ÁRAMLÁSTANI MÉRÉSTECHNIKA (BMEGEÁTMG05) Épület körül és épületben kialakuló áramlási viszonyok méréstechnikai vizsgálata, validációs esettanulmány érdekében Doktori téma: Épületek levegő ellátása és belső levegő elosztása gázkészülékek és más szennyező források jelenléte esetén Tirpák Tamás 2014.10.28.

Előadás vázlat Doktori téma bemutatása: Matematikai modell bemutatása előzmények, probléma felvetés, célkitűzések Matematikai modell bemutatása a modell alapgondolata, számítási algoritmus A modell alkalmazása egy vizsgált épület modell bemutatása, hálózati rendszerelemek bemutatása numerikus szimulációs és a matematikai modell eredményei Mérési, validációs igény bemutatása 2014.10.28.

Előzmények BME Épületgépészeti és Eljárástechnika Tanszéke – a FŐGÁZ Földgázelosztási Kft. megbízásából vizsgálatokat folytatott B11 gázfogyasztó készülékek levegőellátásának vonatkozásában 2014.10.28.

Probléma felvetés Egyre növekvő energiaárak Szigorodó épületenergetikai követelmények Fokozott légzárású nyílászárók, valamint a meglévő nyílászárók utólagos hőszigetelési technikáinak térhódítása Nyílászáró-csere során a nyílt égésterű gázkészülékek égéslevegő-ellátása leromolhat, ami életveszélyes üzemállapothoz vezethet! 2014.10.28.

Célkitűzések A belső tér levegőellátását befolyásoló hatások tanulmányozása Az épület körül és a belső terekben kialakuló nyomásviszonyok és levegőforgalom modellezése A kidolgozott modell felhasználásával jellemző épülettípusokra számítások elvégzése Épület körül kialakuló nyomásviszonyok modellezése – az égéstermék-elvezető berendezés kitorkollás kialakítás feltételeinek (MSZ 845:2012) vizsgálata A modellezés eredményeinek összehasonlítása méréses vizsgálatok eredményeivel 2014.10.28.

„B” típusú gázfogyasztók A „B” típusú gázfogyasztó készülékeket alapvetően két csoportra osztják az EU-s szabványok: az atmoszférikus égővel és áramlásbiztosítóval ellátott, természetes huzattal működő égéstermék-elvezető berendezésbe kötött készülékek; a ventilátoros égővel ellátott, közvetlenül – áramlásbiztosító nélkül – az égéstermék-elvezető berendezésbe kötött készülékek jelentik. A B11 alcsoportba olyan természetes huzattal működő berendezések tartoznak, amelyek ún. deflektorral csatlakoznak az égéstermék elvezető berendezéshez. 2014.10.28.

A modellel szembeni követelmények A matematikai modellnek képesnek kell lennie: egy- vagy többszintes; egyedi vagy gyűjtőkéménybe kötött nyílt égésterű gázkészülékkel rendelkező épület légforgalmának a számítására; épület körüli nyomáseloszlás; valamint az egyes helyiségekben lévő aktív elemek, elszívó berendezések figyelembe vételére 2014.10.28.

A modell alapgondolata A vizsgált rendszer első ránézésre sugaras, azonban ha „kéményáramkör” modellt vesszük alapul, az már önmagában hurkokat feltételez. Ezen megközelítés során azt feltételezzük, hogy az a levegőmennyiség lép be a külső nyílászárókon, amely az égéstermék-elvezetőknél, azaz kéményeknél távozik. Megismerve valamennyi módszert, a Newton-Raphson iterációs eljárást került kiválasztásra, amely a megalkotott matematikai modell megoldásának a módszere. 2014.10.28.

Matematikai háttér Elsőként a vizsgált hálózatot leíró gráfot szükséges felvenni, ez ágakból (esetemben valós és képzelt légvezetési elemeknek feleltethetőek meg) és csomópontokból áll. A hurok olyan ágak összessége, amelyeket bejárva, a kiindulási pontba érkezünk vissza. Egyes ágak találkozásait csomópontoknak nevezzük, amit az oda befutó ágak határozzák meg; ezen pontokat leíró további adat a nyomás, valamint a betáplálás. A csomóponti törvény értelmében minden csomópontban zérus a belépő tömegáramok előjeles összege. A huroktörvény alapján egy az ágakból képzett zárt útvonalon végighaladva a nyomáskülönbségeket előjelesen összegezve zérust kell kapunk. 2014.10.28.

Algoritmus 2014.10.28.

