Egy irodai szellőzést vizsgáló humán komfort szimuláció nem sokban különbözik egy parkolóház szimulációjától. Ami azonban mégis más kategóriába helyezi a két feladatot, az a helyiségben tartózkodók komfortjának a meghatározása iránti igény. Mert hiszen az autók nem panaszkodnak a huzat és hideg lábak miatt ugye? A komfort szimuláció különösen fontos akkor, ha az irodában sokan dolgoznak. Láttam már olyan irodai elrendezést, ahol több száz ember ült sorokban egymás mellett egész nap úgy, hogy a válluk szinte összeért. Nyilvánvaló, hogy a dolgozók komfortja a főnökök számára kiemelt fontossággal bír. Ez az esettanulmány nem megy olyan messzire, hogy több száz embert vizsgáljon, nem ez a célja. Egy példán keresztül azt a módszert mutatjuk meg, ahogy áramlás és hőtani szimulációval előre jelezhető, ha az adott térben lévők valószínűleg nem lesznek elégedettek a szellőztetéssel.
Egy mérnöki iroda belső elrendezése
Ebben az irodában, amit egyébként az a helyiség inspirált, ahol az első munkahelyemen sok évvel ezelőtt dolgoztam, 12 munkaállomás található. Van egy kis tárgyaló és egy konyha, mert ugye egyik cég sem működik kávé nélkül. Minden mérnöknek van egy szép nagy L-alakú asztala némi tárolóhellyel és egy számítógéppel. A konyhát 180cm magas szekrények választják el a tér többi részétől. Egyébként az irodában csak alacsony szekrények vannak, így megvalósul a manapság divatos nyílt munkatér koncepció.
Hőforrások az irodában
Ebben a példában minden dolgozó előtt van egy laptop, amely ha be van kapcsolva hőt termel. Legyen ebben a példában a laptopok által előállított hőmennyiség darabonként 40Watt. Ezt a hőmennyiséget a laptop külső felületén eloszló hőforrásként adjuk meg. Továbbá a tárgyalóban van egy nagy TV a falon, ez generáljon 100Wattot, szintén a felületén elosztva.
kikapcsoltuk a jobb áttekinthetőség érdekében)
Az emberi test is fejleszt bizonyos mennyiségű hőt, ami sok mindentől függ. Ebben a modellben minden ember esetén 60W-tal számolunk. Abban a CFD szoftverben, amellyel dolgozunk van egy nagyon részletes elemzést megvalósító emberi test hőtani modell, amely figyelembe tud venni kort, öltözetet és még sok minden mást. Kiválóan alkalmazható gépjárművek, vagy repülők kabin szellőzésének vizsgálatához.
Ezt a szimulációt azonban szerettük volna minél egyszerűbben bemutatni, így az emberi testet mint egyetlen térfogatot modellezzük. A részletes modell használata némileg túlzás lett volna annak ismeretében, hogy a komfort szimuláció ember modellje akár egy hasáb is lehetne, mert ez az iparági gyakorlat, ha nagyon sok személyt kell modellezni.
Tehát összesen van 14 dolgozónk, 12 számítógépünk és egy TV-nk, amelyek összesen 1420Watt hőt termelnek. Ehhez jön még hozzá a világítás 8W/m2 hőteljesítménye, amely most 46W. Ez annyit tesz, hogy a szellőztető rendszernek a folyamatosan jelentkező 1466W hőteljesítménnyel kell kezdenie valamit.
A szellőztetés koncepciója
Ebben a példában a helyiség szellőztetésének módja a szervertermekéhez hasonló. A friss levegőt az álpadlóban lévő 60x60cm-es rácsok vezetik fel a padló alatti térből. A modellben ezeket a rácsokat zöldre színeztük a könnyebb felismerhetőség érdekében. A rácsokat úgy rendeztük el, hogy közel legyenek a munkaállomáskhoz, de mégsem közvetlenül a dolgozóra fújják a levegőt.
zölddel jelöltük
Az elhasznált levegőt a plafonba épített elszívó elemeken keresztül távolítjuk el, amiket a fenti ábrán sárga négyzetek jelölnek. Ezek hasonlóak a padlóban lévőkhöz, de 4-es csoportokba rendeztük őket. A tárgyaló padlójában van két 30x120cm-es befúvó (szintén zölddel) amikhez két 60×60-es elszívó tartozik (sárgával jelölve). A padlóhoz hasonlóan az álmennyezet felett is van egy levegő tér, ahonnan a szellőztető rendszer az elhasznált levegőt távolítja el.
