Tartózkodási zóna huzatkomfortjának hatásvizsgálata, különös tekintettel az érintőleges légvezetési rendszerre

Átírás

1 BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR ÉPÜLETGÉPÉSZETI ÉS GÉPÉSZETI ELJÁRÁSTECHNIKA TANSZÉK Tartózkodási zóna huzatkomfortjának hatásvizsgálata, különös tekintettel az érintőleges légvezetési rendszerre PhD tézisfüzet Goda Róbert Témavezető: Dr. Bánhidi László Prof. Emeritus Budapest 2013.

2 1. Bevezetés, célkitűzések Életünk jelentős részét zárt terekben töltjük, ezért fontos kutatási téma a komfort-tényezők elemzése a különböző épületgépészeti megoldások esetén. E megoldások közül egyre inkább előtérbe kerülnek az érintőleges légvezetési rendszerek, melyeknél a primer levegősugarat valamilyen felület mentén vezetjük be (érintjük). Ezen légvezetési rendszerek meglehetősen elterjedtek a komfort épületgépészeti és az élelmiszeripari alkalmazásokban egyaránt. Doktori értekezésemben e rendszerek egyik mértékadó problémájával, a huzathatás kiküszöbölésének méretezési megoldásaival foglalkozom. Mint ismeretes, a huzathatás általánosan kellemetlen közérzetet ún. diszkomfort érzetet vált ki a zárt terekben tartózkodóknál. Ennek hatására az emberek magasabb helyiséghőmérsékletet igényelnek, ami viszont növeli az épület energiafogyasztását. A légvezetési rendszerek vizsgálata tehát két szempontból is nagyon fontos: egyik a megfelelő komfortérzet biztosítása, a másik a gazdaságos épületüzemeltetés, energia-megtakarítás. A huzatkomfortot három fő légtechnikai paraméter határozza meg: a levegő átlaghőmérséklete, átlagsebessége és a sebesség időbeli ingadozása. Az utóbbi két mennyiség reciprokát a szakirodalom turbulencia-intenzitásnak nevezi. Ezen fizikai mennyiségek vizsgálatával az utóbbi évtizedekben számos kutató foglalkozott, melyek közül a legjelentősebbek és nemzetközileg elfogadottabbak Fanger és munkatársainak eredményei voltak. A laboratóriumi huzathatás elemzéseket kiegészítették a meglévő, működő rendszerek valós körülmények közötti diszkomfort mérésekkel. A Fanger és munkatársai által a 70-es években felállított huzat-kockázat modellt (DR - huzatra panaszkodók részaránya) a rákövetkező években számos kutató kiegészítette. Ennek megfelelően például Wang és munkatársai figyelembe vették az emberek tartózkodási idejét a huzathatásban, mellyel a szellőzés tranziens jellegét vették figyelembe. További kiegészítése a huzatmodellnek a bőrfelület lokális hőmérsékletének változásának figyelembe vétele a DR szubjektív huzatérzeti számra. A huzathatással kapcsolatos elemzések során a termikus műemberek alkalmazásával is mérhető a bőrfelület fajlagos hőleadása, valamint annak hőmérséklete, melyek szoros kapcsolatban vannak a huzatérzettel. A mérési eredményeket bizonyos kutatók (pl. Fanger, Koskela, Moureh és Flick; Goda R. és Bánhidi L.) az áramlás numerikus modellezésére alkalmas (CFD) szoftverekkel kapott eredményekkel is összehasonlították [35]. Ezen vizsgálatok többségében azonban leginkább a hőkomfortot és a helyiségben kialakuló áramképet modellezték. A szakirodalom tanulmányozása során azonban megállapítottam, hogy a fenti vizsgálatok jelentős részében a kutatók nem vették figyelembe a helyiségben alkalmazott légvezetési rendszer típusa és a huzathatás közötti kapcsolatot. Mivel minden légvezetési rendszer eltérő karakterisztikájú áramképet hoz létre a szellőztetett térben, így ott a sebesség- és a hőmérsékletmező is jelentősen változik. A leírtak alapján nyilvánvaló, hogy a tartózkodási zónában kialakuló turbulencia-intenzitások nagysága és térbeli eloszlása (gyakorisága) függ az alkalmazott légvezetési rendszer pontos típusától. Nem lelhető fel szakirodalom a befúvás környezete, illetve a tartózkodási zóna együttes vizsgálata is. Ismeretes ugyanis, hogy a befúvásnál kialakuló áramkép jelentősen függ a befúvó konstrukciójától és az áramlásban jelen lévő esetleges zavarásoktól. Ezek a tényezők együttesen hatással lesznek a térben kialakuló áramképre, ezáltal pedig a huzathatásra. Az egyre inkább előtérbe kerülő érintőleges légvezetési rendszerek vizsgálatával meglehetősen kevés szakirodalom foglalkozik. 1

