Három kar együttműködésével jön létre Magyarország legnagyobb kutatói szélcsatornája

Széleskörű felhasználású labor épül több mint 400 millió forintos európai uniós és kormányzati támogatásból a Gépészmérnöki, az Építőmérnöki és az Építészmérnöki Kar összefogásával.

„2011 óta dolgozunk a legnagyobb és legmodernebb hazai szélcsatorna megvalósításáért” – idézte fel a kezdeteket Balczó Márton, a Gépészmérnöki Kar (GPK) Áramlástan Tanszékének adjunktusa, a Kármán Tódor Szélcsatorna Laboratórium vezetője, és a megépítendő Atmoszférikus Áramlások Laboratórium pályázatának koordinátora. Elmondta: folyamatosan figyelték a pályázati lehetőségeket, de sokáig nem találtak megfelelőt: a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Hivatal (NKFIH) K típusú pályázatai (az egykori OTKA pályázatok utódai) ugyan nagyon fontosak, de főként szakmai vizsgálatokat támogatnak. Két éve viszont kifejezetten infrastruktúra-fejlesztésre nyílt lehetőség, ráadásul az eddigieknél jóval nagyobb forrásokért.

A közelmúltban a Műegyetem 411,24 millió Ft támogatást nyert el a Széchenyi 2020 program Versenyképes Közép-Magyarország operatív programjában, a VEKOP-2.3.3-15 „Kutatási infrastruktúra megerősítése – nemzetköziesedés, hálózatosodás” felhívás keretében. A VEKOP fő küldetése és átfogó célja, hogy biztosítsa a Közép-Magyarországi régió fejlődését, gazdasági versenyképességének további növekedését.

A támogatás 75%-át az Európai Unió, 25%-át a magyar állam fedezi. Az „Atmoszférikus Áramlások Laboratórium kialakítása” című pályázat eredményeképpen – a BME Gépészmérnöki, Építőmérnöki, és az Építészmérnöki Kar közreműködésével – új, Magyarországon egyedülálló szélcsatorna laboratóriumot hoznak létre épület- és környezeti aerodinamikai vizsgálatok elvégzése céljából. A pályázat vezető kutatója Vad János tanszékvezető egyetemi tanár (GPK Áramlástan Tanszék). A kutatásban részt vesznek Dunai László dékán, tanszékvezető egyetemi tanár (ÉMK Hidak és Szerkezetek Tanszék), Sajtos István, tanszékvezető egyetemi docens (ÉPK Szilárdságtani és Tartószerkezeti Tanszék), Hegyi Dezső, egyetemi docens (ÉPK Szilárdságtani és Tartószerkezeti Tanszék), Hincz Krisztián, egyetemi docens (ÉMK Tartószerkezetek Mechanikája Tanszék), Krámer Tamás, egyetemi docens, dékánhelyettes (ÉMK Vízépítési és Vízgazdálkodási Tanszék), Kristóf Gergely, egyetemi docens (GPK Áramlástan Tanszék), Hunyadi Mátyás, adjunktus (ÉMK Hidak és szerkezetek Tanszék), Balczó Márton, adjunktus, laborvezető (GPK Áramlástan Tanszék). A modellkészítési feladatokba az ÉPK Rajzi és Formaismereti Tanszék is bekapcsolódik.

„Az együttműködést az Áramlástan Tanszék kezdeményezte: lényeges szempontként fogalmazódott meg, hogy a pályázati kiírásban szereplő hálózatosodás és a meglévő kapcsolatok erősödése a Műegyetemen belül is megvalósuljon” – hangsúlyozta Balczó Márton, hozzáfűzve, hogy két olyan kart kerestek meg, amelyekkel már hosszú ideje vesznek részt közös projektekben. Kifejtette: „szélcsatornával eddig a Gépészmérnöki Kar rendelkezett, ugyanakkor fontos volt számunkra a laborvizsgálati lehetőséget biztosító számos építő- és építészmérnöki téma. A megépülő új létesítmény révén e karok szélesebb körű hozzáférést szerezhetnek egy világszínvonalú kutatási infrastruktúrához”.

Az új laboratórium több mint 300 m2-es lesz, az ebben elhelyezkedő szélcsatorna csaknem 25 m hosszával, és kb. 7 m2-es mérőtér-keresztmetszetével az ország legnagyobb kutatási célú szélcsatornájának számít majd. (Léteznek Magyarországon nem kutatási célra használt szélcsatornák, ilyet használnak például az ejtőernyősök képzésénél is – a szerk.)

