BÖLÜM-2 HAVALANDIRMA YÖNTEMLERİ -...
Transcript of BÖLÜM-2 HAVALANDIRMA YÖNTEMLERİ -...
BÖLÜM-2
HAVALANDIRMA
YÖNTEMLERİ Doç. Dr. Hüseyin BULGURCU
Balıkesir-2015
1
2.1 HAVALANDIRMANIN TARİHÇESİ
Havalandırma tarihi 18. Yüzyılın başlarına dayanmaktadır.
İlk doğal havalandırma Miasma teorisi göz önünde bulundurularak tıp dalında salgın
hastalıkla mücadele eden bir hastane için geliştirilmiştir.
Miasma Antik Yunan anlayışına göre, kötü hava, ölüm havası, zehirli soluk veya kara
hava anlamlarına gelir.
Miasma teorisi ile doğal havalandırma sisteminin kurulması ilk olarak salgın
hastalıklarla mücadele eden bir hastanenin çatısına boru şeklinde büyük deliklerin
açılması ile bacalar oluşturularak gerçekleştirilmiştir.
Bu yapılan doğal havalandırma sayesinde solunum yoluyla geçen salgın hastalıklar
hava sirkülâsyonu ile hastanenin dışına taşınarak, hastalıkların insanlara bulaşma
durumu en aza indirgenmiştir.
Daha sonra bu sistem mühendisler tarafından tüpler ve borular yoluyla geliştirilerek,
büyük tiyatrolarda yanan mum ve meşale islerinin ve kokunun dışarı aktarılması için
kullanılmıştır.
İngiltere’de bulunan Westminster Sarayı Merkez Kuleleri bu sistem için inşa edilmiş
ve mimari olarak kuleli bir yapı ortaya çıkmıştır.
Westminster Sarayı doğal havalandırma sistemine sahip ilk yapılardandır.
2
Doğal havalandırma yöntemlerine Antik Roma zamanında da
sıkça rastlanılmaktadır. Roma’nın ileri gelenleri ve zengin
tüccarları, taştan evlerini soğutmak için su kemerinden gelen
suları evlerinin duvarlarında dolaştırdığı bilinmektedir.
Orta çağ İran’ında ise sarnıçlarla ve rüzgâr kuleleriyle sıcak
mevsimde soğutulan binalar vardı. Merkezi bir avluda bulunan
geniş havuzlar, yağmur suyunu toplar, rüzgâr kuleleri hava
akışını dâhili pervanelere yönlendirerek binaların altına doğru
yollardı. Sarnıçtaki su buharlaşarak binanın içindeki havayı
soğuturdu.
Doğal havalandırma sistemi Osmanlı zamanındada sıkça
kullanılmıştır. Özellikle Mimar Sinan’ın muhteşem eseri
Süleymaniye camiindeki doğal havalandırma, büyük bir aklın ve
düşüncenin eseridir.
Kapalı mekânlarda çok sayıda insanın bulunuşu, endüstriyel
ortamlarda ise bazı uygulamalar yüzünden kirlenen hava sürekli
veya geçici olarak yenilenmek zorundadır.
3
2.2 HAVALANDIRMANIN TEMEL UNSURLARI
Sıcaklık
Hava hızı
Hava temizliği
İnsan içinde bulunduğu ortam havasına ısı, karbondioksit gazı,
su buharı ve hoş olmayan kokular bırakır. Çok sayıda insanın
aynı ortamlarda bulunuşu sırasında havanın gaz ve duman
halindeki kirlilikler bakımından zenginleşmesini önlemek için bu
ortamı havalandırmak başka bir ifade ile bu ortama yeterli
miktarda taze hava gönderilmesi gerekir. Endüstriyel ortamlarda
ise imalatın kaliteli olabilmesi ve ortamlarda rahat bir şekilde
çalışabilmek için havalandırma gereklidir.
4
Havalandırma sistemlerinin düzgün bir şekilde çalışabilmesi bazı temel koşullara bağlıdır. Bu koşullar;
1. Ortama gerekli taze hava girişinin mutlaka yapılması,
2. Ortamda rahatsızlık yaratacak hava akımının (cereyanın) olmaması,
3. Havalandırma sisteminin ortam havasını düzenli bir şekilde dağıtıp toplaması,
4. Vantilatörlü tesislerde sessiz bir çalışmanın sağlanması.
5
Havalandırma şu amaçlarla yapılır;
1. Canlıların bulundukları ortamlarda, solunum
yapmaları, terlemeleri, ısı yaymaları, sigara
içmeleri, koku yaymaları gibi nedenlerden dolayı
2. İşletmelerde, üretim esnasından satış işlemine
kadar ortaya çıkan zararlı tozların, gazların ve
kokuların giderilmesi için
3. Depolarda gıda maddelerinin veya koku yayan
diğer malzemelerin yaydıkları koku nedeniyle ve
bozulmalarını önlemek için gereklidir.