3 Ezek jelentős része is leginkább a helyiségben kialakuló áramképre, valamint a résbefúvóból kilépő légsugarak méréses- és numerikus vizsgálatára fókuszál. A turbulencia intenzitás térbeli eloszlása, valamint a légvezetési rendszer és a huzathatás kapcsolatának együttes elemzése az általam tanulmányozott szakirodalomban nem található meg. További probléma, hogy a huzathatás számítására vonatkozó összefüggések, szabványok a légtechnikai tervezéshez csupán irányértékeket adnak meg a turbulencia-fokra vonatkozóan. A szabványok a légvezetési rendszereket csak annak alapján különböztetik meg, hogy azok elárasztásosak, vagy pedig hígításosak. Lényeges kérdés tehát, hogy a szabvány rögzített hígításos légvezetési rendszerek fajtájától független turbulencia fok, mint huzatkomfort tervezési érték mennyiben tér el a valós turbulencia-fok értékektől, továbbá hogyan alakul ennek térbeli eloszlása az érintőleges légvezetési rendszernél. Doktori értekezésemben a probléma megoldására egy résbefúvó anemosztáttal felszerelt teszthelyiség érintőleges légvezetési rendszerét vizsgáltam a BME Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszék Légtechnikai Laboratóriumában. A vizsgálataimat izotermikus állapotra végeztem el, méréses vizsgálati módszert alkalmazva, időben állandósult légáramlás esetére. Az értekezés az MSZ EN CR 1752 szabványban helyi diszkomfort tényezőként rögzített huzathatás vizsgálatának eredményeit rögzíti, azaz a szellőztetett tér tartózkodási zónájában a levegő átlagsebességéhez képesti, időben változó sebesség okozta huzat hatását. A huzathatás a tartózkodási térben a levegő olyan mértékű áramlása esetén jelentkezik, amely nagymértékű lokális hűtőhatást vált ki valamely testrészen, és ezzel kellemetlen hőérzetet, helyi diszkomfort-érzetet eredményez. A témához tartozó átfogó hipotéziseket a következők szerint fogalmaztam meg: szellőztetett térben a levegő átlagsebességének csökkenése esetén a tartózkodási zónában a testrészek lokális hőcseréje csökken, tehát a lokális hűtőhatás csökken, ezért jelentősen javul a benntartózkodók hőkomfort érzete. Résbefúvóval, függőleges irányú befúvással szellőztetett térben, amely megoldást előszeretettel alkalmazzák, a tartózkodási zónában a turbulencia-fok értéke jelentős szórást mutat a szabványban javasolt értékhez képest. Célkitűzéseim, a hipotézisek és a szakmai igények alapján, a következők voltak: 1. A rendelkezésre álló, egymást kiegészítő módszerek segítségével a lehető legpontosabban megmérjem, megvizsgáljam a tartózkodási zónában a levegőáram fluktuálódásának hatását. 2. Mivel eddig nem végeztek függőleges befúvással szellőztetett térben huzathatással, mint diszkomfort tényezővel ilyen irányú kísérleteket, nem volt ismert, hogy a befúvás pozíciója, illetve irányítottságának milyen a mechanizmusa. Emiatt az is a céljaim közé tartozott, hogy változó térfogatáram mellett megvizsgáljam, hogy a vizsgált helyi diszkomfort tényező hogyan változik. 3. A vizsgált tényezőhöz kapcsolódó irodalmak kritikai elemzése, valamint mérési eredményeim alapján olyan javaslatot adjak, amellyel ki lehet egészíteni a résbefúvásos szellőzéshez kapcsolódó komfort témájú méretezési módszereket, így segítve a szellőzési rendszerek minél komfortosabb, korszerűbb kialakítását. 2

