belépés / regisztráció
2018. október 19. péntek
Aktuális lapszám

Technológiai és komfortkövetelmények megvalósítása a Szegedi ELI Lézer Kutató Intézet tervezése során

Újabb gyöngyszemmel gazdagodtunk, mivel megépült egy épületkomplexum a tudományos kutatások elősegítésére. A Lézer Kutatóközpont egyedülálló beruházás Magyarországon. A Szegeden megépített ELI-ALPS kutatási központ elsődleges küldetése az, hogy a nemzetközi tudományos közösség felhasználói köre számára ultragyors fényforrások széles skáláját tegye elérhetővé.

 

Az ELI-ALPS lézeres kutatóközpont Szeged északi belterületi határán, az 5. sz. főközlekedési út mellett, egy erre a célra előkészített területen létesült. Az épületegyüttes közel 25000 m2 területet foglal magába.

Az épületkomplexum építészeti tervezésekor az építészek figyelembe vették a kutatási technológia speciális elvárásait és a szükséges funkciók maximális kiszolgálását. Ennek megfelelően a funkcionális tagolás alapvetően öt épületrészt foglal magába.

„A” épület
- a lézeres technológia helyiségcsoportjai lézercsarnokok és kísérleti területek,

„B” épület
- a kiegészítő tudományosműszaki területek helyiségcsoportjai, laborok, előkészítő műhelyek, kutatók irodái, az „A” épületet kiszolgáló gépészeti helyiségek

„C” épület
- a tudásközpontként is szolgáló, irodai és kutató funkciókat tartalmazó fogadó épület, recepció, konferenciaterem, könyvtár, szeminárium termek, menedzsment irodák, étterem

„D” épület
- a komplexum kiszolgálását, karbantartását és fenntartását biztosító multifunkcionális csarnok

„E” épület
- porta épület

Az épületek és funkciók felsorolása is mutatja, hogy milyen összetett feladatot kell megoldani a tervező gárdának, ezen belül az épületgépészetnek. Egyszerre kell biztosítani a legmagasabb fokon a speciális technológiai és komfort követelményeket. Az épületegyüttesben 4200 m2 alapterületű nagytisztaságú tisztatér kialakítása vált szükségessé. A tisztaterek „ház a házban” rendszerben kerültek megtervezésre. Épületgépészeti szempontból a nagytisztaságú terek kialakítása, valamint a nagypontosságú hőmérsékleti és páratartalom stabilitás megoldása jelentette a szép feladatot.

A terv

Az épületgépészeti terv kidolgozása során fő célként tartottuk szem előtt, hogy a kutatóközpont épületgépészeti rendszere szolgálja ki a megrendelő, a kutatási cél és az építésztervezők által megálmodott új épület energetikai és komfortigényeit. Elégítse ki az épület működési igényeit és műszaki követelményeit, és a megvalósíthatóság gazdaságossági feltételeit. Messzemenően figyelembe vettük, hogy magas műszaki színvonalú, ugyanakkor gazdaságos rendszer legyen, gondolva a kivételes technológiai igények és az élet-, és vagyonvédelem elengedhetetlen szempontjaira is.

Törekedtünk arra, hogy az üzemelő létesítmény a lehető legkevesebb fosszilis és elektromos energiát vegye ki a közműhálózatból. A fenntartható épület igényének megfelelően az üzemeltetés költségein túl a környezetet terhelő szennyezőanyag kibocsátást is csökkentenünk kell. Az építészeti, statikai és épületgépészeti tervezés kiemelten fontos célja az épületek alacsony energia felhasználásának elérése volt.

Megítélésünk szerint a kutatóközpont mindenkori zavartalan működése kiemelt fontosságú, tehát az épületgépészet egyes rendszereinek (hő-, és hidegenergia ellátás) „szünetmentesen” kell üzemelniük. Ezért az épületegyüttes hő-, és hidegenergia ellátását több, egymástól független energiahordozó segítségével oldottuk meg. Szintén fontosnak tartottuk, hogy az egyes helyiségek, irodák, tárgyalók felhasználási módja, hőterhelése, valamint a hőleadókkal szemben támasztott igény időbeli gyors változásának lekövetése lehetővé váljon.

