IRODAÉPÜLETEK ÉPÜLETGÉPÉSZETI KIALAKÍTÁSÁNAK ENERGETIKAI ÖSSZEFÜGGÉSEI

Átírás

1 Building Energetics, HUHR/1001/2.2.1/0009 IRODAÉPÜLETEK ÉPÜLETGÉPÉSZETI KIALAKÍTÁSÁNAK ENERGETIKAI ÖSSZEFÜGGÉSEI Prof. Barótfi István PhD, Halász Györgyné PhD HOF ALAPÍTVÁNY Gödöllő július Gödöllő

2 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

3 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 Komfort-jellemzők 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

4 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, CO 2, SO 2, NO x, O 3, 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

5 gőben levő idegen anyagok az épületszerkezetekre, vagy jelenthetnek tűz- ill. robbanásveszélyt. 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 /dm 3, mg/m 3 ] és darabszáma [szemcse/dm 3 ]. 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 k m [kg/kg] a térfogat szerinti koncentrációra k v [kg/m 3 ] = összefüggés segítségével lehet következtetni, ahol ρ l a levegő átszámítási hőmérsékletre vonatkoztatott sűrűsége kg/m táblázat Átszámítás a különböző koncentráció-mértékegységek között mg/m 3 g/dm 3 g/m 3 mg/dm 3 ppm Térf. cm 3 /m 3 % mg/m 3 g/dm A A.10-4 g/m l 10-6 A.10-3 A.10-1 mg/dm l A.10 3 A.10-7 ppm cm 3 /m 3 A -l A -l.10 3 A -l.10-3 l 10-4 térf. % A -l A -l.10 7 A -l =, 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

6 ábra). Egy decipol a levegő minősége, ha egy olf szennyezőanyag-kibocsátás 10 l/s tiszta friss levegőben hígul fel ábra A levegőminőség és a szennyezőanyag-forrás jellemzői 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) ábra Az emberi test hőcsere-folyamatai 6

7 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: ahol: H - E d - E sw - E re - L = K = R + C H - a belső hőtermelés E d - bőrön keresztüli páradiffúzió E sw - a bőr felszínéről izzadással elvesztett hő E re - a kilégzés rejtett hője L - a kilégzés száraz hővesztesége K - hőátadás a bőr ill. a felöltözött emberi test külső felületéről R - sugárzásos hőveszteség C - 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 (t sug ), 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: ahol: A a környező felület t F a környező felület hőmérséklete t l a levegő hőmérséklete t g a gömbhőmérséklet ha α s ~α c akkor: α s A(t F -t g )~α c A(t g -t l ) = + 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

8 = 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, ,8 Cadiergues szerint = 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 m2 o C/W ellenállással. A clo értékek számításba vehető tipikus tartományai: A clo normál utcai ruházat 1,0 (=0,155 m2 o C/W) normál utcai téli ruházat1,5-2,0, sarkvidéki ruházat 4,0. A hőleadáshoz a test felületét kell számítani, ami: A (m 2 ), 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

9 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) 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 ben 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 %, a Skandináv országokban 10 % és Magyarországon 20 %. 9

10 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 C, míg az Egyesült Királyságban alacsonyabb tartomány, C a követelmény Egyéb komfort-jellemzők 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

11 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/m 2 = lux] egységnyi felületre jutó fényáram, fénysűrűség L [candela/m 2 =cd/m 2 ] 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

12 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 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

13 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 Irodák komfort követelményei 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 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 Így a légzési 13

14 perctérfogat (1 perc alatt belélegzett levegő) értéke 7-9 l. Az alveolusok átmérője µm, darabszámuk 300 millió és a légzőhólyagocskák összfelülete így m 2. 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 (p 02 = 13,3 kpa) a tüdő kapillárisokban áramló vénás jellegű vérbe (p 02 = 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 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 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

15 Belélegzett lev. CO 2 térf. % 2.2. táblázat A CO 2 koncentráció hatása a légzési folyamatra Resp. levegő cm 3 Légzésszám 1/min Légzési perctérfogat l 0, , 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 CO 2 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 % ( ppm). A lakásokban 0,09 tf %, míg előadótermekben lényegesen magasabb értékeket mért. Megállapította, hogy 0,1 tf % (1 000 ppm) maximális CO 2 tartalom a "jó levegő" kritériuma, amit Pettenkofer számnak nevez a szakirodalom. Ismerünk kutatói vizsgálti eredményeket, amelyek a levegő CO 2 koncentrációjának hatását mutatja az emberre. A jellemző értékek: ppm (0,1 tf %) Pettenkofer szám, ppm (2,5 %) nincs még hatás, ppm (3 %) erős mély légzés, ppm (4 %) órákon át fejfájást, fülzúgást, szívdobogást, szédülésérzetet, pszichikai izgalmat okoz, ppm (5 %) 0,5-1 órán át halált okozhat, ppm (8-10 %) azonnali halál. 15

