő hőcserélőn, így a helyiségből elszívott levegő hőjét is hasznosítani tudjuk. Ha a külső levegő hőmérséklete nyáron nem nagyobb, mint a talaj kollektorból kilépő levegő hőmérséklete, akkor közvetlenül is bevezethető a helyiségbe (4.28. ábra).

4.28. ábra Levegő-talajkollektor nyári és téli üzemmódban (www.bosy-online.de)

4.29. ábra Vizes talajkollektor hőcserélőn keresztül hűti a friss levegőt (C.Fink 2002) A levegőkút egy speciális földhőcserélő, amelynek működési elve évszázadok óta ismert. Nyáron a külső meleg levegőt egy kavicságyon keresztül vezetve káros anyagoktól megóvva lehűtve kerül a légcsatornába, amelyen keresztül a helyiségbe jut.

91

4.30. ábra Levegő kúton ventilátorral keresztül szívott levegő előfűtése (tél), és hűtése (nyár) A vízközegű talajkollektoros, vagy földszondás rendszerek télen hőszivattyú segítségével az épületet fűtik, nyáron a hőszivattyú megkerülésével (kizárásával) hűtik. Az épületgépészetben ezt nevezik passzív hűtésnek. Csak a víz keringetéséhez szükséges szivattyúzási munka igényel energiát. A felszíni és felszín alatti vizek is alkalmasak arra, hogy egy víz-víz hőcserélővel és primer és szekunder oldali szivattyúval megoldják egy épület hűtését hűtőgép alkalmzása nélkül, hőszivattyú alkalmazásával pedig az épület fűtése biztosított, kis hőmérsékletű felület-fűtés és nagy hőmérsékletű felület-hűtési rendszer megtáplálásával.

4.31. ábra Épületszerkezet-temperálás (BKT) talajkollektor, földszonda vízével. Iroda épület betonfödémének csövezése Ulmban (forrás.ebök Tübingen) (C.Fink 2002) A szabad hűtés (free cooling), a hűtéstechnika területén az energiafogyasztás mérséklését szolgáló egyik lehetősége. A megoldás lényege a külső levegő hűtőhatásának hasznosítása, lehetővé téve a gépi hűtés elhagyását, vagy a gépi hűtés üzemidejének csökkentésével az energiafelhasználás jelentős mértékű csökkenését Egy tiszta friss levegős rendszer esetén a szabad hűtőhatás önmagában megvalósul. A gépi hűtés csak akkor üzemel, ha a külső hőmérséklet magasabb, mint a kívánt befúvási hőmérséklet. Egy kevert levegővel üzemelő rendszer esetén a szabad hűtés elve a keverési arány folyamatos változtatásával valósítható meg. Ha a külső levegő hőmérséklete magasabb, mint a helyiségben előírt belső hőmérséklet, akkor a berendezés visszakeveréses üzemre áll át, és minimális friss levegő-aránnyal működik. Víz- és léghűtésű folyadékhűtők esetén egyaránt alkalmazható a szabad hűtés. A vízhűtésű folyadékhűtők esetén a szabad hűtés a

92

kondenzátor vízkörében beépített hűtőtorony, illetve a szárazhűtő (glikolhűtő) feladata. A léghűtésű folyadékhűtők esetén a szabad hűtés egy külön erre a célra telepített hőcserélő alkalmazásával (a hőcserélő lehet a folyadékhűtő része is) valósítható meg (4.32. ábra). Beruházáskor ez többletköltséget jelent, igaz a vízhűtésű folyadékhűtőknél a szabad hűtésre szolgáló hűtőtorony, illetve a száraz hűtő amúgy is nélkülözhetetlen a folyadékhűtő működéséhez. A szabad hűtés mind a két esetben csak plusz költséggel valósítható meg, de körültekintő tervezéssel jelentős energia-megtakarítást jelenthet. Különösen akkor, ha egy épületnek jelentős a belső hőterhelése, és egész évben szükség van a hűtésre. A hűtési igénynek van egy közel állandó (belső hőterhelés) és a külső hőmérséklet növekedésével növekvő része.

4.32. ábra Szabad hűtés egyszerű kapcsolási sémája a hűtött közeg csak a szabad hűtésű egységen halad keresztül 1.,2. szelep zárva, 3. szelep és 4. szelep bypass ága nyitva (Marcsó S.2010) A külső hőmérséklet növekedésével a szabad hűtéssel elért teljesítmény csökken. A 4.33. ábra színezett területe a szabad hűtés arányát mutatja a hűtési szezonban a hűtőgéphez képest.

93

4.33. ábra Szabad hűtés és gépi hűtés tartam diagramja ( CIAT előadás BME)

A szabad hűtés üzemideje növelhető, ha egy nagyobb hőmérsékletű hűtött közeget igénylő szerkezet-temperálást kell ellátni. A diagramok vízszintes tengelyén a külső hőmérséklet, és a hűtővíz előre és visszatérő víz hőmérséklete szerepel.

4.34. ábra Szabad hűtés és gépi hűtés tartam diagramja felülethűtési (BKT) rendszer esetében( CIAT előadás, BME, Budapest)

94

4.3.3. Aktív hűtési rendszerek Az aktív hűtési rendszereket különböző szempontok szerint csoportosíthatjuk. Attól függően, hogy a hűtéshez szükséges „hideg energia” előállítása hol történik, lehet: − egyedi (pl split direkt elpárologtatós berendezéssel) hűtés − központi (pl.központosan klímagépházban előállított hideg levegővel) hűtés − távhűtés (pl. egy trigenerációs fűtőerőműben gázmotoros hajtású kompresszoros hőszivattyú elpárologtatójából kilépő közeggel). A hűtéstechnikában meghatározó szerepe van a hűtőgépnek, hűtőgép és legfontosabb alkotóelemi szerinti csoportosítás látható a következő ábrákon.

4.35. ábra Aktív hűtés csoportosítása működtető energia és hűtőközeg szerint Az épületek hűtésénél az aktív hűtési rendszerek közül a legismertebb, leginkább alkalmazott (több mint 90 %-os elterjedtséggel) a hideggőzös, egy komponensű, kétfázisú villamos energia felhasználásával mechanikusan működő kompresszoros hűtőgépet alkalmazó rendszer. Ennek a hűtőgépnek a működési mechanizmusát a 4.3 fejezet bevezetőjében ismertettük. Abban az esetben, ha a működésükhöz például vízenergiából, vagy napelemek által termelt villamos-energiát használunk fel, - és mindenképpen szükséges az aktív hűtés -, alkalmazásuk kedvező műszaki megoldás lehet. Ha a villamos energiát erőműben fosszilis primer energiahordozó felhasználásával 30-50 %-os hatásfokkal állítjuk elő, akkor még inkább indokolt a berendezések számának, beépített teljesítményük, és üzemidejük csökkentése. A szorpciós hűtőgépeknél az elektromosan meghajtott mechanikus kompresszor helyett egy „termikus kompresszor” van beépítve, ami hőenergiával, elsősorban „hulladékhővel”, napkollektorban napenergiával előállított forró, illetve melegvízzel, vagy geotermikus energiával működhet. A szorpciós hűtőgép nem versenyképes a villamos energiával működtetett hűtőgéppel, ha a működéséhez szükséges hőenergiát kazánházban, vagy fűtőműben fosszilis primer energiahordozó elégetésével állítjuk elő. Fűtőmű az, amelyikben csak hőtermelés történik. A kombinált ciklusú gáz-gőz körfolyamatú fűtőerőművek által ellátott távhőellátó területek nyári hőteljesítmény-igénye jelentősen lecsökken, akár 10%-ra is a téli hőigénynek, ami Közép-Európában 2500-3000 h/éves csúcskihasználási óraszámot jelent. Ez az alacsony kihasználási óraszám növelhető kellő számú klímatechnikai fogyasztó,

95

hűtőgép esetén, ugyanis a fűtőerőműben nyáron keletkezett, eddig nem használt hőt, „hulladékhőt” a szorpciós technika segítségével a nyári hűtési igény fedezésére fordíthatják. Szorpció a közös elnevezése minden olyan folyamatnak, ahol egy anyag egy másik, vele kapcsolatban álló anyagban elnyelődik. Abszorpción gázok és gőzök folyadékban történő elnyeletését értjük. A munkaközeg ebben az esetben egy többkomponensű keverék-közeg pl. LiBr és H2O. A hűtési feladat által meghatározott alacsony hőmérsékletszinten az elpárologtatóban (6) a víz hűtőközeg megfelelően alacsony nyomáson (0,8 kPa) a lítiumbromid (LiBr) abszorber anyag hatására elpárologva hőt von el a hűtendő alacsony hőmérsékletű közegtől. A víz hűtőközeg gőze az abszorberben (5) elnyelődik, miközben hő szabadul fel. A szegény oldatot a szivattyú (4) a deszorberbe (kiűzőbe (2)) szállítja, ahol az elnyelt közeg ismét gőz halmazállapotba kerül hő hatására, mely ezután a kondenzátorban (1) lekondenzálódik. A kondenzátum a fojtószelepen (7) keresztül ismét az elpárologtatóba jut, míg a gazdag oldat a deszorberből az abszorberbe kerül (4.36. ábra). A kiűzéshez szükséges fűtőközeg-hőmérsékletét a jó teljesítménytényező elérése érdekében 80 ºC – 140 ºC közötti hőmérséklet-tartományban célszerű megválasztani.

4.36. ábra Abszorpciós hűtés sémája A műszaki gyakorlatban a 80oC előremenő fűtővíz hőmérsékletnél kisebb hőmérsékletű fűtőközeggel nem célszerű a rendszert, a kiűzőt működtetni. A hűtőkapacitás a belépő fűtővíz hőmérsékletnek növelésével nő (4.37. ábra). Az abszorpciós hűtőgépek fajlagos beruházási költsége erősen függ a fűtővíz hőmérsékletétől. Közel fele akkora lehet a fajlagos beruházási költség, ha például 85°C-ról 115°C-ra növelik a fűtővíz-hőmérsékletét. Természetesen ez a fajlagos beruházási költség a gépnagyságnak is függvénye.

96

hűtőkapacitás 4.37. ábra Hűtőkapacitás a belépő fűtővíz hőmérséklet függvényében (A kilépő lehűtött víz hőmérséklete 7oC, a belépő hűtővíz hőmérséklete 29oC) Adszorpciókor a nagy felületű szilárd anyag gáz- vagy folyadékelegyből egy vagy több komponenst köt meg. A szilárd anyag neve adszorbens, a megkötött anyagot pedig adszorbeáltatott komponensnek nevezzük. Az adszorpciós hűtőgépeknél bizonyos felületaktív anyagoknak (aktív szenek, zeolitok vagy szilikagélek) azt a tulajdonságát használják ki, hogy néhány hűtőközegnek alkalmas anyagokat (pl. metanol, szalmiákszesz, víz) exoterm folyamat kíséretében adszorbálnak. Az adszorpcióképesség, a megkötött adszorbeátum mennyisége anyag-, nyomás-, és hőmérsékletfüggő. A jelenleg ismert adszorpciós hűtőgépek többsége szilikagél/víz munkaközeg-párossal dolgozik és négy kamrából, illetve hőcserélőből áll. A folyamatos működés érdekében a két, szilikagéllel töltött kamra felváltva elnyelő és kiűzőként működik, a másik két kamra, az elpárologtató, és kondenzátor. Az elpárologtatóban az alacsony nyomású, vákuum alatt álló víz elpárolog, lehűti a hűtött közeget, a vizet, 5…15 ºCra. Szelepeken, illetve csappantyúkon keresztül vezetődik el a gőz a közbenső két kamra egyikébe. Ott a gőzt a szilikagél adszorbálja, miközben a felszabaduló adszorpciós hőenergiát a hűtővíz elvezeti. Ezzel egy időben a víz hűtőközeg a második, közbenső kamrában, fűtőközeg (melegvíz, forróvíz) segítségével (külső hőközléssel), mint gőz távozik az adszorberből. A kondenzátorban ezután a vízgőz hőleadás kíséretében kondenzálódik, és ismét az elpárologtatóba kerül. Ez a két folyamat felváltva játszódik le a két közbenső kamrában. Minden ciklus után egy átkapcsolás zajlik le a két kamra között, ami kvázi folyamatos üzemet eredményez (4.38. ábra). Az ismert adszorpciós berendezéseknél az 50100 oC hőmérsékletű melegvízzel, mint fűtőközeggel stabil kimeneti hűtőteljesítmény biztosítható. Az adszorpciós készülékek 65 oC hőmérsékletű fűtőközeg mellett is kedvező teljesítménnyel üzemelnek. Az elpárologtatóban szükséges vákuum 0,013-0,026 bar. Az adszorpciós berendezéseknek egyszerű a karbantartásuk, működtetésük, alacsony a karbantartási költségük, nincsenek bennük veszélyes kémiai anyagok.

97

4.38. ábra Adszorpciós hűtő vázlatrajza

energetikai hatékonyság

0,7 0,6 0,5

28 oC

0,4

29 oC

0,3

30 oC 31 oC

0,2

32 oC

0,1 0 65

70

75

80

85

90

95

100

fűtővíz hőmérséklet oC

4.39. ábra Egy adott típusú adszorpciós hűtőgép energetikai hatékonysága a fűtő- és a hűtő víz hőmérsékletének függvényében (hűtöttvíz 7/12 oC) A szorpciós hűtőgépek teljesítményét befolyásoló három legfontosabb hőmérséklet: − a rendelkezésre álló fűtővíz (meleg vagy forró víz) hőmérséklete, illetve gőz nyomása, hőfoka, − a hűtőtoronyban visszahűtött hűtővíz hőmérséklete, és − a hűtöttvíz hőmérséklet Egy adott berendezés teljesítményét a hűtő-, a hűtött-, és a fűtőközegek tömegárama is befolyásolja. A szorpciós technika régóta ismert, de ezen az elven működő hűtőgépek jelenleg még csak igen kis számban vesznek részt az épületek aktív hűtésében. A napenergiával történő hűtés adszorpciós hűtőgéppel egyszerű kapcsolási sémája látható az ábrán. A termikus kondenzátort a napenergiájával felmelegített fűtőközeg működteti. Amennyiben a napsugárzás által felmelegített tárolt fűtőközeg nem megfelelő hőmérsékletű, kiegészítő kazánban történik az utófűtése.

98

A leggyakrabban alkalmazott villamos energia felhasználásával mechanikusan működő kompresszoros hűtőgépek sokfélék lehetnek, attól függően, hogy közvetítő közeggel, vagy közvetítő közeg nélkül dolgoznak, és hogy a gép fontos elemei milyen szerkezeti kialakításúak. A csoportosítás szempontjait 4.41. ábra mutatja. A jegyzet terjedelmi korlátai miatt nem vállalkozhat a különböző fajta berendezések jellemzőinek ismertetésére. Néhány szempontot kiemelve szólunk egy-egy hűtőgép legfontosabb jellemzőjéről, alkalmazásáról, elsősorban azokról, amelyek iroda épületek hűtésénél leggyakrabban előfordulnak, vagy előfordulhatnak.

4.40. ábra Napenergiával történő hűtés adszorpciós hűtőgéppel Közvetítőközeg szerint a hűtőgépek lehetnek direkt és indirekt típusúak. Ha a hűtőberendezés elpárologtatóját közvetlenül a hűtendő levegő áramba helyezzük hűtés céljából, akkor közvetlen (direkt) hűtésről beszélünk (4.42. ábra). Alkalmazott hűtőközeg egészségre ártalmatlan, freon hűtőközeg lehet. Közvetett (indirekt) hűtésről akkor beszélünk, ha a hűtőberendezés nem közvetlenül a hűtendő levegőt hűti, hanem egy közvetítőközeget. A hűtött közeget (közvetítőközeget) úgynevezett folyadékhűtővel lehet a kívánt hőmérsékletre hűteni. A közvetítő közeg víz, sóoldat, vagy szerves anyagok vizes oldata lehet. A víz hűtött közegnél alkalmazott hűtési hőfoklépcső a klímatechnikában 6/12 oC vagy 7/12 oC. A hűtött közeget szivattyúval keringtetjük a folyadékhűtő elpárologtatója és a légáramba épített felületi hűtő között. Emiatt hívjuk közvetett (indirekt) hűtésnek (4.42. ábra).

99

4.41. ábra Hűtőgép csoportosítása alkotó elemeinek kialakítása szerint

100

közvetett közvetlen 4.42. ábra Levegő hűtése közvetlenül és közvetetten (Marcsó S. 2010) A kondenzátor lehet léghűtésű, vízhűtésű, vagy evaporatív (elgőzölögtető). A hőfelvevő közeg lehet levegő, friss víz, és a hűtőtoronyban visszahűtött víz. A friss vízzel való hűtés költséges. A vízfogyasztás töredékére csökken a hűtőtoronyban visszahűtött vízzel hűtött és az evaporatív kondenzátor alkalmazásával. A hűtőtoronyban visszahűtött vizes rendszer energetikailag kedvezőtlenebb, mint az evaporatív kondenzátor. A hűtőtorony a kondenzációs hő felvétele során felmelegedett víz és telítetlen légköri levegő közötti nagy érintkező felületen keresztül hő és anyagcsere kapcsolatot létesít (4.43. ábra). Az evaporatív kondenzátor nem más, mint egy hűtőtorony és egy azzal visszahűtött vízhűtésű kondenzátor összeépítve.

4.43. ábra Kompakt folyadékhűtő nyitott hűtőtoronyban visszahűtött vízhűtéses kondenzátorral (MarcsóS. 2010)

101

4.44. ábra Folyadékhűtő léghűtéses kondenzátorral (Marcsó S. 2010)

4.3.3.4. Közvetítő közeg nélküli freonos rendszerek A legegyszerűbb egyedi, direkt elpárologtatós, léghűtésű berendezés az úgynevezett ablakklíma. Ahogyan azt a neve is mutatja, elsősorban ablakba történő beszerelésre alkalmas. A készüléket úgy kell ablakba- vagy falnyílásba helyezni, hogy az előlap része a helyiségbe, a hátsó része pedig a szabadba nyúljon, hiszen a készülék hátsó terében elhelyezett kondenzátor, kompresszor és ventilátormotor által termelt hőt el kell vezetni a szabadba. Hátránya a berendezésnek, hogy nagy a zajszintje és esztétikailag nem kellemes a megjelenése.

4.45. ábra ablakklíma A mobil klíma az ablakklímához hasonlóan általában egyetlen egységből áll. Jellemzője, hogy kerekeken gurulva mozgatható, így tehát elvileg szabadon áthelyezhető a hűteni kívánt helyre. A készülékhez egy gégecsövet kell illeszteni, azon keresztül történik a kondenzátor hőjének szabadba vezetése. Mivel azonban a hozzá tartozó gégecsövet a szabadba ki kell vezetni, gyakorlatilag a mozgatása korlátokhoz kötött, a gégecsőnek mindenhol ki kell alakítani a csatlakoztathatóságát a kültéri levegőhöz. Jellemzője a nagy zajszint és az egyenetlen léghőmérséklet. Létezik kültéris változata is, egy kisebb kondenzátor egységet kell kitenni a szabadba, amit 3 m-re vihetünk a készüléktől. A kültéris változat vezérlése távirányítóval történik, a gégecsöves készüléket pedig a készüléken levő panel segítségével vezérelhetjük.

102

4.46. ábra Mobil klíma Abban az esetben, ha a helyiségen belül csak az elpárologtató, és egy kültéri egységben a kompresszor, kondenzátor és fojtószelep kerül beépítésre, akkor osztott, „split klímáról” beszélünk. Direkt elpárologtatású, léghűtésű kondenzátoros egyszerű hűtőgépek. A kondenzátoron és az elpárologtatón keresztül ventilátor juttatja át a levegőt. A kültéri és beltéri egységek egymással rézcsövekkel és elektromos vezetékekkel vannak összekötve. A beltéri egységek különböző elhelyezésűek lehetnek, parapet elé, falra, födémre, álmennyezet alá helyezhető kivitelben készülnek. Mivel a berendezések szárítva hűtenek, a hűtéskor keletkezett kondenzátum elvezetéséről gondoskodni kell.

4.47. ábra Split klíma kültéri egységei a ház homlokzatán 4.48. ábra Split klíma kültéri és beltéri egysége Beruházási költséget tekintve egyik legkedvezőbb műszaki megoldás. A környezetvédelemi, üzemeltetés, és esztétikai szempontokat is szem előtt tartva beépítésük megfontolandó, abban a formában mindenképpen, ahogyan ez az (4.47. ábra) is látható. Bár a modern gépek energiatakarékosabbak, a készülékek ugyanis nem ki-be kapcsolással követik a változó igényt. Elektronikusan vezérlik az adagoló szelepet és a kompresszort is. Az inverteres teljesítmény-vezérlés folyamatos szabályozást tesz lehetővé, így az inverteres klíma, működésének minden pillanatában, éppen akkora teljesítménnyel üzemel, amekkorát a körülmények megkívánnak. Előnye, hogy egyenletesebb hőeloszlást biztosít, kevésbé zajos, üzemeltetése akár 30-40 %-al gazdaságosabb a régebbi generációs split klímáknál.

103

Kedvezőbb műszaki megoldást nyújt a multi-split rendszer. Ennél a rendszernél egy kültéri egységhez akár 9 beltéri egység is csatlakoztatható. Minden beltéri egység külön szabályozható. Kisebb iroda épületek hűtésére alkalmasak. A beltéri egységek között megtalálhatók a légcsatornázható elemek is, központi klímaberendezésben előkészített friss levegő csatlakoztatási lehetőséggel.

4.49. ábra Multi split rendszer Nagyobb iroda épületeknél az úgynevezett VRV rendszereket alkalmazzák. A VRV rendszer egy olyan direkt elpárologtatású rendszer, melyet elsősorban hotelek, irodaházak, bankok „klímatizálására”, hűtésére-fűtésére fejlesztettek ki.

4.50. ábra VRV rendszer A rendszer működésének elengedhetetlen része a professzionális szabályzórendszer megléte. Biztosított a teljesítmény szabályozhatósága, mint a beltéri, mind a kültéri egységekben, és egy központi vezérlőelektronikával a rendszer működésének összehangolása. A beltéri egységenként beépített szabályzók biztosítják a pontos hőmérséklet szabályozást. A nagy rendszerek egyidejűségét kihasználva a spliteknél jobb, teljes üzemidőre számított hatásfok érhető el. A VRV rendszerben lévő inverteres (frekvenciaváltós) kompresszorok úgy vannak optimalizálva, hogy részterhelés esetén legyen a leggazdaságosabb a működésük. A beltéri egységek száma akár 60-65 db is lehet. A beltéri egységeket nem egyenként, hanem közös gerincvezetéken fűzik fel a kültéri egységre. A gerincvezetékes elrendezés miatt a beltéri egységekben szabályozott a hűtőközeg mennyisége. A VRV rendszerek jelenlegi generációja teljes körű fűtési megoldást is kínál a hűtött helyiségekbe.

104

A split, multisplit és VRV-s direkt elpárologtatós rendszerek hőszivattyús üzemmódban az épületet fűtik. A hűtőközeg áramkörébe beépített négyjáratú szelep segítségével a hűtőközeg áramlási iránya megváltoztatható, ennek következtében a kondenzátor és elpárologtató szerepe felcserélődik, mint ahogyan a mellékelt (4.51. ábra) is mutatja.

Hűtési üzemmód

fűtési üzemmód 4.51. ábra Hőszivattyús direkt elpárologtató hűtőgépek működési mechanizmusa

4.3.3.5. Levegős rendszerek Egy épület helyiségeinek hűtése történhet klímaberendezéssel, központosan kezelt, hűtött levegővel, amit légcsatornán keresztül juttatunk a helyiségekbe. Tiszta friss levegővel történő hűtés energia pazarló. A helyiségekből elszívott levegőből történő visszakeverés mellett a hővisszanyerő berendezések alkalmazása feltétlenül szükséges. A rendszerben friss levegőt csak annyit mozgassunk, amennyi a kívánt belső levegő minőségének biztosításához szükséges. A 4.52. ábra-n egy központi klímarendszer elemei láthatók. A klímaközpontban, az építőelemes klíma berendezésben a levegő hűtése történhet: − víz közvetítő közegű hűtőkaloriferben, (4.53. ábra)

105

− direkt elpárologtatós léghűtőtestben, ahol nem csupán a hőmérséklete csökken a levegőnek, de abszolút nedvességtartalma is (4.53. ábra), és történhet − nedves hőcserélőben (4.54. ábra).

4.52. ábra Központi klímarendszer elemei (Marcsó S. 2010) ZS-zsalu, SZ-szűrő, HV-hővisszanyerő, HK-hármas keverőelem, EF-előfűtő, FH-felületi hűtő, GN-gőz légnedvesítő, UF-utófűtő, VE-ventilátor, NK-adiabatikus nedvesítőkamra, NHCSnedves hőcserélő

4.53. ábra Központi klíma direkt léghűtőtest (elpárologtató) ábra Közvetett hűtés víz hűtő eleme A nedves hőcserélőben az áramló levegőbe vizet porlasztunk be finom cseppek formájában (4.54. ábra). A levegő és a víz közvetlen érintkezésekor egyidejűleg hő és anyag- (vagy más néven nedvesség-) csere megy végbe. Ez a folyamat komplex folyamat, egyesíti magában a hő- és anyagátvitel jelenségét. A nedves hőcserélők nyáron a levegő hűtését és szárítását, télen a nedvesítést végzik.

106

4.54. ábra Nedves hőcserélő elvi vázlata (Marcsó S. 2010) A nedves hőcserélőknél a víz csíramentességéről gondoskodni kell, pl. ultraibolya fényt kibocsátó lámpák alkalmazásával, vagy adalékanyagok hozzáadásával, illetve a víz gyakori cseréjével. Nagykiterjedésű, nagy hőterhelésű épületeknél a hagyományos kis légsebességű klímák nem alkalmasak a feladat ellátására. Nagy sebességű, nagy nyomású rendszer szükséges speciális befúvóelemekkel, hogy elkerüljük a nagy keresztmetszetű légcsatornákat. Abban az esetben, ha az épület több azonos igényű, hőterhelésű zónára osztható, és egy-egy zónában a hőterhelések időbeli változása hasonló, akkor célszerű nagysebességű, több zónás klímaberendezést kialakítani, zónánkénti utófűtőkkel. A központilag hűtött levegőt kisebb hőmérsékletre kell hűteni, és a különböző zóna eltérő hőmérséklet igényét az utófűtőkkel biztosítani. A légkezelő nem nevezhető energiatakarékosnak, friss levegővel dolgozik és a visszakeverés biztosított, hővisszanyerő nélküli (4.55. ábra).

4.55. ábra Nagysebességű egycsatornás, többzónás klímaberendezés, zónánkénti utófűtőkkel(Marcsó 2010)

107

Kedvezőbb műszaki megoldás egy hővisszanyerős, elő, vagy utókeveréses nedves hőcserélős klímaberendezés kiépítése (4.56. ábra).

4.56. ábra Előkeveréses klímaberendezés nedves hőcserélővel (Marcsó S. 2010)

4.3.3.6. Levegős és vizes rendszerek Iroda épületek hűtési és fűtési feladatok ellátására sokszor alkalmazott műszaki megoldás a vízközegű fan coil-os rendszer. Egy lábakon álló, parapet alá helyezhető kivitelű fan-coil készülék szerkezeti kialakítását mutatja (4.57. ábra). A ventilátor 3 fordulatszám fokozattal rendelkezik, alapvetően ezzel történik a teljesítmény szabályozása.

4.57. ábra Fan-coil készülék. 1-légterelő rács, 2-hőcserélő elemek, 3-csepptálca, 4-ventilátor, 5-légszűrő, 6-friss levegő bevezetés A készülék alkalmas csak fűtésre, csak hűtésre, és korlátozottan friss levegő bevezetésre. Lehet két, vagy négyvezetékes. A kétcsöves fan-coil rendszer jellemzői: - A hűtöttvíz ugyanabban a csőpárban kering, mint a fűtővíz. Szezonálisan kell a hőközpontban kiválasztani a fűtési vagy hűtési üzemmódot, a hőtermelő vagy a folyadékhűtő csőhálózatra kapcsolásával. - A fentiekből következik, hogy a fan-coilon csak két csonk van és egy hőcserélő, amelyben felváltva hideg (nyáron) illetve melegvíz (télen) kering. - A fan-coil berendezés kiválasztása hűtési teljesítményigényre történik. - A hőcserélő közepes hőmérséklet különbsége kicsi lesz (∆tköz), pl. ez az alábbi feltételek mellett (a hűtővíz tv≈ 7/12 ºC; tl≈27 ºC (φ=50%)/10 ºC; ∆tköz=7,5 ºC értéket jelent. - A berendezés konvekciós hőleadó, amelyben a konvekciót ventilátor fokozza.

108

-

Mivel a hűtési teljesítményigényre kiválasztott fan-coil hőcserélőt fűtésre is használjuk, kisebb fűtőközeg hőmérséklet szükséges, a kívánt fűtőteljesítményhez, mint a négyvezetékes berendezésnél.

4.58. ábra Kétcsöves fan-coil rendszer kapcsolási vázlata (Marcsó 2010) A négycsöves fan-coilos rendszer beruházási költsége nagyobb, mint a kétcsövesé, de kedvezőbb üzemeltetés szempontjából. Átmeneti időszakban előfordulhat, hogy egyes helyiségeket fűteni kell, még bizonyos helyiségeket hűteni, ez négycsöves rendszernél megvalósítható. A négycsöves rendszer jellemzői: − A négycsöves változatoknál külön rendszert kell kiépíteni a téli, illetve a nyári üzemvitelnek. Külön csőpáron kering a fűtővíz és külön csőpáron, a melegvíztől függetlenül a hűtővíz. − A fan-coil két egymástól független hőcserélőt tartalmaz, négy vízoldali csonkja van. − A berendezés automatikusan, az igényeknek megfelelően hűteni vagy fűteni tud adott időpontban, választás szerint. − Központi átkapcsolás nem szükséges a kazán és a folyadékhűtő között. − Négycsöves rendszerben a fűtési hőcserélő kisebb felületű, mint a hűtési hőcserélő, ezért a fűtési teljesítménye a fan-coilnak összhangban van a hűtési teljesítménnyel − Nem áll fenn az veszély, mint a kétcsöves rendszer esetében, hogy a fűtési teljesítmény, sokkal nagyobb, mint az igényelt. A berendezések zajszintje miatt célszerű a készülékeket nem a maximális ventilátor fordulatszámra kiválasztani. Hűtési üzemmódban, a hőcserélő felületi hőmérséklete kisebb, mint a belső levegő harmatponti hőmérséklete, ezért nedvesség kicsapódás (kondenzáció) lép fel a hőcserélő bordázott felületén. A kondenzátumot el kell vezetni, ez történhet & ) az gravitációsan, vagy szivattyúval. A kondenzáció miatt a teljes hűtőteljesítmény ( Q h & & érezhető ( Q ) hűtőteljesítménynél a rejtett hővel ( Q ) több: r

é

& =Q & +Q & Q h é r

109

A helyiség levegőjének a hűtésére csupán az érezhető teljesítmény szolgál. A hőterhelések megállapítása után a fan-coilokat az érezhető hűtőteljesítmény szerint kell kiválasztani, ellenkező esetben nem lesz a hűtés megfelelő. A teljes hűtőteljesítmény az érezhető hűtési teljesítmény és a kondenzációs veszteség összege. Mivel a központi folyadékhűtőnek a kondenzációs veszteséget is fedeznie kell, ezért a létesítménybe betervezett fan-coilok teljes teljesítményeinek az összegére kell kiválasztani, az egyidejűségi tényezők figyelembevételével.