„Az egyetemi polgárok közül sem tudja mindenki, hogy most is itt, a BME AE épületében található a legnagyobb ilyen célú létesítmény, a Kármán Tódor Szélcsatorna Laboratórium” – vélekedett a kutató. Hozzátette: „E szélcsatorna mérőterének sugara 2,6 m és kb. 5 m2 a területe; itt végezzük a jelenlegi méréseket. Az új keresztmetszete 3,3x2 m lesz és nem ún. recirkulációs rendszerű áramlás jellemzi majd, hanem olyan, amely a csarnokban lévő levegőt keringteti. A meglévő csatorna 55-60 m/s-os áramlási sebességet produkál, az újnál elég lesz a 20-25 m/s a vizsgálatokhoz. A pályázatnál nagy hangsúlyt helyeztünk arra, hogy a már meglévő eszköz továbbra is használható maradjon: lényegében az AE épületre kerül egy új emelet, új laborral”.

Az Építőmérnöki Kar (ÉMK) Hidak és Szerkezetek Tanszéke már többször együttműködött az Áramlástan Tanszékkel, amely elvégezte a magyarországi hidak szélcsatorna vizsgálatát, mérte a rádiótornyok szélterhelését a szerkezet méretezéséhez, egyúttal segítette rangos tudományos publikációk mellett diplomatervek és TDK munka megszületését. „Az elmúlt 15 évben csaknem húsz szélcsatorna-vizsgálatot végeztünk egyedi projektekben külső megbízók számára; ezekben egy-egy épület szélterhelését, az akörüli szélkomfortot, vagy új, nagyobb léptékű beruházásnál a környezet légszennyezettségét számszerűsítettük” – beszélt az eddigi munkák részleteiről Balczó Márton. Kiemelte: „a külső megbízások és a kutatások mellett az innovációnak is részesei vagyunk, egyszer például utcai LED lámpatestek szélterhelését mértük a tanúsító cég számára, másszor háttérinfrastruktúrát biztosítottunk a termékfejlesztésekhez”.

Az Atmoszférikus Áramlások Laboratórium sem tér le erről az útról: megálmodói remélik, hogy a létesítmény részét képező korszerű méréstechnikai eszközök nemzetközi színvonalú kutatási hátteret biztosítanak a következő évtizedekben a földközeli légköri áramlások vizsgálatához.

„A szélcsatorna megépítése révén nemcsak új „hardver” születik, hanem a karok, tanszékek, és kutatócsoportok tudása is összeadódik” – hangsúlyozta Krámer Tamás, az Építőmérnöki Kar (ÉMK) tudományos dékánhelyettese, a Vízépítési és Vízgazdálkodási Tanszék docense, az új szélcsatorna-projekt kari koordinátora. Elmondta: „hozzáférünk egymás ’know-how’-jához, ami komoly érték: a projekt intézményesen fogja össze az egyetem szakembereinek a légköri határréteg-kutatásokhoz kapcsolódó tudását. Lényeges, hogy ezeket a vizsgálatokat intézményünk a kiválósági programjának egyik tématerületeként határozta meg. Így nemcsak a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Hivataltól (NKFIH), hanem az Emberi Erőforrások Minisztériumától is kaphatunk támogatást, ami a létesítményhez szükséges humán kapacitás anyagi hátterét biztosíthatja. A kétféle forrás együttesen fogja beindítani az együttműködést, valamint a meglévő projekteket katalizálja a továbbiakban”.

A megépülő labor széleskörű kutatások hátteréül szolgál. Az épületek szélterhelésének kutatása például gyakorlati előnnyel jár, megtakarításokat eredményezhet: stadionoknál, magas épületeknél a túlméretezett szerkezetek kialakítását akadályozza meg. Az új szélcsatorna alkalmas a légköri szennyezőanyagok terjedésének modellezésére, valamint városok, városrészek átszellőzésének elemzésére is. Krámer Tamás a számos vizsgálati lehetőség közül a víztudományokkal összefüggő kutatások fontosságáról beszélt. Kifejtette: a tavak vízbiztonságának fokozásához a szélhatás pontosan meghatározható különböző domborzati, érdességi és hőmérsékleti körülmények között. „A szél a tóvíz áramlásait keltő felületi erő, a légköri anyagok szállító mezője és a párolgást befolyásoló külső tényező.” Elárulta: a tervek szerint a szélcsatornában a nádas-nyílt víz átmenetet szimuláló tavi modelleket építenek. Egy nádassal benőtt vízfelület rááramló szakaszán, majd a vízfelület fölötti határrétegnek bonyolult áramlási tulajdonságai lehetnek. „Ha ezt labormérésekkel és ehhez kapcsolódó numerikus modellekkel fel tudjuk tárni, akkor a teljes tófelület meghajtását, valamint a víz és a légkör közötti turbulens fluxusokat laboradatokkal tudjuk alátámasztani. Mindez a jelenlegi élőhelyek jobb megismerését, vagy például új nádas-fedettség tervezésénél a jövőbeli állapot javulásának a becslését szolgálja. A szélcsatorna így fontos eszköze lehet a rohamosan fejlődő áramlástani szimulációs szoftverek pontosításának, megbízhatóságuk növelésének egyaránt” – nyomatékosította a kutató.