Az épületgépész energetikai rendszert alapjaiban fosszilis és alternatív megújuló energia források felhasználására helyeztük. A gáz és az elektromos primerenergia felhasználás csökkentése érdekében az energetikai rendszert felkészítettük a termálvíz- energia fogadására. A levegős hőszivattyúk működését nyáron hűtőgép, télen gázkazánház egészíti ki. Energiatároló alkalmazásával biztosítjuk a különböző energiaforrások felhasználását a kutatási központ energetikai rendszerének biztonságos működéséhez. A gazdaságos üzemeltetéshez felállítottunk egy energia-mátrixot, mely segítségével folyamatosan figyelhető és változtatható a felhasznált energiaforrás, ezáltal létrehozható a gazdaságos üzemeltetés. Az energia-mátrixból látható, hogy a rendszerünket felkészítettük az alternatív energiaforrások alkalmazására, valamint a későbbi befogadására is. Az energetikai rendszerekbe további hővisszanyerőket, korszerű energiaosztályú (EER) berendezéseket és a távozó energia és hulladékhő visszaforgató rendszereket építünk be. A lézer-technológia berendezéseket tartalmazó épület területén gépészeti központ – kazánház, szellőzőgépház – nem létesül, így a rezgésbiztos célterületeken a gépészeti berendezések számát minimalizáltuk, hogy a működésükkel okozott rezgéseket elkerüljük. Az épületgépészeti igényeket a „B” épület gépészeti tereiből látjuk el.


A lézer technológiai épület tisztatér rendszere a virtuális térben

A lézer technológiai helyiségek klimatizálását légtechnikával oldjuk meg, a statikai szerkezetek közötti légtechnikai vezetékek megfelelő vezetésével, valamint a tisztatér kialakítás követelményeinek megfelelő befúvó és elszívó anemosztátok segítségével. A szellőzési rendszer oly módon működik, hogy a beépített szellőzőgép biztosítja a tisztasági szint és a technológia által megkövetelt légállapotot és a friss levegő mennyiségét. A helyiségek hőmérsékleti szabályozását a légtechnika biztosítja.

A szükséges hűtési energia előállításához kompresszoros folyadékhűtőgépek kerültek telepítésre. Hőszivattyús berendezéseket is tervezünk az épületek hűtési igényeinek kielégítésére. A hűtőgépeket az egyes kiszolgáló épületek hűtőgépházába telepítjük. A hűtőgépházban és a hűtőközpontban helyeztük el a hűtési osztókat-gyűjtőket, hűtési keringtető szivattyúkat, tágulási tartályokat, egyéb kiegészítő szerelvényeket.

A lézerberendezések hűtése technológiai víz/víz hőcserélővel biztosított, melynek primer oldalára vezetjük a központi hűtőgépek által hűtött vizet. A szekunder oldal hűtővizét a technológiai hőcserélő és szekunder szivattyú szállítja a hűtendő berendezésekhez (vákumszivattyú, lézer sugár előállító berendezések).

Tisztatér

A főépület lézerhelyiségeit és célterületeit a technológiai leírásban megadott tisztatér ISO fokozatnak megfelelően méretezett légcserét biztosító szellőztető berendezéssel hűtjük-fűtjük, illetve szellőztetjük. A szellőző gépek a sterilitás követelményeit teljesítő rozsdamentes kivitelben és kialakításban készültek. A légkezelő rendszereket az épületfelügyeleti rendszer automatikája vezérli, a technológiai által előírt légállapot paraméterek (hőmérséklet, hőmérséklet gradiens, páratartalom, páratartalom gradiens és légsebesség) követelményeit betartandó.