4.59. ábra Négycsöves fan-coil rendszer kapcsolási vázlata (Marcsó S. 2010) A fan-coil berendezések elhelyezhetők parapet elé és födém alá, álmennyezetbe. Lehetnek friss levegő bevezetés nélküliek, és minimális friss levegő bevezetésére (30 m3/h) alkalmasak. Az álmennyezetbe épített kialakítása alkalmas lehet a szükséges, előkezelt friss levegő fogadására is.

4.60. ábra Levegő-víz hőhordozó közeges fan-coilos klímarendszerek A központi frisslevegős és vízközegű fan-coilos rendszerek esetében a belső levegő minőségének biztosításához szükséges kezelt friss levegőt légcsatornán keresztül juttatjuk az álmennyezetbe épített készülékhez. A készülékben a friss levegő a helyiségből elszívott

110

levegővel keveredve, hűtve, vagy fűtve jut be a helyiségbe. Túlnyomásos szellőzést célszerű kialakítani. A központi friss levegő feladata a belső levegő minőségének biztosítása mellett a nedvesség szabályozása, egy állandó hőterhelés érzékelhető hőjének felvétele nyáron, míg a fan-coil-é a változó hőterhelés (napsugárzás, világítás, által leadott hő…) kiegyenlítése, helyi szabályozással.

4.61. ábra Fan-coil rendszer központi friss levegőellátással (MarcsóS. 2010) A hűtőgerenda vagy más néven klímagerenda magasabb komfort fokozatú terek hűtésére és fűtésére alkalmas rendszer. A hűtőgerendák alkalmazása egy Európa szerte gyorsan terjedő, viszonylag új megoldás, amelynek legfontosabb előnyei: - a rendszer flexibilitásán túl - az alacsony zajterhelése, - kisebb veszély a huzat kialakulására, - nagyobb hőmérsékletű hűtőközeggel működtethetők, ezáltal jobb hatásfokú hűtés érhető el, - a szabad hűtési megoldások is nagyobb arányban hasznosíthatók, - biztosított a helyiségenkénti szabályozás, - az alacsony hőmérsékletű fűtés lehetővé teszi a megújuló energiák, és különböző technológiai folyamtok hulladék hőjének hasznosítását, és - kicsi a karbantartási igénye. Működés szerint egy hűtőgerenda lehet: - - aktív és - - passzív. Elhelyezés és konstrukció szerint lehet: - - nyitott és - - zárt. Az aktív hűtőgerenda hűtővíz rendszerhez és egy szellőző légcsatorna hálózathoz csatlakozik. Ezáltal a berendezés friss kezelt levegő fogadására is alkalmas. A fúvókasoron

111

belépő friss levegő injektáló hatása elősegíti a hőcserélőn lehűtendő levegő átáramlását és keverését a helyiség melegebb levegőjével. Jellemzői az egyenletes, irányított áramlás, tökéletes légelosztás, kötetlen elhelyezés, fűtési funkció igény szerint való kielégítése. Eleme egy víz-levegő hőcserélő, amelybe hűtéskor hidegvíz (14-18 oC), fűtéskor melegvíz (30-35 o C) hőmérsékletű közeg kering. Alkalmazhatóságához az optimális hőterhelés 60-80 W/m2, de max. 80-120 W/m2, optimális hőveszteség 25-30 W/m2 de max.50 W/m2. Egy berendezés hűtési teljesítmény 250-350 W/m 14-18 ºC belépő hűtővíz hőmérsékletnél. Fűtési teljesítménye 140-160 W/m, 30-45 oC belépő fűtővíz esetében. A passzív hűtőgerenda működésének lényege a lefelé irányuló, természetes (gravitációs) levegőáramlás. A passzív gerendák nincsenek összekötve a szellőző rendszerrel. Teljesen szabadon, perforált mennyezet fölé, vagy álmennyezetbe is beépíthető. Álmennyezeti beépítéskor a gerenda felület 30%-ának megfelelő nagyságú rést vagy rácsos felületet kell biztosítani a visszaáramló levegő részére a gerenda működésének fenntartásához. Érzékeny a belső mikroklimatikus viszonyokra, a hőforrás (terhelési zóna) elhelyezésére. Ha nagy a légáram, huzathatással számolni kell, ezért huzatérzet szempontjából ügyelni kell az elhelyezésre. Közvetlenül a gerenda alatt a hideg levegő huzatot eredményezhet. Hűtési teljesítménye fele az aktív gerenda hűtési teljesítményének, max. 250 W/m. A nyitott aktív gerendánál a hűtendő helyiséglevegő a gerenda fölé kerül, pl. álmennyezeten elhelyezett légrácsokon keresztül. Ott hőcserélőn keresztül haladva, majd a kezelt friss levegővel keveredve kerül a helyiségbe. A zárt aktív gerendánál a hűtendő levegő természetesen emelkedő módon áramlik a gerenda alá, a primer friss levegő fúvókán átáramló dinamikus injektáló hatására áramlik keresztül a hőcserélőn, ott lehűlve és keveredve a friss levegővel érintőlegesen kiáramlik.

4.62. ábra Friss levegős, zárt, aktív klímagerenda (MaijaVirga, et al., 2004)

zárt aktív nyitott aktív passzív 4.63. ábra Működési elv és kialakítás szerinti hűtőgerenda típusok (MaijaVirga, et al., 2004)

112

4.64. ábra A természetes gravitációs levegő áramlás útja (MaijaVirga, et al., 2004)

4.65. ábra Aktív hűtőgerendás rendszer egy jellegzetes Skandináv kapcsolási vázlata 1- hűtőgép 2-puffertároló, 3-távfűtés,4-hűtőgerenda, 5-radiátor, 6-klímagép (Maija Virga, et al., 2004) A skandináv példán a légkezelő 7oC és a hűtőgerenda 15 oC-os hűtővizét egyetlen közös hűtőgép biztosítja, a hűtőgéppel párhuzamosan kapcsolt puffertárolón keresztül. A hűtővíz hőmérsékletét központilag, háromjáratú kétutú keverő szelepekkel szabályozzák. Helyi szabályozást hűtőgerendánként beépített egyutú motoros szelepek végzik. A fűtést távfűtéssel oldják meg, a radiátorok számára egy nagyobb hőmérsékletű és a hűtőgerendák számára egy kisebb hőmérsékletű fűtőközeggel. A száraz hűtési folyamat miatt a hűtőgerendás rendszerek elsősorban olyan esetekben alkalmazhatók, ahol a belső nedvesség felszabadulás mértéke kicsi, és kicsi a primer levegő nedvességtartalma is, és akkor, ha a nyílászáró szerkezeteken kialakuló filtrációs légáramlás korlátozott és ellenőrzött.

113

4.3.3.7. Vizes rendszerek Az épületeknek a megfelelő napsugárzás elleni védelem, és az egyre jobb hőszigetelés következtében egyre kisebb a hőterhelésük és hőigényük. Ennek és a technika fejlődésének következtében egyre inkább előtérbe kerülnek az épületszerkezettel szorosan összefüggő és szerkezettől független sugárzó hűtő-fűtő rendszerek. Ezek lehetnek az előző fejezetben tárgyalt hibrid rendszerek is, a hűtőgép nélküli, természetes hűtőközeggel működők. A szerkezettől független sugárzó fűtési és hűtési panelek mennyezet alatt felfüggesztett, a beépített csöveket tartalmazó elemekből állnak. A legelterjedtebb rendszerek alumínium lemezekből készülnek, a lemezeken fém csövek, felettük szigetelés, hogy a födém felé minél kisebb legyen a hőveszteség. A panelek a födémhez rögzítettek.

4.66. ábra Nyitott hűtőmennyezeti panel A mennyezeti elemek közötti réseken, vagy perforáción át gravitációs hatásra a levegő átmozog a panelek hátoldalára is (MaijaVirga, et al., 2004)

4.67. ábra Zárt hűtőelem, hűtőpanel (1-ásványgyapot lemez; 2-hűtőelem; 3-takarólemez) (MaijaVirga, et al., 2004) A zárt hűtőelem fajlagos hűtőteljesítmény 40…80 (100) W/m2, nyitottnál max. 150 W/m2, ∆t = tB-tF = 10 K mellett (tF: hűtőmennyezet közepes felületi hőmérséklete tB: belső levegő hőmérséklete). Az előremenő hűtött víz hőmérséklete tve=16…18 (20) oC, és lehűlésének mértéke ∆tv=2...3 oC. A hűtöttvíz előremenő hőmérséklete a helyiséglevegő harmatponti értékénél nagyobb kell, hogy legyen, a felületi kondenzáció elkerülésére miatt. Az épületszerkezettel szorosan összefüggő rendszerek a termikusan aktív épületszerkezetekkel (TABS) és a szerkezettől független sugárzó fűtő- hűtő-panelekkel kialakított fűtés-hűtés rendszerek.

4.68. ábra Különböző termikusan aktív épületszerkezetek

114

Nyáron a padló felületét legfeljebb 21,5°C-ra szabad lehűteni. A fiziológiás hőmérsékleti feltételek kritikusak. A padlóhűtés által előidézett hőmérséklet-eloszlás erősen asszimetrikus sugárzást okoz, ezzel együtt pedig kellemetlen belső klímát. Padlóhűtés tervezése iroda helyiségekben nem javasolt. Az üveg homlokzatú irodaépületekben a falhűtésre csak a belső térelválasztó falak adottak, azok is a bútorozás és a belső térkialakítás következtében csak igen korlátozott mértékben, így nem alkalmasak sem a hűtés, sem a fűtés feladatát ellátni. A nagy felületű, egyenletes mennyezeti hűtés kellemes sugárzó hűtést eredményez, kismértékű aszimmetrikus sugárzás mellett. A mennyezethűtés az ember tartózkodási helyén optimális belső klímát teremt. A sugárzó fűtésnek, és hűtésnek számos előnye igazolja létjogosultságukat: − a termikusan aktív épületszerkezetek hőtároló képességüktől függően csökkentik a csúcsterhelés mértékét, ezzel lehetővé téve kisebb hűtőberendezés alkalmazását, − huzatmentesek, − kis üzemeltetési, karbantartási költség jelentenek, − mivel a felületi hőmérséklet közel van a helyiség hőmérsékletéhez nagy a rendszer önszabályozó képessége, − megújuló energiák kedvező peremfeltételek mellett alkalmazhatók, − hűtés hűtőgéppel jó hatásfokon működtethető, vagy a hűtés hűtőgép nélkül is megoldható, pl. föld-szondák, talajkollektorok, − energetikai és exergetikai és − hőérzeti, komfort szempontból is kedvező műszaki megoldás. A födémhez rögzített sugárzó fűtési és hűtési panelek és a termikusan aktív épületszerkezetek irodaépület hűtésére és fűtésére kiválóan alkalmasak, betartva a felületi hőmérsékletekre vonatkozó követelményt (EN155377-1szerinti: mennyezethűtésnél felületi hőfok min. 17 oC 26 oC helyiség hőmérsékletnél, fűtésnél felületi hőfok max. 27 oC 20 oC helyiség hőmérsékletnél). A belső levegő minőség biztosítását, és a helyiségből a keletkezett nedvesség terhelés elszállítását csak szellőző levegővel tudjuk megoldani. Az érezhető hőterhelést a hűtőmennyezet, vagy a hűtőmennyezet és a szellőző levegő együtt szállítja el.

4.3.4. Hűtőgépek, hőszivattyúk energetikai hatékonysága Abban az esetben, ha passzív és hibrid hűtési rendszerek alkalmazásával nem tudjuk biztosítani a belső termikus környezetet, aktív hűtési rendszer kiépítése szükséges. Egy aktív rendszer legfontosabb eleme a hűtőgép. A hűtőgép hatékonysága alapvetően befolyásolja a hűtés energiafogyasztását. A hűtőgépben lejátszódó körfolyamat az előzőekben ismertetésre került. A veszteségesmentes ideális Carnot-körfolyamat ábrázolása T-s diagramban 4.70. ábrán látható: 1-2 hőbevezetés, állandó hőfokon, hűtendő térből (környezetből történő hőelvonás hőszivattyú esetén) 2-3 adiabatikus sűrítés, nyomás p2-ről p3-re nő, és T12-ről T34-re nő a hőmérséklet (hűtőgépnél T12=Th és T34=Ta; hőszivattyúnál T12=Ta és T34=Tf) 3-4 hőelvonás állandó hőfokon, külső térbe történő hőleadás (hasznos hőelvonás hőszivattyú esetén) 4-1 adiabatikus expanzió, közeg hőfoka, nyomása csökken

115

hűtőgép

hőszivattyú

több célú hőszivattyú

4.69. ábra Carnot-körfolyamat reverzibilis mechaniaki munka-hő átalakítása (hűtőgép hőszivattyú) Veszteségmentes ideális körfolyamatot feltételezve a hűtés fajlagos teljesítménytényezője:

ε

T h = 1 ho Ta − T Ta h −1 T h =

ahol Ta - a környezeti hőmérséklet, Th - a hűtési hőmérséklet (K mértékegységben). Az elméleti teljesítménytényező annál nagyobb, minél nagyobb a hűtési hőmérséklet, és minél kisebb a környezeti hőmérséklet. Az ábrán a berendezés működéséhez szükséges teljesítmény Pv-vel a hűtési teljesítmény Qo-val van jelölve. A valóságos körfolyamatokban a szükségszerűen meglévő irreverzibilitások miatt a valós teljesítménytényező kisebb, mint az elméleti:

ε h = η irr ⋅ ε ho ηirr 〈 1 A hűtés energetikai hatékonysága (EER Energy Efficiency Ratio): a hasznos hűtőteljesítmény és az előállításához szükséges gépi effektív teljesítményfelvétel hányadosa, amikor a gép teljes (100 %) terhelésén, EUROVENT szabványosított paraméterek mellett üzemel. Abban az esetben, ha energetikai hatékonyság szempontjából történő összehasonlítást végzünk egy hagyományos, villamos energiával működő kompresszoros hűtőgép és egy szorpciós hűtőgépek között, a 4.6. táblázat-ban bemutatott eredményre juthatunk.

116

4.6. táblázat Hűtőgépek energetikai hatékonysága Hűtés jellege

EER hatékonysági tényező

Villamos bázisú

2,0 -6,0

Villamos bázisú jellemző értékek

3,5-4,5

Hőbázisú (100 °C-ig), egyfokozatú (abszorberrel, adszorberrel)

0,4-0,7

Hőbázisú (500 °C-ig), egyfokozatú abszorberrel

0,8-1,5

Hőbázisú (200 °C-ig), kétfokozatú abszorberrel

1,0-1,7

A fenti táblázat értékei alapján levonhatjuk azt a következtetést, hogy hőbázisú hűtőgép hulladékhő, vagy megújuló energiák felhasználásával lehet csak versenyképes a villamosbázisú hűtőgépekkel. A berendezések azonban az év során eltérő kiterheléssel üzemelnek, változó paraméterek mellett. Ezért fontos, hogy a változó körülmények hogyan befolyásolják a berendezések energiahatékonyságát. Az úgynevezett szezonális értéket, az ESEER (European Seasonal Energy Efficiency Ratio) értéket a részterhelésen mért EER értékekből határozzák meg, a különböző terheléseket súlyozva (4.6. táblázat) 4.7. táblázat ESEER szabványos meghatározása ESEER szabványos meghatározása Folyadékhűtő terhelése

Kondenzátor hűtés Külső levegő Víz hőmérséklete, hőfoklépcsője, °C °C

Elpárologtatóban Súlyozó Részterheléses a hűtött víz tényező üzemidő hőfoklépcsője, °C A,B,C,D

100%

35

30/-

12/7

A=0,03

1,40%

75%

30

26/-

10,7/-

B=0,33

19,90%

50%

25

22/-

9,7/-

C=0,41

37,0%

25%

20

18/-

8,3/-

D=0,23

41,6%

A táblázat alapján az: ESEER=0,03*EER(100%)+0,33*EER(75%)+0,41*EER(50%)+0,23*EER(25%) A részterhelés EER mérési feltételeit víz és léghűtési kondenzátoros berendezésekre eltérő módon adja meg az EUROVENT. A kompresszoros folyadékhűtő kompresszorának éves energiafelhasználása:

E

kompr

=

Q h ESEER

117

kWh / a

ahol Qh kWh/a a berendezés éves hűtőenergia termelése. Abban az esetben, ha a hűtőgép hőszivattyús üzemmódban működik veszteségmentes ideális körfolyamatot feltételezve a hőszivattyú fajlagos teljesítménytényezője:

εszo =

T

f = 1 T T −Ta f 1− a T f

ahol Tf - a hőhasznosítás hőmérséklete, Ta - a környezet (energiaforrás) hőmérséklete. Az ábrán a berendezés működéséhez szükséges teljesítmény Pv-vel, a hőteljesítménye (hasznos teljesítmény) a hőszivattyúnak: (Pv + Qo)-val van jelölve. Mint ahogy a fenti összefüggésben látható az idealizált körfolyamat teljesítménytényezője annál nagyobb, minél nagyobb a környezeti illetve a hőforrás hőmérséklete és minél kisebb a hőhasznosítás hőmérséklete. Ami azt jelenti, hogy hőszivattyú alkalmazása esetén kis hőmérséklet igényű fogyasztói rendszerek jöhetnek szóba. A valóságos körfolyamatokban a szükségszerűen meglévő irreverzibilitások miatt a valós teljesítménytényező kisebb, mint az elméleti:

ε sz = η c ⋅ ε szo ahol a ηc - a hőszivattyú veszteségtényezője, εszo - a hőszivattyú elméleti teljesítménytényezője. A meglévő berendezések gyakorlati tapasztalatai alapján, a kereskedelemben ma kapható átlagos hőszivattyúk veszteségtényezője 0,5-nél nem nagyobb és a korszerűeké 0,65-ös értéket is eléri. A hőszivattyúzás energetikai hatékonysága (COP (Coefficient of Performance): a hasznos fűtőteljesítmény és az előállításához szükséges gépi effektív teljesítményfelvétel hányadosa, amikor a gép teljes (100 %) terhelésén, szabványosított paraméterek, hőmérsékletek mellett üzemel.

4.70. ábra Teljesítmény tényező (eredő fűtési tényező) a hőhasznosítás hőmérsékletének függvényében, adott környezeti, forrás hőmérsékleten.

118

A hőszivattyúkat csak és kizárólag azonos hőmérséklet viszonyok mellett lehet COP szám alapján összehasonlítani. A gyártmánykatalógusok a berendezések teljesítményadatait, COP értékét 0 °C primerközeg, és 35 °C fűtési előremenő hőmérsékletek esetére (5°C-os ∆t-nél) adják meg. A COP az EN 255 szerint 0/35 °C mellett 10 K-es hőmérséklet-különbséggel kb.5 – 6 %-kal magasabb, mint az EN 14511 szerint. A hőszivattyúk teljesítménytényezője is a kiterhelés változása, a változó peremfeltételek miatt (a hőforrás elpárologtató primer oldali hőmérsékletének változásával, és a kondenzátor szekunder oldali közeg hőmérsékletének változásával) változik az év folyamán, ezért az egy évre vonatkozó éves teljesítménytényező (éves munkaszám, Seasonal Performance Factor (SPF) vagy Jahresarbeitszahl (JAZ)) ad igazán pontos képet a hőszivattyúról. Ebben az esetben azonban nem teljesítményről, hanem energiáról van szó. Vagyis az egész évi hasznos energia és az éves bevitt energia hányadosa adja az éves munkaszámot, amelyet hasonló elvek alapján számolhatunk, mint hűtési üzemmódban. Energiamegtakarítási lehetőségek aktív hűtési rendszer alkalmazásánál a teljesség igény nélkül: - Természetes szellőztetés és hibrid hűtés alaphűtésként történő alkalmazása - Légoldali szabad hűtés alkalmazása, illetve részarányának növelése - Szabad hűtés alkalmazása a hűtővíz visszahűtésénél - Kondenzációs hő hasznosítása a hűtőgépek kondenzátorainál - Adiabatikus hűtési mód választása - Friss levegő hányad illetve mennyiségének változtatása követve a változó belső terhelést (pl. a belső levegő CO2 tartalmának függvényében) - Változó térfogatáramú klímarendszerek tervezése, - A programozott hűtés alkalmazása. Kis terű irodák épületeiben preferálni kell azokat a műszaki megoldásokat, amelyek az eltérő igények kielégítésére képesek (4.55. ábra 4.60. ábra 4.61. ábra). Nagy terű irodákban keresni kell azokat megoldásokat, amelyek egy-egy munkaasztal munkahely közvetlen közelében biztosítják a termikus környezetet a megfelelő belső levő minőséget, minimális friss levegő bevitellel, minimális energia felhasználással.

119

4.4. Épületek Fűtése Az épületek fűtési rendszereit is számos szempont szerint csoportosíthatjuk. Hasonló elvet követve, mint a hűtési rendszereknél alapvetően beszélhetünk: − passzív, − aktív és − hibrid fűtési rendszerről. Passzív fűtési rendszerek esetében a belső és külső hőnyereség hasznosítása, a hő elnyelése, tárolása építészeti, épületszerkezeti elemekkel történik. A hő helyiségbe jutása hővezetéssel, hősugárzással és gravitációs felhajtó erővel fenntartott kovekcióval megy végbe. Hibrid rendszereknek nevezhetjük azokat a rendszereket, amelyeknél az energia építészeti elemek (elnyelése, tárolása) és gépészeti eszközök (a hő helyiségbe juttatása) közreműködésével hasznosul. Az aktív rendszereknél az épületgépészeti berendezéseké a főszerep.

4.4.1. Passzív fűtési rendszerek Nevezhetjük passzív rendszereknek mindazokat az építészeti anyagokat, hőszigetelő anyagokat, amelyek az épület hőveszteségének a csökkentését célozzák. Az aktuális szabványok és rendeletek előírják, hogy a külső határoló tömör és átlátszó szerkezeteknek milyen épületfizikai jellemzőkkel, hőátbocsátási tényezővel kell rendelkezniük. Ezeket a követelményértékeket bizonyos időközönként, általában öt évenként felülvizsgálják, és különböző körülmények figyelembevételével módosítják, szigorítják. Példaként említjük meg csupán, hogy ma, 2012-ben, a passzívházak külső falainak hőátbocsátási tényezőjének kisebbnek kell lenni, mint U=0,15 W/m2K. Ennek a követelménynek a teljesítéséhez egy hagyományos, λ= 0,04 W/mK hővezetési tényezővel rendelkező hőszigetelő anyagot legalább 26 cm vastagságban kell beépíteni. Egy külső, tömör határoló szerkezetnek a következőknek kell megfelelnie: legyen nagy a hőkésleltetése, hőcsillapítása, hőtároló képessége, és a hőellenállása (kicsi a hőátbocsátási tényezője). Az egyik legígéretesebb fejlesztési irány a vákuumtechnológia építőipari meghonosításával létrehozott új hőszigetelési rendszer, a vákuum-hőszigetelőlemez (VIP, Vacuum Insulation Panel) amelynek hővezető képessége λ=0,003 W/mK. Egy légtömör külső „köpeny” belsejében vákuumot hoznak létre. A köpenyre kívülről a légnyomás nehezedik. Ezen nyomás felvételére a köpeny önmaga általában nem képes, ezért belsejében távolságtartó anyag vagy elemek elhelyezésére van szükség. Ezek a váz belsejében természetesen hőhidakat jelentenek, amelyek a vákuum hőszigetelési képességét rontják, illetve korlátozzák. A vákuum hőszigetelő-lemezek két fő alkotó elemből állnak az egyik egy tábla alakú, kis hővezetési képességgel rendelkező maganyag, a másik egy burkoló fólia, amellyel a maganyagot körbeveszik, majd légmentesen lehegesztik (Varga E. 2009).

120

4.71. ábra A vákuum-hőszigetelőpanel általános felépítése (Fotó: ZAE Bayern) Az evakuálást és a burkolóköpeny lezárását követően a vákuum-panel elnyeri végső formáját és hővezetési-képességét. Az elkészült, átlagosan 5 mbar belső nyomással rendelkező panelek hővezetési tényezője (a felhasznált anyagok függvényében) λ= 0,008 és 0,003 W/mK közötti. 4.8. táblázat A VIP hőszigetelő képessége és tömege a vastagság függvényében (λ= 0,005 W/mK és Sűrűség = 160 kg/m3) 10 15 20 30 40 60 Vastagság (mm) 2 (W/m K) 0.46 0.32 0.24 0.16 0.12 0.08 U érték 1.6 2.4 3.2 4.8 6.4 9.6 (kg/m2) Tömeg Alapvetően a passzív fűtési rendszerek a passzív szoláris rendszerek, amelyek lehetnek: - közvetlenek és - közvetettek. A közvetlen passzív szoláris rendszerek esetében a fűtendő helyiség építészeti elemei nyelik el a hőt, tárolják, majd juttatják a helyiségbe. Az üvegezett szerkezeteken keresztül jut a nap energiája (a látható fény és a rövidhullámú infratartományban) a helyiségbe, ott a belső határoló szerkezetek elnyelik, tárolják, majd felmelegedésüket követően hővezetéssel, konvekcióval és a belső határoló felületeken keresztül kilépő hosszú hullámú hősugarakkal fűtik azt.

4.72. ábra Közvetlen passzív szoláris rendszer

121

A közvetett passzív szoláris rendszerek esetében a hő elnyelése és hasznosítása térben elválik egymástól. Ez jellemző a tömegfalra, trombe-falra, a transzparens szigeteléssel ellátott falra, és részben az úgynevezett napterekre is. Az indirekt passzív és hibrid rendszereket az összefoglaló 4.9. táblázat tartalmazza. 4.9. táblázat Indirekt passzív és hibrid szoláris rendszerek

Valamennyi rendszer működési mechanizmusa az üvegházhatás elvén alapul. A jó hővezetésű, nagy hőtároló képességű (nagy fajhőjű és tömegsűrűségű) falszerkezet előtt üvegfelület, vagy a napsugárzást áteresztő hőszigetelő szerkezet kerül beépítésre. Az üvegezett felületen áthaladó kis hullámhosszú sugarak a mögötte lévő tömör határoló szerkezetben elnyelődnek, ezáltal az felmelegszik, hővezetéssel a hő a belső felületig jut, ott hosszú hullámú hősugarakká alakul, késleltetetten kibocsájtva fűti a belső teret. A trombe-fal

122

esetében a tömör falszerkezet alsó és felső csappantyúkkal van ellátva, amelyeken keresztül gravitációs felhajtó erő hatására, természetes úton konvekcióval is kiegészül a hősugárzás, csökkentve a késleltetést. A csappantyúknak télen mindaddig zárva kell lenniük, amíg a helyiség hőmérséklete nagyobb, mint a fal és üvegezett szerkezet közötti levegő hőmérséklete. Az üvegezett felület és tömör fal közötti árnyékoló télen az éjszakai és a napsütés nélküli nappali hőveszteség csökkentésére, nyáron a nappali felmelegedés csökkentésére szolgál. A tömegfal egyes változataiban a szilikát alapú falazat helyett vizet (vízfal), illetve fázisváltó anyagot alkalmaznak.

4.73. ábra Tömegfal nappal és éjjel (Zöld A. 1999.)

4.74. ábra Trobe-fal

nappal és éjjel (Zöld A. 1999.)

4.75. ábra Transzparens hőszigetelés télen (Zöld A. 1999.)

4.76. ábra Naptér működése (Zöld A. 1999.)

123

A 4.76. ábra személetesen mutatja a napterek működési mechanizmusát. Közép-Európában az ismert éghajlati viszonyok következtében a napsugárzásból származó energiahozam változó, általában csökken, amikor a fűtési energia igény nő. A passzív fűtési rendszerek hátránya, hogy amikor nincs napsugárzás, a rendszerek vesztesége jelentős a külső tér felé. Ekkor egyes rendszereknél az üvegezett felületek hőmérséklete alacsony, és a felületeknél áramló hidegebb levegő felhajtóereje következtében a helyiség páradúsabb levegőjét a felülethez szállítja, ott előfordulhat a felületi kondenzáció, amely penészesedéshez vezethet. Továbbá a hő áramlása nehezen szabályozható, mert a természetes konvekciónak is jelentősebb szerep jut. A hőhordozó a levegő, áramlását nyílászárók nyitásával, csappanttyúkkal szabályozzák (Zöld A.1999).

4.4.2. Hibrid rendszerek Számos szakirodalom foglalkozik az úgynevezett hibrid szoláris fűtési rendszerekkel, amelyeknél a hőhordozó közeg általában levegő. A levegő fedett vagy fedetlen légkollektorban vagy naptérben melegszik fel, és ventilátor segítségével jut a fűtendő térbe. A levegő áramoltatása a fűtendő helyiség felől nézve nyitott vagy zárt rendszerben történik.

4.77. ábra Légkollektorok (Zöld A. 1999) A légkollektor egy olyan energiagyűjtő elem, amely rendszerint a tetőidomra épített, vagy a héjalással szerkezetileg és funkcionálisan integrált, esetleg a külső falra szerelt. A fedetlen kollektornál a levegő az elnyelő lemez alatt áramlik, míg a fedett kollektornál az elnyelő lemez felett üvegezés van, a levegő az üveg és lemez között, vagy a lemez alatt áramlik. Zárt áramkörű rendszer esetén a felmelegedett levegő nem jut a helyiségbe, légcsatornában, vagy épített légjáratokban áramlik, és sugárzás útján adja át a hőt, míg a nyitott rendszernél a légáram a helyiségbe jut. Ez utóbbi előnye, hogy a friss levegő is biztosított, és bármilyen hőmérsékletű levegő hője hasznosul, azonban a hő tárolása nem megoldott, és a levegő szűrése, a járatok tisztítása szükséges.

124

4.78. ábra Légkollektoros zárt és nyitott áramkörű rendszer és szoláris fal (Zöld A.1999) Szoláris falnál az elnyelő felület mögötti fal hőszigetelt, az elnyelt hő helyiségbe juttatása szintén az áramló levegővel történik. Abban az esetben, ha a határoló felületek nagysága, a napi ciklusú hőtárolásban részt vevő szerkezeti elemek hőtároló képessége nem elegendő, nagy hőtárolóképességű anyag elhelyezése jelent egy kiegészítő megoldás. Ez az anyag lehet pl. kőágy, amely elhelyezhető az épület padlója vagy a naptér padlója alatt. A rendszer működhet sugárzó fűtésként, de a levegőt ventilátor segítségével a kőágyon keresztül vezetve légfűtésként is.