„Természetesen a kutatások többségének mindhárom karon voltak már előzményei, és azt várjuk, hogy ezek továbbfejlődjenek, új irányok szülessenek meg” – jelentette ki Sipos András Árpád, az Építészmérnöki Kar (ÉPK) tudományos dékánhelyettese, a Szilárdságtani és Tartószerkezeti Tanszék docense, a projekt kari koordinátora, akinek – a többi koordinátorhoz hasonlóan – eddig főként a pályázatírásban volt szerepe. „A pályázat konkrét kutatócsoportokat nevesített, de több, még tervben lévő projekt épül majd az új infrastruktúrára” – osztotta meg a bme.hu-val, hozzáfűzve, hogy már eddig is foglalkoztak olyan kérdésekkel, amelyek nem szabványosítottak, ilyen például a történeti tartószerkezetek szélterhelésének vizsgálata.

A történeti és műemléképületeknek a mai építési szokásoktól eltérő formai kialakítása miatt a szélteher meghatározására javasolt adatok gyakran csak durva becslésként használhatók a szakirodalomban. Mivel kevés mérési eredmény áll rendelkezésre, a Szilárdságtani és Tartószerkezeti Tanszék az Építészettörténeti és Műemléki Tanszékkel karöltve a különféle, gyakran bonyolult tető- és toronyformák bemérését tervezi, a mérésekhez szükséges modellek a Rajzi és Formaismereti Tanszék közreműködésével készülnek majd. „A műemlék épületek rekonstrukciójánál, felújításánál sokszor nélkülözhetetlen a szélteher pontos ismerete, így a kollégák konkrét ipari megbízásokkal és külső bevétellel is számolhatnak” – ismertette a kutató, hozzátéve, hogy a kevéssé szabványosított ponyvák szélteher-vizsgálata hasonlóan úttörő terület. „Úgy tűnik, hogy a klímaváltozás miatt korábban nem tapasztalt szélterhekkel is számolni kell, ezért az ilyen típusú kutatások a jövőben még inkább felértékelődnek”– nyomatékosította a szakember.

A projektben résztvevők 2016 februárjában kezdték meg a pályázatírást, 2017. január elején nyújtották be, majd az év nyarán született meg a támogató döntés. Hosszadalmas és részletes konzultációkat folytattak a tervező Norman Mérnöki Irodával. Az emeletráépítés miatt a statikai kialakítás nem volt egyszerű. A szélcsatorna tervezésénél a nemzetközi tapasztalatokat is figyelembe vették. Az építkezés megfelelő ütemezéssel az Áramlástan Tanszék laboratóriumi oktatási tevékenységét sem zavarja majd jelentősen a kutatók vélekedése szerint. Az elképzelések alapján 2019-ben készül el a ráépítés, az új szélcsatorna pedig 2020-ban lesz kész.

„A súlypont ugyan a színvonalas doktori kutatásokon van, de diplomatervezők, TDK-zók is dolgoznak majd a laborban, ezért az üzemeltetése is egyszerű lesz” – hangsúlyozták mindhárman. Úgy vélték: egyelőre a feladatok oroszlánrészét a labor megépítése jelenti: utána kezdhetik meg a kari kutatócsoportok a munkát. A létesítmény a magyar szakemberek nemzetközi kutatói hálózatokba való bekapcsolódását is segíti, de az is cél, hogy a megfelelő infrastruktúrával itthon tartsák, vagy hazacsábítsák a kutatókat. „A légköri áramlások fizikai modellezésével foglalkozó nemzetközi kutatói közösségnek ugyan tagjai vagyunk, de a meglévő szélcsatornánk egyes hiányosságai miatt kissé korlátozottak voltak a lehetőségeink. Most a Magyarországon legnagyobb, és közép-európai szinten is jelentős labor lehet a miénk, ezzel új távlatok nyílnak meg előttünk.”

HA - GI

Fotó: Philip János

Képek forrása: Atmoszférikus Áramlások Laboratórium