4 2. Szakirodalmi áttekintés A szakirodalomban több kutató hivatkozott arra, hogy a huzathatás, mint diszkomfort-tényező általánosan kellemetlen a zárt terekben tartózkodó emberek számára, hiszen fokozza a bőrfelületen keresztül történő lokális hőcserét [3]; [4]; [12]; [30]. Ezen kívül a huzathatás jelenléte gazdaságossági szempontból is kedvezőtlen, hiszen ez a belső hőmérséklet emelésével kompenzálható, állandó légsebesség mellett, így növekszik az épület energiafogyasztása [1]; [14]; [25]; [21]. A huzathatás laboratóriumi mérésekkel történő vizsgálatával számos kutató foglalkozott az elmúlt évtizedekben [3]; [4]; [8]; [12]; [13]. Az erre irányuló legkorábbi tanulmány Houghten 1938-as munkája [14], majd az as évektől Fanger és munkatársai részletesen elemezték a problémát [3]; [7]; [10]; [21]. Kezdetben a huzathatást kifejező szubjektív huzatérzeti számot (DR) az átlagos légsebesség és a hőmérséklet függvényében vizsgálták [3], majd ez kiegészült a turbulencia-intenzitással [7]. Fanger és Melikov megállapították [7], hogy az áramló levegő fluktuáló sebességkomponense az átlagsebesség mellett jelentősen növelheti a kialakuló huzatérzetet. Az évtizedek során voltak olyan kutatók, akik az említett tényezőkön kívül Fanger huzatmodelljét kiegészítették a korábban már definiált tartózkodási idővel [13], valamint elemezték a huzathatás és a bőrfelület lokális hőmérséklet-csökkenése közötti kapcsolatot [16]. A fenti közleményekben a mérési pontok száma jóval kisebb, mint az általam tervezett mérési elrendezésben. Az érintőleges légvezetési rendszerekkel viszonylag kevés szakirodalom foglalkozik, ezek többnyire a résbefúvóból kilépő szabad- vagy korlátozott légsugarak viselkedésével kapcsolatosak [6]; [15]; [17]; [18]; [20]. Magyar T. [5] publikációjában bemutatja a különböző légvezetési rendszerek vizsgálatának lehetőségeit, beleértve az érintőleges légvezetési rendszert és az ebben fellépő huzathatás vizsgálatát is. A szerző [12] cikkében bemutatja a tartózkodási zónák minősítését huzathatásra a matematikai statisztika eszközeivel. A légtechnikai tervezés során lényeges pont a huzathatás számíthatósága a tartózkodási zónában, ugyanakkor az erre vonatkozó műszaki szabványok, mint műszaki előírások, adott számértékeket tartalmaznak a tervezési kategória függvényében, ám nem veszik figyelembe az alkalmazott légvezetési rendszer (LVR) típusát [sz1]. A légvezetési rendszereket csupán a légmozgást okozó fő erőhatások alapján különböztetik meg (elárasztásos, vagy hígításos/keveredéses). Ennek alapján a hígításos (vagy keveredéses) LVR-k esetében az ajánlott turbulencia-fok a DR számításához 40%, míg elárasztásos LVR esetében 20% [sz1]; [sz2]; [sz3]; [sz4]; [3]. Az említett szabványok ezen kívül tartalmazzák a DR szubjektív huzatérzeti szám meghatározásához szükséges mennyiségek mérésének módját. A turbulens áramlás jellemzőinek (turbulencia-intenzitás, átlagsebesség, fluktuáló sebesség) helyszíni vizsgálata elsősorban irodaházakban, lakásokban oktatási épületekben jellemző [2]; [9]; [10]; [11]. A bemutatott szakirodalmakban mérték a levegő átlagsebességét, az ingadozó komponens négyzetes középértékét (u RMS ), hőmérsékletet és turbulencia-intenzitást, valamint ebből számították a DR értéket. A helyszíni vizsgálataik alapján megállapítható, hogy az érintőleges légvezetési rendszer esetén a turbulencia-intenzitás eloszlását a teljes térre nem vizsgálták. Hanzawa, Melikov és Fanger szintén végzett helyszíni huzathatás-vizsgálatokat [10]. A cikkben bemutatott légvezetési rendszerek között található érintőleges légvezetési rendszer is, függőleges oldalfali befúvásra és mennyezeti elszívásra (irodahelyiség). Hazai vonatkozásban Magyar Tamás és Goda Róbert [23] elkészítette egy érintőleges légvezetési rendszer matematikai modelljét, amiben megadják a légvezetési rendszerek vizsgálatához alkalmazható módszereket. 3

5 A tanulmányok nem térnek ki a konkrét LVR és a huzathatás kapcsolatára. Nem vizsgálták azt sem, hogy a szabványban megadott turbulencia-intenzitás értékektől mennyi az eltérés a különböző légvezetési rendszerek esetében. A kutatók a vizsgálatok során különválasztották a befúvást a tartózkodási zónától, a kettőt együttesen nem elemezték. A méréses vizsgálatok és numerikus szimuláció segítségével kevés érintőleges LVR-t elemeztek, ezek csak a befúvás környezetére koncentráltak [6]; [18]. A CFD szoftverek segítségével többek között a hőkomfortot és a levegőminőséget [23]; [24], a helyiségben kialakuló áramképet vizsgálták [6]; [18], de megtalálható a DR vizsgálata is [19]; [25]. A turbulenciaintenzitás és a huzathatás kapcsolatát nem vizsgálták érintőleges légvezetési rendszer esetére. Néhány kutató termikus műembert is alkalmazott a helyi diszkomfort-tényezők pontosabb vizsgálatához. A műemberrel nem elemezhető közvetlenül a huzathatás, azonban mérhető a bőrfelület lokális hőmérsékletének változása, illetve hőleadása [26]; [27]; [28]; [29], hiszen minél nagyobb a huzathatás mértéke, annál nagyobb a bőrfelület hőmérsékletének változása [30]. A vizsgálatok ennek megfelelően a termikus diszkomfortra koncentrálódtak, a légvezetési rendszert, a turbulencia-intenzitás térbeli változását sem vették figyelembe. 3. Vizsgálati módszer A kitűzött célokat méréses vizsgálati módszer segítségével oldottam meg, egy M1:1-es méretarányú légvezetési rendszer vizsgáló mérőkamrában A mérőkamra leírása Kutatásaimat egy 3x3 [m] alapterületű, 2,8 [m] belmagasságú, ház a házban kialakítású mérőkamrában végeztem a BME Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszék Légtechnikai Laboratóriumában. A mérőkamra geometriai méreteit és a légtechnikai rendszer kapcsolási vázlatát a 3.1. Ábra szemléleti. A levegő kezelése egy precíziós klímaszekrény segítségével történt, amit légszűrő követett. Közvetlenül a helyiségbe történő csatlakozás előtt mérőperemes (íriszes) légmennyiség-szabályzóval mérhető és állítható a helyiségbe áramló levegő térfogatárama, nyomáskülönbség mérés alkalmazásával. A helyiségben a résbefúvó anemosztát a mennyezeten került felszerelésre, a határoló függőleges falsíktól 230mm távolságra. A csatlakozó doboz előtti perforált torlasztó-elemmel a befújt levegő mennyiségének finomszabályozását végeztem. Az alkalmazott érintőleges légvezetési rendszer függőleges befúvás és függőleges elszívás elrendezésű, az elszívó rés hasonlóan a befúvó anemosztáthoz szintén az álmennyezetben került kialakításra. 4

