belépés / regisztráció
2020. december 1. kedd
Aktuális lapszám

Érintőleges légvezetés alkalmazása esetén kialakuló sebességmező elemzése

Mivel életünk jelentős részét zárt terekben töltjük, a megfelelő komfort biztosításához nélkülözhetetlen a levegő kellemes mikroklímája. A BME Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszék Légtechnikai Laboratóriuma hosszú évek óta foglalkozik a zárt terek levegőmozgásának elemzésével. Az itt felépített irodahelyiség valós méretű modelljén méréses vizsgálatokat hajtottunk végre, ennek részeredményeit szeretnénk a cikkben bemutatni. A vizsgálatok magukba foglalták a befúvás és környezetének, valamint a térbeli légmozgás elemzését, keresve a kettő közötti kapcsolatokat.

 

A hazai és nemzetközi szabványok, valamint műszaki előírások által ajánlott mikroklimatikus jellemzők: sebesség (v), hőmérséklet (t), páratartalom (φ), turbulencia intenzitás (Tu/100) stb. biztosításához elengedhetetlen a gépi szellőztetés alkalmazása.

A szellőztetés során a helyiség légmozgásának többféle megoldása lehetséges, ezeket a megoldásokat gyűjtőnéven légvezetési rendszereknek nevezzük. A légvezetési rendszer (továbbiakban LVR) magában foglalja a befúvó és elszívó szerkezetek típusát, számát, azok elhelyezését, továbbá a primer levegőáram helyiségen belüli vezetését. A szakirodalom hatféle légvezetési rendszert különböztet meg a légmozgást előidéző erőhatások, valamint a helyiségen belüli primer levegőáram vezetése szempontjából. Ezek közül az érintőleges LVR igen széles körben elterjedt megoldás a komfort és ipari rendeltetésű terekben. Az 1. ábra segítségével az érintőleges LVR működése az alábbiakban foglalható össze. A falfelület mellett, attól h távolságra elhelyezett s0 szélességű résbefúvó anemosztátból a helyiségbe kilépő síksugár levegőt injektál a környezetből, melynek hatására a felület és a sugár között kialakul egy depressziós („negatív túlnyomásos”) zóna. Ennek magyarázata, hogy a légsugár – a szabadsugárhoz hasonlóan – a környezetéből levegőt ragad magával, azonban a kialakítás miatt ez a levegő a fal felől nem kap utánpótlást. A negatív túlnyomás jelenléte miatt a helyiségbe befújt légsugár tengelye elhajlik a felület irányába, majd az ún. tapadási pontban a felülethez tapad, végül azon haladva tovább elvégzi a helyiség átöblítését. A helyiségbe befújt síksugarat a felület közelsége miatt a szakirodalom korlátozott, illetve részlegesen korlátozott légsugárnak nevezi. Gyakorlati szempontból régóta ismeretes, hogy ezek a részlegesen korlátozott légsugarak meghatározzák a helyiségátöblítés áramképét is. Ezen kapcsolat komplex módon történő kutatásának azonban kevés nyoma van a szakirodalomban. Számos kutató foglalkozott már a részlegesen korlátozott légsugarak viselkedésével, valamint a helyiségek áramképének elemzésével, a kettő egymásra hatásának kutatása azonban nem jellemző. A BME Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszék Légtechnikai Laboratóriuma hosszú évek óta foglalkozik a zárt terek levegőmozgásának elemzésével. Az itt felépített irodahelyiség valós méretű (ún. fullscale) modelljén méréses vizsgálatokat hajtottunk végre.

A vizsgálatok magukba foglalták a befúvás és környezetének, valamint a térbeli légmozgás elemzését, keresve a kettő közötti kapcsolatokat. A mérések során a tervezési szempontból is releváns mennyiségek változásának hatását vizsgáltuk. Ezek a mennyiségek a következők: a befúvási sebesség (v0), a huzatérzet szempontjából meghatározó befúvási turbulencia intenzitás (Tu0), a befúvó geometriai oldalaránya, amely a befúvó rés hosszának (L0) és szélességének (s0) hányadosa (aspect ratio, AR=L0/s0), a távolsági arány, amely a befúvó és a felület közötti távolság (h) osztva a befúvó szélességével (offset ratio, OR=h/s0).

A méréses vizsgálatok egyik első lépéseként a résbefúvó hossza mentén mértük a befúvási sebességet és a turbulencia intenzitást. Az eredmények értékelése során az általános regressziós és az Abbe próba segítségével megállapítottuk, hogy a mért sebességek és turbulencia intenzitások hossz menti eloszlása egyenletes, tehát a mért jellemzők várható értéke állandó volt, 5%-os szignifikancia szintet választva. Az eredmény gyakorlati jelentősége az, hogy amennyiben a sebesség és a turbulencia intenzitás egyenletes a befúvó hossza mentén, úgy a tapadási pont helyzete sem változhat jelentősen a hossz menti keresztmetszetekben.

A befújt légsugárban elvégzett sebességmérés eredményeként meghatározható a tapadási pont befúváshoz viszonyított pozíciója, a tapadási távolság (yt, mm). A méréseket különböző térfogatáram értékek felvételével megismételve vizsgálható a tapadási pont helyzetének változása a befúvási térfogatáram függvényében. Elvárás, hogy a tapadási pont minél közelebb kerüljön a befúváshoz, mert annál hamarabb jelentkezik a Coanda-hatás, ezáltal csökkenthető a huzathatás kialakulásának kockázata a térben. A mérésekhez a 2. ábrán látható hődrótos mérőszondát és az állványra szerelt forrógömbös műszereket alkalmaztuk.