A szükséges friss levegő mennyiség meghatározása
Az előírások megmondják, hogy a helyiség funkciójának függvényében hányszor kell lecserélni a helyiség teljes térfogatának megfelelő levegőt óránként. Ez a légcsereszám egy iroda esetén 6 és 10 között kell legyen. Ha tehát az iroda alapterülete bútorok nélkül 105m2, a belmagasság pedig 2.5m, akkor a térfogat 262.5m3. Ezt a térfogatot kell 6-10-szer kicserélni. Legyen a légcsereszám 10. Ekkor a szükséges térfogatáram 2625m3 óránként.
Egyesek mondhatnák, hogy benyomjuk a szükséges légmennyiséget és a probléma meg van oldva. Csakhogy ha ez a légmennyiség nem egyenletesen oszlik el a térben, az emberek huzatra és hidegre/melegre fognak panaszkodni. A humán komfort szimuláció pontosan azért szükséges, hogy mind az előírások, mind az emberek igényei ki legyenek elégítve.
A komfort és a szellőztetés hatékonyságának vizsgálata
Ahogy azt már fentebb jeleztük, az hogy benyomjuk a 10-es légcserét még nem jelenti, hogy ez a helyiség minden egyes pontján meg is jelenik. Az alábbi ábra a légcsere térképet mutatja egy ülő ember mellmagasságában. A kék szín a 6-osnál kevesebb légcserét mutatja, ami nem megfelelő. A szürke színű területek megfelelők, mert 6 és 10 között vannak. A sárgával jelölt területeken azonban 10-nél nagyobb légcsereszám valószínű, ami egy irodában túl sok.
A szimuláció azt mutatja, hogy lehetne javítani a helyzeten azzal, ha a friss levegő befújó elemeket némileg átrendeznénk. A konyha és környéke teljesen kék, ide kellene áthelyezni néhány befújó rácsot az irodatérből. Még jobb lenne, ha több és kisebb befújó lenne egyenletesen elosztva.
Tovább részletezi a képet a levegő áramlási sebességének térképe. A lenti ábrán, ismét az ülő ember mellmagasságában, a levegő áramlási sebessége látható a 0.1 – 0.2m/s tartományban skálázva. Minden ami zöld, az 0.1m/s alatt van, ami egy fontos határ, hiszen ezen sebesség felett az ember elkezdi érezni a huzatot. Ebből a szempontból az iroda nagyobb része megfelelő. Probléma, azaz túl nagy légsebesség van viszont az ülő dolgozók közelében a jobb szélen középen és az alsó sarokban, ahogy azt a piros keretek jelzik. Ezek az eredmények szintén abba az irányba mutatnak, hogy a befújó rácsokat át kell rendezni.
felhasználásával készült
Az emberi test hőmérséklete a komfort szimuláció eredményeiben
Az adott pontban megjelenő légcsereszám és áramlási sebesség mellett a helyiségben tartózkodók testhőmérséklete alapján is tovább részletezhetjük a komfort analízis eredményeit. A 14 test alapján számolt átlagos hőmérséklet 31°C. A legtöbb dolgozó hőmérséklete nagyon közel van ehhez az átlaghoz, de van néhány munkaállomás, amely ettől eltérő körülményeket hoz létre.
Például, az alábbi ábrán a két kékkel keretezett munkahelyen a személyek térfogati átlagos testhőmérséklete 30.7°C, ami azt vetíti előre, hogy az itt ülők alacsonyabb hőmérsékletet éreznek majd, mint a többiek. Ezzel ellentétben a két pirossal keretezett munkahelyen a test átlaghőmérséklete 31.5°C, nekik tehát valószínűleg melegük lesz. A narancs színű keretben lévő két munkahelyen az ott ülők testének átlaghőmérséklete 31.3°C, tehát ezek a munkahelyek is figyelmet igényelnek.
A komfort szimulációban kiszámolt parameterek, úgymint áramlási sebesség, amely a huzatot jelezheti előre, vagy az emberek testének hőmérséklete, amely hideg vagy meleg helyi légáramlatok jelenlétére utal tovább részletezik egy helyiség szellőztetésére tervezett rendszer működésének jóságát. Ezek a paraméterek a légcsereszámmal együtt a tervezőt kulcsfontosságú és részletes adatokhoz juttatják. Ezek az adatok a megépítés előtt nem határozhatók meg más eszközökkel, csak szimulációval. Ha a tervező meg akar bizonyosodni arról, hogy a szellőztető rendszer nem csak az előírásokat, de a majd ott dolgozók igényeit is ki fogja elégíteni, a komfort szimuláció használata ebben segítséget nyújt.
Az épített környezettel kapcsolatos áramlás- és hőtani feladatok megoldásához lépjen velünk kapcsolatba.
Dr Dúl Róbert