6 3. 1. Ábra Jelmagyarázat: CRAC = Computer Room Air Conditioning (precíziós klímaszekrény); F* fojtás íriszes légmennyiség szabályozó segítségével; F fojtó elem; SZ légszűrő; PC adatgyűjtő számítógép; p mp a mérőperemmel mért nyomáskülönbség. A levegőellátást biztosító precíziós klímaszekrény névleges térfogatárama 4000 [m 3 /h] volt. A mellékágakban lévő pillangószelepeket (F) nyitott állásba helyezve, az íriszes légmennyiségszabályozó segítségével [m 3 /h] mennyiségű levegőt juttattam a mérőkamrába. Az áramlást homogenizálandó, az íriszes légmennyiség szabályzót a szűrő utáni légcsatorna szakaszba építettem be. A légtechnikai rendszer teljes mértékben recirkuláltatott. A frisslevegő befúvására alkalmazott 1 soros résbefúvó anemosztát L 0 = 1000 [mm] hosszú és s 0 = 12 [mm] szélességű, csatlakozó dobozzal ellátott Környezeti paraméterek mérése Környezeti paraméterként a következő mennyiségeket mértem: áramló levegő száraz hőmérséklete [ C] a befúvásnál az anemosztátban, a tartózkodási zóna középpontjában, illetve az elszívásban; a befúvásnál 45 pontban, 8 mérési sorozatban; a tartózkodási zónában 116 pontban, 7 mérési sorozatban; áramló levegő relatív nedvességtartalma [%] a befúvásnál egy pontban, a tartózkodási zóna középpontjában, illetve az elszívásnál egy pontban; 5

7 áramló levegő átlagsebessége(időben átlagolt) [m/s] a befúvásnál 45 pontban, 8 mérési sorozatban; a tartózkodási zónában 116 pontban, 7 mérési sorozatban; áramló levegő fluktuáló sebességkomponense [m/s] a tartózkodási zónában 116 pontban, 7 mérési sorozatban; statikus nyomás mérése a befúvódobozban [Pa]; dinamikus nyomás mérése a légcsatornában [Pa]; áramló levegő turbulencia-foka [%] a befúvásnál 45 pontban, 8 mérési sorozatban. Áramló levegő száraz hőmérsékletének mérése A befúvásnál, illetve az elszívásnál a levegő száraz hőmérsékletét hődrótos mérőszonda és NiCr-Ni anyagú hőmérsékletérzékelő segítségével mértem. Az ISO 7726 szabvány javasolja a hőmérséklet méréséhez alkalmazott szonda sugárzástól való védelmét (pl. hideg-meleg padló, fal, stb.). Esetünkben a falak és a padló hőmérséklete azonos a helyiség hőmérsékletével, így a hősugárzás hatása elhanyagolható. A szabvány ajánlása szerint a hőmérséklet mérésénél legalább 1 perces beállási időt kell biztosítani a pontos méréshez. A tartózkodási zóna meghatározott pontjaiban a levegő hőmérsékletét irány-független, forró gömbfejes mérőszondával mértem. A mérés elve hasonló a hődrótos anemométerekéhez [31]. A gömbfejes szonda elektromos vezető szenzorral van ellátva, melynek elektromos ellenállása jelentősen függ a mért hőmérséklettől. A szonda elektromosan fűtött, miközben az elektromos vezérlő egység a szonda hőmérsékletét állandó értéken tartja (pl. az elektromos ellenállás állandó értéken tartásával). Az áramló levegő hűti a szondát, a szonda felülete és a levegő között konvektív hőátvitel történik. A vezérlő elektronika kompenzálja a hőmérséklet csökkenést a szabályozó ellenállás változtatásával, mértéke arányos a mért hőmérséklettel. Relatív nedvességtartalom mérése A relatív nedvességtartalom mérése a száraz hőmérséklettel egy időben történt ugyanazon hődrótos szonda segítségével. Az [sz5] szabvány ajánlása szerint a hőmérsékletek értékét nem szükséges korrigálni, hiszen a levegő sűrűség változása a helyiségben nem haladja meg a szabvány által előírt intervallumot, vagyis: 1,16 < ρ < 1,24 [kg/m 3 ]. Ellenkező esetben korrekció lenne szükséges az adott környezeti viszonyoknak megfelelően. Átlagsebesség, fluktuáló sebességkomponens mérése A légtechnikai mérésekhez kidolgozott szabványok az egyes fizikai mennyiségek mérésére többféle műszert kínálnak fel. Az MSZ EN ISO :2003 szerint a sebesség mérésére bármilyen, erre alkalmas mérőműszer használható azzal a feltétellel, hogy az áramlás képében nem okozhat számottevő zavarást. A gyakorlatban ez azt jelenti, hogy minél kisebb az adott mérési keresztmetszet, annál kisebb műszert kell alkalmazni. További követelmény, hogy a mérőműszereket meghatározott időközönként kalibrálni kell. Az MSZ EN 24006:2002 előírja, hogy amennyiben irány-függő szondával mérünk, a levegő 6