16 2.3. táblázat A zárt terekben megengedett maximális CO 2 koncentráció Sorszám Szabvány, előírás megnevezése Komfortterek előírásai Megengedett CO 2 koncentráció [ppm] 1 MSZ / MSZ ,6 3 DIN 1946/2 kisterű iroda esetén DIN 1946/2 nagyterű iroda esetén 733,3 5 MSZ CR 1752 "A" kat MSZ CR 1752 "B" kat MSZ CR 1752 "C" kat Munkahelyek előírásai 8 MAK érték MSZ táblázat A helyiségek levegőminőségi követelményszintjei Osztály Minőség [decipol] Elégedetlenek 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!) 2.5. táblázat A széndioxid koncentráció növekménye kategóriánként Kategória Széndioxid koncentráció növekménye zárt térben ppm 3 mg/m 3 A B C A por A porártalom jellegzetessége, hogy káros hatása alig érzékelhető, az esetleges súlyos megbetegedések tünetei éveken át sem mutatkoznak. 16

17 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 d max =7,1 µm, esési sebessége v=0,15 m/s. 17

18 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 szabvány az előírt imissziós határértékeket az észlelés helyétől, az átlagolás idejétől és a por típusától (lebegő vagy ülepedő) teszi függővé táblázat A külső levegőben a lebegő porra vonatkozó határértékek mg/m 3 18

19 Kiemelten védett Védett I. Védett II. Éves 24 órás 30 perces Éves 24 órás 30 perces Éves 24 órás 30 perces táblázat A külső levegőben az ülepedő porra vonatkozó határértékek mg/m 3 Kiemelten védett Védett I. Védett II. 30 napos [g/m 2 ] Éves [tonna/km 2 ] A munkahelyek levegőjében megengedett szilárdanyag-koncentráció (MSZ , 1992): Kvarctartalmú porok: Kvarc mennyisége koncentráció [mg/m 3 ] 100% kvarctartalom esetén 0,1 5%-nál több kvarctartalom esetén 0,1*100/q max. 5% kvarctartalom esetén 4 kvarcmentes por esetén 6 - Rostszerkezetű porok: q: a respirábilis por tömegszázalékos kvarctartalma koncentráció [rost/cm 3 ] azbeszt, krizotil 1 azbeszt, amfibol 0 egyéb rostszerkezetű anyagok 1 - Talkum: Respirábilis por koncentrációja Totálpor koncentrációja Talkumpor, azbesztmentes 2 mg/m 3 10 mg/m 3 Talkumpor, azbeszttartalmú 1 rost/cm 3 1 rost/cm Termikus komfort-követelmények 19

20 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 h c konvekciós-hőátadási együtthatóval és a h r sugárzási-hőátadási együtthatóval R = 1/(h c + h r ) ahol h c =13(v) 0,5 W/ m 2 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 h r = 4,7 W/ m 2 C, (melyhez 0,9-es emissziós tényező tartozik, a C közötti tartományban.) A hőtranszfer a testmag és a bőr között: M = (t b - t s )/R s W/m 2 R s = 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 = (t s - t c )/R c ahol: bőrfe t c = a súlyozott átlagos felületi hőmérséklete a ruházatnak és a szabadonmaradó lületnek. t b = testmag-hőmérséklet t s = bőrhőmérséklet R c = a ruházat hőellenállása k 0,7 k 0,75 pihenő személy esetén és 20

21 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/m 2 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 = h c (t c -t)+h r (t c -t m )+C ahol: t = a léghőmérséklet, t m = 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/(h c +h r ) = t c -[(h c t +h r t m )/(h c +h r )] melyben a legutolsó tag a gömbhőmérséklet t g. Behelyettesítve a t b = 37 C; k = 0,7; R s = 0,04-0,09 m 2 C/W, R = 0,113 m 2 C/W a 0,1 m/s légsebességre és R = 0,0565 m 2 C/W az 1,0 m/s légsebességre kapjuk: t g = 37-M[(0,04-0,09)+0,7(R c +R)] egyenletet, melyet grafikusan az 2.5. ábra mutat. t g 2.5. ábra A gömbhőmérséklet a metabolikus érték függvényében A gömbhőmérséklet egy bizonyos tartománya egy adott helyzetre, alkalmazható a hőkomfort jelölésére. (A t g jelöli a gömbhőmérséklet elfogadható tartományát) 21

22 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 Eljárások 1, 2 A konduktív áramok korlátozása, az infiltráció kiküszöbölése, biztosítva a szoláris nyereséget és minimalizálva a külső térrel való légcserét. 22