Mivel a hétköznapi épületgépészeti gyakorlatban sok esetben hűtött vagy fűtött levegőt szállítunk a helyiségbe, a vizsgálatok elvégezhetők anizotermikus befúvást alkalmazva is. Ennek segítségével vizsgálható a hőmérséklet-változás hatása a zárt térbe belépő légsugarakra. Az anizoterm légsugarak vizsgálata jelen cikknek nem témája.

A befúvási keresztmetszetben a sebességprofilok és a turbulencia-fok mérésével vizsgálható, hogy a befúvóelem elhelyezése, kialakítása és a szekunder áramlások hatása hogyan függ össze a belépő levegő sebességmezőjével. A 3. ábra a légsugárban mért maximális sebességértékek helyét mutatja egy vizsgált keresztmetszetben, adott geometriai kialakítás esetén.

A sebességek maximális értékeinek ismeretében kirajzolható a görbült légsugár tengelye, ami által meghatározható a tengely és a falfelület találkozási pontja, tehát a feltapadási pont helyzete. A 4. ábrán a feltapadási pont helyzetének változása látható egy konkrét geometriai kialakításra, a befúvási sebességből számított Reynolds-szám függvényében. Mivel a Re számban a konkrét geometriai kialakításnál a jellemző méret és a kinematikai viszkozitás nem változik, a növekvő Re számok egyben növekvő befúvási sebességet és térfogatáramot jelentenek.

A tapadási pont helyzetét az általános regressziós és az Abbe próbával vizsgálva azt az eredményt kaptuk, hogy 5%-os szignifikancia szinten nem változik a Reynolds-szám függvényében, tehát a Re= 2000÷4300 tartományban állandónak tekinthető.

A mérőkamra meghatározott pontjaiban elhelyezett gömbfejes mérőszondával az ISO 7726 szabvány ajánlása szerinti releváns magasságokban (boka: 0,1 m; derékmagasság: 0,6 m; ülő fejmagasság: 1,1 m és álló fejmagasság: 1,7 m) mértük az áramló levegő turbulencia intenzitását (Tu/100, -) és a sebesség ingadozó komponensét (vRMS). Itt szeretnénk röviden megjegyezni, hogy a hazai terminológia szerint a turbulencia fok jelölése Tu [%], míg a turbulencia intenzitás Tu/100 [-]. A mérési eredményeket feldolgozva az 5. ábrán a sebességeket, valamint a mért turbulencia intenzitásokat ábrázoltuk a faltól mért vízszintes x távolság függvényében (lsd.: 1. ábra), az y=1,7 m fejmagasságban. Jól látható, hogy a befúvástól távolodva a levegő sebessége fokozatosan csökken, majd a tartózkodási zóna alsó harmadában közel állandó értékű. Ennek oka az, hogy a fali levegősugár fő áramlási iránya a padló torlasztó hatására megváltozik, és a talajon áramlik tovább, majd az elszíváshoz érve elvégzi a helyiség átöblítését.

A turbulencia-intenzitás változását vizsgálva az 5. ábrán azt tapasztaljuk, hogy a befújt légsugárban (a 250 mm-es x értéknél) a Tu értéke kisebb, mint a főzónában (500-2800 mm hosszon), illetve az elszívás közelében. Mint ismeretes, a helyiségbe bevezetett primer levegő karakterisztikus mozgásba hozza a zárt tér álló levegőjét, ami szekunder áramlásokat indukál. A szekunder áramlásokban növekszik a sebesség fluktuáló komponenseinek értéke, ezáltal a turbulencia- intenzitás értéke is magasabb lesz, mint a primer áramlásban.

További vizsgálati lehetőség a belső fajlagos hőterhelés légsugarakra gyakorolt hatásának elemzése. Mint ismeretes, a belső levegő fűtése, hűtése megváltoztatja a befújt légsugár pályagörbéjét, ez pedig hatással van a tartózkodási zóna légátöblítésére is.


Irodalom:

[1] T. Magyar: „Helyiségek légvezetési rendszerei és a hőérzeti méretezés kapcsolata.” Légtechnikai Symposium, Budapest, May 1993, pp. 16–43.
[2] R. Goda, L. Bánhidi: Investigation of average air velocity and turbulence intensity in a slot ventilated space. Periodica Polytechnica-Mechanical Engineering 58:(2) pp. 77–81., 2014.
[3] T. Magyar: Qualification of the occupied zones of different types of air supply systems on the basis of measurements. Periodica Polytechnica vol. 44, No. 2, pp. 217–227., 2000.
[4] T. Magyar, R. Goda: Laboratory modeling of tangential air supply system. Periodica Polytechnica Ser. Mech. Eng. Vol. 44, No. 2, pp. 207–215., 2000.
[5] S. Kemény, A. Deák: Kísérletek tervezése és értékelése. Műszaki Könyvkiadó, 2000. ISBN 963 16 3073 0.

***

1. ábra. Érintőleges LVR metszetének vázlata
2. ábra. A légvezetési rendszer vizsgálatához alkalmazott mérőműszerek
3. ábra. Sebességmaximumok a befújt légsugárban
4. ábra. Tapadási pont helyzete a Reynolds-szám függvényében
5. ábra. Sebesség és turbulencia intenzitás változása a főzónában




Dr. Szánthó Zoltán
egyetemi docens

A szerzõ egyéb cikkei:

  VI. Épületgépész Szakmai Nap a BME Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszékén
  V. Épületgépész Szakmai Nap a BME Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszékén

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