Fény, levegő, biztonság

Felülvilágítók az épületgépészeti gyakorlatban

2017. november 13. | Lantos Tivadar |  1696 |

Az alábbi tartalom archív, 7 éve frissült utoljára. A cikkben szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).

A felülvilágítók klasszikusan három funkciót látnak el, melyek: a bevilágítás, a hő- és füstelvezetés, és a szellőztetés. Mindhárom egyformán fontos kellene, hogy legyen, ezzel szemben a költségminimalizálásnak köszönhetően a hazai gyakorlatban csak a hő- és füstelvezetés kap megfelelő hangsúlyt.

A felülvilágítók alkalmazásának előnyei

A felülvilágító (kupola, sávfelülvilágító) rendszereket, amelyen keresztül természetes fény jut be az épületekbe, üzemcsarnokokba, jellemzően lapos tetőkbe építik (a tetők dőlésszögének maximuma 25°). A felülvilágító, mint speciális nyílászáró, beépítése számos előnnyel jár. Először is a felülvilágítón keresztül bejutó fény sokkal jobb megvilágítást eredményez, mint az oldalról érkező. Szabó Gergely a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem oktatója készített ezzel kapcsolatban szimulációs modelleket, ahol összehasonlította a felülvilágítókat és a falba épített ablakokat a beérkező fény hasznosulása szempontjából. A vizsgálat eredménye szerint, ha ugyanakkora nyílást nyitunk a falazaton, illetve a tetőn, akkor a tetőnyílásokon át 3-5 ször magasabb lesz a belső megvilágítás, mint ugyanakkora méretű oldalfali ablakokat használva. Nagyméretű üzemcsarnokok esetén a természetes megvilágítás csak kupolák segítségével oldható meg jól, ugyanis az oldalablakokon át bejutó fény csak közvetlenül a fal melletti részeket képes megfelelően megvilágítani. 

Több fényt!

A természetes fényre több szempontból is szükség lenne. Egyrészt jobb hatással van a dolgozók munkakörülményeire, növeli a termelékenységet, és csökkenti a selejtszámot. Másrészt energiatakarékos, hasznosításával nappal kevesebb elektromos világításra van szükség. Tény az, hogy egy-egy kupola beépítése plusz költséggel jár, amely rövidtávon nem térül meg. Ennek köszönhetően a felülvilágítók bevilágítás funkciója háttérbe szorul, és csak az elengedhetetlenül szükséges hő- és füstelvezetés szempontjainak megfelelően méreteznek a hazai szakemberek. Azt a minimálisan szükséges felületet tervezik be, amit a tűzvédelmi előírások feltétlenül megkövetelnek. Németországban létezik bevilágítási szabvány az ipari épületekre is, amely egyértelműen meghatározza, mekkora fénymennyiségnek kell bejutnia a csarnokba. Magyarországon a felülvilágítókra csak az OTSZ (Országos Tűzvédelmi Szabályzat) előírásai vonatkoznak. A két filozófia közti különbségre jó példa a magyarországi Opel beruházás, amelynek kiviteli terveit német tervezők készítették. Az építés közben kiderült, hogy nem lehet kinyitni az összes beépített kupolát, mert a tetőre felkerült egy gépészeti podeszt, amely akadályozza azt. Félő volt, hogy ennek hatására az épület nem fogja tartani a tűzvédelmi szabályzatban előírtakat. Ám olyan sok kupolát terveztek be a bevilágítás miatt a németek, hogy semmi gondot nem jelentett a hő- és füst elvezetése szempontjából, ha ezek közül néhány nem nyitható. Magyarországon az a jellemző, hogy annyira a határon van a tervezés, ha már egy kupolát nem lehet kinyitni, akkor nem teljesülnek az OTSZ előírásai.

Hő- és füstelvezetés

Pontosabb lenne a füst és hőelvezetés megfogalmazás, mert a füstelvezetés lényegesen fontosabb tulajdonság. Amikor tűz van egy épületen belül a károk 80-90 százalékáért (emberélet, anyagi károk) a füst felelős. Ha szétterjed az épületben, akkor a bent tartózkodó személyek nem találják meg a menekülő utakat, valamint a berendezéseket, árukat, gépeket tönkreteszi a füst. A kupolák hő- és füstelvezető rendszerének működése első hallásra ellentmondásosnak tűnhet. Tűz esetén kinyílik a kupola, majd oldalsó szellőzőkön vagy ventillátorok segítségével levegőt juttatunk az épületbe, kvázi megtápláljuk, felszítjuk a tüzet? Valóban, nagyobb lehet a tűz, de helyben marad, lokálisan ég, és az oly annyira káros füst nem terjed szét az egész épületben. A Budapest Sportcsarnok erre egy szemléletes negatív példa, hiszen akkoriban nem volt hő- és füstelvezetés, de még sprinkler rendszer sem (?????? nem tudom, hogy volt-e sprinkler vagy csak nem működött jól..). Az épületben karácsonyi vásárt tartottak és az egyik elárusító bódéból kiindulva tűz keletkezett.  A meleg megállt a csarnok tetejénél, és egy idő után a szerkezet nem bírta elviselni a hőterhelést, összedőlt. Ha lett volna felülvilágító, ott a hőt ki lehetett volna vezetni, és a tetőszerkezet nem veszíti el állékonyságát, nem szakad le.