23 3, 15 A szoláris nyereségek korlátozása. 6, 8 A természetes szellőztetés növelése. 8, 10, 11 Párologtató hűtés biztosítása. 7, 10 A sugárzásos hűtés biztosítása. 12, 13 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. Kategoria 2.8. táblázat Diszkomfort-tényezők különböző elégedetlenségi kategoriák esetében A test egészének hőállapota Helyi diszkomfort Az elégedetlene k százalékos értéke PPD Várható hőérzeti érték, PMV Elégedetl enek huzat esetén, DR % Vertikális hőm. különbség % Meleg, vagy hideg padló esetében, % Sugárzási aszimmetria következtében % 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

24 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 táblázat Operatív hőmérséklet-tartományok Légsebesség: A megengedhető légsebesség középértéket A és B minőségi kategóriára a 2.7. ábra adja meg 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

25 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 táblázatban adottak a három minőségi kategória esetére táblázat A megengedhető függőleges hőmérséklet-különbségek Padló-hőmérséklet: A megengedhető padlóhőmérséklet-tartomány a táblázatban adott a három minőségi kategória esetére táblázat A megengedhető padló-felületi-hőmérsékletek tartománya. Aszimmetrikus sugárzás: A megengedhető sugárzó-hőmérséklet-aszimmetria értékeit a három minőségi kategória esetére a táblázat adja meg 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

26 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 táblázatban láthatók táblázat Irodák komfortkövetelményei Helyiség Kategória 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 Iroda 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 < 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 táblázat A megengedett egyenértékű A-hangnyomásszint lakó- és középületek helyiségeire (MSZ 18151) A helyiség megnevezése A megengedett egyenértékű A- hangnyomásszint [db(a)] nappal (6-22h) éjjel (22-6h) Kórtermek, betegszobák Kórházak kezelői, műtői Rendelő intézetek Tantermek, előadók Lakások lakószobái Szállodák lakószobái Szállodák közösségi helyiségei Éttermek, eszpresszók Üzletek és szolgáltató intézmények Étkezők, konyhák lakásokban

27 2.15. táblázat A megengedett egyenértékű A-hangnyomásszint munkahelyekre (MSZ 18151) 1 Munkahely A megengedett egyenértékű A-hangnyomásszint [db(a)] 1-2 fős irodahelyiség, zajvédelmi szem pontból fokozottan igényes 50 2 Zajvédelmi szempontból igényes munkahelyek 3 Zajvédelmi szempontból közepesen igényes munkahelyek 4 Zajvédelmi szempontból kevésbé igényes munkahelyek, laboratóriumok 5 Fizikai munkahelyek, vezérlőtermek 70 6 Konyhaüzem 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 CO 2, 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

28 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 Környezet-terhelés a komfort térben 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 CO 2 tartalma nagyobb, mint a bevezetett külső levegőé, emiatt a zárt tér szén-dioxid koncentrációja növekszik. A CO 2 koncentráció befolyásolja az emberek közérzetét. Zárt terekben az előírt CO 2 koncentrációt megfelelő frisslevegő utánpótlással tudjuk elérni. A lélegzéssel az anyagcsere során keletkező CO 2 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 CO 2 kibocsátására vonatkozó adatokat az táblázat tartalmazza. 28

29 2.16. táblázat Az ember széndioxid termelése Tevékenység Q W/fő légzési térfogatár am m 3 /h CO 2 leadás l/h O 2 fogy. l/h Nyugalmi állapot - 0,3 l/h Szennyező anyag-leadás [olf] I. ül, olvas 120 0, II. nagyon könnyű munka 150 0, ,5 III. könnyű munka 190 0, 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 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

30 Egyéb levegő-terhelések 2.9. ábra Az ember hőleadása 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/m 2 h a napsugárzás intenzitásától függően, vagy 1,2-1,8 g/m 2 h növénytartó (cserép, dézsa, stb.) alapterületre vonatkoztatva. A talaj széndioxid termelése ennek csak tört része. Általában szervesanyag tartalomtól függően 0,06-0,1 g/m 2 h 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

31 2.17. táblázat mutatja 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/m 3 komforttér µg/m 3 többféle hatásnak kitett tér µg/m 3 nem komforttér > µg/m 3 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

32 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 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/m 3, 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

33 forrás csökkentésével, ill. a légcsereszám növelésével védekezhetünk ellene. Az ingerhatás megszűntetése elszívott cigarettánként 100 m 3 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 m 3 /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 / m 3 határértéket javasolnak, Németországban az irányadó érték 1 szál/m 3, ha szálhossz nagyobb, mint 5 µm, a szálát mérő pedig kisebb, mint 3 µm táblázat A berendezési tárgyak, burkolatok átlagos szennyezőanyag-kibocsátás Helyiség jellege Padlófelületre vonatkoztatott forráserősség [olf/m 2 ] középérték tartomány Iroda 0,3 0,02-0,95 Osztályterem 0,3 0,12-0,54 Gyülekező tér 0,5 0,13-1, 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