4.79. ábra Kőágy sugárzó fűtésként, és légfűtésként (Zöld A. 1999) A japán OM-szolár rendszer a légkollektoros rendszerek egy jól bevált változata, amely télen az épület fűtésére, nyáron pedig a hűtésére és használati melegvíz-készítésre szolgál. A fémlemez tetőhéjalás alatt áramlik felfelé az eresz alatt beszívott friss levegő, vagyis ezen a szakaszon a tetőhéjalás egy fedetlen légkollektort képez. A tető felső sávjában, ahol az áramló levegő hőmérséklete már magas, egy üvegréteg és az alatta lévő pangó légréteg szigetelő hatása csökkenti a hőveszteséget. A levegő a gerinc alatt húzódó, félhenger alakú légcsatornán át egy kezelő dobozba jut, amely a ventilátor és a szabályozó csappantyúk mellett egy bordáscsöves hőcserélőt is tartalmaz. A hőcserélő a használati melegvíz felmelegítésére szolgál. A kezelő dobozból a levegő egy függőleges légcsatornán keresztül a légjáratos padlószerkezetbe jut, amely így egyrészt padlófűtésként, másrészt hőtárolóként

125

működik. Ezt követően a levegő padlórácsokon keresztül vagy a parapet alatt a helyiségbe jut, és onnan a kialakuló csekély túlnyomás hatására a szabadba távozik. Nyáron a levegő a használati melegvíz hőcserélője után a kezelő dobozból közvetlenül a szabadba jut. Ez a légáramlás az épületben kisebb depressziót idéz elő, ami miatt az épület szellőzése intenzívebbé válik.

4.80. ábra A japán OM-szolár rendszer egyszerűsített ábrája Valamennyi passzív vagy hibrid napenergia hasznosításban szerepet játszó üvegezett szerkezeteknél fontos, hogy fűtési idényben minél nagyobb és nyáron minél kisebb legyen a nyereségáram. Hatékony árnyékoló szerkezettel, átszellőztetési lehetőséggel biztosítható legyen a helyiség nyári túlmelegedés elleni védelme. Egyszerű példa erre a trombe-falnál alkalmazott megoldás, nyáron nappal az árnyékoló szerkezet csökkenti a külső hőterhelést, éjszaka az üvegezett szerkezet 4.81. ábra szerinti nyithatóságával biztosított az üveg és hőtároló fal közötti tér átszellőztetése és a fal felületéről a hő „lemosása”.

4.81. ábra Trombe fal nyári túlmelegedés elleni védelme éjszaka és nappal Minden évszakban, minden napszakban a megvilágítási, a ki- és betekintési igényektől függően más tulajdonságú üvegezés lenne az ideális. Télen, napközben, a sugárzási nyereségek maximalizálása és az emissziós veszteségek minimalizálása a cél. Nyáron a nem kívánatos hőterhelés csökkentésére kell törekedni, a látható fény minél kisebb korlátozása mellett. Különösen fontos ez egy iroda épület esetében. Megfelelő társított szerkezetek, speciális bevonatok, fóliák segítségével az üvegezés fény- és sugárzás áteresztő képességét többé-kevésbé befolyásolni lehet, azonban ezek nem tökéletes megoldások. Bővebb információt az üvegekről az előző fejezet tartalmaz. A 80-as 90-es években számos nagy üvegfelülettel, üveghomlokzattal épült irodát álmodtak meg és építettek fel. Egy trendet követve létrejöttek olyan épületek, éghajlattól földrajzi

126

fekvéstől függetlenül, amelyek bárhol lehetnek a földön. Az üvegezett felületek az épületek használata, üzemeltetése szempontjából kiemelt fontosságúak. A teljesség igénye nélkül az üvegezett szerkezetek néhány fontos, eddig még nem definiált fizikai tulajdonsága: TL – látható fény áteresztés, mértékegysége: %. Értéke függ az üvegrétegek vastagságától, az alapüveg típusától és az alkalmazott bevonatok tulajdonságaitól. Legtöbb esetben érvényes az a szabály, hogy minél magasabb az érték, annál jobb, hiszen annál nagyobb mértékű a belső tér természetes fénnyel történő megvilágítása. Ugyanakkor gondot kell fordítani a „vakítás” elkerülésére, elsősorban munkahelyek, sportlétesítmények, előadótermek stb. esetében. Különösen fontos ez irodaépületeknél, ahol a nem megfelelően elhelyezett munkaasztal lehetetlenné teszi a monitor képernyőjének láthatóságát. Figyelembe kell venni azt is, hogy az összenergia-áteresztés értéke nem csökkenthető jelentősen anélkül, hogy a fényáteresztés is ne csökkenne. A g – összenergiaáteresztés megmutatja, hogy az üvegezés a külsőoldalról érkező teljes hőenergia mennyiség mekkora részét engedi át a belső térbe. Az átengedett energiamennyiség a közvetlenül átáramló besugárzás és az üvegezés másodlagos hőleadása együttesen. Mértékegysége %. Az alacsony g érték jelentősen csökkenti a nyári klimatizálásra fordított költségeket. Napvédő üvegezésről általában akkor beszélünk, ha g értéke alacsonyabb, mint 50 %. Az S – szelektivitási index, a látható fény áteresztés (TL) és az összenergia-áteresztés (g) hányadosa, vagyis azon két értéké, amelyek – az Ug értéken kívül döntően meghatározzák a belsőtér komfortérzetét, ezáltal az üvegtípus kiválasztását. A magas szelektivitási érték azért kedvező, mert a jó megvilágítottság alacsony összenergiaáteresztéssel is biztosítható, vagyis anélkül élvezhetjük a természetes fényt, hogy magas hűtési költségekkel kellene számolnunk. Az sc – árnyékolási együttható azt fejezi ki, hogy mennyi hőenergiát enged át az üvegezés egy egyrétegű float üveghez képest. Értéke az üveg összenergia-áteresztésének (g) és egy kb. 4 mm vastagságú float üveg összenergia áteresztésének (kb. 87 %) hányadosaként számítandó, vagyis általánosan a következő képlet szerint: sc = g / 0,87. Az a - energia abszorpció azt a hőenergia-mennyiséget mutatja meg, amelyet a szerkezet felvesz és elnyel, mértékegysége %. Elsősorban az anyagukban színezett üvegek alkalmazásánál fontos tényező, mivel kb. 60%-nál magasabb érték esetén az üveget edzeni szükséges.

4.82. ábra Üvegezett felületek összenergia átbocsátása

127

4.83. ábra Világos felületekről történő fényvisszaverődés a monitoron Talán kevésbé ismert, a gyakorlati életben még nem igazán alkalmazott hibrid rendszer az úgynevezett „aktív hőszigetelés”-i rendszer. Az épület külső, tömör határoló szerkezetébe, két hőszigetelő réteg közötti betonba (3) csőkígyót (4) építenek be. A betonba ágyazott csővezeték rendszer, „hőcserélő”, sorba van kapcsolva egy, a 1,5-2 m mélyen a talajba elhelyezett talajhőcserélővel (1), úgynevezett talajkollektorral. A hőcserélőkben egy szivattyúval (2) zárt rendszerben vizet keringtetnek.

4.84. ábra Az épülethatároló elem aktív hőszigetelésének kapcsolási rajza Nagylucskay László Bárkány Tamás Magyar Installateur 2009 /2-3. 2007. dec -től szabadalmi oltalom alatt álló műszaki megoldás Üledékes kőzet esetén, átlagos magyarországi talaj- és hőviszonyok mellett, a napi külső hőmérsékletingadozás kb. 80 cm mélységig észlelhető, 2-2,5 m mélységben a hőmérséklet ingadozása kismértékű. A talaj hőmérséklete 15-20 m mélységben közel állandó, 10 oC. A talajkollektorból kilépő víz hőmérséklete változó külső hőmérséklet mellett is 8-12 oC közötti. A talaj hőmérsékletének változását mélység és a hónapok függvényében az 4.85. ábra-4.86. ábra diagramjai szemléltetik. A talajkollektorból kilépő víz átlaghőmérséklete 8-10 oC. Az

128

épület aktív hőszigetelése télen csökkenti a belső tér hőveszteségét, nyáron pedig csökkenti a külső hőterhelést.

4.85. ábra A hőmérséklet évi változása homokos talajban a mélység függvényében (Mo.-n Dr Völgyes Lajos Geofizika Műegyetemi kiadó Bp 2002.)

4.86. ábra Talaj hőmérsékletének változása a mélység függvényében különböző hónapokban (www.filterclean.co.uk) Az épületek épületfizikai jellemzőire vonatkozó szigorodó követelmények következtében egyre nagyobb szerepet kapnak, kaphatnak az épületek fűtésében a passzív és hibrid rendszerek. Ott kerülnek igazán előtérbe, ahol az épület a passzívház minősítéshez szükséges követelményeknek meg akar felelni. Egy passzívházzal szemben támasztott követelmények és elvárások: - homlokzati fal hőátbocsátási tényezője U < 0,15 W/m2K - nyílászáró hőátbocsátási tényezője Uw < 0,8 W/m2K (üvegezés+keret+távtartó eredője) - tetőfödém hőátbocsátási tényezője U < 0,1 W/m2K (40 cm) - a megújuló energiaforrások passzív hasznosítása, elsősorban napenergia passzív hasznosítása az ismertetett épületszerkezetek (speciális üvegezések, transzparens

129

hőszigetelés, tömegfal, trombe-fal, napterek, átriumok hőtároló tömeggel) és természetes szellőzés segítségével. Jó példákat találunk az irodaépületek között is, amelyek a passzívház követelményeit betartva épültek. Európa egyik legnagyobb passzív irodaháza az ulm-i Energon irodaház, amely 2003ban elnyerte a Német Szolárdíjat (Solarpreis). Az épület költséghatékonysága kiváló, és egy átlagos irodaépülethez képest 10%-kal olcsóbban épült. Az épület belső komfortjának biztosításában aktív épületgépészeti rendszerek is segítenek.

4.87. ábra Ulmi Energon irodaház - Barbara Faigle és Stefan Oehler a német Archkom építésziroda (www.archkom.de)

4.4.3. Aktív fűtési rendszerek Figyelembe véve a meglévő, régebbi építésű irodaépületek még fel nem újított fűtési rendszereit is, ma az aktív fűtési rendszerek olyan széles spektrumával találkozunk, amelynek már a rendszerezése sem kis feladat. Valamennyi rendszer részletes ismertetése jelentősen meghaladná e jegyzet lehetőségeit. A jegyzet a rendszerekről csak egy áttekintő kép felvázolására vállalkozik, kiemelve azokat a műszaki megoldásokat, amelyek az irodaépületek fűtésére alkalmasak. A klasszikus csoportosítási mód szerint az aktív fűtési rendszerek: A hőtermelő és a hőleadók elhelyezkedése szerint lehetnek: - egyedi fűtés (hőtermelés, hőhasznosítás ugyan abban a térben történik) - központi fűtés (központosan előállított hő, hőhordozó közeggel jut el a hasznosítás helyére, amely lehet egy épület, vagy néhány épületből álló épülettömb) - távfűtés (fűtőműben, vagy fűtőerőműben központosan megtermelt hőt, távvezetéken keresztül, hőhordozó közeggel juttatjuk egy egész városrész, vagy település épületeibe) Energiaforrás szerint - szilárd, olaj, gáz, megújuló energiák, technológiai- vagy egyéb folyamatok hulladék hőjét hasznosító rendszerekről beszélhetünk. Az előállított hőhordozó szerint megkülönböztetünk - vízközegű, - gőzközegű fűtést és - légfűtést.

130

Ma már gőzfűtésű rendszereket nem tervezünk, nem építünk. Ott is, ahol a technológiai illetve egyéb folyamatok gőzt igényelnek, a gőzt primer közegként felhasználva melegvíz hőhordozó közeget állítunk elő a fűtési rendszerek ellátására. A hőleadók hőleadási módja szerint a fűtések lehetnek - döntően konvekciós fűtések (ha a hőleadók a hőt környezetüknek alapvetően (70-80 %-át) konvekcióval közvetítik) - döntően sugárzó fűtések (a hőleadók a hőt környezetüknek alapvetően 50-100 %-át sugárzással adják át) - légfűtések (hő közvetítése tisztán konvekciós hőátviteli jelenség útján történik.) - különféle kombinált fűtések (a fentiek valamilyen kombinációja) A további rendszerezés azt a célt szolgálja, hogy az aktív fűtési rendszerek különböző műszaki megoldásait energetika szempontból is elemezzük. Az elektromos fűtések csoportosítását a (4.88. ábra) mutatja.

4.88. ábra Elektromos fűtések csoportosítása Az elektromos fűtés előnye: - kevés karbantartási igény, - tiszta üzem, - a felhasználás helyén levegőszennyezés nincs, - a fogyasztás mérése egyszerű, elkülönített a más fogyasztóktól, - nincs tüzelőanyag tárolás, - esztétikus a szerelése, - más feladat ellátása is lehetséges, - nincs fagyveszély. Az elektromos fűtés hátránya: - egyes villamos fűtésnél nagy felületi hőmérséklet (600-700 °C; 160-200 C°) - nagy beruházási és üzemeltetési költség, ha az elektromos energia előállítása fosszilis tüzelőanyag felhasználásával történik. Abban az esetben, ha a villamos energiát fosszilis primer energiahordozóból állítják elő, 3050 %-os hatásfokkal, mind energetikai, mind exergetikai szempontból a legkedvezőtlenebb műszaki megoldás az elektromos fűtés.

131

Magyarországon a megtermelt villamos energia közel 60 %-át gáz primer energiahordozóból és közel 70 %-át kondenzációs erőműben állítják elő, ez is indokolja, hogy fűtésre akkor és ott alkalmazzuk: - ha nincs más lehetőség, - ha időszakos az épület használata, és - ha fagyveszélynek kitett terület fűtéséről van szó. Irodák fűtésére nem javasolt, csarnok, templom, raktár, nyaralók, külső területek (parkoló, rámpa, repülő leszállópálya, stb.) fűtésénél alkalmazható műszaki megoldás. Abban az esetben, ha a műszaki megoldásokat a hőtermelők csoportosítás szerint szemléljük, a mai technikai színvonalat figyelembe véve az alábbiak közül választhatunk (4.89. ábra).

4.89. ábra Hőtermelők szerinti csoportosítás Irodaépületek hőellátásánál a központi és távfűtés egyaránt szóba jöhet. Távfűtés különösen előnyös lehet, ha a hőt pl. egy modern kombinált ciklusú fűtőerőműben, vagy egy biomassza erőműben állítják elő. A hőellátáshoz csatlakoztatható az épület hűtési rendszere is, ha hővel történik a „hidegenergia” előállítása. Ebben az esetben a hőtermelővel vagy energia átalakító berendezéssel télen fűtünk, nyáron hűtünk, hőenergiával működő ad- és abszorpciós gépekkel. Ez megoldható mind központi, mind trigenerációs távhőellátási rendszerrel. Az irodaépületekben a használati melegvíz hőenergia igénye nem számottevő, a döntést, hogy

132

milyen hőtermelőt alkalmazzunk, alapvetően nem ez az igény befolyásolja. Kivétel az az eset, ha az iroda több funkciós, és az épületben például egy étterem és ahhoz tartozó főző- vagy melegítő konyha is helyet kap. A szűkebb értelemben vett hőtermelők a kazánok, olyan berendezések, amelyek a hőfogyasztók számára a tüzelőanyagok kötött energiájából használható hőt állítanak elő. A tágabb értelemben vett hőtermelők csoportjába tartoznak a napkollektorok, hőszivattyúk, gázmotorok, hőerőművek energiaátalakító berendezései is. Azokat a berendezéseket is ide soroljuk, amelyekben egy nagyobb hőmérsékletű közeg átadja a hőjét egy kisebb hőmérsékletű közegnek. Ezek a berendezések a hőcserélők, amelyek fontos szerepet töltenek be például akkor, ha termálvízzel, füstgázzal, szennyvízzel vagy valamilyen technológia hulladékhőjével szeretnénk fűteni. A napkollektor az aktív napenergia hasznosító rendszerek hőtermelője. A közép-európai éghajlati viszonyok között egy napkollektoros rendszer csak kiegészítő eleme lehet egy fűtési rendszernek. Önállóan egész fűtési idényben a jelenlegi technikai eszközökkel, hagyományos módokat alkalmazva nem képes egy épület fűtését megoldani. A tapasztalatok azt mutatják, hogy 1 m2 napkollektorral 4‑5 m2 épület fűtésére lehet hatékonyan rásegíteni. Ilyen arány esetén a napkollektorok kb. 30%-ban fedezik az éves fűtési hőszükségletet. Ez az arány azonban változhat, a hőszigetelt épületek egyre csökkenő hőigények következtében. Tavasszal és ősszel az arány közel 100%, és bár a kollektorok a hideg, de derült decemberi és januári napokon is számottevő hőenergiát adnak, ebben az időszakban döntően a hagyományos fűtési rendszerrel kell biztosítani a komfortos belső hőmérsékletet. A vákuumos síkkollektorok a hideg napokon magasabb hatásfokkal működnek, mint a hagyományos síkkollektorok, de a gyenge napsugárzást semmivel sem lehet kompenzálni. A számos műszaki megoldás közül egy példát mutat a napenergia hasznosítására a 4.90. ábra. A gázkazán (3) hőcserélő nélkül, a napkollektor (1) hőcserélőn keresztül fűti a puffertárolóban (2) lévő vizet. A tároló két hőcserélős. A tárolóba helyezett felső hőcserélőn keresztül melegszik fel a használati hidegvíz. A radiátoros fűtést (4) a kazán és napkollektor együtt biztosítja.

4.90. ábra Napenergia hasznosítása fűtésre és használati melegvíz előállítására (Buderus) Egy síkkollektor szerkezeti felépítése mutatja a 4.91. ábra. A 4.92. ábra diagramja különböző típusú kollektorok hatásfokát mutatja, a kollektor és a környezeti hőmérséklet különbség függvényében, a lehetséges vagy javasolt hasznosítási területtel.

133

4.91. ábra Sík napkollektor szerkezeti felépítése (www.naplopo.hu)

4.92. ábra Különböző típusú kollektorok hatásfoka kollektor és a környezeti hőmérséklet különbség függvényében a hasznosítási területtel (www.bosy-online.de) A szűkebb értelemben vett hőtermelők, a kazánok, sokfélék lehetnek, attól függően: - hogy milyen primer-energiahordozó elégetésére alkalmasak, - hogy milyen hőhordozó közeget állítanak elő, - hogy milyen anyagból készülnek, - hogy milyen az égő kialakítása, szabályozása, - hogy mekkora a teljesítményük, és hogy fali vagy álló berendezések.

134

4.93. ábra A hőtermelők csoportosítása Az állandó hőmérsékletű vagy hagyományos kazánok állásos égőszabályozással működnek. Csak nagy hőmérsékleten, 70 oC felett szabad őket működtetni, hogy az égéstermékben jelenlévő savas kémhatású vízgőz ne kondenzálódjon le. A kondenzátum a hagyományos acél kazántest élettartamát csökkenti. Az alacsonyhőmérsékletű kazán folyamatosan tud működni 35-40 oC visszatérő vízhőmérséklettel. A kondenzáció megtörténik a berendezésben, de a kondenzációs hő nem hasznosul a hőhordozó közeg előállításánál. A maximális előremenő víz hőmérséklete 70 °C. A kondenzációs kazán olyan berendezés, amelyből a füstgáz harmatponti hőmérséklet alatti hőfokon (földgáznál kisebb, mint 55-50 °C; olajnál kisebb, mint 50-45 °C) lép ki, ennek következtében a füstgázban lévő vízgőz lekondenzálódik, leadja kondenzációs hőjét. A távozó alacsony füstgázhőmérséklet és hasznosuló kondenzációs hő miatt jelentős hatásfok-javulás jön létre. Az utóbbi a füstgázban lévő vízgőz mennyiségétől (tüzelőanyag fajtájától, légfeleslegtényezőtől és az égéslevegő nedvességtartalmától) és a kondenzáció mértékétől függ. A H minőségű 1 Nm3 gáz elégetésekor több mint 1 kg vízgőz keletkezik. A vízgőz rejtett hője 2500 kJ/kg. A gáz égéshőjének 11 %-át teszi ki a vízgőz kondenzációs hőtartalma, az olaj tüzelőanyag égéshőjének közel 6 %-át. A modulációs égő biztosítja, hogy a kazán teljesítménye változzon az igény változásával. A kondenzációs kazán valamennyi épülettípusnál alkalmazható. Amennyiben szükséges fosszilis primer energiahordozó alkalmazása, csak kondenzációs berendezést szabad betervezni. Éves átlagos hatásfok 98-105 %-ot is eléri, értéke az üzemeltetési paraméterektől is függ. A 4.94. ábra a különböző típusú kazánok hatásfokát mutatja a kiterhelés függvényében.

135

4.94. ábra Különböző kazánok hatásfoka a kiterhelés függvényében

4.95. ábra Kondenzációs kazán (Rozsdamentes acél kazántest, Mátrix égő, hőátadás sugárzással Vízhűtött égőkamra, kisebb tűztér hőmérséklet, kevesebb NOx a füstgázban, kisebb füstgázhőmérséklet, nagyobb éves átlagos hatásfok) A kondenzációs kazán mellett egyre inkább előtérbe kerül a hőszivattyúk alkalmazása. A hőszivattyúk olyan berendezések, amelyek egy alacsonyabb hőmérséklet-szinten lévő hőenergiát egy magasabb hőmérsékletű szintre emelnek, ezáltal hasznosíthatóvá teszik azt. A többcélú hőszivattyúval az épület hűtése is megoldható, mint ahogyan ezt az előző fejezetben már ismertettük. A ma használatos hőszivattyúk többsége kompressziós, tehát egy kompresszor segítségével emeli meg annak a speciális anyagnak, munkaközegnek (hűtőközegnek) a hőmérsékletét, amely a hőt szállítja. A befektetett energia a kompresszor működéséhez szükséges. Amennyiben elektromos működtetésű hőszivattyúról van szó, akkor a kompresszort elektromos motor hajtja. Elektromos áram forrása lehet fosszilis primer energiahordozó, napenergia, szélenergia, víz-energia, továbbá egyéb bioenergiák. Az elektromos hőszivattyú leggazdaságosabb formája, amikor a kompresszor működéséhez felhasznált energiát is a környezetből nyerjük (pl.villamosenergia termelés napelemmel). Egy gázmotoros és elektromos hőszivattyú berendezés zárt rendszerében áramló munkaközege a hűtőközeg, amely kis hőmérsékleten elpárolog, illetve elgőzölög.

136

4.96. ábra Hőszivattyúk csoportosítása különböző szempont szerint A hőszivattyúk alkotóelemei, működési elve a hűtőgépekről szóló fejezetben megtalálható. Csupán a gázmotoros hőszivattyú egyszerűsített kapcsolási sémáját mutatjuk be az alábbi ábrán.

4.97. ábra Gázmotoros hőszivattyú kapcsolási sámája.1-füstgáz hőcserélő, 2-motor hőjét hasznosító hőcserélő, 3-kondenzátor, 4-gázmotor, 5-kompenzátor, 6-fojtó elem, 7elpárologtató Fontos, hogy a hőszivattyúk kis hőmérsékletigényű, elsősorban sugárzó, felület-fűtési rendszereket lássanak el. A berendezés teljesítmény-tényezője, hatékonysága annál jobb, minél kiesebb a kondenzátoroldali hőmérséklet, és minél nagyobb az elpárologtató forrásoldali hőmérséklete. A gázmotoros hőszivattyú előnye, hogy a motor hőjének, és a füstgáz hőjének hasznosításával magasabb hőmérsékletű közeget tudunk előállítani, a hőszivattyú jó teljesítménytényezőjének (COP értékének) megtartása mellett. Hatékonyabbak a taljszondás vagy kútvizes hőszivattyúk, mint a külső levegő hőforrással rendelkezők. A külső levegő hőmérsékletének csökkenésével nő az épület fűtési energia igénye, ha ezt növekvő hőmérsékletű fűtőközeggel követjük, csökken a hőszivattyú hatékonysága (4.98. ábra).

137

4.98. ábra Fűtési hőigény változás és a levegős hőszivattyú teljesítményének változása a külső hőmérséklet függvényében A hőszivattyúk üzemeltetési formája attól függ, hogy milyen hőhasznosítót, fogyasztót látunk el, milyen hőforrást használunk, és melyek a szóba jöhető hőszivattyú működési határai. Ezek figyelembevételével a legfontosabb üzemeltetési formák: - a monovalens, - a monoenergetikus, - bivalens, - multivalens. Külső levegő forrással működő hőszivattyús rendszer különböző üzemeltetési formáinak tartamdiagramját mutatják 4.99. ábra-4.101. ábra.

4.99. ábra Monovalens levegős hőszivattyús rendszer tartamdiagramja (www.daikin.hu) Monovalens üzemmód esetén a hőszivattyú egyetlen hőtermelőként fedezi az épület teljes hőszükségletét. A szükséges fűtőteljesítmény eléréséhez adott esetben bizonyos tartalékokat kell beszámítani áramkimaradások esetére, vagy az energiaszolgáltató vállalat által beiktatott megszakítási idők áthidalására. Ezen kialakítás nagy előnye, hogy nincs szükség egyéb energiaforrás betervezésére, mely jelentősen növelné a beruházási költségeket. Azonban az ilyen rendszerek gazdaságos alkalmazhatóságának feltétele, hogy a hőforrás hőmérséklete a teljes fűtési idény alatt elérje a szükséges minimális értéket. Ezt a követelményt a talajhő-, illetve talajvíz hőforrások elégítik ki, mert ezek hőmérséklete a teljes fűtési idény alatt közel állandó.

138

4.100. ábra Monoenergetikus üzemeltetés levegős hőszivattyús rendszer tartamdiagramja (www.daikin.hu) Monoenergetikus üzemmód esetén a hőszivattyús rendszert egy árammal üzemeltetett hőtermelő egészíti ki. A kiegészítő fűtés bekapcsolását a hőszivattyú szabályozója automatikusan végzi. Az elektromos kiegészítő fűtéssel csökkenthető a beépített hőszivattyú névleges teljesítménye. A maximális előremenő vízhőmérséklet 60 °C. A hőszivattyú fűtőteljesítményét az épület max. fűtési terhelésének kb. 70 – 85 %-ára kell méretezni. A hőszivattyús rendszer éves fűtési üzemelési aránya kb. 92 – 98 %. A hőszivattyús rendszerre számítandó kisebb beruházási költségek miatt a monoenergetikus üzemmód a monovalens működésű hőszivattyús rendszerrel szemben főleg az új épületekben jelenthet gazdaságossági előnyt. Azonban a villamos energiával történő közvetlen fűtés rendkívül költséges, ha a villamos energiát fosszilis primer-energiahordozóból erőműben 33-55 %-os hatásfokkal állítják elő. Ez a megoldás csak abban az esetben lehet gazdaságos, ha a rásegítő fűtőbetét csak ritkán és rövid ideig üzemel. Monoenergetikus üzemmód esetén a berendezést az épület teljes teljesítményszükségletére kell kiválasztani, és hőforrást (talaj, víz, levegő) a bivalensalternatív üzemmódhoz viszonyított hosszabb működési időre tervezni.

4.101. ábra Bivalens alternatív üzemmód levegős hőszivattyús rendszer tartamdiagramja (www.daikin.hu) Bivalens párhuzamos üzemmód esetében a hőszivattyús rendszert egy másik hőtermelő (pl. gázüzemű fűtőkazán) egészíti ki. A másik hőtermelő bekapcsolását a hőszivattyú szabályozója automatikusan végzi a hőszükséglet és a külső hőmérséklet függvényében. A max. előremenő vízhőmérséklet 60 °C. A hőszivattyú fűtőteljesítményét az épület max. fűtési

139

terhelésének kb. 50 – 70 %-ára kell méretezni. A hőszivattyús rendszer éves fűtési üzemelési aránya kb. 75 – 92 %. Bivalens alternatív üzemmód esetében a hőszivattyús rendszer egy meghatározott külső hőmérsékletig (bivalencia-hőmérséklet) egyedül fedezi a fűtést. Ez a külső hőmérséklet a fűtési jelleggörbe függvényében egy meghatározott előremenő fűtővízhőmérsékletnek (max. 50 ºC) felel meg. A bivalencia hőmérséklet alatt a hőszivattyú kikapcsol és az olaj/gázüzemű fűtőkazán egyedül biztosítja az épület hőellátását. A hőszivattyú kikapcsolását illetve a kazán bekapcsolását a szabályozó végzi. A bivalens alternatív üzemmód lehetővé teszi az 50 °C feletti maximális rendszer hőmérsékleteket is. Ez az üzemmód minden fűtési rendszerhez alkalmazható, 90°C-os előremenő méretezési hőmérsékletig. Bivalens párhuzamos üzemmódra mutat példát 4.102. ábra kapcsolási sémája. Abban az esetben, ha hőszivattyú által a puffertárolóba betárolt fűtőközeg hőmérséklete a szükségesnél kisebb, a váltószelep nyitja a kazán felé a víz útját, a kazán utófűti a kívánt hőmérsékletre a hőhordozó közeget. Levegős hőszivattyú alkalmazásakor fontos meghatározni az optimális stabilitási pontot, melyik az a külső hőmérséklet, amelynél a hőszivattyú hatékonyan képes működni. Föld szondás hőszivattyúk alkalmazásakor, mivel a forrásoldal hőmérséklete közel állandó, monovalens üzemmóddal is energiahatékony rendszert tudunk megalkotni. A 4.103. ábra egyszerű kapcsolási sémája arra mutat példát, hogy a nyáron az épület hűtése is megoldható hőszivattyú nélkül, annak megkerülésével. A földszondából feljövő, közel 10 oC-os vízzel hőcserélőn keresztül 14-20 °C-os hűtőközeg előállítható. Ezzel a hűtőközeggel hűtünk, ellátva a felület hűtő-fűtő elemeket.

4.102. ábra Bivalens rendszer. (1) hőszivattyú, (2) puffer tartály, (3) HMV tartály, (4) HMV hőcserélő, (5) kazán, (6) (7) váltószelep, (8) szabályozó szerelvény (www.viessmann.hu)

140

4.103. ábra Monovalens üzemmód. A rendszerrel az épület hűtése is megoldott, hőszivattyú igénybevétele nélkül. (1) hőszivattyú, (2) puffer tartály, (4) HMV tartály, (3) Hűtési hőcserélő, (5) váltószelep előnykapcsoláshoz, (6) váltószelep üzemátálláshoz, (7) szabályozó szerelvény (www.viessmann.hu) Multivalens üzemeltetésnél kettő vagy több kiegészítő hőtermelő működtethető párhuzamos vagy alternatív üzemmódban. Két példát mutat erre az üzemmódra a 4.104. ábra 4.105. ábra.