Ha feltámad a vörös kakas

Tűz esetén a kupolák felső része legalább 160°-ban nyílik ki, hogy semmi ne akadályozza a füst útját. A magyar OTSZ elismeri a 90°-os nyílási állapotot is, de akkor értelem szerűen kisebb hatásos felülettel kell tervezni. Két különböző nyitószerkezet terjedt el. A hagyományos CO₂ patronos, amikor egy pneumatikus munkahenger nyitja ki a felületet a kupolák, és sávfelülvilágítók esetében. Egy pneumatikus csőrendszeren keresztül jut el a gáz a sűrített levegős tartályból vagy patronból a nyitószerkezethez. A patronok kiszúró szerkezetéhez szükség van akkumulátorra, egy esetleges áramszünet alatti üzembiztos működés miatt. A kupolába, nyílószárnyba épített nyitószerkezetnek önállóan is nyílnia kell, ezért egy kisebb CO₂ patron abba is beépítésre kerül, amennyiben a tűz pont a kupola alatt keletkezne, anélkül, hogy a központi nyitás működésbe lépne.

Létezik elektromos motorokkal működtetett nyitószerkezet is. A motorokat rendszerint törpefeszültségről táplálják meg, jellemzően 24V, 48V feszültségszinten. A 48V-os rendszernek számos előnye van, például, hogy ugyanakkora motorteljesítménynél kisebb keresztmetszetű tűzálló kábelek alkalmazhatók, ami jelentős költségmegtakarítást eredményezhet. A motoroknak, ill. a rendszernek áramszünet esetén, akár 72 óra elteltével is működnie kell, ezért a vezérlőszekrényekben akkumulátorok kerülnek beépítésre. Csak szellőztetésre használt motoroknál 230V-os táplálás a gyakoribb, azt ugyanis olcsóbb, egyszerűbb kikábelezni, telepíteni.

Felülvilágítóknál figyelembe kell venni azt a hóterhelést és szélterhelést is: mekkora az a hó mennyiség, amely súlya alatt a szerkezet nem szakad be és bármikor képes kinyílni illetve milyen szélszívást visel el kinyílás, károsodás nélkül. Ami meghatározó lehet tűzvédelmi szempontból, a Cv érték (áramlástani mutató, jellemző értéke 0,6-0,7), amely megmutatja, hogy a szabad nyílásfelülethez képest mekkora a hatásos nyílásfelület, ahol a füst és a hő ki tud áramolni az épületből.

Hogy jól szeleljen

A felülvilágítók harmadig funkciója a szellőztetés. Már a középkorban is használták a kéményhatást, hiszen akkor még csak természetes módon lehetett a szükséges légcserét biztosítani. Minden közösségi térben – ahol emberek tartózkodnak – a levegő elhasználódik. Szennyezzük a levegőt párával, széndioxiddal stb., ezért azt rendszeresen cserélni kell. A nem géppel segített szellőztetés klasszikus módja az ablaknyitás, ennél hatékonyabb módszer annak a fizikai jelenségnek a kihasználása, hogy a fölmelegedett levegő kisebb fajsúlya miatt felszáll. Az épületben tartózkodó személyek sok hőt termelnek. A Bolshoi Theatre-t például a szovjet időkben úgy készítették elő a nagy hidegben az előadásokra, hogy a színházba betereltek egy-két század katonát, akiket megmozgattak, megizzasztottak, így a leadott testhőjükkel melegítették elő a termet (utána persze azért szellőztettek az „úri” közönség érkezése előtt). Még nyugalmi állapotban is az emberi test 80-100 W hőt ad le, mozgás közben ez az érték eléri a 300-400 W-ot, ami jelentős.(Egy átlagos, jó hőszigeteléssel rendelkező szoba fűtési igénye 1000-1500 W). Üzemcsarnokok, tornatermek, sportcsarnokok esetén ki lehet használni az emberek hőtermelő képességét vagy bármilyen más hőforrást a szellőztetésre (a levegő felmelegítésére), pl. olvasztókemence, fröccsöntőgép stb. A meleg levegő megindul felfelé, azonban nem elég csak fent kinyitni egy kupolát vagy sávnyílószárnyat, hanem oldalról is biztosítani kell a légutánpótlást, hogy kialakulhasson a természetes áramlás, és megfelelően átszellőzzön a helyiség. A szél is sokat segíthet a folyamatban, ám kiszámíthatatlan tulajdonságai miatt- nem mindig fúj, és nem a megfelelő helyről -, nehéz vele tervezni. Összetett rendszereknél, ahol az épület több oldaláról nyithatók nyílások, a szél hatására is lehet alapozni. A régi korok építészetében alkalmazott, főleg természetes szellőztetésre épülő rendszerek egyik szép példája az Operaház, ahol az ülések alól, a szellőző rácsokból érkezik a friss levegő, és a csillár körül a mennyezetbe épített rácsokon keresztül távozik az elhasznált levegő az épületből. Ma már ezt az áramlást, a légcserét szellőztető gépek biztosítják.