34 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 /3-87 szabvány rögzíti. Az üzemeltetéshez a meteorológiai adatok általában 50 évi átlagok értékei megtalálhatók 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/m 2 K A a határolószerkezet felülete, amelyre az U vonatkozik m 2 t b hőmérséklet a határolószerkezet belső oldalán C t k 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: = C 34

35 Ahol α b a belső oldali hőátadási tényező W/m 2 K, t b, t k 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

36 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 m 3 /s; - a tömeggel megadott levegőszükségletet kg/s jelöljük. A térfogat és tömegegységet a sűrűség ismeretében át lehet számítani: = A ρ t - a levegő t hőmérsékleten vett sűrűsége, melyet a 0 C hőmérsékletű sűrűség ρ 0 = 1,293 kg/m 3 és a levegő térfogati hőtágulási tényezőjéből számolhatunk: = 1 1+ A légcsere-szám a levegőszükséglet ( V ) és a szellőztetett helyiség térfogatának (V) hányadosa: = A levegőszükségletet a helyiségben keletkező, eltávolítandó szennyező anyagok mennyisége ( ), a helyiségben ezek megengedett koncentrációja (k b ) és a külső levegő koncentrációja ezen anyagokban (k k ) alapján lehet számítani: = 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, m 3 /h,fő között változnak. Az irodákban a frisslevegő mennyiség meghatározásához a belső levegő megkívánt CO 2 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

37 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 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

38 3.1. táblázat Frisslevegő igény (m 3 /h,fő) Külső CO 2 koncentráció Tevékenységi szint Q Térf. % W/fő 0,03 0,04 0,05 I. ül, olvas II. nagyon könnyű munka III. könnyű munka táblázat Frisslevegő igény munkavégzés alapján (m 3 /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) táblázat Fajlagos frisslevegőigény a DIN 1946/2 szerint Térfajta Példa Fejadag szerint m 3 /h Alapterület szerint m 3 /m 2,h Munkatér Kisterű iroda Nagyterű iroda Rendezvény terek Oktatási terek Közönségforgalmi terek Koncertterem Színház Konferencia terem Olvasóterem Osztályterem Előadóterem Előadótér Vendéglő A fenti értékekből számított frisslevegőigény közül mindig a nagyobbat kell választani! Dohányzás esetén személyenként 20 m 3 /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

39 =10 ε ahol összes szennyezőanyag-terhelés a térben [olf] c b a belső levegő minősége [decipol] c k a külső levegő minősége [decipol] Németországban a szellőztetett terekben a belső levegő minőségének értékeléséhez bevezették a szellőztetés hatásosságának mérőszámát, amit ε-nal jelölnek: = ahol C t - szennyezőanyag-koncentráció a távozó levegőben, C sz - szennyezőanyag-koncentráció a szellőző levegőben, C b - 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 m 3 /h/fő frisslevegő térfogatáramot kell biztosítani, ami dohányzás esetén m 3 /h/fő értékre növekszik. Ezen túlmenően meghatároznak padlófelületre vonatkoztatott frisslevegő-igényt is, mely szintén a helyiség rendeltetésétől függően 4-20 m 3 /h/m 2 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: =395,, [%] ahol PD az elégedetlenek aránya [%] V frisslevegő térfogatáram [l/s/fő] Megállapítható, hogy a nálunk alkalmazott 30 m 3 /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 m 3 /h/fő. 39

40 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 m 3 /h,fő-nél kevesebb frisslevegő bevezetés esetén jelentősen romlik. A kapott eredményt az irodai munkavégzésnél, k b =3000 ppm és k k =400 ppm szén-dioxid koncentrációnál p 0,05. szignifikancia feltétel mellett adódott 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 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

41 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/m 3. 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: = = ahol H a szellőzőnyílás magassága, szintkülönbsége m; ρ 1 a levegő sűrűsége kg/m 3 a helyiség hőmérsékletén; ρ 2 a levegő sűrűsége kg/m 3 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

42 = 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. = A sűrűségek a hőmérsékletekkel: = 1 1+ A nyomáskülönbséget behelyettesítve az egyenletbe és tapasztalati értékként az átfolyási tényező értékét beírva a természetes szellőztetés levegőszállítására az alábbi összefüggést kapjuk: = 2 3 Az összefüggésből a be- és kiömlőnyílások keresztmetszete már meghatározható: 3 = = 2 Ez az összefüggés a gyakorlat számára gyakran elegendő pontosságú és kielégítő eredményt ad Mesterséges szellőztetés A mesterséges szellőztetés esetén ventilátor biztosítja a levegő szállításához szükséges nyomáskülönbséget. A szellőztetett helyiség környezetéhez viszonyított nyomása alapján megkülönböztetnek: - túlnyomásos 42

