Lapszámok

1. Bevezetés

Számos európai országban az épületek energiafogyasztásának csökkentése a nemzeti energiastratégia egyik legfontosabb célkitűzése. Ezt indokolja az a tény, hogy az épületek felelősek az Unió összes energiafogyasztásának mintegy 40 százalékáért. Ugyanakkor az épületekben tartózkodók komfortérzete és egészségi állapota olyan szempontok, amelyeket az energia-megtakarítási megoldások kidolgozása és alkalmazása során nem szabad figyelmen kívül hagyni. 

Számos kutatás bizonyítja, hogy a hőérzet és a belső levegő minősége szoros kapcsolatban áll a munkatermelékenységgel. A hőérzeti szempontból nem megfelelő környezet-, illetve a rossz levegő minőség esetében a termelékenység csökken. Az emberek hőérzeti igényei viszont eltérőek lehetnek és számos tényező is befolyásolja ennek a szubjektív érzésnek a kialakulását. Az „egy méret mindenkinek” elv ebben az esetben sem működik. Egy adott tér esetében rendkívül nehéz minden egyes pontban biztosítani az éppen ott tartózkodó személy hőérzeti igényeit. A személyi szellőző rendszerek lehetővé teszik, hogy a felhasználók a saját igényeik szerint válasszák ki és állítsák be a mikrokörnyezetük paramétereit. Így egy adott tér minden egyes pontjában eltérő hőérzeti viszonyokat alakíthatunk ki.

A Debreceni Egyetem Épületgépészeti és Létesítménymérnöki Tanszékén egy újszerű személyi szellőző berendezést fejlesztettünk ki, amelynek a lényege az, hogy a személy körül több irányból is érkezhet a légáram és ez az irány igény szerint változtatható. A működési elv és hatás hasonló egy egyszerű legyező működési elvével. A légáram hol jobbról, hol szemből, hol balról érkezik. A légsebesség, a légáram áramlási iránya, az áramlási irány változásának a frekvenciája igény szerint beállítható. Ugyanazt a hűtőhatást is tapasztaljuk, mint az egyszerű legyező esetében, még akkor is, ha csak a tér levegőjét forgatjuk az egyén körül (nem hűtjük a levegőt). Ezzel a megoldással természetesen hűtési energiát takaríthatunk meg.

A hőérzetet befolyásoló paraméterek közül csak a légsebesség vektor: olyan mennyiség, amelynek nagysága mellett iránya is van. A léghőmérséklet, a közepes sugárzási hőmérséklet és a relatív nedvességtartalom is skalármennyiség. Természetesen a sugárzás érkezhet egyik vagy másik oldalról, de a sugárzás irányát változtatni néhány másodperc leforgása alatt technikailag nem lenne egyszerű.

A cikkben bemutatásra kerül a DEnergia munkacsoport által kidolgozott eljárás és műszaki megoldás, amely a Szellemi Tulajdon Nemzeti Hivatalánál 229951 lajstromszámon szabadalmat kapott.

2. Légzés és metabolizmus

A metabolizmus (anyagcsere) egy orvosi és biokémiai fogalom, amely az élő szervezetekben végbemenő anyag-, energia- és információáramlást jelenti. Az anyagcsere lehet építő vagy lebontó. Az építő anyagcsere esetében (bioszintézis, anabolizmus) az egyszerű anyagból összetett lesz. Ehhez a folyamathoz energiára van szükség (például fotoszintézis, fehérje szintézis). A lebontó anyagcsere esetében (katabolizmus) az összetett anyagok lebontódnak egyszerű anyagokra és ezzel energia szabadul fel. Ez az energia (katabolitikus energia) a sejtekben átalakul munkavégzési és tartalékenergiává, és egy része felszabadul, mint hőenergia. Mind az anabolizmusnál, mind a katabolizmusnál egyaránt szükséges az oxigén. A katabolitikus anyagcsere folyamatok során a szükséges oxigén mennyisége, a felszabaduló energia-, illetve szén-dioxid mennyiség függ a lebontandó anyagtól (1. táblázat), [1].