4.104. ábra Multivalens rendszer (napkollektor, olajkazán, gázkazán, fűtővíz puffertároló, és HMV tároló) (www.viessmann.hu)

141

4.105. ábra Multivalens rendszer (1-napkollektor, 6-gázkazán, 11-hőszivattyú, 9-szilárd tüzelőberendezés, 10-puffertároló)

4.106. ábra Földszondás hőszivattyú beépítve (fotó: Handwerkskammer-Akademie in Ausburg) Termikusan aktív épületszerkezetek (padló-, fal-, mennyezetfűtés, szerkezettemperálás) kiválóan alkalmasak arra, hogy a víz-víz hőszivattyús rendszert egész évben gazdaságosan működtessük, alacsony hőmérsékletű vízzel télen (25-40 oC), nyáron a hőszivattyú megkerülésével, magas hőmérsékletű vízzel (16-20 oC). A leggyakrabban alkalmazott fűtési rendszerek a szivattyús melegvíz fűtésű rendszerek. A lehetséges kialakításokat az 4.107. ábra szemlélteti.

142

4.107. ábra Szivattyús melegvíz fűtési rendszerek csoportosítása Számos iroda- és közigazgatási épületben melegvizes szivattyús radiátoros fűtési rendszerek üzemelnek, amelyek általában kétcsövesek. A régi épületeknél hagyományos technológiával szerelt függőleges, az új épületeknél modern szerelési technológiával épült vízszintes osztásúak. A rendszer legfontosabb jellemzője, hogy valamennyi radiátor párhuzamosan van kapcsolva, és közel állandó hőmérsékletű fűtővizet kap. A 4.108. ábra egy kétcsöves függőleges osztású radiátoros fűtést mutat.

4.108. ábra Függőleges osztású kétcsöves radiátoros fűtés (http://www.flowcon.com)

143

4.109. ábra Egycsöves függőleges osztású radiátoros fűtési rendszer (http://www.flowcon.com) Az egycsöves átkötő szakaszos radiátoros fűtési rendszerben a radiátorok sorba vannak kapcsolva, valamennyi radiátor ugyan arra a csőre csatlakozik. A cső mentén a hőmérséklet csökken, és ugyan azt a teljesítményt egyre nagyobb felületű radiátor tudja csak biztosítani. A rendszer lehet függőleges osztású (4.109. ábra), és vízszintes osztású (4.110. ábra).

4.110. ábra Egycsöves függőleges elosztású radiátoros fűtési rendszer (http://www.grundfos.com) A radiátorok a hőt konvekcióval és sugárzással adják át a környezetüknek. A konvekció a radiátor körüli levegőt közvetlenül felmelegíti és így előidézi az áramlását. A felmelegedett levegő áramlása befolyásolja a helyiségben kialakuló termikus környezetet. Az aszimmetrikus sugárzás negatív hatásának csökkentése céljából a fűtőtesteket általában az ablak alá helyezik. A magasabb hőmérsékletű levegő kisebb hőmérsékletű felületek mentén történő bevezetése azt eredményezi, hogy a leadott hő egy része nem tud részt venni a tartózkodási zóna levegőjének a felmelegítésében. Így a megfelelő hőkomfort biztosítása érdekében több hőt kell bevezetni, ami többlet energia felhasználást eredményez. Az elmúlt években tendencia a kisebb hőmérsékletű melegvizes radiátorok alkalmazása. Ezáltal: - csökkentve a nagy hőmérsékletű radiátorok aszimmetrikus sugárzást kiváltó hatását, - csökkentve a levegő kiszáradását, por-irritációt, - biztosítva, hogy a kondenzációs hőtermelő jobb hatásfokkal dolgozzon,

144

- növelve a lehetőségét annak, hogy megújuló energiát is használhassunk, - növelve a rendszer önszabályozó képességét. Természetesen a kisebb hőmérsékletű fűtőközeg változatlan hőfoklépcső és teljesítmény mellett nagyobb felületű radiátort igényel. Irodaépületekben igen gyakoriak a hűtésnél már tárgyalt víz – levegős, úgynevezett fan-coilos rendszerek. Készülnek csak fűtésre kétvezetékesek, hűtésre-fűtésre kétvezetékes és négyvezetékes rendszerek is. A födém alá helyezett négyvezetékes rendszer hőleadóinak bekötésére mutat példát a 4.111. ábra. A fan-coilos rendszerekről kapcsolási sémákat a 4.3. fejezet tartalmaz.

4.111. ábra Négyvezetékes fan-coilok bekötése a hűtési és fűtési vezeték rendszerre. (http://www.flowcon.com) Nagy homlokzati üvegfelületekkel tervezett épületeknél a hőleadók padlóba helyezett konvektorokkal vagy légfűtéssel tervezettek, az üvegfelületek előtt elhelyezett befúvókkal. A légfűtés kiegészítése történhet pl. sugárzó mennyezetfűtéssel. Abban az esetben, ha egy modern irodaépületnek nem jelentős a külső és belső hőterhelése, fűtő-mennyezettel egy alacsony hőmérsékletű sugárzófűtést, és egy nagy hőmérsékletű mennyezethűtést valósíthatunk meg. A sugárzó mennyezet fűtés kialakítása lehet száraz (perforált fém, vagy gipszkarton álmennyezetre), vagy nedves fektetésű vakolatba helyezett, vagy a födém tartószerkezetébe, betonba ágyazott csővezeték, amelyet szerkezettemperálásnak is neveznek.

4.112. ábra Fém álmennyezetes kapillárcsöves fűtés-hűtés (www./Beka-Klima/de/en)

145

Fém akusztikus álmennyezet fölé helyezett kapillárcsöves rendszerrel mennyezet hűtés-fűtés valósítható meg. A kappillárcsöves panelek elhelyezhetők vakolatba, úgynevezett nedves kialakítással.

4.113. ábra Vakolatba helyezett kapillárcsöves mennyezeti fűtés- hűtés(www./BekaKlima/de/en)

A termikusan aktív vasbeton rendszer alapelve a szerkezet hőtároló tömegének hasznosítása. A beton tartószerkezetbe hűtő-fűtővizet szállító csöveket fektetnek. A betonfödém tömege ezzel egy nagy termikus akkumulátorrá válik. Nyáron a felületről a hőt a csővezetékben keringtetett hidegvíz viszi el. Télen meleg vizet juttatnak a betonfödémbe, ami viszont felveszi a környezeti hőmérsékletet az épületben, csökkentve a fűtési szükségletet a lakótérben, és ezzel csökkentve az energiaköltséget is. Az épületszerkezet-temperálás hatásos alkalmazásának előfeltétele a teljesítményigény kiegyensúlyozottsága fűtés és hűtés esetén is. Egy irodaépület normál üzemeltetésnél a belső hőterhelés állandónak tekinthető. A hőterhelés ingadozását alapvetően az időjárás határozza meg. Az időjárás zavaró hatása nagymértékben csökkenthető a passzív és hibrid rendszerek alkalmazásával. Abban az esetben, ha az irodaépület hőigénye 40-50 W/m2, az épületszerkezet-temperálással – a födémszerkezet felépítésétől függően – 25-30 W/m2 fűtő-teljesítmény érhető el, ami fedezni tudja a téli hőszükséglet 75 %-át. Abban az esetben, ha az irodaépület hűtési igénye 60 W/m2, az épületszerkezet-temperálással –ugyancsak a födémszerkezet felépítésétől függően- 35-30 W/m2 hűtő-teljesítmény érhető el, ami fedezni tudja a hűtési igény 80 %-át. A szerkezet a legjobb hatásfokot 25-30 cm födém vastagságnál éri el. Aktivált nyers födém környezetében nem szabad álmennyezetet felszerelni, még hangelnyelés céljából sem. Elsősorban nagyterű irodákban célszerű ezt alkalmazni. A teljesítményadatok rámutatnak arra, hogy kiegészítő fűtésre és hűtésre szükség van. Erre egy friss levegős fan-coilos rendszer is megfelelő műszaki megoldás.

146

4.114. ábra Szerkezet-temperálás (http://www.rehau.com) A fűtő-hűtő mezők rendszerre történő rákötését láthatjuk az alábbi ábrán (4.115. ábra). A szükséges hűtő-fűtő teljesítmény szempontjából rugalmasabb épületszerkezet-temperálás alakítható ki háromvezetékes rendszerrel. Ekkor minden mező átkapcsolható egy háromjáratú szelep segítségével két különböző előremenő hőmérsékletszint között. A rendszernek egy visszetérő vezetéke van.

4.115. ábra Háromvezetékes bekötés sematikus ábrája 1 és 2 előremenő ág; 2 visszatérő ág; 3 szabályozó és elzárószelep, 4 osztó-gyűjtő; 5 elzáró szelep; 6 háromjáratú szelep; 7 BKT-kör (http://www.rehau.com) A padlófűtés kedvező műszaki megoldás lehet irodaépületek előterében, közlekedőjében, nagy belmagasságú aulájában, belső fedett fűtött udvarában. A padlófűtéssel fűtött helyiségek hővesztesége kisebb, mint a radiátorral fűtötteké, a hőleadó a hasznos térből nem foglal el helyet, a megfelelő termikus komfortérzet az alacsony felületi hőmérsékletnek és az egyenletes hőeloszlásnak köszönhető (4.116. ábra).

147

4.116. ábra Helyiségben kialakuló vertikális hőmérséklet értékek oF-ben (Celsius=(Farenheit fok-32)*0.555)ideális esetben, és különböző fűtési rendszereknél

száraz fektetés nedves fektetés 4.117. ábra Példa egy padlófűtés/-hűtés rendszer rétegrendjére nedves fektetés esetén 1 belső vakolat 2 szegélyléc 3 szegélyszigetelő szalag 4 padlóburkolat 5 habarcságy 6 esztrich 7 cső 8 takarófólia 9 hő- és lépéshang-szigetelés 10 épületszerkezet szigetelése (ha szükséges) 11 nyers födém (http://www.rehau.com) Éves szinten 3-6 % energiamegtakarítást jelent a radiátoros fűtéshez képest. A kis hőmérsékletű fűtőközege miatt kiválóan alkalmas megújuló energiforrások alkalmazására, csak úgy, mint valamennyi felületfűtés. A padlófűtés kialakítása is történhet száraz és nedves fektetéssel (4.117. ábra) Abban az esetben, ha az iroda távfűtéssel ellátott területen épül, megvizsgálandó az épület fűtési rendszerének távhálózatról történő ellátása. A hő előállítása történhet fűtőműben, vagy fűtőerőműben. Hőerőműről, illetve fűtőerőműről akkor beszélhetünk, ha a villamos energiatermelés mellett hőhasznosítás is történik. Ezzel egy kedvezőbb eredő hatásfokú energiaátalakítási folyamat valósítható meg. Ebben az esetben a hőtermelő kazán, gázmotor, gázturbina is lehet.

148

4.118. ábra Távfűtések csoportosítása energiaátalakítók szerint A jegyzet terjedelmi korláta miatt csupán néhány típusú fűtőerűművet mutatunk be egyszerű kapcsolási séma segítségével.

4.119. ábra Elvételes kondenzációs fűtő-gőzerőmű A kazánban (6) a gőz előállítása a túlhevítést követően a gőzturbinába (4) lép, ott a hőenergia mechanikai energiává alakul át. A generátorban (2) a mechanikai energia villamos energiává. A turbinából kilépő nedves gőz a kondenzátorban (7) hőjét leadva kondenzálódik, és víz hallmazállapotban elhagyja a kondenzátort, szivattyú (9) visszatáplálja a kazánba. A forróvizes távhőellátó rendszer (12) számára a fűtőközeget hőcserélőben (11) állítják elő. A hőcserélő primer közege a turbina megcsapolásából származó gőz.

149

4.120. ábra Fűtőerőmű gázturbina (GT) és forróvíz kazán kombinációjával A tűztérbe (1) az égéshez szükséges levegő a kompresszoron (2) keresztül jut. Az égéskor keletkezett füstgáz a gázturbinába (4) lép, ott a hőenergiája mechanikai energiává alakul, a generátorban (5) a mechanikai munka villamosenergiává. A Gázturbinából kilépő füstgáz hője egy „forróvíz kazánon”(6) keresztül hasznosul. A füstgáz leadva hőjét a távhőellátó rendszer fűtővizét melegíti fel. Egy fűtőerőműben a kogeneráció legfőbb előnye abban áll, hogy a felhasznált tüzelőanyagból két piaci terméket állítanak elő, áramot és hőt, ami lehetővé teszi a tüzelőanyag gazdaságosabb kihasználását a kondenzációs erőművekhez képest. Magyarországon elsősorban forróvíz közegű távhőellátó rendszerek épültek ki, a hőtermelő és fogyasztó közötti kapcsolat szerint közvetlen és közvetett típusú hőközpontokkal. A hőközpontok azoknak a technológiai berendezéseknek az összessége, amelyekben a hőhordozó közeg fogadása, átalakítása és az elosztása történik. Beszélhetünk termelői, szolgáltatói és fogyasztói hőközpontról. Közvetett kapcsolás esetén az épület fűtési rendszerét hőcserélő választja el a primer, távhálózati rendszertől. Közvetlen kapcsolás esetén a távhálózat és az épület fűtési rendszere hidraulikailag közös rendszert alkot. A magyarországi termelői, szolgáltatói hőközpontok a távhálózatra történő rácsatlakozás módja szerint alapvetően közvetett, (indirekt) típusúak.

150

4.121. ábra Távfűtési rendszerek csoportosítása

4.122. ábra Távvezetékre kapcsolt állandó primer tömegáramú indirekt típusú hőközpont (Lipták A. 1983)

4.123. ábra Távvezetékre kapcsolt változó primer tömegáramú indirekt típusú hőközpont (Lipták A. 1983) A távfűtési rendszerek energetikai, környezetvédelmi, kényelmi szempontból előnyösek, abban az esetben, ha:

151

- a hőtermelő oldal kiépítésekor a tüzelőanyag-oldali rugalmasságot biztosították, vagyis a mindenkori legkedvezőbb tüzelőanyag alkalmazására van lehetőség, így az energiapolitika követelményei szerint használhatnak szenet, olajat, gázt, esetleg egyéb energiát, - a távfűtőrendszer úgy kerül kialakításra, hogy a hulladék és a regeneratív energiák is gazdaságosan hasznosíthatók, - különböző típusú hőforrások, különböző tulajdonban lévő hőforrások dolgozhatnak egy rendszerre, - a hőtermelés villamos energiatermeléssel kapcsoltan történik, amely jelentős mértékben csökkenti az összes primerenergia-felhasználást. A kevesebb primerenergia felhasználás pedig kisebb mértékű környezetszennyezést jelent. - a fogyasztói rendszer olyan kialakítású, hogy biztosított a fogyasztásarányos elszámolás és meg van teremtve annak a lehetősége, hogy a fogyasztó igénye szerinti energia mennyiséget vásárolhasson. További előnyként meg kell jegyezni, hogy fűtőerőművekben adott esetben magasabb technológiai szint valósítható meg, mint sok kis egyedi tüzelőberendezésnél, ezáltal alacsonyabb értéken tartható a szennyezőanyagok fajlagos emissziója, és a kevesebb számú, magasabb kémény tisztább levegőt biztosít a távfűtött városrészekben. Távfűtést építhetünk ki elavult régi önkormányzati épületek rekonstrukciójakor, vagy falufűtés megvalósításakor is, ott, ahol nagy tőkeigényű megújuló energia hasznosítására törekednek (pl. termálvizes távhőellátás, biomasszára, biogázra épülő melegvizes rendszereknél). Kiemelve néhány európai országot és várost, a táhőszolgáltatás részaránya az össz-hőszolgáltatásban a következő: Dánia 17,5 %, Koppenhága 95%, Finnország 17,8%, Helsinki 90%, Svédország 16,3%, Németország 4,6%, Ausztria 3,8%, Svájc 1,8%, Franciaország 1,7%, Hollandia 1 %, Magyar ország 14,2%, Island 95%, Reykjavik 100%. Ezek az adatok megerősítik ezen rendszerek alkalmazásának létjogosultságát, ha azok modern és gazdaságosan működtetett rendszerek.

4.4.4. Kazánok energetikai hatékonysága Az aktív rendszerek egyik legfontosabb eleme a hőtermelő berendezés. A klasszikus értelemben vett kazán olyan hőtermelő, amelyben fosszilis tüzelőanyag kötött kémiai energiája égési folyamat során felszabadul és hasznosul. A kazán hatásfoka alapvetően befolyásolja az aktív rendszer primer-energiafogyasztását. Különböző kazánhatásfokot definiálhatunk, úgy, mint: - tüzeléstechnikai hatásfok, - kazánhatásfok és - éves hatásfok. A tüzeléstechnikai hatásfok a névleges teljesítményen működő égő üzem közbeni hatásfoka, ha a veszteségnél csak az égéstermékkel távozó energiaveszteséget vesszük figyelembe:

η tü = 1 −

& Q égéstermék & Q bevezetett

Nincs figyelembe véve a sugárzási veszteség, a tökéletlen égés és egyéb veszteségek. A gyakorlatban az égéstermékkel távozó energia tüzeléstechnikai mérés során az alábbi két egyenlettel határozható meg. Az A és B konstansok segítségével a tüzelőanyagok eltérő

152

tulajdonságait veszik figyelembe. Az égéstermék veszteség meghatározható a következő összefüggéssel, ha az égéstermék CO2 tartalmát mérik:

 A1  &  Q + B égéstermék = (t égéstermék − t levegő ) ⋅   CO2  vagy ha a feltételezett CO2 tartalomnál (térf.%) az oxigéntartalmat mérik:

 A2  & Q égéstermék = (t égéstermék − t levegő ) ⋅   21− O + B 2   tégéstermék – égéstermék hőmérséklete (°C) tlevegő – égési levegő hőmérséklete az égőnél (°C) CO2 – száraz égéstermék széndioxid tartalma (%) O2 – száraz égéstermék oxigén tartalma (%) Az A és B együtthatókat a 4.10. táblázat tartalmazza. 4.10. táblázat Tüzelőanyag típusától függő konstansok, A és B együtthatók (Baumann 2007) PB-gáz, Együttható Fűtőolaj Földgáz Városi gáz Kokszgáz Pb-gáz és levegő keveréke A1 0,50 0,37 0,35 0,29 0,42 A2 0,68 0,66 0,63 0,60 0,63 B 0,007 0,009 0,011 0,011 0,008 A kazánhatásfok a készülék üzeme közben értelmezett hatásfok, üzem során fellépő összes veszteség figyelembe vételével. A veszteségek lehetnek: - égéstermékkel távozó energia, égéstermék veszteség, - elégetlen veszteség, tökéletlen égésből származó veszteség, - készülék felületéről a környezetbe távozó energia, amelyet sugárzási veszteségnek hívnak – bár ez a veszteség a kazánról sugárzással és konvekcióval jut a környezetbe. Szigeteletlen készüléknél ez akár 10% is lehet. - korom- és pernyeveszteség (szilárd tüzelőanyagoknál 1-3%), - rostély- és salakveszteség (szilárd tüzelésű berendezéseknél 5-10%). Valamennyi veszteség figyelembe vételével a kazán hatásfok:

& & & & & & Q Q égéstermék + Q sugárzási + Q elégetlen + Q korom + Q salak hasznos ηk = = 1− & & Q Q bevezetett bevezetett A kazán nem üzemel maximális terheléssel a fűtés teljes időszakában. A csak fűtésre szolgáló berendezések a fűtési idény több mint 80%-ban a méretezési teljesítmény felénél kisebb teljesítményen működnek. A teljes terheléssel való üzemelés csak nagyon rövid időszakra jellemző. A kazán részterhelésen való üzemekor az égőt ki-be kapcsolja. Kikapcsolt állapotban nincs energia bevitel, de a kazánban továbbra is meleg a fűtővíz ezért változatlanul van vesztesége. Ezt a veszteséget készenléti veszteségnek nevezzük. A kazánhatásfok részterhelésen: η részterhelés =

ηk 1 + q& készenléti ⋅

153

∆τ 2 ∆τ1

(-)

qkészenléti – a kazán fajlagos készenléti vesztesége a névleges teljesítményre vetítve (-) ∆τ1 – az égő üzemidejének hossza egy kapcsolási intervallumban (h) ∆τ2 – a készenléti időszak hossza egy kapcsolási intervallumban (h) A kazán éves hatásfoka jellemzi legjobban a kazán tényleges energiafelhasználását. Ez a teljes fűtési idényben hasznosított és a kazánba ténylegesen bevezetett energia hányadosa.

η éves = ηéves

Éves fütési energia felhasználás Éves tüzelési energia felhasználás & ⋅τ Q h üzem = & & Q ⋅τ +Q ⋅τ be

η éves =

üzem

készenléti

üzemszünet

& Q h τ üzemszünet & +Q & Q be készenléti ⋅

τ üzem

ηéves =

ηk 1   − 1 ⋅ q& készenléti + 1  ϕi 

(%)

φi – kihasználás, a kazánégő teljes terheléssel való működési idejének és a fűtési idény időtartamának a hányadosa qkészenléti – a kazán fajlagos készenléti vesztesége, DIN szerint, max. 4% vagy más jelöléssel az irodalomból:

ηéves =

ηk  Z   − 1 ⋅ q& készenléti + 1  Zv 

Z – a fűtési idény hossza (h) Zv – a kazánégő teljes terheléssel való működésének időtartama (h) qkészenléti – a kazán fajlagos készenléti vesztesége a teljesítményre vetítve (-) vagyis

ϕi =

Zv Z

A kazánéves hatásfoka a szabvány átlaghatásfok módszerrel, amely csak a hőtermelőre vonatkozik, nem veszi figyelembe pl. az épület típusát, fűtési szokásokat stb. Nem hasonlítható össze az előző összefüggéssel meghatározott éves hatásfokkal, hiszen számításakor azzal az egyszerűsítéssel élünk, hogy a szükséges hőmennyiség egyedül a külső hőmérséklettől függ. Névleges hatásfokról van szó. A különböző terheléseknél mérhető kazánhatásfokok használhatók fel arra, hogy a kazán éves átlaghatásfokát megállapítsuk. A DIN 4702 értelmében a fűtési időszakot 5 részre kell bontani olyan módon, hogy az egyes részekben az energiafelhasználás egyenlő legyen. (Az öt üzemi pont kiválasztásánál tekintettel kell lenni arra, hogy az egyes üzemállapotok a hatásfokban

154

azonos súllyal szerepeljenek.) Az öt jellemző terhelésnél kell a kazánhatásfokot megállapítani és azokból az éves átlaghatásfokot kiszámítani. Az eljárás csak egykazános berendezésekre alkalmazható, hiszen több kazán esetében ugrásszerű változások lépnek fel, így az öt adat nem lenne kielégítő. Az éves átlaghatásfok tehát:

η éves =

5

5 1

i =1

η kazán,i

∑

A német előírások 12,8%, 30,3%, 38,8%, 47,6% és 62,6% terhelések melletti kazánhatásfok mérését írják elő.

4.124. ábra a hőfokgyakoriság, a külső hőmérséklet, fűtési napok és a kazánterhelés kapcsolata (Baumann M. 2007)

Az ábrán látható öt téglalap felülete azonos. Az ábra Németországra vonatkozik. Az átlaghatásfok figyelembe veszi az éjszakai fűtéscsökkentést, illetve a külső és belső hőnyereségek, hőveszteségek hatásait. Külső- és belső hőnyereségek, hőveszteségek: a fűtési idény minden napján 10%-al kisebb fűtőköri terheléssel számolnak. Éjszakai fűtéscsökkentés: a méretezési külső hőmérséklettől kezdve a fűtési határhőmérsékletig folyamatosan növekvő befolyása van. Az éves átlaghatásfok megállapításához meg kell határozni az adott országra jellemző átlagos klímaadatokat (külső hőmérséklet, ezen hőmérsékletek előfordulási gyakoriságai). A 4.4.4 fejezet rész Baumann 2007 cikke alapján készült. Energiamegtakarítási lehetőségek aktív fűtési rendszer alkalmazásánál a teljesség igény nélkül: - A passzív és hibrid fűtés alapfűtésként történő alkalmazása

155

-

Alacsony hőmérsékletű fűtőközegű rendszer tervezése Megújuló energiaforrások alkalmazása, hulladékhő hasznosítása A hő termelése kövesse a változó igényt, helyi és központi szabályozás alkalmazása Időbeli és térbeli fűtéskorlátozás, programozott fűtés alkalmazása

156

4.5. Energia megtakarítás az irányítástechnika eszközeivel Az építőipari ágazattal kapcsolatos az Európai Unió teljes energiafogyasztásának 40%-a. Éppen ezért az energiahatékonyság „20-20-20”-as célkitűzései keretében kiemelt jelentőséget kap az energiafogyasztás e téren történő csökkentése. Ez az irányelv a fenti cél eléréséhez úgy járul hozzá, hogy az épületek energiahatékonyságára vonatkozó iránymutatásokat nyújt a tagállamoknak. Az energiafelhasználás csökkentésére vonatkozó irányelvek, követelmények, intézkedések, műszaki megoldások körében folyamatos fejlődés figyelhető meg. A nagy bevásárlóközpontokkal, irodaházakkal, lakóépületekkel, panziókkal, azok rendszereivel szemben támasztott műszaki követelmények megnőttek. Elvárás, hogy az épületek egyre kisebb energiaigényűek legyenek, de elvárás, az is, hogy üzemeltetésük magas színvonalú, hatékony és gazdaságos legyen. Ma már az épületek biztonságos, gazdaságos működtetése elképzelhetetlen korszerű informatikai rendszer nélkül. Az egyre intelligensebb vezérlésekkel, szabályozókkal, épületfelügyeleti rendszerekkel jelentős energia megtakarítást lehet elérni a korábbi technológiai szinten megvalósított megoldásokhoz képest. Röviden tekintsük át, hogy a rendelkezésünkre álló irányítástechnikai eszközök milyen lehetőségeket biztosítanak számunkra az energiafelhasználás csökkentésére: Időtől függő kapcsolás Napi-, heti- és szabadnapos programok a berendezések és a gépcsoportok üzemi időszakainak kapcsolására, hogy az energia- és karbantartási költségeket csökkentsük, és hogy a rendszer élettartamát növeljük. Eseményfüggő kapcsolás Csúcsterhelés-korlátozó programok segítségével, rögzített sorrend szerint történjen a rendszer kikapcsolása egy maximális érték túllépése esetén. Egy klímaberendezés működtetése során a levegő állapotától függő utasítások életbelépése, például zérus energiasáv és a hővisszanyerő berendezések bekapcsolása a külső- és a keringtetett levegő entalpiájától függően. A pillanatnyi helyiség levegő minőségének függvényében minimalizálni a szellőző levegő mennyiségét, hogy csak néhány lehetőséget említsünk. Optimalizálás számított értékekkel Berendezés optimális be és kikapcsolása, például szakaszos fűtés alkalmazásával. Megszakításos üzem komforthatárok kihasználásával, hűtő, fűtő berendezések ciklikus be- és kikapcsolásával. Csúcsterhelés korlátozó program, a különböző felhasználók lépcsőzetes lekapcsolása trendszámítás alapján az energiaár és a hatásfok figyelembevételével. A kazánok hatásfokának optimalizálása például a kazánok ki-bekapcsolásával, tüzelőanyag levegőkeverék arányának optimalizálásával, vagy a kedvező fűtőközeg paraméterek megválasztásával. Hőtárolós kazánok optimális üzemeltetésével. Fűtő, és klímaberendezések vezérlésével a környezeti hő optimális kihasználásával. Fűtési üzemmód keretén belül helyi szabályozókkal, például termosztatikus radiátorszelepekkel a belső és külső (napsugárzásból származó) hőnyereség hasznosításával Egy hűtött épület esetében éjszakai hűtési üzemmód keretén belül történjen a hűtés külső levegővel az éjszakai időszakban, vagy üzemkezdet előtt. Klímafolyamatok optimalizálásával. Terhelésfüggő alapérték optimalizálása, toleranciasáv kihasználásával. A fűtési rendszerek üzemeltetése optimalizált fűtőközeg hőmérséklettel és tömegárammal, hőmérséklet és térfogatáram szabályozással. Szivattyúk és ventilátorok

157

fordulatszám szabályozásával, amely során a változó tömegáramhoz igazodó, kívánt, optimális munkapont állítódik be. Ez ideig még nem alkalmazott épületen belüli térbeli fűtéskorlátozás optimalizálásával. Hogy csak a legfontosabbakat említsük. A felsorolt lehetőségek közül csupán néhányat emelünk ki.

4.5.1. Optimalizált be-és kikapcsolás A fűtő,- hűtő,- és klímaberendezéseket az épület használati idejében üzemeltetjük, használati időn kívül kikapcsolhatjuk. Használati idő alatt azt az időszakot értjük, amikor a komfort követelmények által, vagy a technológiai folyamatból eredő toleranciasáv által előírt paramétereket be kell tartani. A berendezés bekapcsolása az üzemkezdet előtt, a kikapcsolás az üzemidőszak befejezése előtt történik, figyelembe véve az épület hőtani viselkedését, és a berendezés teljesítményét. Természetesen fix időpontot is meg lehet adni a berendezések kiés bekapcsolására, de ebben az esetben nincsenek meg az optimális feltételek. Az optimalizálást a helyiségek tényleges, épületfizikai jellemzőinek, meglévő klimatikus viszonyainak megfelelően lehet végrehajtani, és ezzel a tényleges felfűtési és lehűlési viselkedést automatikusan figyelembe venni. Több helyiség egyidejű vezérlésénél természetesen szükség van egy vezető helyiségre. A használati időben szintentartási üzemmódot kell megvalósítani. Meg kell akadályozni, hogy télen egy bizonyos érték alá süllyedjen, és nyáron egy bizonyos érték fölé emelkedjen a helyiség hőmérséklete. Abban az esetben, ha egy iroda épület nem folyamatos használatú, alkalmazhatjuk az optimalizált be és kikapcsolás elvet. Például éjszaka, hétvégén, és munkaszüneti napokon a fűtő berendezések üzemét csökkentjük, vagy éppen szüneteltetjük. Azzal a feltétellel, hogy az épületben a következő rendeltetésszerű használatbavételkor ismét a kívánt, illetve a tervezett érték lesz a belső hőmérséklet. A feladat a szakaszos üzemeltetés optimális menetének és az energia-megtakarítás mértékének meghatározása. Ehhez ismernünk kell melyek azok a tényezők, paraméterek, amelyek befolyásolják a szakaszos fűtéssel elérhető megtakarítást. Szakaszos fűtéssel elérhető energia megtakarítás függ: - a helyiség időállandójától (T) - az üzemszünet időtartamától (τüsz), hőleadó kikapcsolt állapotban van - hogy milyen hőfokra engedjük lehűlni a helyiséget (ti*) - függ a pillanatnyi külső hőmérséklettől (ta) - a helyiség hőntartásának időtartamától (τh) - adott külső hőmérsékletnél a hőveszteség hányszorosa a rendelkezésre álló maximális hőteljesítménynek. (n) A helyiség időállandója a fűtött tér hőtárolóképességétől. Értéke az adott zóna belső levegőjével közvetlen kapcsolatban lévő belső határolószerkezetek hatásos hőtárolóképességének összege. Jó közelítéssel a következőképpen számolható: C = ∑ ∑ ρ ij cij d ij A j j

i

ahol: ρij – a j határolószerkezet i rétegének sűrűsége, cij – a j határolószerkezet i rétegének fajhője, dij – a j határolószerkezet i rétegének vastagsága, Aj – az adott térben lévő j határolószerkezet felülete.