6
2.3 HAVALANDIRMA YÖNTEMLERİ
1. Doğal havalandırma: Havanın hareketi ve dolayısıyla yenilenmesi sıcaklık farklarına ve rüzgâr etkisine bağlıdır. (Baca ve rüzgâr etkisiyle)
2. Doğal–mekanik havalandırma: Mekanik girişli doğal çıkışlı (vantilatörlü)
Doğal girişli mekanik çıkışlı (aspiratörlü)
3. Mekanik havalandırma: Bu tip havalandırmada havanın hareketini bir vantilatör temin eder. Mekanik giriş ve çıkışlı (vantilatör ve aspiratörlü)
7
2.3 HAVALANDIRMA YÖNTEMLERİ
8
2.4 DOĞAL HAVALANDIRMA
Yapılarda doğal havalandırma, açıklıklardan rüzgâr veya
basınç farkı dolayısı ile oluşur. Açık pencerelerden,
kapılardan veya doğal olarak havalandırma sağlamak
için açılan bölgelerden sağlanan hava akımı ile iç
ortamda uygun sıcaklık seviyesi sağlanabilir ve iç
ortamdaki kirleticiler ortamdan uzaklaştırılabilir.
Doğal havalandırma, bir yapının enerji kullanılmadan
havalandırılabildiği çevre dostu bir yöntem olup
sürdürülebilir kalkınma için de oldukça önemlidir.
9
2.4.1 Doğal Havalandırmada Yararlanılan
Hava Akımı ile İlgili Temel Prensipler
1. Hava akımının nedenleri: (doğal taşınım, basınç farkı)
2. Hava akımının tipleri: (tabakalı, ayrılmış, çalkantılı, girdap
şeklinde)
3. Atalet: (hareketli hava düz bir çizgide gitme eğilimindedir)
4. Hava korunumu: (Binaya giren hava ile ayrılan hava eşittir)
5. Yüksek ve alçak basınç alanları: (Hava bir binanın rüzgâr
yönündeki cephesine vurduğunda, sıkışır ve pozitif basınç
oluşturur, diğer tarafta negatif basınç oluşturur)
6. Bernoulli etkisi: (Bir akışkanın hızının arttığı durumda statik
basıncı azalır)
7. Baca etkisi: (Isınan hava yükselme eğilimindedir)
10
Şekil-2.2 Doğal konveksiyon nedeniyle ve basınç farklılıkları nedeniyle
hava hareketi oluşumu
11
Tasarımcıların en azından aşağıdaki şartları göz önünde bulundurmaları gerekir;
Yerleşim düzeni ve yapı formu tasarımında hafif yaz rüzgârlarının
avantajlarından yararlanmak.
Yapıların yazın hâkim rüzgâr yönünden maksimum faydayı sağlayacak uygun
yönlenmesini yapmak.
Yapılar arasından hava geçişini kolaylaştırmak için, hâkim rüzgâr yönü boyunca
nispeten dar bir plan formu tasarlamak.
Yapı kabuğundaki açıklıkları, yapı içinden hava geçişini kolaylaştıracak şekilde
yapmak.
Serinlik hissi oluşturmak için, yapı içerisinde veya yakınında, suyun
özelliklerinden yararlanmak.
Islak yüzeylerden gelen havayı geçirerek, sıcak kuru iklimlerde pasif evaporatif
soğutma yöntemlerini kullanmak.
Havalandırmayı ve serin hava girişini arttırmak için, dış rüzgâr yönünü modifiye
etmede bitki örtüsü kullanmak.
İklimlendirme cihazlarını kullanma ihtiyacını minimize etmek için tavan fanları
kullanmak.
12
Doğal havalandırmaya yönelik olarak genel
tasarım stratejileri
Taban seviyesine yakın havalandırma amaçlı yatay
açıklıklar, dikey açıklıklardan daha etkilidir.
Odalar güçlü rüzgârları yakalamak için zeminden
yukarıya yükseltilmelidir.