A mesterséges szellőztetési rendszerek azonban rengeteg energiát fogyasztanak, és a karbantartási igényük is magas, ezért egyre inkább felmerül a természetes szellőztetés alkalmazhatósága. Igaz, hogy utóbbi kevésbé tervezhető, és nagyban függ a környezeti viszonyoktól, de az automatizált rendszerek, a nyitómotorok már sokat segítenek a függőség leküzdésében. Cél: alkalmazzunk természetes szellőztetést, ahol lehetséges és mesterségeset, ahol szükséges.

Minőségi kupolák ismérvei

A minőségi felülvilágítók választásánál alapvetően több szempontot is érdemes figyelembe venni, a hőszigetelési képességet (U érték), hőhidasságot, légzárást és végül a tartósságot. A hőszigetelési képesség a lábazat és a kupola felső részére egyaránt vonatkozó paraméter. Egyszerűen javítható az U érték nagysága jobb hőszigeteléssel, amennyiben a felső, bevilágító részbe több héjat, polikarbonát lapokat építenek be. A PVC-ből készült cellás szerkezetű lábazat hőszigetelő képessége szigetelő betétekkel javítható és a PVC lábazat ideális a PVC tetőhéjalás szempontjából, mivel az a lábazat vízszintes részéhez hegeszthető, tökéletes vízzárást biztosítva. Az energetikai előírások az elmúlt időszakban jelentősen szigorodtak. Még tíz éve, akár Németországban is, az U=3,2‑2,8 W/m²K érték teljesen elfogadott volt a kupolák esetében. Ablakok esetében is a standard érték U=1,4-1,6 W/m²K volt abban az időben. Manapság ezen a téren is jelentős javulás mutatkozik, vannak olyan kupolák, melyek az U=0,9 W/m²K értéket is elérik. Ezzel szemben a hőhidassággal azaz a szerkezet hőhídmentességével egy-két gyártó kivételével senki nem foglalkozik. Ez azt jelenti, hogy a kinti hideg, akár egy fém lábazaton vagy befogókereten keresztül is bejuthat a belső térbe. Ipari épületek esetében ezt a problémát szinte teljesen elhanyagolják, pedig a lecsöpögő kondenzvíz miatt adott esetben a hőhidasság is jelenthet problémát. A hőhidasság elkerülésére sok finom, precíz megoldás létezik, műanyag tokozat kialakítása, speciális vasalat stb., melynek lényege, hogy olyan fémmel, amely a külső térrel is érintkezik, ne legyen kapcsolatban a belső tér. A hőhidasságra vonatkozóan nincs sem szabvány, sem pedig előírás a megfelelő minőségre, nem szerepel sem a sávok, sem pedig a kupolák specifikációjában. Klasszikus ipari környezetben valóban nem okoz gondot a hőhidasság, de uszodák, tornacsarnokok, laboratórium esetén, vagy olyan helyeken, ahol viszonylag magas a páratartalom, nem lehet elhanyagolni ezt a szempontot sem. A páralecsapódás problematikáját jól szemlélteti a Káposztásmegyeri Jégcsarnok esete, ahol a jégfelületen kirajzolódott a tetőtartó fémszerkezet körvonala. Nagy volt a belső pára, amely lecsapódott a fémszerkezeten, a víz pedig a jégfelületre csöpögött….

A légzárás is fontos tulajdonság a felülvilágítók esetén. Ablakoknál a vasalat biztosítja a légzárást azzal, hogy összeszorítja a tömítőprofilokat, és rászorítja a keretre a vázat. Kupolák, sávfelülvilágítók esetében ilyen nincs, mivel vízszintesen kerülnek beépítésre. Annyira nem kritikus, ha nem zárnak százszázalékosan, de a felülvilágítóknál is van egyszeres, kétszeres tömítés, jobb szerkezet, amennyiben például a kupolák komfortterek (lakó- vagy irodatér) fölé kerülnek beépítésre.

Tartósság szempontjából a felülvilágítók keretének anyaga lehet a meghatározó. A műanyag keretbe kell a fémmerevítés. A PVC anyaga sem mindegy, hogy mennyire UV álló, mennyire merev és időtálló a szerkezete. Az olcsó, és egyszerű készülékeknek a befogókerete jellemzően alumínium. Egyszerűen megmunkálható, de a natúr alumíniumkeret sajnos nem hőhídmentes. Fontos még a nyitószerkezet, hogy mennyire tartós, mit bír el. Csak a minőségi anyagok beépítésével, a technológiai utasítások maximális betartásával lesz a kupola, sávfelülvilágító tartós, és működhet sokáig, az összes hasznos funkcióját megőrizve.

---