Hőérzeti kérdések felület fűtés/hűtési rendszerek tekintetében

Az írás megkezdése előtt sokat gondolkodtam, hogy mi legyen a cikk pontos tartalma. Boncolgathatnék itt különböző “összeollózott” szabványokat, melyekhez mindenki hozzáférhet, ha kíváncsi rá. Szólhatnék azokhoz – és remélem színesíthetném azon egyre növekvő számú épületgépészek tudását -, akik már kipróbálták a felületi fűtő/hűtő rendszereket. Mégis inkább a konzervatívabb tervezőkhöz kívánok szólni, akik kevésbé nyitottak a modern és igenis komfortos, alacsony hőmérsékletű fűtő/hűtő rendszerek irányába. Ezen rendszerek tekintetében megpróbálom bemutatni a hőérzeti jellemzőket, a tapasztalt méretezési gyakorlatot, kiegészítve ezeket az újabb szabványok adta lehetőségekkel, előírásokkal.

A szubjektív hőérzet (hőkomfort) akkor optimális, ha az emberben az anyagcsere során végbemenő kémiai égésből felszabaduló hő és az emberi test által leadott, továbbá a munkavégzésre fordított hő egyensúlyban van, hogy az ember a fölös hőjétől kellemes testfelületi hőmérséklet mellett szabaduljon meg. A hőérzet meghatározása többféle számítási módszer is elterjedt. Mi az angolszáz nyelvterületen elterjedt ún. windchill index-et használjuk. Ez a fedetlen bőrfelületről, az adott időjárási körülmények között távozó hőenergia mutatója.

“Az ember hőérzete lényegében testének, mint egésznek, a hőegyensúlyától függ. Ezt az egyensúlyt befolyásolják a fizikai tevékenység és az öltözet, valamint a környezet jellemzői: a léghőmérséklet, a közepes sugárzási hőmérséklet, a légsebesség és a légnedvesség.”

[MSZ EN ISO 7730:1998]

Két szabványunk is részletesen foglalkozik a komfortos hőérzet témakörével. Az egyik az MSZ EN ISO 7730:1998, mely a komfort közeli hőmérsékletű munkahelyek, a kellemes hőérzet feltételeinek előírása (PMV- és a PPD-Index meghatározása), a másik az MSZ CR 1752:2000, mely komfortérzet szempontjából az épületek szellőzését, belső környezet tervezési paramétereit tartalmazza.

Hőegyensúlyunkat hat paraméter befolyásolja, ezen jellemzők becslése vagy mérése révén előre jelezhető a testre vonatkozó hőérzet, a várható átlagos vélemény (PMV):

1. végzett tevékenység (emberi test belső hőfejlődése)
2. a viselt ruházat szigetelőképessége
3. a légsebesség
4. a levegő relatív nedvességtartalma
5. a levegő hőmérséklete
6. a felületek közepes sugárzási hőmérséklete.

Az első két paraméterrel (1-2.) jelenleg nem kívánok foglalkozni. Ezek adottságok, mely információkat a hőérzeti számításokhoz a beruházónak/megrendelőnek szükséges biztosítania.

Az utóbbi négy a környezet jellemzője. Ez az a négy parameter, amiket a gépész tervező befolyásolhat tervezés során a kívánt komfortos hőérzet elérése érdekében.

3-4. Légsebesség és a levegő relatív nedvességtartalma

Az alacsony hőmérsékletű felület fűtés/hűtés rendszerek sugárzó fűtések, azaz a hőátadás elsősorban hősugárzás elvén történik. (Teljesen tiszta hősugárzásról alacsony hőmérsékletű fűtőközeg esetén nem beszélhetünk, a rendszernek van valamekkora konvekciós hőátadása is. Ennek pontos aránya függ az elhelyezésétől – fal, padló vagy mennyezet – és a hőmérsékletektől is, de a hőátadás többsége hősugárzás marad.) A rendszer ennek a tulajdonságának köszönhetően jelentős konvekciót nem generál, azaz a helyiség levegőjét mozgásra jelentősen nem készteti, és természetesen a helyiség levegőjében található vízgőz mennyiségét sem változtatja.

A részbeni konvekciós hőátadás, illetve a hősugárzás miatt különböző hőmérsékletekre lehűlő/felmelegedő testek és levegő kölcsönhatása miatt a levegő hőmérséklete megváltozik, az állandó vízgőz mennyisége miatt a relatív nedvességtartalom is változni fog. Irodaépületeknél, ahol általában szükséges a mesterséges szellőzés, ezt figyelembe kell venni. Ha az épületben van mesterséges szellőzés és ezzel a konvekciós rendszerrel nem szükséges fűteni/hűteni (ha elegendő hő vihető be vagy vonható el felületi fűtő/hűtő rendszerrel), akkor csupán friss levegő biztosítására sokkal kisebb légmennyiségre van szükség (kisebb légtechnikai rendszer), a befújt levegő mennyiségének csökkenése miatt sokkal kisebb lesz az esély huzathatás kialakulásának. Mivel “a leggyakoribb helyi kényelmetlenség a huzat miatt lép fel” [MSZ EN ISO 7730:1998], kényelmetlen hőérzeti állapot a légmennyiség csökkenésével minimalizálható – azaz kijelenthetjük, hogy felületi fűtő/hűtő rendszerek esetében a légmennyiség és légsebesség csökkenése egyértelműen a komfortos hőérzet kialakítását segítik elő.