Pencere ve mobilya yerleşimlerini optimize etmek için,
üç boyutlu rüzgâr tünelleri veya bilgisayar akım
görüntüleme çalışmaları kullanılmalıdır.
Ilıman iklim bölgelerinde hava akımını artırmak için
güneş bacaları kullanılmalıdır.
Sıcak nemli ortamlarda termal konfor, yeni çevre sıcaklık
teknolojileri kullanılarak en iyi şekilde değerlendirilir.
13
2.5 DOĞAL HAVALANDIRMA YÖNTEMLERİ
Doğal havalandırma yöntemlerinde üç temel etken dikkate alınmaktadır;
Rüzgâr ve ısısal kaldırma kuvveti veya rüzgâr ve ısısal kaldırma
kuvvetinin birlikte kullanımı: Bunlar havalandırmayı yönlendiren doğal
kuvvetlerdir.
Havalandırma prensipleri: hacimleri havalandırmada doğal itki
kuvvetlerini kullanır. Bu tek taraflı havalandırma, karşılıklı çapraz
havalandırma veya baca havalandırması şeklinde olabilir.
Doğal havalandırmayı gerçekleştirmek için kullanılan karakteristik
havalandırma elemanları: En önemli karakteristik elemanlar rüzgâr
kuleleri, rüzgâr yakalayıcıları, bacalar, çift cephe, atrium ve gömülü
kanallardır.
Doğal havalandırma yoluyla iç ortamlarda gün boyu sağlanan hava
hareketi, kirleticileri dışarı taşıyarak iç hava kalitesini iyileştirirken aynı
zamanda dış hava sıcaklığının iç hava sıcaklığından düşük olduğu
durumlarda da iç havanın soğumasını sağlamaktadır.
14
2.5.1 Konfor Havalandırması
Doğal havalandırmada konveksiyon veya buharlaşma yoluyla insan
vücudu üzerinde doğrudan soğutma etkisi meydana gelmekte, bu da
iç ortamda ısısal konfor oluşturmaktadır.
Sıcak ve çok nemli iklimlerde konfor havalandırması sağlamak için;
Rüzgârı destekleyici fan kullanılmalı
Kullanıcılara yönelik hava hareketi arttırılmalı,
Pasif yöntemlerle ısıtmaya ihtiyaç duymayan ve çok nemli iklimlerde
hafif konstrüksiyon seçilmeli,
Ortalama ışınsal sıcaklığı, hava sıcaklığına yakın tutmak için yalıtım
yapılmalı,
Açılır kapanır pencere alanları, rüzgâra maruz ve rüzgâr arkasında
kalan cephelere eşit olarak bölünmüş şekilde, taban alanının yaklaşık
%20’si kadar olmalı,
Pencereler hem gece hem de gündüz saatlerinde açık olmalıdır.
15
2.5.2 Çapraz Havalandırma
Rüzgâr bir bina üzerine aktığında bina yüzeyleri arasında bir basınç farkı oluşturur. Basınç farkı rüzgâr hızına, rüzgâr yönüne, yüzey konumuna ve çevredeki binalara bağlıdır. Statik basınç rüzgâr basıncı olarak adlandırılır. Genelde rüzgâr basıncının şiddeti (Pw) hız basıncının bir oranı olup ideal şartlarda şu şekilde verilir:
[Pa]
Burada;
Cp: Yüzey basınç katsayısı (Rüzgâr yönüne, bina konumuna bağlı olarak değişir, deneysel olarak bulunur)
: Hava yoğunluğu [kg/m3]
Vr: Rüzgâr hızı [m/s]
16
Şekil-2.3 Rüzgar etkisi
17
Rüzgâr etkisi ile oluşan hava debisi yaklaşık olarak ASHRAE tarafından verilen
bağıntı ile açıklanabilir:
[m3/s]
Burada;
C: sabit (dikey rüzgâr için 0,55; yatay rüzgâr için 0,30 alınır)
R: faktör, giriş ve çıkış açıklık alanlarının (Ai ve Ao) bir fonksiyonu (R değeri
giriş ve çıkış alanlarının oranına bağlı olarak 1,0 ila 1,38 arasında değişir.)
A: Açıklık alanı [m2]
Rüzgâr hızının hesaplanması zordur, ancak hesaplama işlemleri için gereken
veriler meteorolojik istasyonlarından temin edilebilir. Rüzgâr hızı mevsimlere
göre değişeceğinden tasarım değeri, yaz mevsimi meteorolojik değerlerinin
%50’si olarak alınabilir.
