1996 novemberében egy házaspár elhunyt Győrött lévő családi házában. A baleset oka az orvos szakértői vizsgálat szerint nagy valószínűséggel szén-monoxid-mérgezés volt. A vegyész szakértő véleménye a feltételezést megerősítette, mert vérmintájukban 77 relatív %, illetve 80 relatív % CO-hemoglobin tartalmat állapított meg.

A szén-monoxid színtelen, szagtalan gáz, fosszilis tüzelőanyagok tökéletlen égésekor keletkezik. Sűrűsége alig kisebb, mint a levegőé, fizikai normál állapotban 1,25 kg/m³ (a levegőé 1,29 kg/m³) [1]

A szén-monoxid a tüdőbe lélegezve a vörösvérsejtekhez kötődik és szén-monoxid-hemoglobin (COHb) keletkezik. A vér ezért oxigén helyett szén-monoxidot szállít, a szervek és a szövetek nem jutnak oxigénhez, oxigénhiányos állapotba kerülnek. A szén-monoxid káros hatását az emberi szervezetre a szervezet anyagcsere forgalma, a belélegzett levegő CO-tartalma és a behatási idő határozza meg [2]. A mérgezés tünetei attól függnek, hogy milyen magas a vérben a szén-monoxid-hemoglobin koncentrációja:

- 30 százalék alatt: rossz közérzet, majd hányinger, fejfájás jelentkezhet;
- 30 és 40 százalék között: fáradtság, zavarodottság a jellemző tünet;
- 40 és 60 százalék között: egyensúlyzavar, az elhatározó képesség hiánya, majd eszméletvesztés, végül pedig
- 60 százalék felett: oxigénhiány miatt öntudatlan állapot, majd halál következik be.

Nagyon lényeges, hogy a szén-monoxiddal mérgezett ember vére tiszta, friss levegőben megszabadul szén-monoxidhemoglobin tartalmától, bár ez a folyamat lényegesen lassúbb [2]. Ezért a mérgezés felfedezésekor azonnal ablakot kell nyitni és a mérgezettet szabad levegőre kell vinni.

Az említett esetben több szakértő is eljárt, akik a mérgezés okát és körülményeit nem teljesen azonosan ítélték meg. Bekérték az időjárásra jellemző adatokat az Országos Meteorológiai Szolgálattól. Eszerint a baleset idején, este 20 óra és másnap 8 óra között Győr térségében az északnyugati-északi szél többször megélénkült, időnként megerősödött, a széllökések sebessége elérte a 9 – 12 m/s értéket (kb. 32 – 43 km/h). A külső hőmérséklet este 2,8°C, 24 órakor 2,2°C volt, másnap hajnalban 1,4°C-ot, 8 órakor -0,3°C-ot mértek.

Megállapították, hogy a kémény egy kettősfalú, alumínium anyagú, hőszigetelt fémkémény, amelynek belső átmérője 130 mm, a bekötéstől mért magassága pedig 3 m.

A szakértői vizsgálat alapját a baleset időpontjában még érvényben lévő Országos Építésügyi szabályzatnak a kémény kitorkollás elhelyezkedésére vonatkozó előírása képezte, amely szerint a kémény kitorkollás üzeme akkor zavartalan, ha a kitorkollásra csúcsával lefelé illesztett 120° szögű kúp palástját 15 m távolságon belül függőlegesen 80 cm-nél jobban egyetlen zavaró szerkezet sem közelíti meg.

A baleset helyszínén végzett pontos geodéziai mérések eredménye szerint a tető hajlásszöge 39,7°, illetve a szerelt kémény kitorkollására illesztett 120° nyílású kúp palástja a tetőgerinc felett 0,92 m magasan halad el (1. ábra).

A szakértői megállapítás az volt, hogy a kémény kitorkollás elhelyezkedése a vonatkozó előírásnak megfelel, tehát ez nem lehetett a baleset oka. Kérdés persze, hogy az adott időjárási feltételek között, az így kialakult nyomásviszonyok mellett ez az ökölszabály elegendő biztonsággal védi-e a kéményt a tető okozta torló-nyomások ellen?

Meg kell említeni, hogy bár az Országos Építésügyi Szabályzatot 1997-től a 253/1997. (XII. 20.) számú kormányrendelet, az OTÉK váltotta fel, amely a kémény kitorkollásra vonatkozó korábbi előírást nem tartalmazza, a „kéménykúpon” alapuló előírás a legutóbbi időkig jelen volt a hazai gyakorlatban, hiszen a 2010. december 1-jén visszavont MSZ-04- 82:1985 szabványsorozat is előírta a 120°-os kúpra merőleges legalább 70 cm-es távolságot, ami lényegében azonos.

Az említett baleset vizsgálatánál a felülvizsgáló szakértői munka keretében megállapítottuk, hogy az OMSz szerint 9 – 12 m/s sebességűre tehető szél a kémény kitorkollás mellett lévő tetőfelületet közelítőleg merőlegesen érte és a felület közelében túlnyomást hozott létre. A zavartalan áramlásban – esetünkben az épülettől távol uralkodó nyomáshoz képest – kialakuló túlnyomás értéke a dinamikus nyomással arányos:

(Képlet)

ahol
c_p – nyomástényező,
ρ – a levegő sűrűsége, +2 °C-nál kb. 1,28 kg/m³,
v – a levegő sebessége, a meteorológiai jelentés szerint kb. 9 – 12 m/s.