158

A helyiség időállandója:

T=

C ∑ AiU i + ∑ l j Ψ j + nVρ a ca i

j

ahol: Ai az i külső határolószerkezet felülete; Ui− az i határolószerkezet hőátbocsátási tényezője, li – a hőhíd hossza; ψli – a hőhíd vonalmenti hőátbocsátási tényezője; n− a helyiség légcsereszáma, V-a helyiség térfogata; ρa− a szellőző levegő sűrűsége és ca− a szellőző levegő fajhője. A fűtőberendezés kikapcsolását követően a helyiség hőveszteségét a határoló szerkezetekben tárolt hő fedezi. A fűtőberendezés kikapcsolását követően a helyiség hőmérsékletének változását a következő egyenlet írja le:

Cdϑi = (∑ AiU i + ∑ l j Ψlj + nVρ a ca ) ⋅ ϑi ⋅ dτ  τ    T

ϑi (τ ) = ϑi 0 exp −

ahol -a belső és külső hőmérséklet különbsége: ϑi = ti − ta -a helyiség túlhőmérséklete a fűtőberendezés kikapcsolásának pillanatában: ϑi0 τ− az idő; T – a helyiség időállandója

4.125. ábra Szakaszos fűtési üzemmód Ha a felfűtéshez rendelkezésre álló teljesítménytöbblet a hőveszteség fedezéséhez szükséges teljesítmény n-szerese akkor a felfűtéshez szükséges idő:

 τ  n − exp − üsz   T  τ f = T ln n −1

159

A helyiség rendeltetésszerű használatának napi időtartama (hőntartási üzemmód):

τ h = 24 − (τ üsz + τ f ) Szakaszos üzem esetén a helyiség fűtésére felhasznált napi energia mennyiség:   E sz =  ∑ AiU iϑi + ∑ l j Ψ jϑi + nV ρ a c aϑi (τ h + nτ f j  i 

)

Szakaszos fűtéssel elérhető energia megtakarítás: E sz τ h + nτ f = Ef 24

Összegzésképpen megállapíthatjuk, hogy: - ha a T kicsi Esz/Ef kicsi megtakarítás nagy - ha az n nagy Esz/Ef kicsi megtakarítás nagy - ha az üzemszünet nagy Esz/Ef kicsi megtakarítás nagy Esz/Ef nagy megtakarítás kicsi - ha a hőntartási idő nagy Minél nagyobb a hőtárolóképesség és veszteségtényező aránya, annál kisebb értékű a megtakarítható energiamennyiség aránya. Ami egyben azt is jelenti, hogy könnyűszerkezetes épületekben a szakaszos fűtés alkalmazása hatékonyabb, mint a nagy hőtárolóképességű, nehéz szerkezetű épületek esetében. Egy épület és az abban megvalósított fűtési rendszer esetében különböző külső hőmérsékleteknél más és más a felfűtési időtartam, a helyiségben kialakuló minimális helyiség hőmérséklet, és az energia megtakarítás mértéke. A termikus környezet munkakezdésre történő biztosítása mellett. (Kalmár F. 2009)

4.5.2. Alapérték-optimalizálás, zérus energiasáv Alapérték optimalizálás történhet üzemszüneti és üzemi állapotban egyaránt. Alapját a helyiséglevegő paramétereinek komfortérzet tűrési tartománya képezi. Egy klímaberendezésnek a feladata, a helyiség levegő hőmérsékletét és relatív nedvesség tartalmát egy adott tartományon belül kell tartani. A kellemes hőérzetet biztosító tartományt, különböző hőérzeti és komfort diagramok tartalmazzák (1-3 fejezet). Optimális vezérlésnél célszerű az alapérték tűréstartományából kiindulni. A zéró energiasáv is az alapérték optimalizálásához tartozik. Ezáltal például a komforttartományon belül sem fűtés, sem hűtés nem történik. Klímaberendezések üzemeltetésekor a berendezéssel szemben támasztott követelmény attól függően, hogy A, B vagy C kategóriás az iroda épület és téli, vagy nyári időszakról van szó, a tűrések eltérőek, pl. „B” kategóriás nyári állapotra: ∆ϑ l = ± 1 ,5 K ∆ϕ l = ± 10 %

Az alapértékek tűrése olyan lehet, amilyeneket az automatizált berendezéssel elfogadható költséggel meg lehet valósítani. A fűtő, hűtő és klímaberendezések üzemmódjának optimalizálása egy korlátos rendszer és irányított jellemzővel rendelkező, nemlineáris differenciál-egyenlet rendszer megoldását teszi szükségessé. A feladat megoldásához szükségünk van: - rendszeregyenletekre (hő és anyagtranszport folyamatokat leíró egyenletekre), - jósági függvényre (energiabevitelből, illetve a költségekből fogalmazódhat meg),

160

- korlátozásokra (ezek a rendelkezőjelre és rendszerjellemzőkre vonatkozó korlátozások), - peremfeltételekre (amelyek megadják az irányítás célját, és általában a rendszerjellemzőkre vonatkoznak, a helyiség hőmérsékletre, páratartalomra).

4.5.3. Épületen belüli térbeli fűtés-hűtés korlátozás optimalizálása Abban az esetben, ha a fűtött épület bér-irodaház, a tulajdonos, a bérbeadó nem csak az időbeli, de a térbeli fűtéskorlátozással is energiát takaríthat meg, ennek értéke attól függ, hogy a már bérélt és még nem bérelt irodahelyiségeknek milyen a konfigurációja, hogyan helyezkednek el egymáshoz képest. Tetszőleges típusú épületnél, annak épületfizikai jellemzőinek ismeretében, az épület kihasználtsága függvényében, az optimalizációs program, mint eszköz segítségével a felhasznált energia minimalizálása érdekében a használt helyiségek elhelyezkedése optimalizálható. Ez egy olyan optimalizálási feladat, amelynek megoldásában az un. vegyes lineáris programozási módszerekre volt szükségünk. Vegyes lineáris programozási feladatnak szokták nevezni az olyan lineáris programozási feladatot, amelyet a következőképpen fogalmazhatunk meg: n

P( x) = ∑ p j x j → MAX

vagy

MIN

j =1

a következő feltételek mellett: n

∑a j =1

ij

xj

x j ≥ 0,

≤

( ≥,= )

bi ,

i = 1,2, K , m

j = 1,2,K, n,

x j egészértékű ,

j = 1,2,...n1 , ahol n1 ≤ n

Ebben a lineáris programozási feladatban az ismeretlen változók egy része csak egész értékeket vehet fel, a másik pedig folytonos. A modellnél a „fűtött” változó logikai tömbváltozó, amely 0 értéket akkor vehet fel, ha a radiátor ki van kapcsolva, („Radiátor”=0) és 1 értéket akkor, ha a helyiségben a radiátor be van kapcsolva („Radiátor”>0). A „Radiátor” változó folytonos változó, értéke 0, vagy 0-tól nagyobb bármilyen szám, és a fűtetlen helyiségek hőmérséklete pedig tetszőleges értéket vehet fel. Vizsgálatok bizonyították, hogy adott peremfeltételek mellett létezik olyan térbeli fűtéskorlátozási konfiguráció, mely az épület energiafelhasználási minimumát eredményezi. Az ilyen típusú feladatok megoldásához leggyakrabban az un. branch-and-bound módszert szokták alkalmazni és ennek megfelelő programcsomagokat kifejleszteni. Napjainkban a szoftver-piacon több olyan programcsomag is található, amely képes kezelni vegyes egészértékű lineáris programozási feladatokat.

4.5.4. Kazánhatásfok optimalizálása, helyi szabályozással külső belső hőnyereség hasznosítása Egy fűtési rendszernél leggyakrabban alkalmazott irányítástechnikai megoldás: - fűtőközeg hőmérsékletének központi szabályozása a külső hőmérséklet függvényében,

161

-

helyi szabályozás termosztatikus radiátor szeleppel.

Hagyományos kazánok esetében a központi szabályozás történhet tüzelőanyag oldali és vagy fűtőközeg oldali beavatkozással. A tüzelőanyag oldali beavatkozás azt jelenti, hogy az égő teljesítményének változtatásával, illetve a kazánba bevitt tüzelőanyag mennyiségének változtatásával a külső hőmérséklet függvényében szabályozott hőmérsékletű víz lép ki a kazánból. A fűtőközeg oldali beavatkozás esetében a kazánból kilépő és a fogyasztótól visszatérő lehűlt víz tömegáram arányainak változtatásával változtatjuk az előremenő víz hőmérsékletét a külső hőmérséklet függvényében. Ekkor beavatkozóként alkalmazhatunk egy háromjáratú kétutú motoros szelepet. A két központi szabályozás együttes alkalmazása lehetőséget ad arra, hogy több, egymással párhuzamosan kiépített, eltérő hőmérséklet igényű rendszereknek (padlófűtés, radiátoros fűtés) biztosítani tudjuk a megfelelő fűtőközeget. A tüzelőanyag oldali beavatkozással ebben az esetben egy előszabályozott fűtőközeg hagyja el a hőtermelőt. A különböző épületfizikai jellemzőkkel rendelkező épület, vagy épületrészek, és az előbb említett eltérő hőmérséklet igényű fűtési rendszerek számára marad a vízoldali beavatkozás. Kondenzációs kazánoknál a fűtőközeg oldali beavatkozást kell előtérbe helyezni. Ezzel a beavatkozással optimalizálhatjuk a kazán hatásfokát. Hisz kondenzációs kazán hatásfoka annál jobb, minél kisebb hőmérsékletű az előremenő, illetve a visszatérő víz hőmérséklete. Az előremenő és visszatérő víz hőmérsékletszabályozási görbéjét leíró egyenletek: 1

 t −t te =  i a t −t  i a, N  t −t t v =  i a  t i − t a ,N

   

1+ m

   

1 1+ m

 t −t t +t  ⋅  e N v N − ti  + 0,5 ⋅  i a t −t 2    i a, N

  ⋅ (te , N − tv , N ) + ti  

 t −t t +t  ⋅  e ,N v ,N − t i  − 0 ,5 ⋅  i a 2    t i − t a ,N

  ⋅ (t e ,N − t v ,N ) + t i  

Ahol a ti a belső, ta a külső, te az előremenő fűtőközeg, tv a visszatérő fűtőközeg hőmérséklete, a N index a névleges, méretezési állapotbeli értéket jelöli, míg m a radiátorokra jellemző tényező, a diagram készítésnél értéke 0,16 (4.126. ábra).

162

te, tv fűtőközeg hőmérséklet oC

90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

te1 tv1 te2 tv2

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

Külső levegő hőmérséklet oC 4.126. ábra Különböző közeg hőmérsékletet igénylő rendszer szabályozási görbéje Az imént felvázolt irányítástechnikai mód a helyiségek hőmérséklete szempontjából vezérlésnek nevezhető. A fűtési rendszereknél a cél a helyiség hőmérséklet kívánt értéken tartartása, ő az irányított jellemző, értékének nincs hatása az irányítási folyamatra. A helyiségek eltérő igényeit helyi szabályozással oldhatjuk meg. Egy hagyományos radiátoros fűtés esetében segédenergia nélkül működő egyutú beavatkozókkal, termosztatikus radiátor szelepekkel. Feladatuk a helyiség hőmérsékletét a kívánt értéken tartani, a radiátorba beengedett fűtőközeg mennyiségének változtatásával, a külső és belső hőnyereség hasznosításával.

4.5.5. Az optimális üzemirányítási modell felállításának folyamata Egy fűtési, hűtési vagy klímatechnikai rendszer üzemvitelének elemzésekor a rendszerben lejátszódó, szabályozott folyamatokat különböző üzemállapotban vizsgálhatjuk. Az optimális üzemirányítási modell felállításához: - meg kell határoznunk a szabályozás kritériumait, meg kell fogalmaznunk a szabályozási célt, - meg kell ismernünk a rendszert, annak elemeit, pontosan fel kell tárnunk a rendszer elemeinek kapcsolatát, és végül - meg kell fogalmazni a célfüggvényt, a rendszer üzemeltetési költségét leíró függvényt a matematikai modell alapján, mely magában foglalja a rendszerjellemzők közötti függvény-kapcsolatot, majd - a peremfeltételek felállítása után a célfüggvény megoldása, az optimális üzemeltetési paraméterek meghatározása következik, - az optimális üzemeltetési paraméterek beállítását követően, végül - folyamatosan ellenőrizni kell, hogy a kapott optimális üzemi paraméterek teljesülnek-e, s ha nem, a peremfeltételek módosításával újra biztosítani az optimális paramétereket.

163

Az irányítási illetve szabályozási cél és az optimális irányítási ill. szabályozási kritérium meghatározása

Az irányítási cél eléréséhez szükséges rendszer felépítése, a rendszer elemek kapcsolatainak feltárása, az egyes elemek ki-és bemenő jellemzőinek meghatározása

A rendszerjellemzők közötti függvénykapcsolat feltárása, a rendszerjellemzők mennyiségi viszonyait tükröző matematikai modellek felállítása f n ( y n −1 , x n ) y n = f n ( y n −1 , x n )

A gazdasági célfüggvény megalkotása N

K = ∑ k n ( y n −1 , xn ) → min n =1

Induló peremfeltételek meghatározása illetve módosítása

Az optimális üzemelési paraméterek meghatározása

„Zavaró” körülmények időben változóak

Rendszer

Optimális üzemelési paraméterek ellenőrzése

Nem teljesül

Teljesül

4.127. ábra Az optimális üzemirányítási modell megalkotásának folyamatábrája

Kereskedelmi forgalomban számos szimulációs program, a numerikus elemzés módszerét, végeselem módszert, véges differenciák módszerét alkalmazó segédeszköz, program kapható, amely segíti a mérnökök munkáját: - állandósult állapotban a fűtési hőigény és hűtési hőterhelés meghatározását, - üzemeltetési paraméterek optimalizálását,

164

-

megvalósult állapot ellenőrzését, termikus épületszerkezetek viselkedésének vizsgálatát tranziens feltételek mellett, a belső hőmérséklet eloszlás, és a hőkomfort indikátorok kiszámítását, az épület szerkezetek, az épületgépészeti rendszerek, a szabályozás, a belső levegő minősége, az emberi hőkomfort szintje, valamint az energiafogyasztás alakulásának egyidejű nyomon követését… Ilyenek programok például: TRNSYS, Fort 1999, IDA Indoor Climate and Energy 3.0, BLAST, EnergyPlus, EPS-r, IES…

165

4.6. Összefoglalás A cél egyértelmű, klímatudatos építészeti és épületgépészeti szemlélettel történjen az épület tervezése. Az irodaépületben a jó munkavégzéshez szükséges termikus környezet, és a belső levegő minősége biztosított legyen, minimális hőbevitel és a hőelvitel mellett. Ezt elsősorban passzív és hibrid rendszerek alkalmazásával érjük el: - hőszigeteléssel, - légzáró ablakokkal - a kompakt forma minimalizálásával, - szoláris hőnyereségek növelése télen, csökkentése nyáron intelligens üvegek és egyéb passzív és hibrid rendszerek alkalmazásával… Abban az esetben, ha az építészeti szerkezetekkel, energiatakarékos hibrid rendszerekkel ezt nem tudjuk biztosítani, az aktív hűtés,- fűtés,- illetve klímatechnikai berendezések alkalmazása elengedhetetlenül szükséges. Hogy a rendelkezésünkre álló számos műszaki megoldás közül melyiket célszerű választani, arra általános érvényű megoldás, sablon nem adható, de törekedni kell: - a technológiai és egyéb folyamatok hulladék hőjének hasznosítására, - a megújuló energiaforrások alkalmazására, - a fosszilis és környezetkárosító energiaforrások használatának csökkentésére… Nem alkalmazhatjuk ugyan azt a műszaki megoldást egy hagyományos téglából falazott, vagy egy üveg homlokzattal megálmodott irodaépületben. Más és más műszaki megoldást kell választani kis és nagyterű irodák esetében is. Másképpen kell üzemeltetni, ha folyamatosan használják az épületet, vagy ha csak a hét öt napján reggel 8,00-17,00-ig, és ismét másképpen, ha az alkalmazottak munkakezdése és befejezése idősávban van megadva. A gépészeti rendszerek kialakítását, befolyásolja, hogy komfort szempontjából A, B vagy C kategóriás irodaépületet igényel-e a beruházó. A döntést meg kell előznie egy: - Műszaki elemzésnek, felhasználva a mérnökök számára rendelkezésre álló segédeszközöket, szimulációs programokat. A lehetséges műszaki megoldásokat energetikai, exergetikai vizsgálatnak (energia monitoring) kell alávetni. A különböző energiaforrások energetikai hasznosítása csak az adott ország energiaellátás teljes rendszerének ismeretében értékelhető. - Gazdaságossági elemzésnek, amely a beruházás, üzemeltetési költségelemzés mellett életciklus elemzést tartalmazhat. Nem szabad megfeledkezni arról, hogy ami esetleg most, a ma ismert technikai berendezések, a mai beruházási költségek és energiaárak mellett még nem célszerű, nem megtérülő beruházás, az a technika fejlődésével, a körülmények változásával néhány év múlva kiválóan alkalmazható, és már megtérülő beruházás lehet. - Az üzemeltetési költségek elemzésénél elengedhetetlenül szükséges az üzemeltetés optimalizálásának kérdése. Az üzemeltetési költségeket az aktuális energiaárak jelentősen befolyásolják, amelyek változhatnak a tulajdonosi érdekek, a szabályozási és támogatási rendszerekkel. Sokszor egy rossz szabályozási vagy támogatási rendszer arra készteti a beruházót, hogy az energetikai szempontból a kevésbé hatékony berendezést válassza.

166

- Környezetvédelmi hatástanulmány készítése egy nagyobb beruházás elengedhetetlen feltétele. Rendeletek, szabályozások döntenek szükségességéről. Az Európai Parlament 2010. december 15-i állásfoglalása az energiahatékonysági cselekvési terv felülvizsgálatáról (2010/2107 (INI)) a honlapon megtalálható. Egyetlen idézet a dokumentumból: „Célkitűzés: közel nulla energiaigényű épületek 2020. december 31-ig valamennyi új épületnek közel nulla energiaigényű épületnek kell lennie. 2018. december 31. után a hatóságok által használt vagy tulajdonukban levő új épületeknek teljesíteniük kell ugyanezeket a követelményeket. A Bizottság szorgalmazza, hogy az ilyen típusú épületek számának növelése érdekében a tagállamok dolgozzanak ki a következő elemeket tartalmazó nemzeti terveket: - a közel nulla energiaigényű épületek fogalom meghatározásának tagállami alkalmazását ismertető leírás; - időközi célok az új épületek energiahatékonyságának 2015-ig történő javítására vonatkozóan; - információ az épületek energiahatékonyságának javítását ösztönző elfogadott szakpolitikákról és pénzügyi intézkedésekről.”

167

4.7. Irodalomjegyzék a 4. fejezethez 1. Lipták A.: (1983) Mérés, szabályozás és vezérlés az épületgépészetben. Hőellátás. Műszaki könyvkiadó, Budapest 2. G. Knabe: (1992) Gebaudeautomation. Berlin. 3. Zöld A.: (1996) Épületenergetika. BME Tankönyvkiadó, Budapest 4. Knabe, G.: (1979) Energieeinsparung beim Betrieb von Heizungs- und Klimaanlagen durch Anwendung einer optimalen Steuerung. Stadt- und Gebaudetechnik Berlin 33 5. Halász Gyné.:(2001) Távhőellátó rendszerek matematikai modellezése, különös tekintettel a fűtési fogyasztói rendszerek optimális szabályozására. Doktori értekezés, BME 6. Zöld A.:(1999) Energiatudatos építészet. Műszaki könyvkiadó ISBN 9963 16 30196 7. Zöld A.: (1996) Épületfizika gépészmérnökök számára 8. Homannay Gy-né. szerk. (2000): Épületgépészet 2000, I-II. Épületgépészet Kiadó, Budapest 9. Kalmár F.: (2009) Energiafelhasználás csökkentése lakóépületekben Debrecen 10. Jan Babiak-Bjaren W. Olesen-Dusan Petras: (2007) Alacsony hőmérsékletű fűtés és magas hőmérsékletű hűtés. Épületgépészet Kiadó Kft 11. Lipták András: Mérés, szabályozás és vezérlés az épületgépészetben. Hőellátás. 12. Baumann M.-Csoknya T.-Kalmár F.-Magyar Z.-Majoros A.-Osztroluczky M.-Szalay Zs.-Zöld A.: (2006) Az új épületenergetikai szabályozás. BAUSOFT Pécsvárad Kft 13. Büki G.: (1997) Energetika. Műegyetem kiadó 14. Maija Virta: (2004) Hűtőgerendák alkalmazástechnikai kézikönyv. Épületgépészet kiadó Kft. 15. Jakab Z. :(2000) Kompresszoros hűtés I-II.Magyar Mediprint Szakkiadó Kft. ISBN 96381184258 16. Varga E.: (2009) Vákuum hőszigetelés a passzívház építésben. II. Magyar Passzívház konferencia. 17. Halász Gyné., Kalmár F., Hámori S., Marcsó S., Csiha A.:(2005) Debrecen városi távhőellátó rendszeréről történő hűtési energiaellátás műszaki feltételeinek és a megvalósítás hatásának vizsgálata, Debreceni Hőszolgáltató Rt., Debrecen, 67 oldal. 18. Marcsó S.: (2010) LégtechnikaI.-Klímatechnika elektronikus oktatási segédanyag. Debrecen 19. Halász Gyné.: (2009) Hűtés termálvízzel 1-2 Magyar Épületgépészet, LVIII. évfoly., 2009/11, és 2009/12 Lektorált 20. Halász Gy-né.-Kalmár T.: (2007) Különböző hőtermelővel ellátott fűtési rendszerek exergetikai összehasonlítása I.rész, Magyar Épületgépészet, vol. L VI. 12 sz.,. 21. Halász Gy-né.-Kalmár T.: (2008) Különböző hőtermelővel ellátott fűtési rendszerek exergetikai összehasonlítása II.rész, Magyar Épületgépészet, vol. L VII. 1-2 sz.. Lektorált 22. Halász Gyné.: (2003) Energy saving principles. NAS-EnerBuild RTD Workshop, BME Budapest. 23. C. Fink, E. Blümel, R. Kouba, R. Heimrath: (2002) Passive Kühlkonzepte für Büround Verwaltungsgebäude mittels luftbzw. wasserdurchströmten Erdreichwärmetauschern 24. www.rehau.hu 25. www.bosy-online.de 26. www.greenspec.co.uk. 27. www.filterclean.co.uk

168

28. www.mandyhyj.files.wordpress.com 29. www.flowcon.com 30. www.grundfos.com 31. www.buderus.hu 32. www.viessman.de 33. http://en.wikipedia.org/wiki/Office#20th_century 34. www.hoszig.hu

169

5. IRODAÉPÜLET ENERGETIKAI AUDITÁLÁSA (Esettanulmány, Prof. Barótfi István PhD) Az energetikai audit célja az épület energiafelhasználásának felmérése, energia-megtakarítási javaslatok készítése. Az auditálás során olyan paramétereket is vizsgálni szoktak, melyek közvetlenül nem az energiafelhasználást befolyásolja, de fontos a fenntarthatóság szempontjából. Ez az esettanulmány egy konkrét vizsgálat a fenntartható irodaépület kialakításáért szükséges tennivalók gyakorlati bemutatására. Az energetikai auditnak nem feladata a pontos költség és megtérülés számítás, mivel azokhoz konkrét árajánlat bekérése szükséges, melyek már a megvalósíthatósági tanulmány témakörébe tartoznak. Ugyanakkor elvárás minden energia audittal szemben, hogy közelítő pontossággal tartalmazzon olyan kalkulációkat, melyek segítségével a tulajdonos el tudja dönteni, hogy mely beruházásokat indítja el, illetve mely beruházásokra készíttet konkrét megvalósíthatósági tanulmányt. Az energetikai audit során az irodaépület energiafelhasználásának értékelését a 2006. januártól 2007. decemberig terjedő időszak fogyasztási adatai (mérőórák mérési eredményei), a rendelkezésre bocsátott tervdokumentáció, valamint helyszíni bejárások alapján végeztük el. A helyszíni bejárásokra 2008 januárjában és februárjában került sor. Az energetikai audit a következőket foglalja magában: • Követelmények meghatározása • Energiafogyasztó rendszerek azonosítása • A tényleges energiafogyasztás meghatározása • A tényeleges energiafogyasztás összehasonlítása a tervezett értékekkel • Energia-megtakarítást elősegítő javaslatok készítése

5.1. Vezetői összefoglaló A budapesti irodaház épületenergetikai auditjának elvégzése során elemeztük az irodaház energiafogyasztását, helyszíni mérésekkel vizsgáltuk a belső légállapotot, felmértük a jelenleg beépített rendszereket, ellenőrző légtechnikai méréseket végeztünk, majd különböző energiatakarékossági javaslatokat dolgoztunk ki az épületszerkezetet, a fűtési-, illetve HMV rendszert, valamint a világítástechnikai rendszert érintően. A rendelkezésre álló 2006. és 2007. évi fogyasztási adatok alapján meghatároztuk az irodaház energiafogyasztását és ennek költségét.

170

5.1. táblázat Fogyasztási költségek megoszlása

Összesített fogyasztási adatok - 1134. Budapest, Dévai utca 26-28. szám alatti irodaház 2006. évi energiafelhasználás Energia hordozó megnevezése

2007. évi energiafelhasználás

Természetes mértékegységben

Hőegyenértékben GJ/év

Bruttó energiaköltség Ft

Természetes mértékegységben

Hőegyenértékben GJ/év

Bruttó energiaköltség Ft

41 890

1 431

4 012 558

44 978

1 537

4 511 995

Irodaház egyéb

763 622

8 934

22 129 782

859 500

10 056

26 802 818

Gépészet

781 391

9 142

25 186 138

920 800

10 773

30 070 062

Víz 3 m /év

5 619

-

2 211 730

6 630

-

2 978 662

Összesen:

-

19 508

53 540 207

-

22 367

64 363 537

Gáz 3 m /év

Villamos energia kWh/év

Víz 4%

Víz 5%

Gáz 7%

Villamos energia gépészet 48%

Villamos energia irodaház egyéb 41%

Gáz 7%

Villamos energia irodaház egyéb 42%

Villamos energia gépészet 46%

2006.

2007.

5.1. ábra A fogyasztási költségek arányai A fogyasztási költségek elemzése alapján látható, hogy a vizsgált időszakban a teljes költség összesen több, mint 88%-a az irodaház villamos energiafogyasztásának költsége volt. A villamos energiafogyasztási költségelemek aránya a teljes energiafogyasztási költséghez képest:
gépészet (légtechnikai és klímatechnikai gépek, liftek, stb.) 46-48%
irodaház egyéb (világítás, irodai gépek) 41-42%. A világítás jelenleg korszerű, energiatakarékos világítótestekkel üzemel, így a legnagyobb költségmegtakarítás a gépészeti rendszerek energiafelhasználásának csökkentésével érhető el. A gépészeti energiafelhasználás jelentősen csökkenthető a hűtési igény csökkentésével, mivel ennek értéke közelítőleg az átlagos gépészeti fogyasztás 26,7%, a teljes villamos energiafogyasztás 15,9% -a. Helyszíni felmérések legfontosabb tapasztalatainak összegzése: 1. A jelenlegi üzemeltetés energiatudatosan, az energetikai és komfort szempontokat figyelembe véve történik. Az épületgépészeti rendszerekben azonban további energiamegtakarítások is lehetőségek is kihasználhatók.

171

2. A helyszíni bejárások során megállapítottuk, hogy annak ellenére, hogy az ablakokat zárva tartják – a mesterséges szellőztetés miatt – a dolgozók rendszeresen kérik azok kinyitását. Ez energetikai szempontból kedvezőtlen, ugyanakkor a frisslevegő hiányára utal. Jóllehet a mérési eredményeink alapján meglévő tervezett frisslevegő mennyiség kielégíti az MSZ 21875-2-1991 szabvány fejadagra vonatkozó minimálisan előírásait, valamint az MSZ CR1752 szabvány „B” kategóriás követelményeit is. 3. A mérési eredmények alapján az irodaház 6. és 7. emeletén túlfűtési problémák jelentkeztek. Ezeken a területeken call centerek találhatók, ahol jellemzően az átlagosnál magasabb a belső hőterhelés. A mérési adatok alapján a helyiségek átlagos hőmérséklete átlagosan 2 °C – kal, csökkenthető, figyelembe véve az MSZ CR1752 szabvány előírásait. 4. A mérési adatokból látható, hogy a két központi légkezelő működése megfelel a tervezési adatoknak. A befújt és elszívott légmennyiség alapján az épületben túlnyomásos szellőzés alakul ki, a túlnyomás mértéke 135%, a kialakuló átlagos légcsere 1,5 1/h. Figyelembe véve a külső levegő minőséget, a túlnyomásos szellőzés megfelelő megoldás a belső levegő minőség megőrzése szempontjából, ez azonban csak akkor érvényesül, ha az ablakok fixen zártak. 5. A jelenlegi világítástechnikai rendszer korszerű, energiatakarékos lámpatestekből áll. Azonban további energia-megtakarítás érhető el mozgásérzékelők beépítésével a mosdókban, és közforgalmú tereken. Kivételt képez a lépcsőházi vészvilágítás. 6. A jelenlegi épületszerkezet felújítása nem javasolt, a hőtechnikai jellemzők megfelelőek.

Energia-megtakarítási javaslatok összegzése: Energiaellátó rendszer Az energiaellátó rendszer korszerűsítését gázmotor és abszorpciós hűtőberendezés beépítésével javasoljuk. A várható megtérülési idő: 5,1 év (folyamatos üzem és maximális kihasználtság esetén). A gázmotorok alkalmazása során fokozott figyelmet kell fordítani az akusztikai és környezetvédelmi hatások vizsgálatára is. Fűtési rendszer 1. Átlagos belső hőmérséklet csökkentése t=20°C-ra téli esetben, az MSZ CR1752 szabvány előírásai szerint. Az elérhető primerenergia megtakarítás 15%. 2. Négycsöves fan-coil rendszerek fűtési köreibe a beszabályozó szelepek beépítése, a hidraulikai beszabályozás elvégzése. 3. A hidraulikai beszabályozás elvégzése után a szekunder köri szivattyúk munkapontjának beállítása. Az elérhető energia-megtakarítás (a 2. és 3. pontra együttesen) 5%. A várható megtérülési idő: 12,3 év 4. Szekunder köri szivattyúk cseréje energiatakarékos, nagy hatásfokú, változtatható fordulatszámú motorral szerelt típusokra. Az elérhető primerenergia megtakarítás 10%.