18
Giriş alanı işle çıkış alanı eşit olduğunda hava debisinin maksimum olduğu görülmüştür. Çıkış alanı girişe eşit olmadığında faydalı alan için aşağıdaki bağıntı kullanılabilir:
[m2] (faydalı alan)
Burada;
Ao: Çıkış alanı [m2]
Ai: Giriş alanı [m2]
Çıkış alanı girişten daha büyük olduğunda (Ao>Ai) giriş hızı çıkışa göre daha yüksek olur. Böylece bu alan kontrol edilebilir, örnek olarak bazı pencereler açılır veya kapanır. Bazı alanlarda daha yüksek hızlara çıkmak diğerlerine kıyasla daha kolay olabilir.
19
Şekil-2.4 Rüzgârlı yaz günlerinde çapraz havalandırma
20
2.5.3 Baca Havalandırması
Rüzgâr estiğinde ve dış hava sıcaklığı iç hava sıcaklığının altında
olduğunda çapraz havalandırma etkili bir serinletme stratejisi
olabilir. Ancak rüzgâr her zaman esmeyebilir, böyle durumlarda
yapının etrafında bir hava hareketine gereksinim duymayan baca
havalandırması, benzer bir serinletici etki yapar. Bu uygulama aynı
zamanda yönlendirmeden bağımsız olma gibi bir avantaja sahiptir.
Baca havalandırması yoluyla serinletilen bir odada sıcak hava
yükselir, odanın üst noktasındaki açıklığa çıkar ve onun yerine
daha serin hava odadaki alt kotta bulunan açıklıktan içeri girer
(Şekil-2.6). Oda içerisinde beraberinde ısıyı da taşıyarak hareket
eden havanın oranı, giriş ve çıkış açıklıklarının ölçüsü, bunlar
arasındaki dikey mesafenin ve dış hava sıcaklığı ile içerideki farklı
yüksekliklerdeki hava sıcaklığı ortalaması arasındaki farkın bir
fonksiyonudur.
21
Şekil-2.5 Durgun yaz günlerinde baca
havalandırması 22
Şekil-2.6 Baca havalandırmasında hava
sirkülasyonu 23
Genelde, özellikle yüksek bir binada iç ve dış basınç eşit olmaya
başladığında baca etkisi ortaya çıkar. Bu yükseklik Nötr Basınç Seviyesi
(NBS) olarak bilinir. NBS bilgisi baca etkisindeki hava debisinin iyileştirilmesi
için kullanılabilir.
NBS binanın orta kısmının yüksekliğidir. Birçok binada NBS hesaplamaları
için çok sayıda kuramsal ve deneysel çalışma yapılmıştır. NBS değerleri bina
yüksekliğinin 0,3 ila 0,7 katı civarındadır.
ASHRAE baca etkisi ile oluşan hava debilerini hesaplamak için aşağıdaki
bağıntıyı önermektedir:
[m3/s]
Burada;
C: Sabit değer (giriş ve çıkış yaklaşık %65 olduğunda bu değer 0,0707 alınır,
giriş ve çıkış değeri kısıtlı olarak %50 olduğunda bu değer 0,054 olur.)
A: Giriş veya çıkıştaki serbest alan [m2]
h: Giriş ve çıkış arasındaki yükseklik farkı [m]
Tsh: Hava sıcaklığı [K]
T: Sıcaklık farkı [K,°C]
24
Rüzgâr ve Baca Etkisi Birleştiğinde Doğal
Havalandırma
Rüzgâr ve baca etkisi birleşik haldeyken, hava debisini
hesaplamak gerektiğinde zorluklar yaşanmaktadır.
Genellikle rüzgâr ve baca etkisi birleştiğinde hava debisi
basınç farklarından alınabilir ve rüzgâr ve baca etkilerini
ayrı ayrı ilave etmek gerekmez. Örnek olarak aşağıdaki
bağıntı birleşik etki için toplam hava debisinin hesabında
kullanılır:
[m3/s]
25
2.5.4 Rüzgâr Kuleleri ile Havalandırma
Pencereler yolu ile esinti sağlayamayan yapılar, rüzgâr yakalayıcıları ile çatı üstü
seviyesinden geçen esintileri yakalayabilir. Alçak kotlu ve yüksek yoğunluklu
yerleşim düzeninde, her bina için iyi bir rüzgâr geçişi elde etmek zordur, çünkü
rüzgâra karşı olan yapı, esintilerin diğer tarafa geçmesini engeller.