43 - elszívásos - kiegyenlített szellőzőrendszert. A túlnyomásos szellőzés esetén a szellőztetett helyiségben a környezethez képest túlnyomás van. A túlnyomás értéke 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 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

44 Túlnyomás p = Pa Légköri nyomás Depresszió p = 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) 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

45 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 Higításos levegőbevezetés 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 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 Légsebesség Léghőmérséklet Koncentráció Hígításos H H H v t k 3.4. ábra Hígításos rendszerek 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

46 LVR Légsebesség Léghőmérséklet Koncentráció Elárasztásos H H H Q v 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 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

47 Előny Hátrány 3.4. táblázat Levegőbevezetési rendszerek összehasonlítása H í g í t á s o s Elárasztás Mennyezetcirkuláció Fűtésre, hűtésre Erősen hűtött levegő is Egyenletes hőmérséklet Alacsony hatékonyság Hűtéskor huzatveszély és nagyobb energiaszükséglet Oldalcirkuláció Hatékonyabb szellőzés Kisebb energiaigény hűtéskor Tartózkodási zónában kis sebesség 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 Légvezetési rendszerek 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/m 2 fajlagos hűtőterhelés mellett a primer levegő m 3 /h, a szekunder m 3 /h, előadótermek esetén q = 100 W/ m 2 Vp = m 3 /h Vsz= m 3 /h. 47

48 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/ m 2, 22 o C belső hőmérséklet mellett ábra Diffúz légvezetési rendszer 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 ábra Érintőleges légvezetési rendszer Légsugár LVR Sportlétesítmények, ipari terek átöblítésére, h>3,5 m. Viszonylag nagy levegőmennyiség kibocsátható V> 30 m 3 /hm 2 48

49 3.10. ábra Légsugár légvezetési rendszer Dugattyúhatás-szerű LVR Nagy hőáramot tud elszállítani, elvárás a nagy tisztaságú tér (kórházi műtő, vagy ipari technológia általi követelmény) 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

50 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: =,,,É,,, 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 %-ot is elérheti egy jó hőszigetelésű létesítmény esetén. 50

51 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 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 CO 2 -O 2 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

52 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 = 1 q fajlagos hőáram, a helyiség padlófelületére számított hőterhelés (W/m 2 ), n légcsereszám (1/h), T b az előírt belső abszolút hőmérséklet (K), ρ az áramló levegő sűrűsége (kg/m 3 ), c p az áramló levegő állandó nyomáson vett fajhője (J/kg,K). H a helyiség magassága (m) A kiszámított Archimédesz-szám alapján diagramból kiválaszthatók a megfelelő légvezetési rendszerek ábra Diagram a tartózkodási tér légvezetési rendszerének kiválasztásához 52

53 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 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

54 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/m 2, 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

55 4. IRODAÉPÜLETEK HŰTÉSE ÉS FŰTÉSE (Halász Györgyné PhD) Fő irodai tevékenységek ( 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

56 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 fő részére ideális, olyan csapatmunkához, amely bizalmas és gyakori kommunikációt igényel. Munkaállomás orientációja nyitott terű irodában ( Munkaállomás orientációja egyéni teres, zárt teres irodában ( 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

57 spektruma szóba jöhet a követelmények teljesítésekor. Ez a fejezet a rendszer-megoldásokról átfogó képet kíván nyújtani Fűtési és hűtési rendszerrel szemben támasztott követelmények 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 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 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

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

59 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 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 CO 2 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

60 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 CO 2 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: hasznosito tt energia η ( ill. ε ) = = 1 felhasznál t energia energia veszteség 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

61 A nyers erő exergia hatásfok: η BF = összes kilépő exergia összes belép ő exergia A funkcionális exergia hatásfok: η FUN hasznos energia exergiája = = 1 felhasznál t energia exergiája exergia veszteség 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

62 4.2 ábra Az igény és ellátás illesztése az energia munkavégző képességének figyelembevételével 62

63 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 táblázat Komfort követelmények az ISO EN 7730 alapján Aktivitási szint 1,2 met Ruházat hőszigetelő képessége: Nyár 0,5 clo Tél 1,0 clo Operatív hőmérséklet (t o ): Tél Nyár Sugárzási aszimmetria ( T w ) hideg födém hideg fal (ablak) meleg födém meleg fal 20 < t o < 24 C 23 < t o < 26 C T w < 14 K T w < 10 K T w < 5 K T w < 23 K Padlófelületi hőmérséklet (t fb ) 19 < t fb < 27 C Vertikális hőmérsékleti gradiens (dt/dh) dt/dh < 3 K Közepes levegő sebesség (t levegő =21 C, turbulenciafok=10-20%) 0,1 0,5 m/s 0,13 m/s Huzatfokozat (huzat esetén az elégedetlenek DR < 15% aránya) (DR) Hőérzeti érték (PMV) -0,5 < PMV < +0,5 Hőérzettel elégedetlenek százalékos aránya PPD < 10% (PPD) 63