1. táblázat. Különböző anyagok lebontásához szükséges oxigén, illetve a felszabaduló energia és szén-dioxid

Ha összeadjuk egy-egy grammnyi szénhidrát, a zsír és a fehérje energiatartalmát, akkor összesen 72,86 kJ energiamennyiséget kapunk, aminek az „elégetéséhez” összesen 3,71 liter oxigénre van szükség. Ez azt jelenti, hogy 1 liter oxigén felhasználásával átlagosan 19,639 kJ energiához jutunk. Nyugalmi állapotban egy átlagos ember oxigénfogyasztása 16 l/h, [2]. Ennek megfelelően egy átlagos emberben, nyugalmi állapotban, az anyagcsere során 314,22 kJ/h energia szabadul fel, ami 87,28 W teljesítményt jelent.

Az alapanyagcsere (BMR, Basal Metabolic Rate) az a minimális energiafogyasztás, amelyet nyugalomban levő, nem alvó, gyógyszeresen nem befolyásolt emberben mérhetünk. A nyugalmi anyagcsere (RMR, Resting Metabolic Rate) viszont a nap bármely időszakában mérhető, 3-4 órával az utolsó étkezést követően. A nyugalmi anyagcsere az alapanyagcserénél kb. 3-5%-kal nagyobb értéket mutat, [3].

Az alapanyagcserének biztosítania kell az alap életfunkciókat, azaz a szívműködést, a légzést, a testhőmérsékletet, az izomtónust, az iontranszportot, idegi működéseket. Ez a teljes energiaszükséglet kb. 60-70%-a. Az agy, ami a teljes testtömeg mindössze 2%-a, az alapanyagcseréből 20%-ot felhasznál a működéséhez. A szív, ami mindössze kb. 30 dkg, azaz a testtömeg fél százaléka, 9%-ot igényel az alapanyagcseréből, [3].

A légvételek kiváltója a vér szén-dioxid nyomásának az emelkedése. A légzőközpont, a szén-dioxid emelkedésének érzékelésekor növeli a belégzéseket, míg csökkenés esetén nem ad ingerületet a belégzésre, szünetet tart (apnoe), [4]. 

Nyugodt légzéskor egy egészséges felnőtt ember 1 perc alatt 14-16-szor vesz levegőt. Egy levegővétel során a belélegzett levegő térfogata 0,5 liter, azaz a légzési perctérfogat 7-8 liter. Erőltetett légzés során akár 2,5 liter levegőt is belélegezhetünk.

Kétféle légzést különböztetünk meg: külső légzést és belső légzést. A külső légzés a tüdőhólyagocskák falán létrejövő oxigén- és szén-dioxid-csere. A belső légzés során a vér leadja az oxigént a sejteknek és széndioxidot vesz fel. A légzési folyamatban nem a teljes légzési levegő vesz részt, mivel annak egy része holttérben marad.

Az ember számára alapvető életfeltétel tehát a megfelelő minőségű és mennyiségű oxigéndús levegő.

A belélegzett levegő 78% nitrogént, 21% oxigént, 0,93% argont, a környezetben nyomokban előforduló gázokat, 0,03% szén-dioxidot és a légköri nedvességnek megfelelően bizonyos mennyiségű vízpárát tartalmaz. A légzés folyamán ez az összetétel megváltozik, először a külső légköri levegő és a belső, tüdőben rekedt maradék levegő keveredése következtében. Az oxigén szintje 16%-ra csökken és a korábban alig jelenlévő szén-dioxid mennyisége 4,6%-ra nő, [5].

Egy átlagos ember szén-dioxid-kibocsátása nyugalmi állapotban tehát 19-22 l/h. Azokban a terekben, ahol nincs folyamatos gépi szellőzés, a széndioxid a szellőztetési időpontok között feldúsulhat, [8-10].

Max von Pettenkofer a XIX. század közepén vizsgálta a komfortterek levegőjét és megállapította, hogy a 0,1 tf% (1000 ppm) a „jó levegő” kritériuma.

A szén-dioxid hatása, különböző koncentráció mellett, [6, 7]:
   0,1 tf%   Pettenkofer-szám
   2,5 tf%   Nincs még hatás
   3 tf%      Erős, mély légzés
   4 tf%      Órákon át fejfájást, fülzúgást, szédülést okoz
   5 tf%      0,5-1 órán át halált okozhat
   8-10 tf%  Azonnali halál

További részletek lapunk 2016/4-es számának nyomtatott változatában található, illetve a teljes cikk pdf-formátumban is rendelkezésre áll regisztráltaknak havonta egy alkalommal, előfizetőknek korlátlanul).