172

5. A jelenlegi elavult gázkazán cseréje 4db kondenzációs kazánra. Az elérhető hőenergia megtakarítás 12%. A várható megtérülési idő: 20 év Hűtési rendszer
Átlagos belső hőmérséklet növelése t=26°C-ra nyári esetben, az MSZ CR 1752 szabvány előírásai szerint. Az elérhető villamos energia-megtakarítás 9%. A várható megtérülési idő: 0,04 év
Négycsöves és kétcsöves fan-coil rendszerek hűtési köreibe a beszabályozó szelepek beépítése, a hidraulikai beszabályozás elvégzése.
A hidraulikai beszabályozás elvégzése után a szekunder köri szivattyúk munkapontjának beállítása. Az elérhető villamos energia-megtakarítás (a 2. és 3. pontra együttesen) 5%. A várható megtérülési idő: 26,7 év
Szekunder köri szivattyúk cseréje energiatakarékos, nagy hatásfokú, változtatható fordulatszámú motorral szerelt típusokra. Az elérhető villamos energia-megtakarítás 10%. A várható megtérülési idő: 2,2 év
Szabadhűtés alkalmazása az épületszerkezet éjszakai temperálására, automatikus ablaknyitással illetve külső levegő keringtetéssel - (hosszú távú javulást eredményező megoldás). Légtechnikai rendszer 1. Az ablakok fix zárása és a belső komfort méréses vizsgálata (az ún. „sick building beteg épület” szindróma elkerülése érdekében is javasolt) - (hosszú távú javulást eredményező megoldás). 2. Helyiségen belüli légvezetési rendszer átalakítása a fokozott belső hőterhelésű helyiségekben (call centerek) elárasztásos légvezetési rendszerré. Így a kezelt levegő közvetlenül a tartózkodási zónába jut, kisebb a belső teret érő zajterhelés (az alacsony légbevezetési sebesség miatt) és a légzési zóna levegőtisztasága is fokozható - (hosszú távú javulást eredményező megoldás). Világítástechnikai rendszer 1. Mozgásérzékelő világítás kiépítése a mellékhelyiségekben és a közforgalmú tereken (hosszú távú javulást eredményező megoldás).

5.2. Érvényben lévő előírások MSZ CR1752: 2000 szabvány A belső környezeti követelmények (hőkörnyezet, akusztika és belső levegőminőség) a Magyarországon 2000. májusában bevezetett MSZ CR1752 szabvány előírásai szerint határozhatók meg. A szabvány előírása szerint a belső környezet (illetve az épületgépészeti rendszerek) három kategóriába sorolhatók:




„A” kategória: magas szintű elvárás „B” kategória: közepes szintű elvárás „C” kategória: alacsony szintű elvárás

173

A rendelkezésre bocsátott tervezési dokumentáció tartalmazott a belső környezet besorolására vonatkozó adatot. Figyelembe véve az épület rendeltetését, minden esetben a „B” kategória előírásait vettük figyelembe. 5.2. táblázat Belső környezeti paraméterek „B” kategória MSZ CR 1752 Megengedett Megengedett Hangnyomás Szellőző levegő Jellegzetes helységek hőmérséklet légsebesség szint mennyisége [°C] [m/s] [dBA] [l/s,m2]* Tél 22,0±2,0 0,18 Irodák 35 1,4 Nyár 24,5±1,5 0,22 Tél 22,0±2,0 0,18 Konferencia 35 4,2 termek Nyár 24,5±2,0 0,22 Tél 22,0±2,5 0,18 Éttermek, 45 5,6 kávézók Nyár 24,5±2,0 0,22 *Alapterületre vonatkoztatva Megjegyzés 1.: A szükséges szellőző levegő mennyisége meghatározható a helyiségben lévő szennyezőanyag források (pl.: emberek, bútorok, burkoló anyagok, …) alapján, figyelembe véve a szellőztetés módját. Megjegyzés 2.: A szükséges szellőző levegő mennyiségét meg kell növelni minden esetben, ha a dohányzás megengedett.

Az MSZ CR 1752 szabvány alapján meghatározható - az egyes belső környezeti jellemzőkre vonatkozóan – az elégedetlenség megengedhető értéke (szintén az „B” kategória alapján):



hőérzeti panaszok esetén <10% huzatra vonatkozó panaszok esetén <20%

További felvett adatok: Ruházat szigetelő képessége (1 clo = 0,155 m2C/W):
1 clo (tipikus üzletember ruházat) Tevékenységi szint (1 met = 58 W/m2):
1,0 met (nyugodt ülés)
1,2 met (könnyű fizikai munka)

5.3. Alapadatok Az audit során vizsgált irodaház Budapest központjában, szennyezett városi levegőjű környezetben, zajterhelés szempontjából kedvezőtlen helyen fekszik. A vizsgált irodaházhoz 3 szint mélygarázs, valamint földszint +8 emelet irodaszintek tartoznak. Az audit során az irodaszintek energiafelhasználását vizsgáltuk, a 7/2006 (V.24.) TNM rendelet előírásai értelmében. A vizsgálat ideje alatt az 5. szint teljesen, a 4. szint részben átépítés alatt állt. Az irodaház tereit döntő mértékben bérlők használják. Az egyes terek rendeltetését tekintve meghatározóak az irodák, valamint az alsóbb szinteken elhelyezkedő géptermek. Az épület szerkezetét tekintve korszerű, épületgépészeti rendszereit rendszeresen karbantartják. A jelenleg beépített berendezések állapota többnyire megfelelő. A külön energiaellátással rendelkező szintek a bérlők igényének megfelelően kerültek kialakításra, adott esetben külön mérőórával (pl. földszinti géptermek), melynek költségeit az adott bérlők közvetlenül fizetik. Az auditban ezért csak a központi gépházzal, és az ahhoz tartozó terekkel foglalkoztunk.

174

A 6. és 7. emeleti bérelt irodaterületek jelentős része ún. „call center”. Ezekben a nagylégterű irodahelyiségekben – az épületben található egyéb irodákkal összehasonlítva – nagyobb mértékű belső hőfejlődés keletkezik a bent tartózkodó személyek nagy száma, valamint az alkalmazott irodai gépek miatt. 5.3. táblázat Az üzemeltetési osztály által megadott alapterület adatok

DC 8.emelet 7.emelet 6.emelet 5.emelet 4.emelet 3.emelet 2.emelet 1.emelet Földszint (-1) Pince (-2) Pince (-3) Pince ÖSSZ

KIZÁRÓLAGOS AN HASZNÁLT TERÜLETEK 400,92 914,53 1009,43 1006,51 956,09 997,70 1363,77 1260,41 1102,50 1196,94 1217,66 1327,24 12753,70

SZINTI KÖZÖS TERÜLET

SZINTI HASZNÁLHATÓ TERÜLET

4,04 82,5 29,75 32,69 83,01 41,96 66,57 104,02 0 0,00 0,00 0,00 444,54

404,96 997,03 1039,18 1039,20 1039,10 1039,66 1430,34 1364,43 1102,50 1196,94 1217,66 1327,24 9456,40

ÉPÜLET KÖZÖS TERÜLET 26,58 29,66 29,66 29,66 29,66 29,66 31,1 31,1 152,68 33,94 0,00 33,94 457,64

EGYÉB, NEM BÉRTERÜLET 399,26 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 15,71 126,82 0,00 0,00 541,79

Az irodaház összes (pinceszintekkel együtt) nettó szintterülete: 10 455 m2. A bent tartózkodók számát – egyéb adat hiányában – átlagosan 10 m2/fő értékkel vettük figyelembe (ez megfelel egy átlagos kihasználtságú irodatérnek). Így a dolgozók számának becsült értéke 670 fő. Az épület üzemeltetői, valamint az irodaterek bérlői nem számoltak be jellegzetes panaszokról, az épületgépészeti rendszereket érintő problémákról. A helyszíni bejárások során megállapítottuk, hogy annak ellenére, hogy az ablakokat zárva tartják – a mesterséges szellőztetés miatt – a dolgozók rendszeresen kérik azok kinyitását. Ez energetikai szempontból kedvezőtlen, ugyanakkor a frisslevegő hiányára utal.

5.4. Helyszíni felmérések eredményei A helyszíni felmérésre 2008. februárjában került sor. A felmérés során az alábbi feladatokat végeztük el: • jellegzetes panaszok, üzemviteli tapasztalatok rögzítése; • épületszerkezet jelenlegi állapotának rögzítése (nyílászárók típusa, állapota; hőszigetelés állapota, …); • fűtési rendszer felmérése (kazánház kialakítása, beépített fan-coilok típusa, mennyisége, szabályozási lehetőségek,…); • HMV hálózat felmérése (beépített csapolók típusa, mennyisége); • világítástechnikai rendszerek felmérése (világítótestek típusa, mennyisége); • légállapot folyamatos mérése az épület különböző pontjaiban 10 percenként 3 héten keresztül; • légtechnikai ellenőrző mérések a központi légkezelőknél.

175

5.4.1. Fűtési rendszer Az épület hőellátását a 8. emeleti kazánházban elhelyezett 2db Vaillant VKG 2-378/2U típusú gázkazán biztosítja. Az előállított 70/50°C-os fűtési melegvizet egy osztó-gyűjtőn keresztül két párhuzamosan kötött cirkulációs szivattyú keringteti, melyek közül egyik a légkezelő fűtési hőcserélősének, másik a parapetes fan-coilok fűtővizét cirkuláltatja. Fűtési körök keringtető szivattyúi:
WILO DOS 40/90R (légkezelő)
WILO TOP SD50/10 (FC iroda) A helyiségek hőleadói 4 csöves parapet fan-coil készülékek. A két fűtési kör visszatérő vezetékeibe a szükséges tömegáramok beállítására egy-egy TA gyártmányú beszabályozó szelep került beépítésre.

5.4.2. Hűtési rendszer Az épület számára szükséges hűtővizet a 8. emeleti hűtőgépházban elhelyezett CLIREFF DLR 3-54 E típusú folyadékhűtő, valamint a 3. emeleti 3 db új folyadékhűtő biztosítja. A régi szekunder oldali 6/12°C-os rendszer egy osztó gyűjtő segítségével 3 különálló körre válik szét, melyek közül kettő a régi és az új fan-coilos hálózatot, egy pedig a 8. emeleti szellőzőgép hűtési hőcserélőjét látja el. A kültéri glykolhűtő Gfh 090 C/2×2l típusú. Az új fan-coilos hűtési kör a 3. és a 8. emelet közötti szintekre dolgozik. A telepített kb. 100 db új Carrier WKC típusú kazettás álmennyezeti fan-coil készülék kétcsöves kialakítású, míg a régi hűtési rendszer négycsöves parapet fan-coilokat tartalmaz. Az új hűtési rendszer kiépítését követően egy 1200 literes puffertartály került beépítésre. Az épületben jelenleg összesen 192 db fan-coil készülék üzemel. Hűtési körök keringtető szivattyúi:
WILO Dpn 80/200-3/4 (légkezelő)
WILO TOP SD 50/10 (álmennyezeti FC)
WILO DOP 65/125 (iroda FC) A három folyadékhűtőt és két légkezelőt tartalmazó új gépház a 3. emeleti zöldtetőn került kialakításra. A három folyadékhűtő indítását és léptetését egy Honeywell szabályozó automatika működteti. A 3. emeleti gépház jelenleg az 1. az 5. valamint a 2. emelet felének a hűtését és frisslevegő ellátását biztosítja.

5.4.3. Légtechnika Az épület teljes légellátását a 8. és a 3. emeleti szellőzőgépházban található központi légkezelő berendezések, valamint a vizesblokki elszívó ventilátorok végzik. 8. emeleti központi légkezelő

176

Az irodaszintek frisslevegő ellátását és a garázsszintek szellőztetését a nyolcadik emeleti WOLF gyártmányú, forgódobos hővisszanyerővel rendelkező légkezelő berendezés biztosítja. Légszállítások: Vbe= 38 740 m3/h Vel= 27 400 m3/h Ellátott szintek: - Földszint, - 2-4. emelet - 6-8. emelet A kiépített légcsatornahálózat szerelt kivitelű négyszög és kör keresztmetszetű csövekből áll. A rendszer légtechnikai beszabályozását az elmúlt év novemberében végezték el az akkori igényeknek megfelelően, így az 1. és az 5. emeleti szintekre a központi légkezelő a beszabályozás óta nem dolgozik. Eredetileg egész napos üzemben működött a központi légkezelő a call-centerek 24 órás szolgálata miatt, azonban energia-megtakarítás céljából az üzemeltetés 22-03 óráig mindennap szünetelteti az üzemet. A bérlőktől panasz a leállítással kapcsolatban nem érkezett a műszaki osztályra. 3. emeleti légkezelők A később megvalósult 2 db új VTS és AIRVENT gyártmányú légtechnikai szellőzőgép a 3. emeleti zöldtetőn kialakított gépházban került elhelyezésre. Ellátott szintek: - 1. emelet (AIRVENT légkezelő) - 5. emelet (VTS légkezelő) Az új légkezelők a régi központi légkezelőhöz képest kb. másfélszeres légmennyiséget juttatnak az adott szintekre, amivel jobb légcserét képesek megvalósítani. Légszállításuk ~10 000 m3/h gépenként. Az új légkezelők üzemét Honeywell elektronika szabályozza.

5.4.4. Vízfelhasználás A létesítményben található csaptelepek túlnyomó többségben egykaros perleátoros keverőcsapok. A WC tartályok szabályozható öblítésű ürítő szelepekkel vannak ellátva. A használati melegvizet a mosdóknál és mosogatóknál 5 és 10 literes kis elektromos vízmelegítők szolgáltatják. Az intézmény vízfogyasztásának célja:
WC használat, tisztálkodás
Étkezés, mosogatás
Takarítás

5.4.5. Világítás Az irodaház villamos energia fogyasztásának egyik részét a világítás, a számítógépek és a különböző irodai berendezések (számítógépek, fénymásolók, nyomtatók, …) teszik ki. A másik jelentős fogyasztást a gépészeti berendezések (légkezelők, folyadékhűtők, felvonók, stb.) jelentik.

177

Az irodaterek megvilágítása korszerű, álmennyezetbe szerelt, tükrös armatúrájú neoncsövekkel történik. A mellékhelyiségben energiatakarékos kompakt fénycsövekkel felszerelt süllyesztett lámpatestek, a mosdók felett páramentes burkolatú fénycsöves világítás található. A garázsszinteken mozgásérzékelős kapcsolóval ellátott neoncsöves világítás van kiépítve. Az irodaház két villanyórája közül egyik a világítás, másik a gépészeti berendezések (felvonók, hűtőgépek, légkezelők, FC-k, …) elektromos fogyasztását méri.

178

5.4. táblázat Az irodaház beépített lámpatestei Szint 8. emelet

7. emelet

6. emelet

5. emelet

4. emelet

3. emelet

2. emelet

Beépített lámpatestek típusa Süllyesztett tükrös armatúra (2×58W) 1×58 W-os pormentes lámpatest Kompakt fénycső Süllyesztett tükrös armatúra (2×58W) 1×18 W-os por és páramentes lámpatest Süllyesztett tükrös armatúra (2×58W) Süllyesztett tükrös armatúra (4×18W) Kompakt fénycső 1×18 W-os por és páramentes lámpatest Átépítés alatt Süllyesztett tükrös armatúra (2×58W) Süllyesztett tükrös armatúra (4×18W) Kompakt fénycső 1×18 W-os por és páramentes lámpatest Süllyesztett tükrös armatúra (2×58W) Süllyesztett tükrös armatúra (4×18W) Kompakt fénycső 1×18 W-os por és páramentes lámpatest Kompakt fénycső Süllyesztett tükrös armatúra (4×18W) 1×18 W-os por és páramentes lámpatest

Mennyiség [db] 28 1 27 108 4 88 6 13 4

79 35 25 4 49 18 31 4 13 153 4

5.4.6. Helyszíni légállapot mérések A helyszíni mérések során az épület különböző pontjain a levegő hőmérsékletének és páratartalmának mérésére szolgáló összesen 7 db adatgyűjtő készüléket helyeztünk el. Tekintettel az épület méretére és kialakítására a mérési eredményeket 10 percenként rögzítettük 3 héten keresztül. A kihelyezett mérőműszereket 2 m magasságban helyeztük el. A

179

mérési eredményeket követelményekkel.

összehasonlítottuk

a

vonatkozó

szabványban

meghatározott

A légállapot méréseket 2008. 02. 12. 0:00 és 2008. 03. 04. 0:00 között végeztük. A feladat elvégzésénél használt mérőműszerek: KIMO KH-100 AO típusú hőmérséklet és páratartalom mérésére szolgáló adatgyűjtő készülék. 5.5. táblázat A kihelyezett adatgyűjtők típusa és pozíciójuk Típus

Paraméterek

Szériaszám

Pozíció

KIMO KH-100 AO

°C, %HR

07112576

3.em. zöldtet ő (KÜLSŐ)

KIMO KH-100 AO

°C, %HR

07112577

6.em. Enternet (porta)

KIMO KH-100 AO

°C, %HR

07112578

3.em. Mölnlyke Health Care

KIMO KH-100 AO

°C, %HR

07112579

Fszt. Porta

KIMO KH-100 AO

°C, %HR

07112580

6.em. Enternet (call c enter)

KIMO KH-100 AO

°C, %HR

07112581

7.em. Vodafone

KIMO KH-100 AO

°C, %HR

07112582

3.em. Genertel

A következő ábrák a mért hőmérséklet és páratartalom változásokat mutatják, a vastag vonalak az utoló ábrán a mérési eredményekhez tartozó trend görbéket jelzik. M ért hőmérsékle te k (2008.02.12-2008.03.04) 30 25 20

Földs zint Porta 3.em . Genertel

10

3.em . Mölnyke Health Care 6.em . Enternet (porta) 6.em . Enternet (call center)

5

7.em . Vodafone

0 -5

180

2008.03.04

2008.03.03

2008.03.02

2008.03.01

2008.02.29

2008.02.28

2008.02.27

2008.02.26

2008.02.25

2008.02.24

2008.02.23

2008.02.22

2008.02.21

2008.02.20

2008.02.19

2008.02.18

2008.02.17

2008.02.16

2008.02.15

2008.02.14

2008.02.13

-10 2008.02.12

Hőmérséklet [°C]

Küls ő

15

181 2008.03.04

2008.03.03

2008.03.02

2008.03.01

2008.02.29

2008.02.28

2008.02.27

2008.02.26

2008.02.25

2008.02.24

2008.02.23

2008.02.22

2008.02.21

2008.02.20

2008.02.19

2008.02.18

2008.02.17

2008.02.16

2008.02.15

2008.02.14

2008.02.13

2008.02.12

Páratartalom [%] 60

50

40

2008.03.03

2008.03.02

2008.03.01

2008.02.29

2008.02.28

2008.02.27

2008.02.26

2008.02.25

2008.02.24

2008.02.23

2008.02.22

2008.02.21

2008.02.20

2008.02.19

2008.02.18

2008.02.17

2008.02.16

2008.02.15

2008.02.14

2008.02.13

2008.02.12

Hőmérséklet [°C]

M ért páratartalmak (2008.02.12-2008.03.04)

100

90

80

70 Küls ő

Földs zint Porta

3.em . Genertel

3.em . Mölnyke Health Care

6.em . Enternet (porta)

6.em . Enternet

7.em . Vodafone

15

10

5

0

-5 (call center)

30

20

10

0

Napi átlagos hőmérsékletek (2008.02.12-2008.03.04)

30

25

20

Földs zint Porta Küls ő

3.em . Genertel

3.em . Mölnyke Health Care

6.em . Enternet (recepció)

6.em . Enternet (call center)

7.em . Vodafone

Napi átlagos páratartalmak (2008.02.12-2008.03.04) 80

70

Páratartalom [%]

60

Küls ő

50

Földs zint Porta 3.em . Genertel 3.em . Mölnyke Health Care

40

6.em . Enternet (recepció) 6.em . Enternet (call center)

30

7.em . Vodafone

20

10

2008.03.03

2008.03.02

2008.03.01

2008.02.29

2008.02.28

2008.02.27

2008.02.26

2008.02.25

2008.02.24

2008.02.23

2008.02.22

2008.02.21

2008.02.20

2008.02.19

2008.02.18

2008.02.17

2008.02.16

2008.02.15

2008.02.14

2008.02.13

2008.02.12

0

A he lyisége k hőmérsékle t értéke ine k tre nd görbéi 29 Földs zint Porta

27

3.em . Genertel 3.em . Mölnyke Health Care 6.em . Enternet (porta) 6.em . Enternet (call center)

23

7.em . Vodafone Polinom . (6.em . Enternet (call center))

21

Polinom . (Földs zint Porta) Polinom . (3.em . Mölnyke Health Care)

19

Polinom . (3.em . Genertel) Polinom . (7.em . Vodafone)

17

Polinom . (6.em . Enternet (porta))

5.2. ábra A mérési eredmények

182

2008.03.04

2008.03.03

2008.03.02

2008.03.01

2008.02.29

2008.02.28

2008.02.27

2008.02.26

2008.02.25

2008.02.24

2008.02.23

2008.02.22

2008.02.21

2008.02.20

2008.02.19

2008.02.18

2008.02.17

2008.02.16

2008.02.15

2008.02.14

2008.02.13

15 2008.02.12

Hőmérséklet [°C]

25

5.6. táblázat A mért értékek összesítése Hőmérséklet [°C] 3.em. 6.em. 6.em. Földszint 3.em. Mölnyke Enternet 7.em. Mérési hely Külső Enternet Porta Genertel Health (call Vodafone (recepció) Care center) 3 hét átlagértéke 6,84 21,68 24,19 22,88 24,46 24,81 25,24 3 hét minimuma

-7,85

17,92

22,94

20,74

22,41

22,22

23,36

3 hét maximuma

18,06

25,09

25,31

24,83

26,30

28,21

27,38

Páratartalom [%] 3.em. 6.em. 6.em. Földszint 3.em. Mölnyke Enternet 7.em. Mérési hely Külső Enternet Porta Genertel Health (call Vodafone (recepció) Care center) 3 hét átlagértéke 57,94 24,63 21,63 23,85 21,93 21,97 24,03 3 hét minimuma

24,70

11,60

10,80

14,20

11,20

12,40

14,50

3 hét maximuma

86,70

36,10

33,00

32,20

32,50

31,80

35,10

Irodaterek vonatkozásában az MSZ CR 1752:2000 szabvány előírásai szerint a belső hőmérsékletet „B” kategória esetén 22±2,0 °C tartományban kell tartani. A mérési eredmények alapján az irodaház 6. és 7. emeletén túlfűtési problémák jelentkeztek. Ezek a területeken call centerek találhatók, ahol jellemzően az átlagosnál magasabb a belső hőterhelés. A mérési adatok alapján a helyiségek átlagos hőmérséklete átlagosan 2 °C – kal, csökkenthető, figyelembe véve az MSZ CR1752 szabvány előírásait. Az eredményekből jól látható, hogy a vizsgált időszak alatt a legalacsonyabb hőmérsékletértékeket a földszinti portaszolgálatnál rögzítettük, ami a folyamatos forgalom miatt a bejáraton keresztül kialakuló légmozgással és a helyiség nagy belmagasságával magyarázható. A legmagasabb átlagos hőmérsékletet a nagyszámú számítógépet és alkalmazottat foglalkoztató 7. emeleti Vodafon call-centerében mértük. Az irodaszinteket tekintve a mért átlagos hőmérséklet értékek közötti maximális eltérés 2,35 °C volt, mely a Vodafone és a Mölnyke Health Care helyiségei között alakult ki.

5.4.7. Légtechnikai ellenőrzőmérések A helyszíni vizsgálataink alatt az irodák központi befúvó és elszívó rendszerének ellenőrző mérését is elvégeztük. A 8. emeleti szellőző gépházban mértük a légkezelők légszállításait és összevetettük a 2007 novemberében készült beszabályozási jegyzőkönyvben szereplő értékekkel. A feladat elvégzésénél használt mérőműszer •

KIMO AMI 301 multifunkciós mérőműszer (hődrótos légsebességmérő szondával) Gyári szám: 07111588 Kalibráció dátuma: 2007. 12. 12.

183

5.3. ábra A méréseket a már kialakított mérőhelyeken keresztül végeztük el. A vizsgálat alatt a szűrők megfelelő tisztaságúak voltak. A mérési eredményeket táblázatos formában összegeztük. 5.7. táblázat A központi légkezelő mérési adatai Mérési pont GBB GBJ GEB GEJ

Összes befúvás Összes elszívás

Beszabályozott Vbeszab [mm×mm] [m3/h] 1100×800 20 040 1100×800 19 170 800×800 11 980 800×800 15 840 A

Tervezési Vterv [m3/h] 38 740 27 400

Mért értékek vmért Vmért [m/s] [m3/h] 6,15 19 520 5,79 18 340 6,06 13 980 6,12 14 113

Beszabályozott Vbeszab [m3/h] 39 210 27 820

Mért Vmért [m3/h] 37 860 28 093

Vmért/ Vterv [%] 98 103

A mérési adatokból látható, hogy a két központi légkezelő működése megfelel a tervezési adatoknak. A befújt és elszívott légmennyiség alapján az épületben túlnyomásos szellőzés alakul ki, a túlnyomás mértéke 135%, a kialakuló átlagos légcsere 1,5 1/h. Figyelembe véve a külső levegőminőséget, a túlnyomásos szellőzés megfelelő megoldás a belső levegő minőség megőrzése szempontjából, ez azonban csak akkor érvényesül, ha az ablakok fixen zártak.

5.5. Energiafogyasztás elemzése Az intézmény energiafogyasztásának elemzése során az alábbiakat vizsgáltuk:
gázfogyasztás (fűtés)
elektromos energiafogyasztás
vízfogyasztás

184

Az elemzéshez az irodaház üzemeltetője által rendelkezésre bocsátott 2006. és 2007. évi fogyasztási adatokat használtuk fel.

5.5.1. Gázfogyasztás Az irodaház gázfogyasztását a rendelkezésre bocsátott, 2006. és 2007. évi közüzemi számlák alapján elemeztük. A gázfogyasztásból származó hőenergia kizárólag fűtési célra fordítódik. (A HMV termelés elektromos vízmelegítőkkel történik.) 5.8. táblázat A gázfogyasztás adatai Nettó Nettó Nettó Nettó Bruttó Gázgázfogyasztási alapd Fogyasztás energiaadó összköltség összköltség fogyasztás költség íj i időszak MJ Ft Ft Ft Ft Ft 499 1 431 333 2 883 194 80 154 3 462 668 4 012 558 2006. 320 525 1 537 090 3 472 287 86 076 4 083 963 4 511 995 2007. 600 ÁFA tartalom 2006. szeptember előtt +15%, 2006. szeptembertől +20%

5.9. táblázat A vizsgált időszak adatai alapján az éves átlagos gázfogyasztás Átlagos gázfogyasztás Hónap gnm3 GJ kWh 01. 11 478 392 109 004 02. 7 834 268 74 334 03. 7 156 244 67 885 04. 4 797 164 45 522 05. 855 29 8 125 06. 0 0 0 07. 0 0 0 08. 0 0 0 09. 0 0 0 10. 875 30 8 326 11. 4 624 158 43 923 12. 5 815 199 55 163 Összesen: 43 434 1 484 412 281

185

Átlagos fűtési energiafelhasználás 120 000 100 000

kWh

80 000 60 000 40 000

20 000 0 06.

07.

08.

09.

10.

11.

12.

01.

02.

03.

04.

05.

Hónap

5.4. ábra A fűtési energiafelhasználás Nettó költségek megoszlása Gázfogyasztás 100% 90% 80%

14,4%

12,9%

2,3%

2,1%

83,3%

85,0%

Alapdíj Energiaadó Gázfogyasztás

70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 2006.

2007.

5.5. ábra A gázfogyasztás költségei A tényleges gázfogyasztástól függő költségtényezők (gázfogyasztás + energiaadó) összege átlagosan 86,4%-a a teljes költségnek. A 2008. január 01.-től érvényes díjszabás (a 97/2007. (XII.1) GKM rendelet) alapján az átlagos éves gázfogyasztást (1 484 GJ/év) és az össz mérőteljesítményt (40,0 m3/h) figyelembe véve a teljes bruttó költség: (1 484 000* (2,354 + 0,056) + 40*13 704)*1,2 = 4 949 520 Ft.

186

5.5.2. Vízfogyasztás, csatornázási költségek Az irodaépület vízfogyasztását a rendelkezésre bocsátott, 2006. és 2007. évi közüzemi számlák alapján elemeztük (3. melléklet). A vízfogyasztást kombinált vízóra méri. 5.10. táblázat A vízfogyasztás költségei Szennyvíz Áthárított VízVízfogyasztási környezetAlapdíj elvezetési fogyasztás költség díj terhelési díj m3 Ft Ft Ft Ft 2006.

5 619

783 289

3 000

1 064 239

42 704

2007.

6 630

1 015 053

38 400

1 263 744

165 021

ÁFA tartalom 2006. szeptember előtt +15%, 2006. szeptembertől +20%

5.11. táblázat A vizsgált időszak átlagos vízfogyasztása 2006. 2007. Átlag Hónap 3 3 m m m3 01. 320 592 456 02. 309 727 518 03. 292 533 413 04. 458 930 694 05. 298 781 540 06. 1075 570 823 07. 278 724 501 08. 546 444 495 09. 474 575 525 10. 635 72 354 11. 383 466 425 12. 551 216 384 Összesen: 5619 6630 6124

187

Nettó összes

Bruttó összes

Ft Ft 1 893 2 211 730 232 2 482 2 978 662 218

Nettó költségek megoszlása Vízfogyasztás 100% 2,3%

6,6%

90%

Áthárított környezetterhelési díj

80%

Szennyvíz elvezetési díj

56,2%

70%

50,9%

60%

Alapdíj Vízfogyasztási költség

50% 40%

0,2%

1,5%

41,4%

40,9%

30% 20% 10% 0% 2006.

2007.

5.6. ábra A vízfogyasztás költségarányai A tényleges vízfogyasztástól függő költségtényezők (vízfogyasztás + szennyvíz elvezetés + áthárított környezetterhelési díj) összege átlagosan 99,1%-a a teljes költségnek. Az éves átlagos vízfogyasztás a vizsgált időszak adatai alapján: 6 125 m3. A 2008. február havi egységárak alapján 1 m3 vízmennyiség után fizetendő díjak:
vízfogyasztási díj: 166,5 Ft/m3 + ÁFA
szennyvízelvezetési díj: 198,04 Ft/m3 +ÁFA
áthárított környezetterhelési díj: 38,96 Ft/m3 +ÁFA Figyelembe véve az átlagos éves vízfogyasztást, ennek bruttó összköltsége: 2 965 483 Ft/év. A 2008. januárjától fizetendő alapdíj (15 m3 napi átlagfogyasztás felett évente) bruttó: 64 800 Ft. A teljes bruttó költség így: 3 030 283 Ft/év.

5.5.3. Villamos energiafogyasztás Az irodaház villamos energiafogyasztását és ennek költségeit a közüzemi számlák adatai alapján, a 2006. és 2007. évi időszakra vonatkozóan (4. melléklet) határoztuk meg. Az irodaház villamos energiafogyasztását két főmérő méri, az üzemeltetők tájékoztatása szerint az egyik óra a gépészeti berendezések, a másik az irodaház egyéb (világítás, irodai berendezések, vízmelegítők, stb.) energiafogyasztását méri. A csúcsidőszaki és csúcson kívüli fogyasztást csak 2007. júliusa óta mérik külön is.