5-6. Levegő hőmérsékletet és a felületek közepes sugárzási hőmérséklete

A helyiség levegőjének hőmérséklete és a felületek átlagos sugárzási hőmérséklete fontosabb paraméterek egy felületi fűtő/hűtő rendszer esetében. A két mutató együttesen képezik az “operatív hőmérsékletet“, az operatív hőmérséklet e kettő jellemző számtani közepe, mely hőérzet szempontjából meghatározó elem lesz a számítások során.
Megjegyzem, hogy a hőérzet mellett szót kell ejteni a fűtő/hűtő rendszer egészéről, hisz egy rosszul megválasztott “operatív hőmérséklet” nem csak kellemetlen hőérzetet, hanem gazdaságtalan fűtő/hűtő rendszert is eredményezhet. Talán kijelenthetem, hogy magyarországi gyakorlatban a megbízót sokszor kevésbé érdekli a hőérzet, a többség elsősorban a gazdaságosságot vizsgálja, melyre a méretezési hőmérsékletek megfelelő kiválasztása jelentős hatással bír.

Munkám során sok épületgépész tervező kollégával és projekttel kerülök kapcsolatba, sajnos néha elég elképesztő méretezési igényekkel is találkozok. (Természetesen vannak jó példák is – egyre sűrűbben igénylik a bérlők/vásárlók/építtetők a megfelelő komfortot, egyre sűrűbben találkozhatunk olyan megbízókkal, akik csupán különböző nemzetközi szervezetek – pl. Breeam, Leed, stb. – által készített, megfelelő tanúsítások esetén vásárolják/bérlik az ingatlant. Ezen tanúsítások sok más paraméter mellett kiemelt hangsúlyt fektetnek a tanúsított épület komfortosságára is.) Az igényeket persze nem mindig a tervező határozza meg, sokszor a megbízó támaszt a szabványoktól eltérő, sokkal szigorúbb elvárásokat. Jó lenne, ha a megbízó a támasztott elvárások esetében azok hatásairól is tájékozódhatna. Biztos alaposabban átgondolná azokat a néha szükségtelenül szigorú igényeket, ha az azokhoz tartozó beruházási és üzemeltetési költség-többletet megismerné.

A mai napig használatos MSZ-04-140-2 szabvány lakóépületek esetén téli hőtechnikai méretezéshez lakószobában 20˚C belső hőmérsékletet határoz meg. Ha a külső lehűlő felületek száma egynél több, akkor néhány ˚C-os korrekcióval számolhatunk “konvekciós fűtés” (!) esetén. A szabvány ugyan szó szerint erre nem tér ki, de alacsony hőmérsékletű sugárzó fűtés esetén ezzel a korrekcióval nem kell számoljunk. Sokan már ösztönösen néhány ˚C-kal megnövelik a méretezési hőmérsékletet…

Hőérzet diagram

Mindenki ismeri az északi fekvésű “hidegszoba” tipikus esetét, mely szintén csak konvekciós fűtések esetében fejti ki kedvezőtlen hatását. Ebben az esetben lehet azonos a léghőmérséklet például egy déli fekvésű, azonos geometriájú helyiséggel, mégis az északi szobát sokkal hidegebbnek érezhetjük. Ennek egyetlen oka az alacsony felületi hőmérséklet. Mivel testünk érzékeli a körülöttünk lévő felületek átlagos sugárzási hőmérsékletét is, azonos komfortérzet eléréséhez vagy magasabb levegő hőmérsékletet (konvekciós fűtés esetében), vagy magasabb felületi hőmérsékletet kell megcélozzunk (felület fűtés).

Ha megfordítjuk a dolgot és felület fűtés esetén vizsgáljuk az operatív hőmérsékletet, akkor megállapítható, hogy felület fűtés alkalmazásával a magasabb felületi hőmérséklet esetén a belső, tervezett léghőmérséklet akár csökkenthető is. Az alacsonyabb méretezési léghőmérséklet kisebb hőszükségletet, kevesebb gépészeti beruházási költséget és jelentős üzemeltetési költségcsökkenést eredményez.

Persze ezen nem szeretnék senkit arra bíztatni, hogy 16˚C-os léghőmérsékletet célozzon meg fűtés esetén, de mindenképp megfontolandó, hogy érdemes-e fal- vagy mennyezetfűtés esetén a szabványnál szigorúbb léghőmérsékleteket választani. (Találkoztam például olyan projekttel is, ahol falfűtésnél 24˚C-os léghőmérsékletre méreteztek téli üzemben egy hálószobát!)