64 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: n p dt i dtm Q R ( τ ) + Qbhő ( τ ) + Q sug ( τ ) ml c pl V ρc = AU i i ( tim ta ( τ )) + l jψ j ( tim ta ( τ )) + dτ dτ + f j= 1 A bj U bj ( t im t jsz ) + V l ρlcl ( tim t ( τ )) a (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 (t a ) 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: i= 1 j= 1 R + Q bhő + Q sug = PT Q trkül + Q trbel + Q filtr Q A P T a helyiség időállandójától függő helyesbítő tényező. Qtrkül m p n = AU i i im a j lj im a i i= 1 j= 1 i= 1 ( t t ) + l U ( t t ) + l Ψ ( t t ) i im a (1- külső tömör határoló szerkezet, nyílászárók hővesztesége, 2 - talajjal érintkező szerkezet, 3 - hőhidak hővesztesége) Konvekciós fűtések esetében méretezéskor a t i helyiség hőmérséklet felvételénél, a mértékadó belső levegő hőmérséklet (t im ) 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

65 t o α s tks + αk tl = α + α s k ahol α s a sugárzásos hőátadási tényező, α k a konvekciós hőátadási tényező, t ks a felületek közepes sugárzásos hőmérséklete, t l a levegő hőmérséklete. Külső falakra a transzmissziós energiaáram: Q fal = A fal U fal ( t t ) (W ) im a ahol A fal (m 2 )- a fal belső oldali méretei alapján számított felület U fal 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: Qhh = Σl Ψ ( t t ) a im ahol l (m) a hőhíd (csatlakozási él) hossza. Lapostető transzmissziós energiaárama: Q tető = 1,2 AtetőU tető ( tim ta ) 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: U = = W / m K n R d ö 1 j α λ α i j= 1 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: j ( 1+ κ ) ( W / ) λ j = λ0 mk a 65

66 ahol λ 0 az anyag hővezetési tényezője laboratóriumi körülmények között; κ korrekciós tényezők, amelyek a fent említett különböző hatásokat veszik figyelemben, α i a belsőoldali, α a a külső oldali hőátadási tényezők. Az EN 673-as és az EN ISO 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: U W = A U g g + A U A g f f + A + l Ψ f g g ( W / m 2 K) ahol U g az üvegezés hőátbocsátási tényezője (W/m 2 K) Uf a keret hőátbocsátási tényezője (W/m 2 K) Ψ g lineáris (vonalmenti) hőátbocsátási tényező, amellyel az üvegezés, a távtartó betét és a keret kombinált hőtechnikai hatását vesszük figyelembe (W/mK) A g üvegfelület, a belső, illetve külső látható üvegfelületek közül a kisebb (m 2 ) l g az üvegtábla látható részének kerülete, a belső és külső kerületek közül a nagyobb (m) A f keretfelület, csukott állapotban a belső, illetve külső oldalról nézve a keret és a szárny együttes szerkezetének közös vetülete közül a nagyobb területi érték. (m 2 ) Az U g, U f, Ψ g 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 táblázat Nyílászárók hőátbocsátási tényezője Fokozat Hőátbocsátási tényező Jele Megnevezése U w (W/m 2 K) 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, 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 (m 3 /h,m,pa), ill. légáteresztési ( Air Permeability ) értékkel (m 3 /h,m 2,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

67 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 táblázat Nyílászárók légzárási fokozatai Nyomás érték Felület alapján Fugahossz alapján Osztályozás (Pa) (m 3 /hm 2 ) (m 3 /hm) osztály (L1) < 9,91 < 2, osztály (L2) < 29,71 < 7, osztály (L3) < 56,16 < 14, osztály (L4) < 65,51 < 16,37 Légzárási fokozatok az MSZ EN és az MSZ EN szerint Forrás: Krizsa Teréz - Sólyomi Péter: ÉMI Kht. Épületszerkezeti és Épületfizikai Laboratórium, Szakmai fórum, előadás alapján Külső üvegezett nyílászárók transzmissziós energiaárama: ahol A w =A g +A f w = AwU w Q ( t t ) ( W) im a 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, U l (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 trbel = j= 1 Q A jb U jb ( t im t jsz ) ( W) 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

68 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 ρ lcl im ( t t ) (W ) a 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 ρ c l l ( t t ) (W ) Ahol n (1/h; 1/s) a helyiségben szükséges légcsereszám, V (m 3 ) a helyiség térfogata. Egyes helyiségek minimális légcsereszámát vagy a szellőzőlevegő térfogatáramokat előírások rögzítik. A belső levegő minőségét biztosító szellőző, illetve friss levegő mennyiségét, im a 68