A nyomástényezőt 0,2-nek, a szélsebességet 10 m/s-nak felvéve, a tetőfelület közelében kb. 13 Pa túlnyomást számítottunk.

A vizsgált kéménybe egy nyitott égésterű, a mai besorolással B11 alcsoportba sorolt, egyébként a tervezettől eltérő gázkészüléket kötöttek be. Mint ismert, a kéményjáratban kialakuló hatásos nyomás (Δp), más néven huzat (H) a függőleges szakaszok hosszával és a sűrűségkülönbséggel a következők szerint írható fel:

Δp = H = h_k · g · (ρ_{lev, környezet} – ρ_{keverék, közepes}), [Pa]

ahol
h_k – a függőleges szakasz magassága esetünkben 3 m,
g – nehézségi gyorsulás, 9,81 m/s²,
ρ_{lev,környezet} – a környező levegő sűrűsége itt legyen 1,28 kg/m³,
ρ_{keverék, köz}. – az égéstermék-levegő keverék közepes sűrűsége a szakaszon, esetünkben legyen 0,8 kg/m³.

A számítható elméleti huzat ezekkel az adatokkal kb. 14 Pa.

A két közelítő számítás jól mutatja, hogy a tetőfelület közelében létrejött túlnyomás megakadályozta az égéstermék kiáramlását a kéményen és így az égéstermék az épület légterébe áramlott vissza.

A megfelelően beállított gázkészülék égésterméke nem tartalmaz szén-monoxidot, azonban szén-dioxidot igen, legfeljebb kb. 12%-ban. A szakirodalomból ismert (pl. [3]), hogy amennyiben a helyiséglevegő – tehát a tüzelőberendezés égési levegőjének – szén-dioxid tartalma megnő, akkor a tüzelőberendezés szén-monoxid termelővé válik, és gyorsan létrejöhet a helyiségben a balesetet okozó, sőt életveszélyes szén-monoxid koncentráció.

Időközben magyar szabványként közzétették az égéstermék- elvezetéssel kapcsolatosan kidolgozott új európai szabványokat, valamint 2010-ben megjelent az MSZ 845 jelzetű magyar szabvány is, amelyet 2012-ben módosítottak. Ezek a szabványok a kitorkollás üzemének zavarását a saját épület vonatkozásában a következők szerint fogalmazzák meg:

„Az égéstermék-elvezető berendezés kitorkollását a szélnyomás szempontjából kedvezőtlen kialakításúnak kell tekinteni,

• ha a tetőgerinc feletti kiemelkedése 0,4 m-nél kisebb (1-es feltétel), és
• ha az égéstermék-elvezető berendezés kitorkollásától a tető síkjával való metszéspontig haladó képzeletbeli vízszintes vonal hosszúsága 2,3 m-nél kisebb (2-es feltétel) és
• a tető lejtése 40°-nál nagyobb (3.1-es feltétel) (2.a. ábra), illetve kisebb hajlásszögű tető esetében:
• a tető lejtése 25°-nál nagyobb, ha az égési levegő beszívó nyílása és az égéstermék-elvezető berendezés kitorkollása a tetőgerinc két különböző oldalán helyezkedik el, és a tetőgerinctől mért vízszintes távolság 1,0 méternél nagyobb (3.2-es feltétel) (2.b. ábra).

Az MSZ 845 megállapítja, hogy a szélnyomás szempontjából csak akkor kedvezőtlen a kialakítás, ha a három feltétel egyidejűleg fennáll.

A hivatkozott szabványok azt is rögzítik, hogy az égéstermék- elvezető berendezés akkor is lehet a szélnyomás szempontjából kedvezőtlen kialakítású, ha a szomszédságában akadályok találhatók, mint például épületek, fák, dombok. Ha a kitorkollás

• a szomszédos szerkezetektől (L) 15 m-es távolságon belül található és
• a szomszédos szerkezet vízszintes síkban 30°-nál nagyobb szög (a) alatt látszik, valamint
• a kitorkollás vízszintes síkja és a szerkezet legfelső éle közötti függőleges szög (b) nagyobb, mint 10°, akkor az égéstermék-elvezető berendezés üzemét szélörvények befolyásolhatják.

Mi a helyzet akkor, ha a kitorkollás elhelyezkedése a bemutatott kritériumok szerint kedvezőtlen, azaz a kitorkollás üzemét szélörvények zavarhatják?

A hivatkozott, érvényes szabványok az égéstermék-elvezetés méretezését illetően a nyomás- és hőmérséklet-feltételek teljesülését írják elő. A nyitott égésterű, égéstermék-áramlásbiztosítóval ellátott és természetes huzattal működő égéstermék-elvezető berendezésbe kötött (B11 alcsoportba sorolt) tüzelőberendezések esetében a jellemző nyomásokat a 3. ábra mutatja.