Fontos megjegyezni, hogy huzamosan használt helyiségekben a felületi hőmérséklet és a levegő hőmérséklete – ha nem is egyenlítődnek ki, de – közelítenek egymáshoz, nincsenek extrém hőmérséklet-különbségek a felület és a levegő hőmérséklete között. Sokszor hallottam, hogy a mennyezetfűtésre azt vágta rá a kivitelező vagy tervező szakember, hogy mennyezetfűtésnél “felforr a fejünk“. Igen, magas hőmérsékletű sugárzó fűtésnél előfordulhat a diszkomfort, de alacsony előremenő fűtővíz hőmérsékleteknél ilyennel nem találkozhatunk. Az MSZ CR 1752:1998 szabvány kitér a sugárzási asszimmetria vizsgálatára is. Egy átlagos 2,4 x 4,8 m-es helyiségben, 2,7 m belmagasság esetén, “A” komfortérzet eléréséhez (5%-nál kisebb elégedetlenségi feltételnél) a szabvány 5˚C asszimmetriai határértéket ad meg. Ha feltételezzük, hogy a mennyezeten kívül az összes felület hőmérséklete azonos a 20˚C-os léghőmérséklettel, akkor számítható 32˚C-os maximális mennyezeti hőmérsékletet kapunk. Egy megfelelően leméretezett, megfelelően működő mennyezetfűtés esetén 26-28˚C-os mennyezeti felületi hőmérsékletet mérhetünk, a felületi hőmérséklet a 30˚C-ot sem fogja elérni.

Hőérzet

Amíg az MSZ-04-140 szabvány léghőmérsékletekkel és korrekciókkal számol, addig az MSZ CR 1752:1998 szabvány már pontos operatív méretezési hőmérsékleteket jelöl. Például az “A” komfortérzetű irodatér kialakításához nyáron 24,5 ± 1,0˚C, télen 22,0 ± 1,0˚C operatív hőmérsékletet ír elő.

A terek tervezési kritériumai különböző épületek esetén

Nyári üzemben egy déli fekvésű, nagy nyílászáróval (akár árnyékolóval) ellátott irodát vizsgáljunk. Tételezzük fel, hogy a válaszfalak könnyűszerkezetesek és monjuk van olyan határoló belső fal, mely túloldalán nincs hűtött helyiség. A hűtési rendszer konvekciós. Ilyen irodánál előfordulhat, hogy az átlagos felületi hőmérsékletek elérik a 26˚C-ot. Ahhoz, hogy operatív hőmérsékletben a 24,5˚C-ot megcélozzuk, megeshet, hogy 23˚C-os léghőmérsékletet kell biztosítsunk.

Mennyezethűtés alkalmazásánál körülbelül 19-20˚C-os mennyezet kapunk, a körülöttünk lévő falak és a külső nyílászáró felületi hőmérséklete is körülbelül 25˚C-ra (!) fog beállni (a határoló falak és a mennyezet kölcsönhatása miatt), átlagos felületi hőmérsékletnek a helyiség geometriájától függően 22-23˚C értéket kapunk. (Nagyobb alapterületű helyiségekben kb. 22˚C, kisebb alapterületű helyiségeknél kb. 23˚C.) Ahhoz, hogy a szabványban előírt 24,5˚C operatív hőmérsékletet elérjem, 26-27˚C-os léghőmérsékletet kell biztosítsak.

Tehát nyári üzemben is elmondhatjuk, hogy amíg konvekciós rendszernél időnként szigorúbb elvárásokat szükséges támasszunk a megfelelő komfort éléréséhez, addig az alacsony hőmérsékletű felület fűtés/hűtések tekintetében erre nincs szükség.

Egy konvekciós rendszer esetében – sugárzó hőátadás és hőtároló tömeg hiányában – a levegő hőmérsékletére tudunk hatással lenni, addig a felületi fűtő/hűtő rendszereknél mindkét paramétert befolyásoljuk. A komfortos állapot eléréséhez sokkal kedvezőbb méretezési hőmérsékleteket választhatunk, kedvezőbb beruházási és sokkal kedvezőbb üzemeltetési költségeket kaphatunk. Ráadásul tesszük ezt úgy, hogy a magasabb sugárzási hányadnak köszönhetően kedvezőbb hőátadási kölcsönhatás létesül a testünk hőegyensúlyában (metabolikus hő: sugárzás 42-44%, konvekció: 32-34%, párolgás 22-26%). Tehát egy alacsony hőmérsékletű felület fűtés/hűtés rendszereknél, a nagyobb arányú sugárzásos hőátadás miatt, komfortosabbnak fogjuk érezni a teret – még azonos operatív hőmérséklet esetén is.

Ha tetszett a bejegyzés, oszd meg ismerőseiddel és kövess minket a Facebook-on!

Hasonló cikkek