A tisztaterekben előírt a megengedett porkoncentráció. Biztosítjuk, hogy a technológiai kísérletek előkészítése és elvégzése során a tisztateret, mint védendő teret a környezetétől elválasztjuk. A tisztatéri helyiségek légtechnikai kialakításánál fontos tényező a nyomáslépcsők létrehozása, azaz a védendő helyiségben a környezethez képest megfelelő túlnyomás biztosítása. Minden esetben biztosítjuk, hogy a határoló szerkezetek tömítetlensége, illetve a zsilipeken való átjárás esetén a légáramlás iránya a helyiségből kifele irányuljon. Az egyes tisztasági osztályokban a túlnyomás mértékét úgy határozzuk meg, hogy a túlnyomás nagyága az alacsonyabb tisztasági osztályok irányában csökken.

A Lézer Kutatóintézet területén levő helyiségekben olyan tisztateret alakítunk ki, ahol a hőmérséklet, a relatív nedvességtartalom, a környezethez viszonyított nyomás, a mechanikai rezgések, a zajszint és a levegő szilárdanyag- tartalma szigorúan szabályozott.


A kísérleti terület 3D modell részlete

Az épületekben levő tisztaterű helyiségek légtechnikai kialakításánál igen nagy szerepe van a légbevezetési rendszernek, amelyet a magasabb tisztasági követelmények kielégítésére és a technológiai zóna védelmére lamináris áramlási rendszerre alakítjuk ki. A lamináris áramlás lényege az irányítottság és turbulencia-szegénység. Ezt úgy érjük el, ha nagy felületen kis sebességgel vezetjük a helyiségbe a levegőt. Lamináris áramlás alkalmazásával az igényelt légcsere is elérhető úgy, hogy a komfortkövetelmények is teljesüljenek.

A tisztatéri helyiségbe a megfelelően kezelt és tiszta levegőt az álmennyezeten kialakított befúvókon keresztül juttatjuk a térbe. A speciális kialakítású tisztatéri befúvók még egy karbantartható és cserélhető nagy szűrési hatásfokkal rendelkező szűrővel vannak ellátva. A helyiségben a légáramlás iránya felülről lefelé történik, így a keletkező szennyeződés áramlási útja nagyon rövid, hiszen a levegő áramlása a helyiség padlószintje közelében elhelyezett elszívó anemosztátok felé tereli. Az elszívó anemosztátok szintén szűrővel kerülnek beépítésre, mivel energetikai szempontból a tisztatéri levegő keringtetése megengedett. Az elszívó rendszer kialakítása az energia optimalizálás és a fokozott üzembiztonság igényeit elégíti ki.


A tisztatér ellátó rendszer megvalósult állapota

A kialakított tisztaterek jellemzően nagy légcsereszámot igényelnek. Ennek biztosítására igen nagy levegőmennyiség mozgatására van szükség. Energia hatékonysági okokból csak a kötelezően előírt mennyiséget fedezzük frisslevegővel, a fennmaradó részt az elszívott levegő recirkuláltatásával biztosítjuk. Az épület fenntarthatósági és energiatudatos tervezése ott jelentkezik, hogy a tisztasági fok betartása mellett lényegesen kevesebb energiát fordítunk a levegő mozgatására és kezelésére.

Komfort terek

A technológiai épületgépészeti munkák mellett bonyolult komfort terek megoldásával is foglalkoztunk, munkánk során alkalmaztuk és felhasználtuk a korszerű tudományos eredményeket. Példaként szeretnénk bemutatni az ELI egyik bonyolult komfort terét, mely a tudományos központ előcsarnok tere.


ELI lézertechnológiai épület virtuális tér látványterve

Az alapterület 650 m2, átlagos belmagassága 17 m. A határoló szerkezet üveg, mely megfelelő árnyékoló szerkezettel van ellátva. A komfort teret bonyolítja, hogy a térben található egy elhatárolt 200 főt befogadó konferenciaterem, valamint a térben különböző magasságban könyvesboltok, ruhatár és különböző funkcionális helyiségek. Figyelembe kell venni a különböző térbeli pozícióban a komfortérzet biztosítását az emberek számára, egyidejűleg az energiaracionalizálási, gazdaságossági, fenntarthatósági és egyéb fontos szempontokat.