Böyle durumlarda, nispeten daha serin, daha temiz havanın olduğu ve doğrudan
aşağıdaki odaya inilebilecek yerlerde, rüzgâr yakalayıcıların kullanımı
mümkündür (Şekil-2.7). Binaların yönlendirilmesinde güneş veya gölge için
yönlenme ve rüzgâr için yönlenme arasında bazen çatışma olur. Rüzgâr
kulelerinin bir başka yararı, öncelikli yapı formu, kışın güneş toplamak gibi diğer
kuvvetlere cevap verirken onlar rüzgârı yakalamak için herhangi bir doğrultuya
yönelebilir.
Yerden yukarı doğru yükseklik arttıkça, rüzgâr hızı artar, bu yüzden rüzgâr
kuleleri önemli derecede yüksek hızlardaki rüzgârları alabilirler, rüzgâr kulelerinin
açıklıkları zemin seviyesindeki pencerelere göre daha küçük olabilir (Şekil-2.8).
Daha az engel olduğundan, rüzgâr kuleleri potansiyel olarak her yönden rüzgâr
alabilir. Rüzgâr yakalayıcıları, yerel rüzgârların doğrultularının değişkenlik
derecesine göre tasarlanmalıdır.
26
Şekil-2.7 Rüzgar yakalayıcılar (İran)
27
Rüzgâr yakalayıcılarının bir, iki veya daha fazla
yüzeyinin rüzgâra açık olarak seçilmesi binanın
serinletmeye ihtiyacı olan aylardaki rüzgârgülü
analizlerine dayalı olarak yapılmalıdır.
Çoklu yönelimlerde, açıklıklar ile rüzgâr yakalayıcı
tasarımları için, her bir yöndeki açıklık yapının ısı
yükünü karşılayacak ölçülerde olmalıdır.
Çıkış için kullanılan pencereler giriş açıklığının yaklaşık
iki katı kadar olurken, tek doğrultulu tasarımlarda giriş
açıklığı kulenin kesit alanından daha büyük olmamalıdır.
28
Şekil-2.8 Rüzgâr kulesi plan ve kesiti
29
2.5.5 Gece Havalandırması
Bütün iklimlerde çoğunlukla da nemli iklimlerde gece hava sıcaklığı,
gündüz hava sıcaklığına göre daha düşüktür. Gecenin bu soğuk
havası yapının kütlesinden ısının uzaklaştırılmasında kullanılır.
Önceden soğutulmuş kütle ertesi gün boyunca ısıyı emerek bir
soğutucu olarak hareket edebilir. Havalandırma ısıyı yapının
kütlesinden gece boyunca uzaklaştırdığından, zamana bağlı bu
pasif teknik gece havalandırması olarak adlandırılmıştır.
Bu soğutma stratejisi, 17°C’nin üzerindeki günlük sıcaklık
değişimleri nedeniyle, en iyi sıcak ve kuru iklimlerde çalışır. Gündüz
sıcaklıkları yaklaşık 38°C gibi oldukça yüksek bir değer almasına
rağmen, gece sıcaklıkları yaklaşık 21°C değerindedir. Ancak bazı
nemli iklimlerde, gündüz sıcaklıkları aralıkları yaklaşık 11°C
seviyesinde olan iklimlerde de, iyi sonuçlara ulaşmak mümkündür.
Gece-gündüz sıcaklık aralıkları sadece sahile yakın yerlerde
küçüktür.
30
Gece soğutması iki aşamada çalışır. Geceleyin doğal havalandırma ile veya fanlar ile gelen soğuk hava, iç kütle ile temas eder ve böylece kütleyi soğutur. Ertesi sabah pencereler sıcak dış hava ile yapının ısınmasını önlemek amacı ile kapatılır. Kütle bir soğutucu gibi davranır ve böylece hızla ısınmanın aksine iç hava sıcaklığını korur.
Şekil-2.9 Gece havalandırmasının işleyişi
31
İdeal olarak termal kütle miktarı, döşeme alanının her
metrekaresi için 36 kg olması gerekir. Bu tekniğin uygulandığı
yapılarda, ısı kazanımının minimize edilmesi, gerekli kütle
miktarının da minimize edilmesi demektir. İyi gölgelenmiş
pencereler, iyi yalıtılmış bina kabuğu ve açık renkler gibi
ısıdan korunma teknikleri kullanılmalıdır.