8 áramlási sebességének normális irányú komponense merőleges legyen a műszer mérési síkjára. A tartózkodási zóna meghatározott pontjaiban mértem egy irány-független, forró gömbfejes mérőszondával a levegő átlagos sebességét ( u MEAN ) és annak ingadozó komponensének középértékét (u RMS ), figyelembe véve az ISO 7726 szabvány ajánlásait. A gyakorlatban a legtöbb esetben forró gömbfejes mérőszondát alkalmaznak a sebesség mérésére a szabvány és a szakirodalom szerint. A pontos mérés érdekében a szabvány javasolja a műszer rendszeres kalibrálást, és a legalább 3 perces beállási időt. A méréseket négy magasságban végeztem el az ISO 7726 szabvány ajánlásának megfelelően (3. 1. Táblázat). A mérési pontosság függ attól, hogy komfortmérésről (C osztály) van szó, vagy pedig hő stressz vizsgálatáról (S osztály, Táblázat). Súlyozási tényezők az átlagértékek számításához (csak tájékoztatásul) Javasolt magasságok A szenzorok elhelyezése Homogén környezet Heterogén környezet Ülő Álló C osztály S osztály C osztály S osztály Fejmagasság 1 1 1,1 [m] 1,7 [m] Derékmagasság ,6 [m] 1,1 [m] Boka magasság 1 1 0,1 [m] 0,1 [m] Táblázat A vizsgálatok során összesen háromféle mintavételezési időt alkalmaztam a sebesség, hőmérséklet és turbulencia-intenzitás méréséhez. Ezek 60; 200 és 400 szekundumok voltak, melyek közül a mérési eredmények elemzéséhez a 200 szekundum hosszúságú mintavételezési időt használtam fel. Statikus nyomás mérése a befúvó anemosztát dobozában A befúvódoboz mérete: 1000x90x240 [mm]. Nyomásmérő furatok száma: 2 az előlapon; 2 a hátlapon és 1 1 darab az oldallapon. A statikus nyomáskivezető furatok kialakítása alapos körültekintést igényelt, hiszen a nem megfelelő kivitelezés növeli a mérési hibát. A furat a felületre merőleges legyen, a végén sem kiemelkedés, sem erős lesüllyesztés nem lehet [MSZ EN 24006:2002.]; [33]. Nyomásdifferencia mérése változtatható keresztmetszetű mérőperemen A mérőperemmel is ellátott íriszes légmennyiség-szabályozót úgy helyeztem el a légcsatornában, hogy teljesült a gyártó által megadott szükséges beépítési távolság az áramlásban zavarást okozó elemektől (T-idom, könyök, stb.). Az utolsó áramlászavaró elemtől az állítható keresztmetszetű mérőperem 3,5D távolságra került az áramlás irányában. A befúvási térfogatáramot az íriszes átömlési keresztmetszetének nagyságával változtattam, a mért nyomásdifferenciából számított térfogatáram pedig [32]: 0 = Konst F V p mérőérőper em A méréseket időben állandósult áramlásban végeztem el, izotermikus befúvást alkalmazva. 7

9 Turbulencia-intenzitás mérése A befúvásnál lévő turbulencia-intenzitás méréséhez skálázott eszközt készítettem, melynek segítségével pontosan pozícionálható a hődrótos mérőszonda a rés szélessége mentén. Az osztásköz x = 3mm, a 0. és a 4. pozíció pedig a résbefúvó két szélének felel meg. A 0. pozíció a fal melletti oldala a résbefúvónak, míg a 4. pozíció a tartózkodási zóna felöli oldal. A tartózkodási zónában 4 különböző magasságban mértem a turbulencia-intenzitást az ISO 7726 szabvány ajánlásának megfelelően. A mérések elvégzésénél figyelembe vettem, hogy az ISO 7726 [sz2] és az ASHRAE [34] ajánlása szerint a levegősebesség és a turbulencia intenzitás méréséhez legalább 3 perces, azaz 180 szekundumos mintavételezési időt szükséges biztosítani, így a mérésekhez 200 szekundumos, a levegőhőmérséklet mérése pedig 60 szekundumos mintavételezési időt használtam. 4. Új tudományos eredmények 1. tézis: [T3], [T5] Megállapítottam, a turbulencia-fokra (Tu) elkészített gyakorisági-diagramok alapján, hogy a tartózkodási zónában mért turbulencia-fokok érintőleges légvezetési rendszer alkalmazása esetén eltérnek a szabványban rögzített hígításos szellőzésnél - 40 %-os értéktől. A mért adatok túlnyomó többsége minden mérési sorozatban a Tu = 40%-os érték alatt található. A mérési eredmények kisebbik hányada meghaladja a 40%-os értéket. Mérési sorozat V 0 [m 3 /h] Tu 40 % darab 8 Tu > 40 % darab 40%-nál kisebb, vagy egyenlő adatok százalékos aránya 40%-nál nagyobb adatok százalékos aránya Indokolt, hogy az érintőleges légvezetési rendszernél az ajánlott turbulencia fok a nemzetközi normaértéktől eltérő legyen. Célszerűnek látszik a többi keveredéses légvezetési rendszer hasonló vizsgálata.