Az előcsarnok

A fenntartható épület keretében az előcsarnok kialakítása közös építész, elektromos, gépész, épületszerkezetes társtervezői egyeztetéseknek megfelelően történt. Az előcsarnok energetikai szempontból is igen fontos létesítménye az épület funkcionális egységeinek. Az előcsarnok terében helyi komfort tereket biztosítunk a bent tartózkodó emberek részére.

Tehát különleges térnek tekinthető az épületben található előcsarnok és konferenciaközpont, melynek megfelelő komfortérzetének kialakításához igen pontos komfortelméleti alapokon nyugvó számítást kell végezni. A felépített modellben dinamikus vizsgálatot végzünk el, a külső hőmérséklet, valamint a napsugárzási intenzitás figyelembe vételével. A légállapotot úgy méretezzük, hogy mind az emberek számára fontos komfortérzet, mind az épület állagvédelme szempontjából megfelelő legyen. A fő cél, hogy a gépészeti berendezések optimális energiát használjanak fel a megfelelő belső légállapot kialakításához.


Az előcsarnok szimulációs eljáráshoz elõkészített 3D modellje

Komfort szellőzés esetén a friss levegő térfogatáramát részben a benntartózkodók oxigén szükséglete, részben a belső levegő minősége, valamint a technológiai hőterhelés (elektromos hőterhelés, világítás, belső berendezések hőleadása, technológiai világítás, emberek hőterhelése, emberek nedvességterhelése stb.) határozza meg. A helyiség hőérzetének biztosítását nem csak gépi úton oldjuk meg. Az üvegfelület és a belső árnyékoló közötti teret, megfelelő külső hőmérsékleti viszonyok esetén – például átmeneti időszakban – a gravitációs szellőzés felhasználásával segítjük. Ebben az esetben felhasználjuk a füstelszívás légutánpótlására és az üvegfelület felső zónájában kialakított nyitható felületeket. A gravitációs áramlás ekkor a természetesen kialakuló sűrűségváltozás következtében szellőzteti ki az üvegfelület mögötti légrést. Természetesen ezt az állapotot is lefuttattuk a szimulációs eljárásunk során.

Szimulációs elemzés

A tervezési feladatunk céljának tekintjük, hogy megállapítsuk a kialakuló áramlási és hőmérsékletviszonyokat és azok változását a klímaberendezés működése közben. A belső tér adott pontján a komfort viszonyokat a komfortparaméter értéke fejezi ki, amely a helyi áramlási sebesség és a hőmérséklet függvénye is. Ezen értékek alapján lehetőség nyílik a gépészeti tervek három-dimenziós elkészítésére.

A tervezési rendszer alkalmazása alkalmas komfort terek esetén is a számítógépes szimulációra, mellyel modellezni tudjuk a helyiségekben lejátszódó komfortérzeti folyamatokat. A szimulációs elemzés módszerét a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gépészmérnöki Kar Áramlástan Tanszék, valamint a CFD.hu Kft. munkatársaival, Dr. Kristóf Gergely vezetésével alkalmaztuk az adott feladatra.

A szimulációs elemzés első lépéseként az építészeti metszetrajzok alapján felépítettük az aula és az ahhoz nagy keresztmetszetekkel kapcsolódó lépcsőház, valamint négy irodai szint légtereinek háromdimenziós geometriai modelljét.

A mérnöki munka során a virtuális terünkben már régóta használjuk a három tér-dimenziót. Terveinket térben elkészítve az x;y;z koordináta síkokban elhelyezett térbeli elemekből építjük fel. Tulajdonképpen mindig is használtuk a negyedik dimenziót, hiszen az energetikai számítások, a megtérülési számítások, üzemeltetési költségszámítások és így tovább, mind-mind az idő dimenzióban lezajló események előrejelzésére vonatkozó számítások.