69 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: F = ( A U + l Ψ + ρ c n V ) ( ti ta ) = K ( ti ta ) (kw) Q 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 (t fh ), 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: Q QF F = H fa ( ti ta) σ Q ahol H fa (hk/a) az éves fűtési hőfokhíd Z F a fűtési idény hossza órákban (h) A N a nettó fűtött alapterület (m 2 ) q b sd Z F A N q b (kwh/a) a belső fajlagos hőterhelés (belső hőnyereségáram egy m 2 fűtött alapterületre vetítve) (W/m 2 ) 69

70 σ Q sd 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 Q TOT (kwh/m 2,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 A g (m 2 ) 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 = t i A U sd + Qb Q + lψ + ρ c n V Q (kw) a direkt napsugárzásból származó nyereségáram sd Q (kw) a belső hőfejlődésből származó nyereségáram, amelyet a 7/2006 (V.24.) TNM b rendelet a következő módon javasol számolni, megadva a különböző funkciójú épületekben a belső egy m 2 fűtött alapterületre vonatkozó fajlagos hőterhelést (q b W/m 2 ): Q b = A N q b 4.3 ábra Magyarország éghajlati viszonyaira jellemző hőfokgyakorisági görbe H fa (72000 hk/a) az éves fűtési hőfokhíd t i =20 o C belső és t fh =12 o C fűtési határhőmérsékletnél, egyensúlyi hőfokkülönbség=8 o C H ha (hk/a) az éves hűtési hőfokhíd, ha t i =18 o C és t hf =24 o C 70

71 Az éves fűtési hőfokhíd: ahol: ( t a ) Z f H a külső átlag hőőmérsékl et a fűtési napok száma τ f z f fa = ( ti ta) dτ = 0 j= 1 ( t t Épületek hőterhelésének meghatározása i aj ) z j = ( t i t a ) Z f 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 és külső Q hőnyereség összege: i össznyar = Qi + Qa Q. a (W) A belső hőterhelés összetevői: Q = Q i E + QV + QM + Qvg + QB (W) Az emberek által leadott hő: E = n qe Q (W) ahol n q e fő az emberek száma a helyiségben, egy fő által leadott hőterhelés (W/fő)(~120 W/fő ülő könnyű öltözetben lévő, irodai munkát végző ember esetén). A világítás hőtermelése: Q V = P V ahol P V, (W) a világításhoz felhasznált teljesítmény. 71

72 A gépek hőleadása, melyek a hajtómotorral együtt belső térben vannak: Pi M = eσ ωi ηi ahol e a gépcsoport egyidejűségi tényezője, P i a gép teljesítménye (W), η i a gép hatásfoka, ωi a munkagép terhelési foka. A helyiségbe bepárolgó vízgőz által okozott hőterhelés: Q ahol m v h vg r o a bepárolgott víz tömegárama, a vízgőz entalpiája a vízgőz rejtett hője c pvg a vízgőz fajhője t vg a vízgőz hőmérséklete. Az összefüggésben szereplő:. Q vg = mv hvg = mv( ro + cpvgtvg Q a belső határoló felületeken át, a szomszédos nem hűtött helyiségekből származó B 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 táblázat Irodai gépek hőterhelése (EVA, 2000) Hőterhelés [W] Készülékek aktív állapot készenléti állapot kikapcsolt állapot PC Monitor (17 ) PC+Monitor Lézernyomtató Tintasugaras nyomtató Faxgép Fénymásoló Szkenner ) 72

73 4.5. táblázat Világítótestek csatlakozási fényerőssége és csatlakozási teljesítménye (VDI 2078,1996 Csatlakozási teljesítmény [W/m 2 ] Fényerősség Helyiség [lx] Hagyományos lámpa Energiatakarékos lámpa Előterek, folyosók, lépcsőház Munkahely ablak közelében Tárgyaló Nagyterű tervező iroda A külső hőtermelés ( Q. a ) a tömör határoló szerkezeteken ( Q. ) és az üvegezett felületeken ( F Q. ü ) jut be a helyiségbe: a = Q F + Q Ü Q A külső tömör határoló szerkezeten, falakon, födémen át a helyiségbe jutó hőáram, az úgynevezett egyenértékű hőmérséklet különbség módszerével a következő összefüggéssel határozható meg: F = A U t ekv Q ahol A - a felület nagysága, U - a hőátbocsátási tényezője, az egyenértékű, ekvivalens hőmérséklet pedig az alábbi összefüggéssel írható fel: ahol a ta ti t ekv a I = + t αa a ti az a hányad, amit a felületre érkező I (W/m 2 ) sugárzás intenzitásból a felület elnyel, a külső hőmérséklet, a belső hőmérséklet, α a a külső oldali hőátadási tényező (W/m 2 K) 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 m 2 normál síküvegen áthatoló I SRG 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 (W) nyár 73