10 2. tézis: [T2], [T5] Megállapítottam, hogy a huzathatás számításában a turbulencia-fok csökkenésével a kompenzáló átlagos légsebesség változásának sebessége növekszik, mely különösen intenzív a Tu < 40% értékeknél. A DR-szint növekedésével azonban nem azonos ütemben változik az érzékenység gyorsasága, ugyanis megállapítható, hogy minél nagyobb a várható szubjektív huzatérzet számértéke, annál nagyobb az átlagos légsebesség és a turbulencia-fok egymásra való érzékenysége, illetve a változás sebessége. Az elvégzett érzékenységi vizsgálat alapján bizonyítható, hogy az átlagos légsebesség és a turbulencia-fok egymással ellentétes irányú kompenzáló mechanizmussal rendelkezik. Ennek a mechanizmusnak az épületgépészeti gyakorlatban alkalmazott tartományon belül igen jelentős hatása van, ellentétben a vonatkozó nemzetközi szabványok ajánlásaival. 3. tézis: [T9], [T2] A mérések alapján megállapítottam, hogy az érintőleges légvezetési rendszernél alkalmazott résbefúvó anemosztátnál, az általam bevezetett látszólagos profiltényező a térfogatáram függvényében állandónak tekinthető, nagysága 0,75; szórása 0,023. 9

11 Mint ismeretes, a profiltényező a mindenkori átlagsebesség és a maximális sebesség viszonya. A disszertációmban bevezetett látszólagos profiltényező ennek egy módosított változata, mely nem a befúvási síkra vonatkozik. A vonatkoztatási sík a befúvási síktól a mérési biztonsági távolsággal tér el. A méréshez felhasznált résbefúvó anemosztát kialakításából, valamint a mérőműszer és a befúvó között biztosítandó biztonsági távolságból adódóan, a réstől távolodva a sebességprofil karakterisztikája nem változik. Az említett hatás figyelembevételéhez bevezettem a látszólagos profiltényezőt, felhasználva a Simpson formulát, mint numerikus integrálási módszert. 4. tézis: [T3], [T5] Megállapítottam, hogy az érintőleges légvezetési rendszer esetén a résbefúvó anemosztát elhelyezése hatással van a turbulencia-fok eloszlására és szórására. A fal felőli oldalon a turbulencia-fok szórásának értéke jelentős mértékben eltér a tartózkodási zóna felőli oldalhoz képest. A mérési eredményeim alapján megállapítottam továbbá, hogy az érintőleges légvezetési rendszernél, bokamagasságban ahol magasabb a bőrfelület idegvégződések sűrűsége (huzatérzés, y = 0,1 m)- a turbulencia-intenzitás nem egyenletes, jelentős szórást mutat, szemben az átlagsebesség eloszlásával. A rés hossza mentén mért turbulencia-fok eloszlásáról megállapítottam, hogy a rés közepén (ahol az átlagsebességnek maximuma van) kisebb az értéke állandó térfogatáram mellett, mint a rés szélein. A peremzónákban (a magasságtól függetlenül) nagyobb a turbulencia-intenzitás értéke, itt a fal zavaró hatása érezhető. 5. tézis: [T5], [T6], [T7] A tartózkodási zónában elvégzett sebességmérések eredményeként megállapítottam, hogy a résbefúvó anemosztát pozíciója, illetve az érintőleges légvezetés meghatározza a tartózkodási zónában kialakuló sebességmezőt. A vizsgált légvezetési rendszer közel egyenletes eloszlást eredményez a padlószint közelében az átlagsebességet és a fluktuáló sebességkomponenst illetően. Az érintőleges légvezetési rendszernél a komfort szempontjából kiemelt magasságokban mért légsebességek, a bóka szinten mért sebességekhez viszonyítva állandók a légmennyiségtől függetlenül. 10