A számítógépes szimuláció eredménye

A tudomány fejlődésével lehetőségünk nyílt arra, hogy a virtuális tervezői terünkben is olyan időben lefolyó és változó folyamatokat szimuláljunk, melyek befolyásolják a megvalósuló épületben a benntartózkodó emberek komfortérzetét és környezeti paramétereit. Az épületgépész mérnök az emberi komfort környezet kellemessé tételén kell, hogy dolgozzon. Ennek a célnak az eléréséhez szükségünk van olyan gondolkodásbeli és technikai fejlődésre, melyek segítségével a mai igényeknek megfelelő különleges terek komfortméretezését már a négy és több dimenziós virtuális térben is el tudjuk végezni.

A szimulációs eredmények feldolgozása és kiértékelése után a kapott adatokat és eredményeket beépítettük a tervezési munkánkba és így alakítottuk ki a virtuális térben és időben már működő modellünk alapján a helyiség és az épület épületgépész rendszereit.

Energetikai szempontból fontos, hogy bizonyos klimatikus viszonyok esetén a homlokzat átszellőztetésére felhasználhatók az üveghomlokzat alsó és felső területén elhelyezett légbevezető és füstelvezető nyílások, melyek méreteit a szimuláció alapján határoztuk meg. Így az üzemelési időszak egy jelentős részében az üvegfal és az árnyékoló közötti teret gravitációs úton szellőztetjük ki. A kialakított szellőztető rendszer energetikai szempont igen kedvező, hiszen lényeges energiamegtakarítást érünk el és a fenntarthatóság szempontjait vesszük figyelembe az üvegfelület mögötti légrés gravitációs szellőztetésével, valamint az irodai rendszer távozó levegő „újrahasznosításának” alkalmazásával.

Összefoglalás

indezen épületgépészeti és energetikai rendszerekkel biztosítjuk az épületegyüttes korszerű energiafelhasználását. Környezetvédelmi meggondolásból csak olyan berendezést építünk be, amelyik teljesíti a szabványban rögzített lakó-, és középületekre vonatkozó emissziós zajhatárérték követelményeket, valamint az érvényes nemzetközi és hazai szabványok által előírt értékeket.

Látható a fejlődés, hogy a tervezői virtuális világban is előreléphetünk és megvalósíthatjuk a több dimenziós modelltervezési eljárással azt a lehetőséget, hogy még közelebb kerülhessünk a való világ folyamatainak megismeréséhez és az emberi komfort biztonságosabb megvalósításához.

Az ELI ALPS Program célja nemzetközi oldalról, hogy a legjobb tudósoknak biztosítson kutatási lehetőséget és elősegítse az akadály nélküli tudástranszfert. A szegedi Lézer Kutató Intézetben lefolytatott új tudományos kísérleti módszerek kaput nyitnak a fizika, a kémia, a biológia, az anyagtudományok és a csillagászat új területeire. A kutatások jelentős mértékben járulhatnak hozzá új műszaki fejlesztésekhez, előnyös hatásai jelentkezni fognak az orvostudományban, a környezetvédelemben és a tiszta energiára épülő gazdaság létrehozásában.

Az épületgépész szakma tudásával, felkészültségével és kiváló szakembereivel hozzájárult a tudományos élet ezen meghatározó épület együttesének megvalósulásához. Az épületkomplexum életre kelt és a tudomány szolgálatába áll.

Virág Zsolt

Petrika Gábor

Virág Zoltán
DUOPLAN Kft.

Nagy Bernát
Piraton Komplex Kft.

A szerzõ egyéb cikkei:

  Közintézmények energetikai helyzete Magyarországon
  7D tervezési eljárás az épületgépészetben
  „Magyar Épületgépészek Napja 2012” tervpályázat

Eseménynaptár

Hirdetés
Kiadja a Média az épületgépészetért Kft.
Szerkesztőség és kiadóhivatal:
H-1112 Budapest, Oltvány u. 43. I/2.
Telefon: +36 (1) 614 5688
E-mail: kiado@magyarinstallateur.hu

 
Előfizetésben terjeszti a Magyar Posta Zrt. Hírlap Igazg.
Előfizetés és reklamáció: +36 (1) 767-8262
E-mail: hirlapelofizetes@posta.hu
 
 
elfelejtettem a jelszavam