74 A g nyár 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 U g 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: össznyár = Qi + Qa = Qi + AU t ekv Q 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. Qössznyár hh = ti K t ahol ( K = A U + l Ψ + ρ c nnyár V ) az épület veszteségtényezője. Valamely időszak H ha hőfokhídja az illető időszakban előforduló z h számú hűtési nap hőfokhídjainak összege: + ε A I g SRG g nyár H ha z h h = H = hz z= 1 z= 1 z ( t t ) = z ( t t ) akz i h kz i ahol: t akz az időszakra számított külső átlaghőmérsékletek, z h az éves hűtési napok száma, illetve órák száma, akkor a H ha (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

75 veszteségtényezője. Ha a hűtési határhőmérséklet 18 o C a hűtési napok száma 90 nap körüli érték. 4.4 ábra Hőfokgyakorisági görbe, hűtési idényre vonatkozó szakasza. A H ha a srafozott terület abban az estben t hh =24 o C, t i =20 o C 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

76 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 g nyár értékében a társított szerkezet hatása is figyelembe van véve) meghatározható: Q gnyár A I g g nyár (kw ) Az éves nettó hűtési energiaigény előzetes becslésére a következő közelítés alkalmazható (Baumann és társai 2009): Q Ca 24 = nhű ( AN q 1000 b + Q gnyár ) ( kwh / a) ahol A N a hűtött alapterület, q b a fajlagos belső hőterhelés (W/m2) és n hű azoknak a napoknak a száma, amikor a külső átlaghőmérséklet értékére teljesül: t 26 feltétel. a t bnyár A belső és külső hőmérséklet napi átlagos különbsége a következő összefüggéssel számítható: t bnyár = AU gr + AN Q q b + lψ + n nyár Vρ c A fenti értékkel az épület nyári túlmelegedését is ellenőrizhetjük, nyári túlzott felmelegedés kockázata elfogadható, ha Δt bnyár kisebb, mint 3 K nehéz szerkezetű épületek esetében, és kisebb, mint 2 K könnyű szerkezetű épületeknél (Baumann és társai 2009.) 76

77 Irodaépületek éves energiafogyasztásának változása 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 ábra diagramjai különböző épületfizikai jellemzőkkel, és technikai felszereléssel rendelkező irodaépületek primerenergia fogyasztásában a felhasználási területek arányának változására is rámutat. 120 Éves energia fogyasztás % ábra Különböző épületfizikai jellemzőkkel rendelkező irodaépületek éves energiafogyasztása, hagyományos régi típusű épülethez viszonyítva. 60 % ábra Hagyományos régi építésű irodaépület energia felhasználásának megoszlása 77

78 % ábra Sztenderd klimatizált irodaépület energia felhasználásának megoszlása % ábra Alacsony energiaigényű klimatizált irodaépület energia felhasználásának megoszlása 78

79 % ábra Passzív klímatizált irodaépület energia felhasználásának megoszlása % ábra Passzív, klíma nélküli irodaépület energia felhasználásának megoszlása 79

80 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 (Q o ) 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

81 hideg közeg a meleg levegő hatására, és gőz halmazállapotúvá válik. Ez a folyamat hermetikusan zárt hűtőkör esetén egymás után gyakorlatilag végtelen számban ismétlődhet ábra Fojtásos hűtőberendezés kapcsolási ábrája berendezés legfontosabb elemi: 1-elpárologtató, 2-kompresszor, 3-kondenzátor, 4-expanziós gép (fojtószelep) 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

82 fényvisszaverődések elleni védelmet is megoldhatjuk. Ezekre mutat példát a 4.14 ábra ábra ábra Üveg homlokzat társított árnyékoló szerkezettel ( ábra Üveg homlokzat árnyékoló szerkezete1üveglap 2 Pengetartó 3 falkiugrásszalag4.mozgatásmechanikája5.lineárishajtómű/ motor ( 82

83 4.16. ábra Nyílászáró szerkezete mozgatható árnyékoló szerkezetek ( 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

84 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 ). 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. ( 84

85 4.17. ábra PCM fázisváltó anyag a belső burkolatban ( 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 ábra Sonnenschiff Freiburg napvédelme ( 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

86 4.19. ábra PCM álmennyezettel felújított iroda álmennyezet belső felületi hőmérsékletének lefutása ( 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 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 ábra Iroda épület természetes szellőzés levegő útvonala átriummal Fraunhofer IES Freiburg (forrás:enbau szerint:monitor) 86

87 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 ábra is mutatja. A napkémény télen a hideg levegőt előfűtheti 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