Példa az alkalmazásra I. Az épületek egymástól 12 méteres távolságban helyezkednek el Szintmagasság 3 m; épületmagasság (alapozással): 9,1 m Az épület szintenként három lakást tartalmaz. Valamennyi szint esetében az alaprajz megegyezik, eltérés csak az épület bejárati ajtaja helyetti nyílászárókban mutatkozik 2014.10.28.

Példa az alkalmazásra II. A nyílt égésterű gázfogyasztók minden lakásban a fürdőszobákban kerültek elhelyezésre. Valamennyi konyhában elektromos főzőlap található. Az épület keleti oldalán található lakásokban kerültek kialakításra a konyhai páraelszívó berendezések. A vizsgálat célkitűzéseinek megfelelően a számítási munka egyszerűsítése érdekében a fürdőszobán kívüli helyiségeket egy légtérben vontam össze. Ezen egyszerűsítés nyílászárók, valamint a páraelszívó összevonását jelenti. Az összevonás a külső nyílászáróknak a légforgalom szempontjából kényeges eredő résméretét nem befolyásolja. 2014.10.28.

Hálózati rendszerelemek modellezése 1. Égéstermék elvezető berendezés hidraulikai ellenállása: Az égéstermék-elvezető berendezésben a számítás egyszerűsítése érdekében eltekintek az áramló füstgáz hőmérsékletének és a sebességének változásától, ezen értékeket a teljes szakaszra vetített középértékekben határoztam meg 2014.10.28.

Hálózati rendszerelemek modellezése 2. Nyílászárók hidraulikai ellenállása: Fokozott légzárás: 0,3; közepes: 1,2 2014.10.28.

Hálózati rendszerelemek modellezése 3. Páraelszívó modellezése: 2014.10.28.

Szélhatás 1. 3 m/s esetén a széllel támodott felüleleten 12 Pa túlnyomás, más felületeken 7-8 Pa depresszió; 15 m/s-nál 200 Pa körüli túlnyomás, és 150-250 Pa depresszió 2014.10.28.

Szélhatás 2. A numerikus szimuláció eredményei a modellezésem szempontjából rendkívül differenciáltak, ezért a számításaim során az egyes felületekre vetített átlagértékeket használom. A kialakuló nyomáskülönbség a felületen kialakuló nyomás, valamint a zavartalan áramlásban uralkodó statikus nyomás különbségeként értelmezendő. A szél hatásának a figyelembe vétele valamennyi külső csomóponttal érintkező ág esetén külön-külön történt. A nyomásveszteség vektorban negatív előjellel kerültek felvételre, így mikor a felületen túlnyomás alakul ki, akkor nyereséget termelő ellenállásként vehetjük figyelembe, viszont depresszió esetén növeli az ellenállás mértékét. 2014.10.28.

Gráf 2014.10.28.

2014.10.28.

Eredmények A.) Téli méretezési állapot, közepes minőségű nyílászárók, szélcsend B.) Nyári méretezési állapot (belső hőmérséklet 24 [°C], míg a külső hőmérséklet 32 [°C]), közepes minőségű nyílászárók, szélcsend C.) Téli méretezési állapot, közepes minőségű nyílászárók, ÉNy-i szél (3 m/s) D.) Téli méretezési állapot, közepes minőségű nyílászárók, ÉNy-i szél (15 m/s) E.) Téli méretezési állapot, fokozott légzárású nyílászárók, ÉNy-i szél (15 m/s) 2014.10.28.

Mérési, validációs igény 1. Külső, helyszíni mérések nehézségei: a belső térben történő mérés megvalósíthatósága, az épület üzemszerű működése mellett akadályokba ütközik az épület külső homlokzatain egyszerre történő nyomáseloszlás mérése, így az egyes felületek nyomástényezőinek a meghatározása fizikai megvalósíthatósága mérési kapacitási problémákba ütközik Külső szélhatás, valamint a belső légforgalom egyszerre történő mérését kívánnám megvalósítani 2014.10.28.

Mérési, validációs igény 2. Mérni kívánt paraméterek egy egy-, vagy többszintes épület vonatkozásában: az épületet támadó szél sebessége és iránya az épület egyes homlokzatain kialakuló nyomás/nyomáseloszlás az épületen belüli légforgalom/helyiségekben kialakuló nyomás a mérés során figyelembe kell venni az egyes helyiségek közt lévő nyílászárók állapotát, valamint helyzetét (nyitott/zárt) 2014.10.28.

Köszönöm a figyelmet!