12 A tartózkodási zóna komfort tervezés szempontjából kiemelkedő jelentőséggel bír a boka magasság (4. tézis), ezért nem közömbös ott a légáramlás jellemzőinek változása. A bevezetett arányszámok alapján megállapítható, hogy a legegyenletesebb eloszlást az y = 1,1 m magasságban mért átlagsebességek aránya mutatja. 6. tézis: [T3], [T5] Megállapítottam, a négy releváns mérési magasságra (y = 0,1; 0,6; 1,1 és 1,7 m) meghatározott szintenkénti turbulencia-intenzitás átlagai alapján, hogy a turbulencia-intenzitások átlaga minden szinten azonos ütemben változik a térfogatáram függvényében. A legkisebb turbulencia-intenzitások a padló szintjének közelében tapasztalhatók (y = 0,1 m), majd a magasság növekedésével a turbulencia mértéke is növekszik. Az y = 1,1 és 1,7 m magasságokban minimális az eltérés a turbulencia-intenzitások átlaga között. 5. Az eredmények hasznosíthatósága A befúvásnál végzett méréseim eredményeként bevezetett látszólagos profiltényezőnek az ellenőrző méréseknél van jelentősége. Segítségével figyelembe vehető a résbefúvó anemosztát konstrukciójának hatása a befúvási áramképre. A befúvóelem konstrukciójának kialakítása elsősorban gyártástechnológiai megfontolásokon alapul, így a mérési eredményeim segítséget nyújthatnak a résbefúvók geometriájának megfelelőbb kialakításához. A mérési eredményeim alapján az érintőleges légvezetési rendszer alkalmazása esetén a releváns magasságokban ismert a turbulencia-fok, valamint a sebességmező eloszlása. A tartózkodási zóna diszkrét pontjaiban mért értékek összehasonlíthatók a szabvány által javasolt 40%-os turbulencia-fok értékkel. Ennek eredményeként a DR szubjektív huzatérzeti szám meghatározása pontosabbá válik, hiszen a tartózkodási zóna meghatározó pontjaiban jelentős eltérések mutatkoztak a turbulencia-fokok között. 11

13 6. Irodalmi hivatkozások [1] Thermal comfort, ASHAE Handbook Fundamentals. [2] P. O. Fanger, C. J. K. Pedersen: Discomfort due to air velocities in spaces. Proc. of the meeting of Commission B1, B2, E1 of the IIR, Belgrade, 1977, 4, pp [3] P. O. Fanger N. K. Christensen: Perception of draught in ventilated spaces. Ergonomics, 29:2, pp [4] Magyar Tamás, Dr.: Laboratóriumi kísérletek a huzathatás mérésének továbbfejlesztésére. Magyar Épületgépészet, LVII. évfolyam, 2008/5. szám, p [5] Magyar Tamás: A helyiségek levegőátöblítése. Épületgépészet, szám. [6] J. Moureh, D. Flick: Airflow characteristics within a slot-ventilated enclosure. International Journal of Heat and Fluid Flow 26 (2005), p [7] P. O. Fanger, Dr. A. K. Melikov, Dr H. Hanzawa: Air turbulence and sensation of draught. Energy and Buildings, 12 (1988) p [8] P. O. Fanger, Dr. A. K. Melikov, Dr.: Turbulencia és huzat. Épületgépészet, 1989/2. szám, p [9] K. Kovanen, O. Seppänen, K. Sirén, A. Majanen: Turbulent air flow measurements in ventilated spaces. Environment International, Vol. 15. pp , [10] H. Hanzawa, A. K. Melikow, P. O. Fanger: Airflow characteristics in the occupied zone of ventilated spaces. ASHRAE Trans., Vol. 93, Part 1, 1987, pp [11] W.K. Chow, L.T. Wong, W.Y. Fung: Field measurement of the air flow characteristics of big mechanically ventilated spaces, Building and Environment 31 (6) (1996) [12] Magyar Tamás: Qualification of the occupied zones of different types of air supply systems on the basis of measurements. Periodica Polytechnica vol. 44, No. 2, pp (2000). [13] Yuemei Wang, Zhiwei Lian, Peter Broede, Li Lan: A time-dependent model evaluating draft in indoor environment. Energy and Buildings, 49 (2012) pp [14] F.C. Houghten, C. Gutberlet, E. Witkowski: Draft temperatures and velocities in relation to skin temperature and feeling of warmth, ASHRAE Transactions 44 (1938) [15] Guangyu Cao, Claudia Kandzia, Dirk Müller, Jorma Heikkinen, Risto Kosonen, Mika Ruponen: Experimental study of the effect of turbulence intensities on the maximum velocity decay of an attached plane jet. Energy and Buildings 65 (2013) pp [16] Yuemei Wang, Zhiwei Lian, Li Lan: The effect of turbulence intensity on local skin temperature and subjective responses to draft. Energy and Buildings 43 (2011) pp [17] Hsin Yu, Chung-Min Liao, Huang-Min Liang: Scale model study of airflow performance in a ceiling slot-ventilated enclosure: isothermal condition. Building and Environment 38 (2003), pp [18] Jean Moureh, Denis Flick: Wall air jet characteristics and airflow patterns within a slot ventilated enclosure. International Journal of Thermal Sciences 42 (2003), p [19] H. Koskela, J. Heikkinen, R. Niemelä, T. Hautalampi: Turbulence correction for thermal comfort calculation. Building and Environment 36 (2001) pp [20] Magyar Tamás: Egy irányban határolt izotermikus levegősugár viselkedése zárt terekben. Műszaki doktori értekezés. Budapest, [21] Fanger, P. O.: Efficient ventilation for human comfort. International Symposium on Room Air Convection and Ventilation Effectiveness (pp ). Tokyo: University of Tokyo (1992). [22] Zhang Lin, T. T. Chow, C. F. Tsang, K. F. Fong, L. S. Chan: CFD study on effect of air supply location on the performance of the displacement ventilation system. Building and Environment 40 (2005) pp