188

5.12. táblázat

Mérőszám

2006. 2007.

Rendszer

9901457069 9901457070 9901457069 9901457070

irodaház egyéb gépészet irodaház egyéb gépészet

Mért fogyasztás 24 órás kWh 763 622 781 391 859 500 920 800

Mért fogyasztás költsége Ft 20 071 231 20 531 693 20 775 450 22 627 699

Szerződött Meddő Teljesítmény Bruttó teljesítmény fogyasztás Energiaadó túllépés díja összköltség díja díja Ft 1 888 110 3 776 220 5 161 194 6 379 236

Ft 703 818 179 282 354 527

Ft 495 050 503 078

Ft 170 441 174 406 191 840 205 523

Ft 22 129 782 25 186 138 26 802 817 30 070 062

5.13. táblázat A vizsgált időszak éves átlagos villamos energiafogyasztása Összesített elektromos energiafogyasztás Átlag Hatásos fogyasztás 24h Hónap Irodaház Gépészet Összesen egyéb kWh kWh kWh 01. 63 996 55 673 119 669 02. 51 098 46 638 97 736 03. 69 152 62 053 131 205 04. 59 555 63 056 122 611 05. 63 674 77 069 140 743 06. 62 384 93 209 155 593 07. 68 674 114 609 183 283 08. 72 722 97 643 170 364 09. 72 845 66 949 139 794 10. 77 083 60 083 137 166 11. 75 896 54 432 130 328 12. 74 480 59 684 134 164 811 561 851 095 1 662 656 Összesen: *Irodaház egyéb: világítás, irodatechnika **Gépészet: épületgépészet, liftek

Átlagos hatásos fogyasztás 24h

200 000,0

Gépészet

180 000,0

Irodaház egyéb

160 000,0 140 000,0 kWh

120 000,0 100 000,0 80 000,0 60 000,0 40 000,0 20 000,0 0,0 01. 02. 03. 04. 05. 06. 07. 08. 09. 10. 11. 12.

5.7. ábra A villamosenergia átlagos havi fogyasztása A gépészeti fogyasztás átlagos értéke hűtési időszakban (májustól szeptemberig) 89 896 kWh, fűtési időszakban 57 376 kWh. Mivel nincsenek az egyes gépek fogyasztását mérő almérők, a

189

számlaadatok alapján a tényleges fűtési illetve hűtési villamos energiafogyasztás nem határozható meg. Bruttó költségek megoszlása Villamos energiafogyasztás 0,0% 0,7%

100%

1,8% 0,7%

Teljesítmény túllépés díja

12,0%

90%

Energiaadó 20,3%

1,5%

Szerződött teljesítmény díja

80%

Meddő fogyasztás díja

0,9%

Mért fogyasztás költsége

70% 60% 50% 85,8%

76,3%

40% 30% 20% 10% 0% 2006

2007

5.8. ábra A villamosenergiafogyasztás költségarányai A fogyasztási költségek megoszlása alapján látható, hogy megtakarítás elsődlegesen az energiaigények csökkentésével érhető el. Az energiafogyasztás minimalizálása esetén további megtakarítás érhető el a szerződött teljesítmények módosításával. Mivel a csúcsidei és a csúcsidőn kívüli fogyasztás mérése csak 2007. júliusától történik, az egyes időszaki fogyasztások éves átlaga a rendelkezésre álló adatok alapján nem elemezhető.

5.5.4. Fogyasztási adatok összesítés Összesített fogyasztási adatok - 1134. Budapest, Dévai utca 26-28. szám alatti irodaház 2006. évi energiafelhasználás Energia hordozó megnevezése

2007. évi energiafelhasználás

Természetes mértékegységben

Hőegyenértékben GJ/év

Bruttó energiaköltség Ft

Természetes mértékegységben

Hőegyenértékben GJ/év

Bruttó energiaköltség Ft

41 890

1 431

4 012 558

44 978

1 537

4 511 995

Irodaház egyéb

763 622

8 934

22 129 782

859 500

10 056

26 802 818

Gépészet

781 391

9 142

25 186 138

920 800

10 773

30 070 062

Víz 3 m /év

5 619

-

2 211 730

6 630

-

2 978 662

Összesen:

-

19 508

53 540 207

-

22 367

64 363 537

Gáz 3 m /év

Villamos energia kWh/év

5.14. táblázat

190

Fogyasztási költségek megoszlása Víz 4%

Víz 5%

Gáz 7%

Villamos energia gépészet 48%

Villamos energia irodaház egyéb 41%

Gáz 7%

Villamos energia irodaház egyéb 42%

Villamos energia gépészet 46%

2006.

2007. 5.9. ábra

A fogyasztási költségek elemzése alapján látható, hogy a vizsgált időszakban a teljes költség összesen több, mint 88%-a az irodaház villamos energiafogyasztásának költsége volt. A villamos energiafogyasztási költség elemek aránya a teljes energiafogyasztási költséghez képest:



gépészet (légtechnikai és klímatechnikai gépek, liftek, stb.) irodaház egyéb (világítás, irodai gépek)

46-48% 41-42%.

5.5.5. Primerenergia igény számítása A különböző jellegű energiaigények a primerenergia-átalakítási tényező (e) figyelembe vételével összegezhetők. A 7/2006. (V.24) TNM rendelet értelmében az alábbi energiaátalakítási tényezők vehetők figyelembe:
Elektromos áram: e=2,5
Csúcson kívüli elektromos áram: e=1,8
Földgáz: e=1,0 A közüzemi számlák alapján meghatározott energiafogyasztások primerenergiában kifejezve:

Fűtés (gázfogyasztás) Irodaház, egyéb villamos energiafogyasztás Gépészeti villamos energiafogyasztás

Fogyasztás (számla adat) kWh/év 412594,0

Primerenergia igény e kWh/év kWh/m2,év* 1,0 412594 45,8

Arány 9%

811561,0

2,5 2028903

225,0

44%

851095,0

2,5 2127738

236,0

47%

*Nettó fűtött alapterületre vonatkoztatott érték

191

5.6. Szellőzéstechnikai ellenőrzés Az épület frisslevegő ellátását és a garázsszintek szellőztetését a nyolcadik emeleti WOLF gyártmányú légkezelő berendezés biztosítja. Az irodaszinteket ellátó forgódobos hővisszanyerővel rendelkező légkezelő az alábbi tervezési légmennyiségeket biztosítja:
Vbe= 38 740 m3/h
Vel= 27 400 m3/h Ellátott szintek:
Földszint,
2-4. emelet,
6-8. emelet A légszállítási adatokból látható, hogy az épület túlnyomásosra lett tervezve, hogy a külső szennyezett, poros levegő kezeletlenül ne kerüljön az épületbe. 670 fő benntartózkodó személlyel számolva, a szabványok alapján a következő frisslevegő igények adódnak fejadagra és alapterületre vonatkoztatva, nem dohányzó helyiségek és szellemi munkavégzés esetében: MSZ 21875-2-1991 szabvány: 30 m3/h,fő 3 Vfriss= 670 × 30 = 20 100 m /h MSZ CR1752 szabvány alapján: 1,4 l/s,m2 Vfriss= 7052 × 1,4 = 9 873 l/s = 35 542 m3/h A mérési eredményeink alapján meglévő tervezett frisslevegő mennyiség kielégíti az MSZ 21875-2-1991 szabvány fejadagra vonatkozó minimálisan előírásait, valamint a CR 1752 „B” kategóriás követelményeit is.

5.7. Épületenergetikai számítások 5.7.1. Épületszerkezeti adatok meghatározása A következőkben az épület-együttes épülethatároló szerkezeteinek vizsgálata során a következő adatok kerülnek kidolgozásra: • A szerkezetek jelenlegi állapota és névleges hőátbocsátási tényezőik. • A szerkezetek kialakítása, névleges hőátbocsátási tényezői a tervezett utólagos hőszigetelés beépítése, illetve a nyílászáró szerkezetek cseréje vagy felújítása esetén – figyelembe véve az új épületenergetikai szabályozás követelményértékeit. 1.

Nem járható tető (1 rétegrend, koporsófödém, E-13 terv) A tetőszerkezet rétegfelépítése: • Csapadékvíz-szigetelés • 5 cm aljzatbeton (λ = 1,28 W/mK) + PE fólia technológiai szigetelés • 12 cm lépésálló ásványgyapot hőszigetelés (λ = 0,05 W/mK) • átl. 17 cm habbeton (λ = 0,12 W/mK) • 25 cm vasbeton lemezfödém (λ = 1,55 W/mK) A tetőszerkezet hőátbocsátási tényezője: U = 0,24 W/m2K.

192

Hőhidak többlet hővesztesége: χ = 1,20 (erősen hőhidas) A tetőszerkezetek eredő hőátbocsátási tényezője U = 1,2 x 0,22 = 0,29 W/m2K Értékelés: a tetőszerkezet utólagos hőszigetelése műszakilag lehetséges PLUStető kialakításával, de csak nagy költségráfordítással (megtérülési idő: >25 év). Nem javasolható. 2.

Zöldtető (1a rétegrend, E-15 terv) A tetőszerkezet rétegfelépítése: • Növényzet • 20 cm ültetőközeg (λ = 0,60 W/mK) • 8 cm szűrőbeton (λ = 1,28 W/mK) • 1 cm bitumenes szigetelés (λ = 0,17 W/mK) • 5 cm aljzatbeton (λ = 1,28 W/mK) + PE fólia technológiai szigetelés • 12 cm lépésálló ásványgyapot hőszigetelés (λ = 0,05 W/mK) • átl. 17 cm habbeton (λ = 0,12 W/mK) • 25 cm vasbeton lemezfödém (λ = 1,55 W/mK) • 20 cm álmennyezeti tér+ álmennyezet A tetőszerkezet hőátbocsátási tényezője: U = 0,22 W/m2K. Hőhidak többlet hővesztesége: χ = 1,20 (erősen hőhidas) A tetőszerkezetek eredő hőátbocsátási tényezője U = 1,2 x 0,22 = 0,27 W/m2K Értékelés: a tetőszerkezet utólagos hőszigetelése nem indokolt, illetve gyakorlatilag nem, vagy csak nagy költségráfordítással lehetséges.

3.

Koporsófödém ferde tetőszakaszai (7 rétegrend, E-15 terv) A szerkezet rétegfelépítése: • Fémlemez fedés • Tetőfólia • 11 cm szellőztetett légréteg (R = 0,14 m2K/W) • 12 cm THERWOOLIN NF 20 P/CS hőszigetelés szelemenek között (λ = 0,056 W/mK) • 15 cm vasbeton lemezfödém (λ = 1,55 W/mK) • 1,25 cm gipszkarton burkolat (λ = 0,40 W/mK) A tetőszerkezet hőátbocsátási tényezője: U = 0,39 W/m2K Hőhidak többlet hővesztesége: χ = 1,20 (erősen hőhidas) A tetőszerkezetek eredő hőátbocsátási tényezője U = 1,2 x 0,39 = 0,47 W/m2K Értékelés: a tetőszerkezet utólagos külső oldali hőszigetelése gyakorlatilag nem lehetséges, még a tetőhéjalás elbontásával sem (tetőablakok beépítési helye miatt).

4.

Külső falak (E-15 terv) A szerkezet rétegfelépítése: • Kőburkolat • Légréteg (R = 0,17 m2K/W) • 4 cm THERWOOLIN NL 32 P/CS hőszigetelés dűbel rögzítéssel (λ = 0,039 W/mK) • 30 cm POROTON falazóblokk falazat (λ = 0,33 W/mK) • 1,5 cm belső vakolat (λ = 0,87 W/mK) A tetőszerkezet hőátbocsátási tényezője: U = 0,44 W/m2K Hőhidak többlet hővesztesége: χ = 1,40 (erősen hőhidas)

193

A tetőszerkezetek eredő hőátbocsátási tényezője U = 1,4 x 0,44 = 0,62 W/m2K Értékelés: a falszerkezet utólagos külső oldali hőszigetelése nem lehetséges. 5.

Parapetfalak (E-15 terv) A szerkezet rétegfelépítése: • Üvegburkolat • Légréteg (R = 0,17 m2K/W) • 4 cm THERWOOLIN NF 20 P/CS hőszigetelés dűbel rögzítéssel (λ = 0,044 W/mK) • 15 cm vasbeton fal (λ = 1,55 W/mK) • 1,5 cm belső vakolat (λ = 0,87 W/mK) A tetőszerkezet hőátbocsátási tényezője: U = 0,74 W/m2K Hőhidak többlet hővesztesége: χ = 1,40 (erősen hőhidas) A tetőszerkezetek eredő hőátbocsátási tényezője U = 1,4 x 0,74 = 1,04 W/m2K Értékelés: a falszerkezet utólagos külső oldali hőszigetelése nem lehetséges.

6.

Üvegezett nyílászárók (1992 évi nyilászáró katalógus alapján) Hőátbocsátási tényezők (tok+szárny+hőszigetelő üvegezés) U = 3,14 W/m2K Fix üvegezésű ablakok Nyitható szárnyszerkezetű ablakok U = 3,18 W/m2K Épületbejátrati ajtók és kapuk U = 3,18 W/m2K Tetőfelülvilágítók U = 3,20 W/m2K

7.

Árkád- és áthajtó födémek (tervek hiányában becsült értékek) Eredő hőátbocsátási tényező: 0,40 x1,4x1,1 = U = 0,62 W/m2K

8.

Pincefalak Hőátbocsátási tényező U = 2,60 W/m2K A talajjal érintkező falszakasz magassága: 790 cm Vonalmenti hőátbocsátási tényező: Ψ = 2,80 W/mK

9.

Talajon fekvő padló (6 rétegrend, E-15 terv) A szerkezet rétegfelépítése: • 5 cm aszfaltburkolat (λ = 0,76 W/mK) • 80 cm vasbeton ellenfödém (λ = 1,55 W/mK) • 6 cm védőbeton (λ = 1,28 W/mK) • Víznyomás elleni szigetelés • 6 cm aljzatbeton (λ = 1,28 W/mK) A szerkezet hővezetési ellenállása:: R = 0,68 m2K/W A padlószint és a talajszint közötti távolság: Z = 0 cm Vonalmenti hőátbocsátási tényező: Ψ = 1,25 W/mK

194

Összesítés: 5.15. táblázat

Határoló szerkezet Nem járható lapostetők Ferde tetők Zöldtető Külső falak Parapetfalak Üvegezett nyílászárók* Árkád és áthajtó födémek Szomszédos fűtött épületekkel határos falak Pincefalak Talajon fekvő padló Összesen

Eredő hőátbocsátási tényező U (W/m2K) 0,29 0,47 0,27 0,62 1,04 3,18 0,52 0 (0,62)

Külső felület m2 710 612 414 1797 820 848 58 1160

Külső kerület fm

Vonalmenti hőátbocsátási tényező Ψ (W/mk)

180 180

2,80 1,25

6419

* Ablakok, ajtók, kapuk, felülvilágító kupola

5.7.2. Energiaigények meghatározása Az irodaház fűtési és hűtési energiaigényét Winwatt méretező programmal határoztuk meg, az alábbi esetekre: 1. Az épület és az épületgépészeti rendszerek jelenlegi állapota a helyszíni felmérés során rögzített adatok alapján, méretezési külső és belső hőmérséklet esetén 2. A belső hőmérséklet csökkentésének hatása a fűtési energiaigényre, méretezési téli külső hőmérséklet mellett, az MSZ CR 1752 szabvány előírásai alapján 3. A belső hőmérséklet növelésének hatása a méretezési hűtési energiaigényre, méretezési nyári külső hőmérséklet mellett, az MSZ CR 1752 szabvány előírásai alapján 4. A méretezési energiaigények éves változása, 100 éves átlaghőmérséklet adatok alapján 5. Hőtermelő berendezés cseréjének hatása a fűtési rendszer méretezési primerenergia igényére Az épületszerkezeti adatokat a helyszíni felmérések eredményei alapján határoztuk meg (lásd: előző fejezet). Az épület geometriai felépítését és tájolását a rendelkezésre álló tervdokumentáció alapján vettük figyelembe. A belső hőterhelés értékénél a helyszíni felmérés eredményei alapján meghatározott fajlagos adatokkal számoltunk.

5.7.2.1. Épületenergetikai számítás méretezési külső és belső hőmérséklet esetén A figyelembe vett méretezési alapadatok:
Méretezési külső hőmérséklet téli esetben:

195

-11 °C






Méretezési belső hőmérséklet téli esetben: Méretezési külső hőmérséklet nyári esetben: Méretezési belső hőmérséklet nyári esetben:

22°C 30 °C 24°C

A számítás a 7/2006. (V.24.) TNM rendelet szerint készült. Méretezési eredmények: Téli hőveszteség: Hőterhelés maximum 8 órakor:

444.4 kW 406.3 kW

Energetikai számítás: Számított fajlagos veszteség: Megengedett fajlagos veszteség:

0.177 W/m3K 0.200 W/m3K

400 000

Határoló szerkezetek 28893 W Üvegezett felületek 225515 W Emberi hőleadás 77720 W 29400 W Világítás hőleadása Filtráció 0W Anyagmozgásból származó 0 W Egyéb hőterhelés 44800 W

350 000

H ő te r h e lé s [W ]

300 000 250 000 200 000 150 000 100 000 50 000 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Időpont [h]

Fűtés éves nettó hőenergia igényének meghatározása ∆tb = (Qsd + Qsid + Qb) / (ΣAU + ΣlΨ + 0,35Vátl) + 2 ∆tb = (20907 + 63112) / (5786,9 + 0,35 * 21267,7) + 2 = 8.4 °C ti : 22.0 °C (Átlagos belső hőmérséklet) H: 83194 hK/a (Fűtési hőfokhíd) ZF: 4704 h/a (Fűtési idény hossza) QF = H(Vq + 0,35Vátl)σ - ZFQb QF = 83,194 * (26584,6 * 0,177 + 0,35 * 21267,7) * 1 - 4,704 * 63112 = 713,9 MWh/a qF: 79.18 kWh/m2a (Fűtés éves fajlagos nettó hőenergia igénye) Nyári túlmelegedés kockázatának ellenőrzése ∆tbnyár = (Qsdnyár + Qb) / (ΣAU + ΣlΨ + 0,35Vnyár) ∆tbnyár = (137500 + 63112) / (5786,9 + 0,35 * 79753,9) = 6.0 °C ∆tbnyármax : 3.0 °C (A nyári felmelegedés elfogadható értéke) A nyári felmelegedés olyan mértékű, hogy gépi hűtést igényel. Fűtési rendszer primerenergia igénye qf: 79.18 kWh/m2a (a fűtés fajlagos nettó hőenergia igénye) Fűtött téren belül elhelyezett állandó hőmérsékletű olaj- vagy gázkazán (földgáz) ef: 1.00

196

Ck: 1.15 (a hőtermelő teljesítménytényezője) qk,v: 0.10 kWh/m2a (segédenergia igény) qf,h: 9.60 kWh/m2a (a teljesítmény és a hőigény illesztésének pontatlansága miatti veszteség) Elosztó vezetékek a fűtött téren belül, vízhőmérséklet 70/55 qf,v: 1.70 kWh/m2a (az elosztóvezetékek fajlagos vesztesége) Állandó fordulatszámú szivattyú, hőlépcső 20 K EFSz: 0.22 kWh/m2a (a keringtetés fajlagos energia igénye) Elhelyezés a fűtött térben, vízhőmérséklet 55/45 qf,t: 0.00 kWh/m2a (a hőtárolás fajlagos vesztesége és segédenergia igénye) EFT: 0.05 kWh/m2a EF = (qf + qf,h + qf,v + qf,t)Σ (Ckαkef) + (EFSz + EFT + qk,v)ev EF = (79,18 + 9,6 + 1,7 + 0) * 1,15 + (0,22 + 0,05 + 0,1) * 2,5 = 104.97 kWh/m2a Melegvíz-termelő rendszer primerenergia igénye qHMV: 9.00 kWh/m2a (a melegvíz készítés nettó energia igénye) Elektromos átfolyós vízmelegítő, tároló eHMV: 2.50 (elektromos áram) Ck: 1.00 (a hőtermelő teljesítménytényezője) Ek: 0.00 kWh/m2a (segédenergia igény) Nincs elosztási veszteség 0.00 % (a melegvíz elosztás fajlagos vesztesége) qHMV,v: EC: 0.00 kWh/m2a (a cirkulációs szivattyú fajlagos energia igénye) Elhelyezés a fűtött térben, indirekt fűtésű tároló qHMV,t: 7.00 % (a melegvíz tárolás fajlagos vesztesége) EHMV = qHMV(1 + qHMV,v/100 + qHMV,t/100)Σ(CkαkeHMV) + (EC + Ek)ev EHMV = 9 * (1 + 0 + 0,07) * 2,5 + (0 + 0) * 2,5 = 24.08 kWh/m2a

5.7.2.2. Belső hőmérséklet változtatásának energetikai hatása A figyelembe vett méretezési alapadatok:
Méretezési külső hőmérséklet téli esetben: -11 °C
Javasolt belső hőmérséklet téli esetben: 20°C A számítás a 7/2006. (V.24.) TNM rendelet szerint készült. Méretezési eredmények: Téli hőveszteség: Hőterhelés maximum 8 órakor:

416,1 kW 393.3 kW

Energetikai számítás: Számított fajlagos veszteség: Megengedett fajlagos veszteség:

0.176 W/m3K 0.200 W/m3K

197

350 000

Határoló szerkezetek 22482 W Üvegezett felületek 218947 W Emberi hőleadás 77720 W Világítás hőleadása 29400 W Filtráció 0W Anyagmozgásból származó 0 W Egyéb hőterhelés 44800 W

H ő te r h e lé s [W ]

300 000 250 000 200 000 150 000 100 000 50 000 0 -50 000 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Időpont [h]

Fűtés éves nettó hőenergia igényének meghatározása: ∆tb = (Qsd + Qsid + Qb) / (ΣAU + ΣlΨ + 0,35Vátl) + 2 ∆tb = (20907 + 63112) / (5741,6 + 0,35 * 21267,7) + 2 = 8.4 °C ti : 20.0 °C (Átlagos belső hőmérséklet) H: 71472 hK/a (Fűtési hőfokhíd) ZF: 4392 h/a (Fűtési idény hossza) QF = H(Vq + 0,35Vátl)σ - ZFQb QF = 71,472 * (26584,6 * 0,176 + 0,35 * 21267,7) * 1 - 4,392 * 63112 = 589,2 MWh/a qF: 65.35 kWh/m2a (Fűtés éves fajlagos nettó hőenergia igénye) Fűtési rendszer primerenergia igénye méretezési állapotban: qf: 65.35 kWh/m2a (a fűtés fajlagos nettó hőenergia igénye) Fűtött téren belül elhelyezett állandó hőmérsékletű olaj- vagy gázkazán ef: 1.00 (földgáz) Ck: 1.15 (a hőtermelő teljesítménytényezője) qk,v: 0.10 kWh/m2a (segédenergia igény) qf,h: 9.60 kWh/m2a (a teljesítmény és a hőigény illesztésének pontatlansága miatti veszteség) Elosztó vezetékek a fűtött téren belül, vízhőmérséklet 70/55 qf,v: 1.70 kWh/m2a (az elosztóvezetékek fajlagos vesztesége) Állandó fordulatszámú szivattyú, hőlépcső 20 K EFSz: 0.22 kWh/m2a (a keringtetés fajlagos energia igénye) Elhelyezés a fűtött térben, vízhőmérséklet 55/45 qf,t: 0.00 kWh/m2a (a hőtárolás fajlagos vesztesége és segédenergia igénye) EFT: 0.05 kWh/m2a EF = (qf + qf,h + qf,v + qf,t)Σ (Ckαkef) + (EFSz + EFT + qk,v)ev EF = (65,35 + 9,6 + 1,7 + 0) * 1,15 + (0,22 + 0,05 + 0,1) * 2,5 = 89.08 kWh/m2a

5.7.2.3. Hőtermelő berendezés cseréjének energetikai hatása A jelenleg beépített hagyományos gázkazán helyett energetikai szempontból –a rendszer primerenergia igényének csökkentése érdekében- javasolt kondenzációs gázkazán beépítése. Figyelembe véve az irodaház HMV igényét, a jelenlegi átfolyós, elektromos vízmelegítők cseréje nem javasolt.

198

A figyelembe vett méretezési alapadatok:
Méretezési külső hőmérséklet téli esetben: -11 °C
Méretezési belső hőmérséklet téli esetben: 22°C Fűtési rendszer primerenergia igénye méretezési állapotban: qf: 79.18 kWh/m2a (a fűtés fajlagos nettó hőenergia igénye) Fűtött téren belül elhelyezett kondenzációs olaj- vagy gázkazán ef: 1.00 (földgáz) Ck: 1.01 (a hőtermelő teljesítménytényezője) qk,v: 0.10 kWh/m2a (segédenergia igény) qf,h: 9.60 kWh/m2a (a teljesítmény és a hőigény illesztésének pontatlansága miatti veszteség) Elosztó vezetékek a fűtött téren belül, vízhőmérséklet 70/55 qf,v: 1.70 kWh/m2a (az elosztóvezetékek fajlagos vesztesége) Állandó fordulatszámú szivattyú, hőlépcső 20 K EFSz: 0.22 kWh/m2a (a keringtetés fajlagos energia igénye) Elhelyezés a fűtött térben, vízhőmérséklet 55/45 qf,t: 0.00 kWh/m2a (a hőtárolás fajlagos vesztesége és segédenergia igénye) EFT: 0.05 kWh/m2a EF = (qf + qf,h + qf,v + qf,t)Σ (Ckαkef) + (EFSz + EFT + qk,v)ev EF = (79,18 + 9,6 + 1,7 + 0) * 1,01 + (0,22 + 0,05 + 0,1) * 2,5 = 92.31 kWh/m2a

5.7.2.4. Éves energiaigény vizsgálata 100 éves havi átlaghőmérsékletek alapján A figyelembe vett méretezési alapadatok:
Méretezési belső hőmérséklet téli esetben: 22°C
Méretezési belső hőmérséklet nyári esetben: 24°C 100 éves átlagos havi átlaghőmérséklet adatok (Országos Meteorológiai Szolgálat): Hónap 01. 02. 03. 04. 05. 06. 07. 08. 09. 10. 11. 12.

Százéves átlag °C -0,4 1,5 6,2 11,5 16,5 19,7 21,6 20,9 16,7 11,2 5,5 1,5

Éves fűtési energiaigény a 100 éves átlaghőmérsékletek alapján:

199

Hónap

Nettó fűtési energiaigény

kW 01. 305,9 02. 281,1 03. 219,7 04. 150,4 05. 06. 07. 08. 09. 10. 154,3 11. 228,8 12. 281,1 Összesen:

kWh 73 416 67 459 52 721 36 101 37 042 54 917 67 459 389 114

Bevitt Kazánhőteljesítmény hatásfok kWh 95% 77 280 95% 71 010 95% 55 496 95% 38 001 95% 38 991 95% 57 807 95% 71 010 409 594

Gázfogyasztás MJ 278 208 255 635 199 784 136 803 140 368 208 106 255 635 1 474 539

gnm3 8182,6 7518,7 5876 4023,6 4128,5 6120,8 7518,7 43 369

Éves hűtési energiaigény a 100 éves átlaghőmérsékletek alapján:

Hónap

Éves hűtési energiaigény

kW 01. 02. 03. 04. 05. 388,9 06. 399,4 07. 405,7 08. 403,4 09. 389,6 10. 11. 12. Összesen:

EER

kWh 93 343 95 863 97 361 96 809 93 499 476 875

2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 -

További Összes Elektromos elektromos elektromos energia felvétel telj. igény igény kWh kWh kWh 44 550 0 44 550 45 753 0 45 753 46 468 0 46 468 46 204 0 46 204 44 625 0 44 625 227 600 227 600

A számítások során átlagosan 12 órás napi névleges üzemet vettünk figyelembe. A közüzemi számlák alapján az éves átlagos fűtési gázfogyasztásból származó hőteljesítmény értéke 412 594 kWh/év. A 100 éves átlag alapján számított érték 409 594 kWh/év. Az eltérés a tényleges és a számított érték között kevesebb, mint 1%. A 100 éves átlag alapján számított értékek tehát jó közelítéssel leírják a tényleges fogyasztási viszonyokat. Így az irodaépület hűtési energia felhasználásának becsült értéke 227 600 kWh/év. Ez az átlagos gépészeti fogyasztás 26,7%, a teljes villamos energiafogyasztás 15,9% -a.

5.7.2.5. Energetikai számítások összefoglalása A irodaház méretezési állapotra vonatkozó energiafogyasztási adatai alapján meghatároztuk az egyes javaslatok energetikai hatásának százalékos értékét. Az irodaház éves energiafogyasztását a 100 éves havi átlaghőmérséklet változás alapján határoztuk meg. tb Méretezési állapot Belső hőmérséklet

tél nyár tél

tk

Qfűtés kW

Qhűtés qF EF** EH kW kWh/m2,a kWh/m2,a kWh/m2,a

°C 22 -11 444,4 406,3 24 30 20 -11 416,1 393,3

200

79,18

104,97

25,24

65,35

89,08

22,98

csökkentése Kondenzációs kazán beépítése 100 éves átlag alapján számított érték*

nyár

26

tél

22

-11 444,4

tél nyár

22 24

* *

30 -

305,9 405,7

79,18

92,31

-

45,4

59,93

25,8

A közüzemi számlák alapján az éves átlagos fűtési gázfogyasztásból származó hőteljesítmény értéke 412 594 kWh/év (45,8 kWh/m2,év). A 100 éves átlag alapján számított érték 409 594 kWh/év (45,4 kWh/m2,év). Az irodaház primerenergia fogyasztása alapján, az épületgépészeti rendszerekben a legnagyobb energia-megtakarítás a hűtési igények csökkentésével érhető el. Jóllehet a világítás és irodai villamos fogyasztás jelentős hányadot jelent, de a rendszer már jelenleg is energiatakarékos világítótestekkel üzemel. Az irodaépület hűtési energia felhasználásának becsült értéke 227 600 kWh/év. Ez az átlagos gépészeti fogyasztás 26,7%, a teljes villamos energiafogyasztás 15,9% -a. Az energetikai számítások alapján a javasolt megtakarításokkal: 1. a belső hőmérséklet változtatásával o a fűtési energiaigény 15%-kal o a hűtési energiaigény 9%-kal 2. kondenzációs kazán beépítésével o a fűtési energiaigény 12%-kal csökkenthető.