A vonatkozó szabvány [4] szerint az égéstermék-elvezető berendezés belépési pontján („A” pont) az égéstermék elvezetésére rendelkezésre álló nyomáskülönbséget (P_Z) a függőleges szakaszokban a sűrűségkülönbség hatására létrejött természetes huzat (P_H), az égéstermék-járat áramlási ellenállása (P_R) és a kitorkollásnál fellépő nyomás különbsége (P_L) határozza meg. Az égéstermék elvezetés akkor működik megfelelően, ha az A pontban rendelkezésre álló P_Z nyomáskülönbség nagyobb, mint a füstcső ellenállásának (P_FV) és a készülék ellenállásának (P_W) a legyőzéséhez, valamint a szellőző levegő beviteléhez (P_B) szükséges nyomáskülönbségek összege, azaz

P_Z = P_H - P_R - P_L ≥P_W + P_FV + P_B .

Ebben a nyomásfeltételi egyenletben nem kell szélnyomással számolni, ha a kitorkollás elhelyezkedése nem kedvezőtlen. Ha viszont az égéstermék-elvezető berendezés kitorkollása a szélnyomás szempontjából kedvezőtlen kialakítású, akkor a szélnyomás értékét az [5] szabvány szerint beépített területen 25 Pa, nem beépített, vagy tópart, folyópart, illetve nagy kiterjedésű sík területeken (pl.: Balaton, Alföld, Kisalföld) 40 Pa értékűre kell felvenni. A

P_Z = P_H - P_R - 25 ≥P_W + P_FV + P_B = PZ_e , [Pa]

nyomásfeltételi egyenlet, illetve egyenlőtlenség teljesülésének gravitációs kémény esetében azonban nincs esélye!

Hasonló nyomásfeltételi egyenlet írható fel a nem kiegyenlített elrendezésű, C csoportba sorolt gázkészülékekre is. (Az európai szabványok szerint nem kiegyenlített az elrendezés, ha az égési levegő bevezetés és az égéstermék kilépés eltérő nyomású térben helyezkedik el, lásd a 4. ábrát, ahol a levegő belépés környezetében a nyomás p_k1, az égéstermék kilépés körül pedig a környezeti nyomás p_k2.)

Mindkét ábra szemléletesen mutatja, hogy az égési levegő belépés és az égéstermék kilépés között a szél hatására kialakuló nyomáskülönbségnek szerepe van a nyomásfeltételek teljesülésében, amit a P_L szélnyomás fejez ki. Fentiekre tekintettel kezdtünk vizsgálatot a BME Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszékén a szél hatásának számszerűsítésére. A vizsgálat előzménye, hogy egy kéménybalesettel kapcsolatosan a BME Gépészmérnöki Kar Áramlástan Tanszékén Lajos Tamás professzor irányításával végzett szélcsatorna vizsgálatok eredményei jól megmutatták, hogy a szomszédos épületeknek, a melléképületeknek és a fáknak milyen jelentős szerepük van a zavart légáramlás létrejöttében a kitorkollás körül. Az 5. ábra a vizsgálatból származó egyik felvételt mutatja [6] alapján.

A tanszékünkön végzett CFD vizsgálat megmutatta, hogy nagyobb, 15 – 18 m/s szélsebesség esetén olyan nagy nyomáskülönbség is létrejöhet a levegő bevezetés és az égéstermék kilépés helye között, amely még egy ventilátoros készülék üzemét is zavarhatja.

Irodalom

1. Dr. Vida Miklós főszerk.: Gáztechnikai Kézikönyv. Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1991
2. Dr. Menyhárt József főszerk.: Az Épületgépészet Kézikönyve. Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1976
3. Homonnay Györgyné dr. szerk: Épületgépészet 2000 II. kötet: Fűtéstechnika. Épületgépészet Kiadó Kft. Budapest, 2001
4. MSZ EN 13384-1:2002+A2:2008 Égéstermék-elvezető berendezések. Hő- és áramlástechnikai méretezési eljárás. 1. rész: Egy tüzelőberendezést kiszolgáló égéstermék-elvezető berendezések. Érvényes 2008-11-01-től.
5. MSZ 845:2012 Égéstermék-elvezető berendezések tervezése, kivitelezése és ellenőrzése. Érvényes 2012-05-01-től.
6. Dr. Lajos Tamás – dr. Barna Lajos – Ambrózi Gergely: Kitorkollás módosító szerkezetek vizsgálata. Magyar Épületgépészet, 2010/3. szám, 3.old.

***

1. ábra. A balesetben érintett kémény elhelyezkedése
2. ábra. A kitorkollás elhelyezésének feltételei a saját épület esetében
3. ábra. Égéstermék-áramlásbiztosítós, kéménybe kötött (B11 alcsoportba tartozó) gázkészülék égéstermék-elvezetésére és szellőzőlevegő bevezetésére jellemző nyomások
4. ábra. Nem kiegyenlített elrendezésű, C53 csoportba sorolt gázkészülék levegő bevezetésének és égéstermék kivezetésének nyomásösszetevői
5. ábra. A szomszédos épület okozta áramlás szemléltetése szélcsatorna vizsgálattal [6]