14 [23] Magyar Tamás, Goda Róbert.: Laboratory modeling of tangential air supply system. PERIODICA POLYTECHNICA SER. MECH. ENG. VOL. 44, NO. 2, PP (2000). [24] Jianhua Fan, Christian Anker Hviid, Honglu Yang: Performance analysis of a new design of office diffuse ceiling ventilation system. Energy and Buildings 59 (2013) pp [25] Gouhui Gan: Numerical investigation of local thermal discomfort in offices with displacement ventilation. Energy and Buildings 23 (1995) pp [26] Barna Edit: A sugárzási hőmérséklet aszimmetria és a meleg padló együttes hatása a hőérzetre. PhD értekezés, Budapest Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem. [27] Magyar Zoltán: Termikus műember alkalmazási lehetőségei hőkomfort vizsgálatoknál. Doktori értekezés, Szent István Egyetem, Gödöllő, [28] Tanabe, S.; Arens, Edward A.; Bauman, Fred; Zhang, H.: Evaluating thermal environments by using a thermal manikin with controlled skin surface temperature. ASHRAE Transactions 1994, Vol. 100, Part 1. [29] Nilsson, HO: Comfort climate evaluation with thermal manikin methods and computer simulation models. Dissertation, Department of Civil and Architectural Engineering, Royal Institute of Technology, Sweden. NR 2004:2. [30] K. W. D. Cheong, W. J. Yu, R. Kosonen, K. W. Tham, S. C. Sekhar: Assessment of thermal environment using a thermal manikin in a field environment chamber served by displacement ventilation system. Building and Environment 41 (2006) pp [31] Vad János, Dr.: Advanced flow measurements. University lecture note. Műegyetemi Kiadó, [32] Lindab résbefúvó termékkatalógus, Elérhetőség: tl.pdf [33] Dr. Gruber József, Dr. Blahó Miklós: Folyadékok mechanikája. Tankönyvkiadó, Budapest, [34] ASHRAE ANSI/ASHRAE Standard , Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy, Atlanta: American Society of Heating, Refrigerating, and Airconditioning Engineers, Inc., USA. [35] Goda Róbert, Dr Bánhidi László (szerk.), Modelling air flow around a clothed male by CFD, Clima2005.: Experience the Future of Building Technologies CD, Lausanne, Svájc, , 5 page, (2005.) Szabványok: [sz1] MSZ CR 1752:2000 [sz2] ISO 7726:1998 [sz3] ISO 7730:2005 [sz4] MSZ EN 13779:2007 [sz5] MSZ EN 308:2000 [sz6] ISO :

15 7. A tézispontokhoz kapcsolódó tudományos közlemények [T1] Magyar T, Goda R: Laboratory modelling of tangential air supply system. PERIODICA POLYTECHNICA-MECHANICAL ENGINEERING 44:(2) pp (2000) [T2] Both Balázs, Goda Róbert: Résbefúvó anemosztátok méréses vizsgálata érintőleges légvezetési rendszer alkalmazása esetén. MAGYAR ÉPÜLETGÉPÉSZET 60:(11) pp (2011) [T3] Goda Róbert, Both Balázs: Érintőleges légvezetési rendszerek síksugarainak vizsgálata. MAGYAR ÉPÜLETGÉPÉSZET 62:(6) pp (2013) [T4] Goda Róbert, Both Balázs, Dr Magyar Tamás: Laboratóriumi kísérletek érintőleges légvezetési rendszerek síksugaraival. MAGYAR INSTALLATEUR 23:(05) pp (2013) [T5] Goda Róbert: Turbulence intensity and air velocity characteristics in a slot ventilated space. Periodica Polytechnica Mechanical Engineering (elfogadva). [T6] Barna Lajos, Barna Edit, Goda Róbert: Modelling of Thermal Comfort Conditions in Buildings. In: Siavash H Sohrab, Haris J Catrakis, Nikolai Kobasko (szerk.) New Aspects of Heat Transfer: Thermal Engineering and Environment. Athén: WORLD SCIENTIFIC AND ENGINEERING ACAD AND SOC, pp ISBN: [T7] Goda Róbert, Dr Bánhidi László (szerk.), Modelling air flow around a clothed male by CFD, Clima2005.: Experience the Future of Building Technologies CD, Lausanne, Svájc, , 5 page, (2005.) [T8] Goda Róbert: Measurement and Simulation of Air Velocity in the Test Room with Slot Ventilation. In: Clima2010: Sustainable Energy Use in Building. Antalya, Törökország, Antalya: Paper R6-TS46-PP03. Folyamatban: [T9] Goda Róbert: Investigation of Draught Comfort of an Occupied Zone Applying Tangential Air Distribution System. Energy and Buildings (editor review, ENB-D R1 ). További tudományos közlemények: Goda Róbert: Desinging of 3D Air model with Measurement of Ventilation Room. Miskolc, Magyarország, p., ISBN: (1999). L Bánhidi, E Láng, L Kajtár, E Stevensné Szaday*, R Goda, P Ordódy: Surveyed and/or measured data: Hungarian methods and experience ISIAQ Indoor Air 2005, Beijing, China, ISBN Goda Róbert, A. Adel, Száday Edit, Bánhidi László: Possibility to take into account the joint impact of draught and assymetrical radiation in dimensioning thermal comfort in a hot environment. Temesvár, Románia, (2005) 14