5.7.2.6. A minősítési osztályba történő besorolás Az összesített energetikai jellemző alapján a közeljövőben életbe lép „Az épületek energetikai tanúsításáról, valamint az azzal összefüggő egyes feladatok meghatározásáról” szóló kormányrendelet, melynek a 2008. március elején elfogadott tervezete szerint határoztuk meg az irodaház minősítési osztályba sorolását. A vizsgált épület összesített energetikai jellemzője és a viszonyítási alap arányának százalékban kifejezett értéke alapján az épületrész minőségi osztályának betűjele és szöveges jellemzése az alábbi: A B C D E F G H I

A+ A B C D E F G H I

201

<55 56 – 75 75 – 95 95 – 100 101 – 120 121 – 150 151 – 190 191 – 251 251 – 340 341 <

Fokozottan energiatakarékos Energiatakarékos Követelménynél jobb Követelménynek megfelelő Követelményt megközelítő Átlagosnál jobb Átlagos Átlagost megközelítő Gyenge Rossz

Az előző pontban elvégzett számítás alapján jelenleg az épület a „ D” minősítési osztályba tartozik, mert az összesített energetikai jellemző értéke: 104.97 kWh/m2a.

5.8. Energia-megtakarítási javaslatok, megtérülési számítások 5.8.1. Gázmotor beépítése Az energiafogyasztási költségek csökkenthetők kapcsolt energiatermelés alkalmazásával. A kapcsolt energiatermelés legelterjedtebb megoldása a gázmotor. A gázmotoros berendezésekhez csatlakoztatva egy melegvíz üzemű abszorpciós berendezést, az irodaház hűtési igényei is fedezhetők. A kapcsolt hő- és villamosenergia-termelés előnyei



a bevezetett energia 86%-a hasznosítható a hasznosítható energia 37%-a villamosenergia, 49%-a hőenergia

A gázüzemű abszorpciós folyadékhűtők hosszú élettartamúak, karbantartásuk minimális költséget igényel, mivel a készülékekben nincsenek súrlódó, forgó, azaz kopásnak kitett felületek. A gázmotorok alkalmazása során fokozott figyelmet kell fordítani az akusztikai és környezetvédelmi hatások vizsgálatára. Éves átlagos költségek a számlaadatok alapján: Jelenlegi energiaellátás Fűtés Villamos energia

Éves átlagos Egységár* energiafogyasztás kW kWh/év Ft/MJ Ft/kWh 245 412 281 2,41 190

1 662 656

-

Bruttó költség Ft 4 292 340

28

55 865 242

Összesen:

60 157 582

Villamos energia egységár: 2007. évi adatok alapján becsült érték

Abban az esetben, ha az épület jelenlegi fűtési és villamos energiafogyasztását teljes mértékben gázmotoros energiatermelés fedezi, az éves energiaköltség értéke: Éves átlagos energiafogyasztás kW kWh/év Gázmotoros energiaellátás

506

4 432 560

Ft/MJ

Ft/kWh

Bruttó költség Ft

2,41

-

46 148 269

Egységár*

A beépítendő gázmotor beruházási költsége a járulékos kiadásokkal együtt: 35 millió HUF+ÁFA. A beépítendő abszorpciós hűtőberendezés beruházási költsége a járulékos kiadásokkal együtt: 25 millió HUF+ÁFA.

202

A várható megtérülési idő:

72 = 5,1 év 60,1 − 46,1

5.8.2. Fűtési rendszert érintő energia-megtakarítási javaslatok 5.8.2.1. Belső hőmérséklet méretezési értékének csökkentése Az energetikai számítások alapján a belső hőmérséklet méretezési értékének 20°C –ra történő csökkentésével a fűtési rendszer energiaigénye 15%-kal csökkenthető. Ez a bevitt hőmennyiség (eltüzelt gáz mennyiség) illetve az elektromos segédenergia igény csökkenését jelenti. A belső hőmérséklet csökkentése az fűtési hőfoklépcső csökkentésével illetve a fűtési melegvíz mennyiségének csökkentésével érhető el. Az áramló víz mennyiségének csökkentésével a kisebb áramlási sebességnek köszönhetően csökken az áramlási ellenállás és a keletkező zaj. Így ezzel a megoldással a szivattyúzási munka is csökkenthető. A megváltozott munkapont miatt azonban szivattyú munkapont beállításra van szükség. A szekunder köri szivattyúk munkapont beállításának becsült költsége összesen bruttó 30 000 Ft.

5.8.2.2. Fűtési rendszer hidraulikai munkapontjának beállítása

beszabályozása,

szivattyúk

Az épület belső hőmérséklet eloszlásának vizsgálata során a leghidegebb és a legmelegebb irodák között átlagosan 2,35°C hőmérsékletkülönbséget mértünk. Ez a különbség a fűtési rendszer beszabályozatlansága következtében alakult ki. A fűtési rendszer helyes működése a jelenlegi energiaigények meghatározása után a fűtési hálózat hidraulikai beszabályozásával és a szekunder köri szivattyúk munkapont beállításával valósítható meg. A fűtési rendszer hidraulikai beszabályozásához TA, Crane vagy Oventrop gyártmányú beszabályozó szelepek beépítését javasoljuk. Jelenleg a fűtési rendszerben csak az osztó-gyűjtőhőz érkező két főkör visszatérő vezetékei tartalmaznak egy-egy TA szelepet, melyekkel a fan-coilos és a légkezelő fűtési tömegáramát lehetne egymáshoz képest beszabályozni. A felmérés során mindkét beépített szelep teljesen nyitott állapotban volt. A fan-coilos hálózat strangjaiba és ágvezetékeibe a megfelelő térfogatáramok beállítására további 100 db beszabályozó szelep beépítése szükséges. A 100 db beszabályozó szelep beépítésének és a rendszer beszabályozásának becsült költsége összesen bruttó 2 600 000,- Ft. A szekunder köri szivattyúk munkapont beállításának becsült költsége összesen bruttó 30 000 Ft. Így a teljes költség becsült összege összesen: 2 630 000 Ft. A megfelelően beszabályozott fűtési rendszerrel az irodák között mért jelenlegi 2,4°C hőmérsékletkülönbséget 1°C-ra lehetne csökkenteni, ami 5% fűtési energia-megtakarítást eredményezne.

203

Figyelembe véve az irodaház átlagos fűtési energiafogyasztását (1 484 GJ/év), a jelenlegi árakkal számolva ez várhatóan bruttó 1 484 000* 0,05 * (2,354+0,056) *1,2 = 214 586 Ft/év költségmegtakarítást eredményez. A várható megtérülési idő így: 2 630 000 / 214 586 = 12,3 év

5.8.2.3. Szekunder köri szivattyúk cseréje A szekunder köri szivattyúk cseréjével csökkenthető a szivattyúk teljesítmény felvétele, azaz villamos energia fogyasztása. A megtakarítás közelítő értéke szakirodalmi adatok alapján 10%. A gyártó ajánlásai alapján a beépítésre javasolt szivattyúk: Jelenleg beépített Beépítésre javasolt szivattyúk szivattyúk WILO DOS 40/90 R WILO STRATOS 40/1-8 Fűtési osztó-gyüjtő WILO TOP SD 50/10 WILO STRATOS 50/1-12

Ár (bruttó) 308 400 Ft 446 400 Ft

5.8.2.4. Kondenzációs kazán beépítése Energia-megtakarítási szempontból javasolt a jelenleg beépített kazánok cseréje 4 db. Kondenzációs kazánra. A beépítendő kazánok kaszkád vezérléssel történő működtetése révén az energetikai számítások alapján a fűtési rendszer energiaigénye 12%-kal csökkenthető. A beépítésre javasolt típusok: 120 kW egységteljesítményű kondenzációs kazánok. A kazánok becsült ára bruttó 4* 2 400 000 = 9 600 000 Ft. A tervezés, beépítés és egyéb járulékos költségek becsült értéke: 1 150 000 Ft. A várható megtakarítás az átlagos fűtési energiaigény alapján bruttó: 1 484 000 MJ * 0,12 * (2,354+0,056) *1,2 = 515 007 Ft. A várható megtérülési idő így: (9 600 000 + 1 150 000) / 515 007 = 20 év

5.8.3. Hűtési rendszert érintő energia-megtakarítási javaslatok 5.8.3.1. Belső hőmérséklet méretezési értékének növelése Az energetikai számítások alapján a belső hőmérséklet méretezési értékének 26°C –ra történő növelésével a hűtési rendszer energiaigénye 9%-kal csökkenthető. Ez az elektromos segédenergia igény csökkenését jelenti. A belső hőmérséklet növelése a hűtési hőfoklépcső csökkentésével illetve a hűtővíz mennyiségének csökkentésével érhető el. Az áramló víz mennyiségének csökkentésével a kisebb áramlási sebességnek köszönhetően csökken az áramlási ellenállás és a keletkező zaj. Így ezzel a megoldással a szivattyúzási munka is csökkenthető. A megváltozott munkapont miatt azonban szivattyú munkapont beállításra van szükség. A szekunder köri szivattyúk munkapont beállításának becsült költsége összesen bruttó 30 000 Ft.

204

Figyelembe véve az irodaház átlagos hűtési energiafogyasztását (227 600 kWh), a jelenlegi árakkal számolva ez várhatóan bruttó 227 600* 0,09 * 28 *1,2 = 688 262 Ft/év költségmegtakarítást eredményez. A várható megtérülési idő így: 30 000 / 688 262 = 0,04 év

5.8.3.2. Hűtési rendszer hidraulikai munkapontjának beállítása

beszabályozása,

szivattyúk

A fűtési rendszerhez hasonlóan a hűtési rendszernél is csak a főkörök visszatérő vezetékei tartalmaznak beszabályozó szelepeket. Ezek segítségével a két fan-coilos, valamint a légkezelő össz. hűtési tömegáramát lehet beállítani. A hűtési rendszer megfelelő működése az energiaigények meghatározása után a két hűtési fan-coil hálózat hidraulikai beszabályozásával valósítható meg. A hűtési rendszer hidraulikai beszabályozásához TA, Crane vagy Oventrop gyártmányú beszabályozó szelepek beépítését javasoljuk. A két fan-coilos hálózat strangjaiba és ágvezetékeibe a megfelelő térfogatáramok beállítására további 210 db beszabályozó szelep beépítése szükséges. A 210 db beszabályozó szelep beépítésének és a rendszer beszabályozásának becsült költsége összesen bruttó 5 700 000,- Ft. A megfelelően beszabályozott fűtési rendszerrel az irodák közötti hőmérsékletkülönbség 1°Cos csökkentése közel 5% hűtési energia-megtakarítást eredményezne. Figyelembe véve az irodaház átlagos hűtési energiafogyasztását (227 600 kWh), a jelenlegi árakkal számolva ez várhatóan bruttó 227 600* 0,05 * 28 *1,2 = 450 648 Ft/év költségmegtakarítást eredményez. A várható megtérülési idő így: 5 730 000 / 214 586 = 26,7 év

5.8.3.3. Szekunder köri szivattyúk cseréje A szekunder köri szivattyúk cseréjével csökkenthető a szivattyúk teljesítmény felvétele, azaz villamos energia fogyasztása. A megtakarítás közelítő értéke szakirodalmi adatok alapján 10%. A gyártó ajánlásai alapján a beépítésre javasolt szivattyúk: Jelenleg beépített Beépítésre javasolt Ár szivattyúk szivattyúk (bruttó) WILO DOP 65/125 WILO STRATOS 65/1-12 520 800 Ft Hűtési WILO TOP SD 50/10 WILO STRATOS 50/1-12 446 400 Ft osztó-gyüjtő WILO Dpn 80/200-3/4 WILO STRATOS 80/1-12 696 000 Ft A szivattyúk beépítésének és munkapont beállításának becsült költsége összesen bruttó 50 000 Ft. Figyelembe véve az irodaház átlagos hűtési energiafogyasztását (227 600 kWh), a jelenlegi árakkal számolva ez várhatóan bruttó 227 600* 0,1 * 28 *1,2 = 764 736 Ft/év költségmegtakarítást eredményez. A várható megtérülési idő így: 1 713 200 / 764 736 = 2,2 év

205

5.8.3.4. További, hosszú távú javulást hozó javaslatok A hűtési rendszer energia fogyasztása csökkenthető a hőterhelés mértékének csökkentésével. Ez megvalósítható a külső hőterhelés csökkentésével. A külső, napsugárzásból származó hőterhelés külső fix árnyékolással, illetve árnyékoló fólia alkalmazásával csökkenthető. Javasolt a külső hőterhelés csökkentése érdekében árnyékoló fólia elhelyezésével az 6. 7. 8. szinteken, mivel itt a környező épületek árnyékoló hatása már nem érvényesül, illetve ezeken a szinteken a call centerekben jelentős belső hőterhelés is keletkezik. Erre a célra a helyszínen felhordható hővédő ablakfóliák alkalmasak. A reflexiós ablakfóliák diszkrét védelmet nyújtanak a túlságosan erős fény és hő ellen. Az ablakfóliák egyik típusa az amerikai CPFilms (Courtaulds Performance Film), amely a legszigorúbb követelményeknek és az ISO 9001-es szabványnak is megfelelő, hosszú élettartamú ablakfólia típus. A fóliák – színüktől függően különböző mértékben csökkentik a bejutó hő mennyiségét, a következők szerint (23 fóliatípus adatai alapján): • Látható fény áteresztés: 12-50% • Ultraviola áteresztés: 0,1-1% • Teljes napenergia visszaverés: 48-79% Az ablakfóliákat az üveg speciális tisztítása után, annak belső felületére vízpermetes ragasztással helyezik fel, majd speciális segédeszközökkel a fólia alatti víz kinyomásával biztosítják a buborékmentes felületet. A fólia sem hangszigetelő tulajdonsággal nem rendelkezik, és nem alkalmas a téli fűtési energiaveszteség csökkentésére. A fólia felhelyezése után az üvegfelület ugyanúgy tisztítható, mint korábban. A megfelelő technológiával felhelyezett ablakfólia nem változtatja a színét és legalább 8-10 évig ellátja a funkcióját. A fólia beépítésének nettó költsége az üvegezés méretétől és a fóliatípustól függően 84008700 Ft/m2. Ez az ár tartalmazza a felmérést és szaktanácsadást, valamint a fólia árát és beépítési díjat is. Végleges árajánlat a tényleges gyártási méretek és a helyszíni körülmények felmérése alapján készül. A várható beépítési költség fentiek, illetve az üvegfelületek (kb.700 m2) alapján 5,9-6,1 millió Ft + ÁFA. Nyári esetben az éjszakai alacsony hőmérsékletű levegő hűtőhatását kihasználva is csökkenthető a hűtési energiaigény. Javasolt szabadhűtés alkalmazása az épületszerkezet éjszakai temperálására, automatikus ablaknyitással illetve külső levegő keringtetéssel, kivételt jelentenek azok a terek, ahol 24órás munka folyik (pl. call centerek).

5.8.4. Légtechnikai rendszert érintő energia-megtakarítási javaslatok A helyszíni felmérések alapján a légtechnikai rendszer beszabályozása megfelelő, a szállított frisslevegő mennyisége megfelel a magyarországi előírásoknak. Azonban az ablakok gyakori nyitása a frisslevegő hiányára, esetlegesen ún. „beteg épület” szindróma jelenlétére utal. A légtechnikai rendszerben további energia-megtakarítás az ablakok fix rögzítésével azaz a természetes légcsere korlátozásával valósítható meg. Ugyanakkor javasolt a belső komfort állapotok méréses vizsgálata.

206

További, hosszútávon megvalósítható javaslat a call centerek légvezetési rendszerének átalakítása, a jelentős belső hőfejlődés miatt. Elárasztásos légvezetési rendszer alkalmazása esetén ugyanis a kezelt levegő közvetlenül a tartózkodási zónába jut, kisebb a belső teret érő zajterhelés (az alacsony légbevezetési sebesség miatt) és a légzési zóna levegőtisztasága is fokozható.

5.8.5. Világítástechnikai rendszert érintő energia-megtakarítási javaslatok A jelenlegi világítástechnikai rendszer korszerű, energiatakarékos lámpatestekből áll. Azonban további energia-megtakarítás érhető el mozgásérzékelők beépítésével a mosdókban, és közforgalmú tereken. Kivételt képez a lépcsőházi vészvilágítás.

5.8.6. Energia-megtakarítási javaslatok összegzése Energiaellátó rendszer Az energiaellátó rendszer korszerűsítése gázmotor és abszorpciós hűtőberendezés beépítésével. A várható megtérülési idő: 5,1 év (folyamatos üzem és maximális kihasználtság esetén). A gázmotorok alkalmazása során fokozott figyelmet kell fordítani az akusztikai és környezetvédelmi hatások vizsgálatára. Fűtési rendszer 6. Átlagos belső hőmérséklet csökkentése t=20°C-ra téli esetben, az MSZ CR 1752 szabvány előírásai szerint. Az elérhető primerenergia megtakarítás 15%. 7. Négycsöves fan-coil rendszerek fűtési köreibe a beszabályozó szelepek beépítése, beszabályozás elvégzése. 8. A hidraulikai beszabályozás elvégzése után a szekunder köri szivattyúk munkapontjának beállítása. Az elérhető hőenergia megtakarítás (a 2. és 3. pontra együttesen) 5%. A várható megtérülési idő: 12,3 év 9. Szekunder köri szivattyúk cseréje energiatakarékos, nagy hatásfokú, változtatható fordulatszámú motorral szerelt típusokra. Az elérhető primerenergia megtakarítás 10%. 10. A jelenlegi gázkazán cseréje 4db kondenzációs kazánra. Az elérhető hőenergia megtakarítás 12%. A várható megtérülési idő: 20 év Hűtési rendszer
Átlagos belső hőmérséklet növelése t=26°C-ra nyári esetben, az MSZ CR 1752 szabvány előírásai szerint. Az elérhető villamos energia-megtakarítás 9%. A várható megtérülési idő: 0,04 év
Négycsöves és kétcsöves fan-coil rendszerek hűtési köreibe a beszabályozó szelepek beépítése, beszabályozás elvégzése.
A hidraulikai beszabályozás elvégzése után a szekunder köri szivattyúk munkapontjának beállítása. Az elérhető villamos energia-megtakarítás (a 2. és 3. pontra együttesen) 5%. A várható megtérülési idő: 26,7 év
Szekunder köri szivattyúk cseréje energiatakarékos, nagy hatásfokú, változtatható fordulatszámú motorral szerelt típusokra.

207




Az elérhető villamos energia-megtakarítás 10%. A várható megtérülési idő: 2,2 év Szabadhűtés alkalmazása az épületszerkezet éjszakai temperálására, automatikus ablaknyitással illetve külső levegő keringtetéssel (hosszú távú javulást eredményező megoldás).

Légtechnikai rendszer 3. Az ablakok fix zárása és a belső komfort méréses vizsgálata (az ún. „beteg épület” szindróma elkerülése érdekében is javasolt) (hosszú távú javulást eredményező megoldás). 4. Helyiségen belüli légvezetési rendszer átalakítása a fokozott belső hőterhelésű helyiségekben (call centerek) elárasztásos légvezetési rendszerré. Így a kezelt levegő közvetlenül a tartózkodási zónába jut, kisebb a belső teret érő zajterhelés (az alacsony légbevezetési sebesség miatt) és a légzési zóná levegőtisztasága is fokozható (hosszú távú javulást eredményező megoldás). Világítástechnikai rendszer 2. Mozgásérzékelő világítás kiépítése a mellékhelyiségekben és a közforgalmú tereken (hosszú távú javulást eredményező megoldás).

208

5.9. Irodalomjegyzék az 1., 2., 3. és 5. fejezethez Bánhidi, L. - Magyar, T.: Selection of ventilation systems of optimum applicability to closed spaces from the aspect of energetics and thermál comfort. CANADA, Montreal, Indoor and quality, ventilation and energy Conservation in Buildings. 1995. Vol.2. 665-672 old. Fitzner K. : Ausgeführte Anlagen mit Quellüftung. Heidelberg. 1991/3. Klima-Kalte – Heizung. Magyar Tamás: Qualification of the occupied zones of different types air supply systems on the basis of measurements. Periodica polytechnica ser.Mech.Eng.vol 44. No 2/ 217-226 pp. 2000. Magyar Tamás: Légtechnikai rendszerek tervezésének időszerű Épületgépészet. 1993/5. 3-7 old. Magyar Tamás: Légvezetési rendszerek néhány tervezési Mérnöktovábbképző tanfolyama, 2003. Segédanyag 1-14. o.

kérdései. Magyar

kérdése.

Az

ÉTE

MSZ CR 1752:2000. Épületek szellőztetése. Épületek belső környezetének tervezési alapjai (Angol nyelvű) Magyar T.: A helyiség-átöblítés szerepe a légtechnika energiatudatos tervezésében Magyar Épületgépészet, LVI. évfolyam, 2007/5. Herczeg L.: Irodaterek belső levegő minőségének értékelése, A szén-dioxid koncentráció hatása az ember közérzetére és az irodai munka teljesítményére PhD értekezés Budapest 2008. F.R. Carrié - J. Andersson - P. Wouters: Szellőzőcsatorna-hálózatok tömítettebb levegőelosztó rendszerek. Kézikönyv. Energy Conservation in Buildings Community Systems Programme.1999. HVCA. DW/143. Gyakorlati útmutató szellőzőcsatornák szivárgási vizsgálatához. Heating and Ventilating Contractor's Association. London, UK. Copyright 1983. Magyar T.: Épületgépészet a gyakorlatban. Légtechnika. Budapest, Verlag Dashöfer 6. fejezet) Magyar T.: Légtechnikai tervezés akusztikai problémái. Budapest, Szakmai konferencia, 2001. Szakmai Szeminárium Kiadvány 1-32 old. Dr. Bánhidi László – dr. Kajtár László: Komfortelmélet (Műegyetemi Kiadó, 2000) Pintér Judit: Üveg külső térelhatárolók az épületenergetikában PhD disszetáció, Gödöllő 2009. Vincze G.: Gyógyszeripari tisztatér klimatizálása BME Diplomaterv, Budapest 2004.

209

Magyar Z.: Energetikai audit (1134. Budapest, Dévai utca 26-28.szám alatti irodaház), Budapest 2008.

210

6. TARTALOM IRODAÉPÜLETEK

ÉPÜLETGÉPÉSZETI

KIALAKÍTÁSÁNAK

ENERGETIKAI

ÖSSZEFÜGGÉSEI .................................................................................................................... 1 1. BEVEZETÉS ......................................................................................................................... 2 2. IRODÁK KOMFORTJA ....................................................................................................... 3 2.1. Komfort-jellemzők .......................................................................................................... 3 2.1.1. Levegő minőségi jellemzők ..................................................................................... 3 2.1.2. Termikus komfort-jellemzők.................................................................................... 6 2.1.3. Egyéb komfort-jellemzők....................................................................................... 10 2.1.3.1. Vizuális komfort .............................................................................................. 10 2.1.3.2. Akusztikai komfort .......................................................................................... 12 2.2. Irodák komfort követelményei ...................................................................................... 13 2.2.1. Levegő minőségi követelmények ........................................................................... 13 2.2.1.1. A szén-dioxid és élettani hatásai ..................................................................... 13 2.2.1.2. A por ................................................................................................................ 16 2.2.2. Termikus komfort-követelmények ......................................................................... 19 2.2.3. Akusztikai követelmények ..................................................................................... 26 2.3. Az irodai helyiségek komfortját meghatározó tényezők ............................................... 27 2.3.1. Környezet-terhelés a komfort térben ...................................................................... 28 2.3.1.1. Az ember, mint környezet-terhelés a komfort térben ...................................... 28 2.3.1.2. Egyéb levegő-terhelések ................................................................................. 30 2.3.2. A külső tér klímajellemzői és a comfort ................................................................ 33 2.3.3. A határoló-szerkezetek, mint a komfort meghatározói .......................................... 34 3. A SZELLŐZTETÉS ............................................................................................................. 36 3.1. A szellőztetés levegőmennyisége .................................................................................. 36 3.2. Szellőztető rendszerek ................................................................................................... 40 3.2.1. Természetes szellőzés ............................................................................................ 40 3.2.2. Mesterséges szellőztetés......................................................................................... 42 3.2.3. Levegőelosztás a szellőztetett térben ..................................................................... 44 3.2.3.1. Higításos levegőbevezetés............................................................................... 45 3.2.3.1.1. Mennyezetcirkulációs hígításos szellőzés ................................................ 45 3.2.3.1.2. Oldalcirkulációs hígításos szellőzés ......................................................... 45 3.2.3.2. Elárasztásos szellőzés ...................................................................................... 45

211

3.2.3.3. Légvezetési rendszerek ................................................................................... 47 3.2.3.3.1. Mikroklíma LVR ...................................................................................... 47 3.2.3.3.2. Diffúz LVR .............................................................................................. 48 3.2.3.3.3. Érintőleges LVR ....................................................................................... 48 3.2.3.3.4. Légsugár LVR .......................................................................................... 48 3.2.3.3.5. Dugattyúhatás-szerű LVR ........................................................................ 49 3.3. A szellőztetés szerepe az energiafelhasználásban ......................................................... 49 3.3.1. A légvezetés az energiatakarékosság kulcsa .......................................................... 51 3.3.2. A szellőztetési rendszerek üzemeltetése ................................................................ 53 4. IRODAÉPÜLETEK HŰTÉSE ÉS FŰTÉSE ....................................................................... 55 4.1. Fűtési és hűtési rendszerrel szemben támasztott követelmények .................................. 57 4.1.3. Komfort követelmények ......................................................................................... 57 4.1.4. Gazdasági követelmények ...................................................................................... 58 4.1.5. Ökológiai követelmények ...................................................................................... 58 4.1.6. Termodinamikai hatékonyság követelményei ........................................................ 59 4.2. Épület fűtési és hűtési energia igénye ........................................................................... 63 4.2.1. Épületek fűtési hőigényének meghatározása.......................................................... 64 4.2.2. Épületek hőterhelésének meghatározása ................................................................ 71 4.2.3. Irodaépületek éves energiafogyasztásának változása ............................................. 77 4.3. Épületek Hűtése............................................................................................................. 80 4.3.1. Passzív Hűtési Rendszerek ..................................................................................... 81 4.3.2. Hibrid hűtési rendszerek......................................................................................... 88 4.3.3. Aktív hűtési rendszerek .......................................................................................... 95 4.3.3.4. Közvetítő közeg nélküli freonos rendszerek ................................................. 102 4.3.3.5. Levegős rendszerek ....................................................................................... 105 4.3.3.6. Levegős és vizes rendszerek ......................................................................... 108 4.3.3.7. Vizes rendszerek ........................................................................................... 114 4.3.4. Hűtőgépek, hőszivattyúk energetikai hatékonysága ............................................ 115 4.4. Épületek Fűtése ........................................................................................................... 120 4.4.1. Passzív fűtési rendszerek ...................................................................................... 120 4.4.2. Hibrid rendszerek ................................................................................................. 124 4.4.3. Aktív fűtési rendszerek......................................................................................... 130 4.4.4. Kazánok energetikai hatékonysága ...................................................................... 152

212

4.5. Energia megtakarítás az irányítástechnika eszközeivel .............................................. 157 4.5.1. Optimalizált be-és kikapcsolás ............................................................................. 158 4.5.2. Alapérték-optimalizálás, zérus energiasáv ........................................................... 160 4.5.3. Épületen belüli térbeli fűtés-hűtés korlátozás optimalizálása .............................. 161 4.5.4. Kazánhatásfok optimalizálása, helyi szabályozással külső belső hőnyereség hasznosítása .................................................................................................................... 161 4.5.5. Az optimális üzemirányítási modell felállításának folyamata ............................. 163 4.6. Összefoglalás ............................................................................................................... 166 4.7. Irodalomjegyzék a 4. fejezethez .................................................................................. 168 5. IRODAÉPÜLET ENERGETIKAI AUDITÁLÁSA .......................................................... 170 5.1. Vezetői összefoglaló ................................................................................................... 170 5.2. Érvényben lévő előírások ............................................................................................ 173 5.3. Alapadatok .................................................................................................................. 174 5.4. Helyszíni felmérések eredményei ............................................................................... 175 5.4.1. Fűtési rendszer...................................................................................................... 176 5.4.2. Hűtési rendszer ..................................................................................................... 176 5.4.3. Légtechnika .......................................................................................................... 176 5.4.4. Vízfelhasználás..................................................................................................... 177 5.4.5. Világítás ............................................................................................................... 177 5.4.6. Helyszíni légállapot mérések ............................................................................... 179 5.4.7. Légtechnikai ellenőrzőmérések ............................................................................ 183 5.5. Energiafogyasztás elemzése ........................................................................................ 184 5.5.1. Gázfogyasztás....................................................................................................... 185 5.5.2. Vízfogyasztás, csatornázási költségek ................................................................. 187 5.5.3. Villamos energiafogyasztás.................................................................................. 188 5.5.4. Fogyasztási adatok összesítés............................................................................... 190 5.5.5. Primerenergia igény számítása ............................................................................. 191 5.6. Szellőzéstechnikai ellenőrzés ...................................................................................... 192 5.7. Épületenergetikai számítások ...................................................................................... 192 5.7.1. Épületszerkezeti adatok meghatározása ............................................................... 192 5.7.2. Energiaigények meghatározása ............................................................................ 195 5.7.2.1. Épületenergetikai számítás méretezési külső és belső hőmérséklet esetén ... 195 5.7.2.2. Belső hőmérséklet változtatásának energetikai hatása .................................. 197

213

5.7.2.3. Hőtermelő berendezés cseréjének energetikai hatása ................................... 198 5.7.2.4. Éves energiaigény vizsgálata 100 éves havi átlaghőmérsékletek alapján ..... 199 5.7.2.5. Energetikai számítások összefoglalása.......................................................... 200 5.7.2.6. A minősítési osztályba történő besorolás ...................................................... 201 5.8. Energia-megtakarítási javaslatok, megtérülési számítások ......................................... 202 5.8.1. Gázmotor beépítése .............................................................................................. 202 5.8.2. Fűtési rendszert érintő energia-megtakarítási javaslatok ..................................... 203 5.8.2.1. Belső hőmérséklet méretezési értékének csökkentése .................................. 203 5.8.2.2. Fűtési rendszer hidraulikai beszabályozása, szivattyúk munkapontjának beállítása ..................................................................................................................... 203 5.8.2.3. Szekunder köri szivattyúk cseréje ................................................................. 204 5.8.2.4. Kondenzációs kazán beépítése ...................................................................... 204 5.8.3. Hűtési rendszert érintő energia-megtakarítási javaslatok..................................... 204 5.8.3.1. Belső hőmérséklet méretezési értékének növelése........................................ 204 5.8.3.2. Hűtési rendszer hidraulikai beszabályozása, szivattyúk munkapontjának beállítása ..................................................................................................................... 205 5.8.3.3. Szekunder köri szivattyúk cseréje ................................................................. 205 5.8.3.4. További, hosszú távú javulást hozó javaslatok ............................................. 206 5.8.4. Légtechnikai rendszert érintő energia-megtakarítási javaslatok .......................... 206 5.8.5. Világítástechnikai rendszert érintő energia-megtakarítási javaslatok .................. 207 5.8.6. Energia-megtakarítási javaslatok összegzése ....................................................... 207 5.9. Irodalomjegyzék az 1., 2., 3. és 5. fejezethez .............................................................. 209 6. TARTALOM ...................................................................................................................... 211

214