Şekil-2.10 Gece istif yapı havalandırma aracılığıyla pasif soğutma
32
Geceleyin ısının dışarı atılması için, açılıp kapanabilir pencere alanı taban alanının yaklaşık %10-%15’i kadar olmalıdır. Doğal havalandırma yetersiz olduğunda havanın boşaltımı için fanlar kullanılmalıdır. Gece havalandırması ile hava akımı kullanıcılar üzerine değil, kütlenin üzerinden olmalıdır.
Gece havalandırmasının kuralları;
1. Gece havalandırması günlük sıcaklık değişimlerinin 17°C’yi geçtiği sıcak ve kuru iklimlerde en iyi çalışır, ancak günlük sıcaklık farklarının 11°C’nin üzerinde olduğu nemli bölgelerde de etkilidir.
2. Düzenli gece rüzgârlarının olduğu bölgeler hariç pencere fanları veya tüm bina için fanlar kullanılmalıdır.
3. Pencerelerin kapalı olduğu gündüz saatlerinde tavan fanları veya diğer sirkülasyon fanları kullanılmalıdır.
4. İdeal olarak döşeme alanının her metrekaresi için 36 kilogramın üzerinde bir kütle olması gerekir ve bu kütlenin alanı döşeme alanının iki katı kadar olması gerekir.
5. İyi bir ısı transferi sağlamak için gece hava akımı kütle üzerine yönlendirilmelidir.
6. Pencereler döşeme alanının yüzde 10 ila 15’i arasında olmalıdır.
7. Pencereler geceleri açık gündüzleri kapalı olmalıdır.
33
2.6 GÜNÜMÜZ YAPILARINDA DOĞAL
HAVALANDIRMA UYGULAMALARI
Şekil-2.11 Londra’daki BRE's Environmental Building binası ve doğal bacaları
34
Şekil-2.12 Zimbabwe’nin başkenti Harare’deki The
Eastgate Centre binası
35
2.7 MEKANİK-DOĞAL (HİBRİT) HAVALANDIRMA
SİSTEMLERİ
2.7.1 Mekanik Emiş-Doğal Beslemeli Sistemler
Bu yöntem; binaların birçok bölümlerinde kirlenen havanın mekanik egzoz sistemleriyle uzaklaştırılması, taze havanın pencere ve kapı derzlerinden sızıntı (enfiltrasyon) ile girmesi esasına dayanır (Şekil-2.13 ve 2.14).
Bu yöntemle emiş yapılan bina bölümleri içinde negatif basınç oluşur. Kapı ve pencere aralıklarından taze hava ile birlikte istenmeyen kirleticiler de ortama girebilir. Yalnızca emiş yapılması iç ortamdaki hava dağılımının düzensiz olmasına neden olur.
Bu sistemin tek avantajı, tam mekanik havalandırma sistemlerine göre enerji sarfiyatı düşük olmasıdır.
36
Şekil-2.13 Çok katlı bir binada şönt baca sistemi
ile egzoz havalandırması 37
Şekil-2.14 Bir okul tiyatro binasında egzoz
havalandırması 38
2.7.2 Mekanik Beslemeli-Doğal Çıkış
Binalarda nadiren mekanik besleme ile taze hava girişi, doğal yollarla hava çıkışı yapılır. Bu sistemde hava dağılımı yine uygun olmaz. Besleme fanı girişine veya kanal girişine filtre konursa içeriye giren taze hava, kirleticilerin bir kısmından temizlenmiş olur. Kirli hava baca veya kapı-pencere aralıklarından uzaklaştırılmış olur (Şekil-2.15).
Bu yöntemde havalandırılan ortam pozitif olarak basınçlandırıldığından, diğer ortamlardan istenmeyen kirleticiler bu ortama giremez.
Enerji masrafları tam mekanik sisteme kıyasla daha az olmaktadır.
39
Şekil-2.15 Mekanik beslemeli doğal çıkışlı
havalandırma sistemi 40
2.8 MEKANİK HAVALANDIRMA SİSTEMLERİ
Taze havanın mekanik olarak ortama verildiği,
egzoz havasının mekanik olarak emildiği
havalandırma sistemidir. Hava dağılımı ve
yönlendirilmesi tasarıma bağlı olarak iyi şekilde
yapılabilir. Ancak enerji masrafları hibrit
sistemlere kıyasla iki kat daha fazla olmaktadır
(Şekil-2.16).
41
Şekil-2.16 Tam (Kombine) mekanik havalandırma
sistemi 42
2.9 YERDEĞİŞTİRMELİ (DEPLASMANLI)
HAVALANDIRMA (DH) YÖNTEMİ
İklimlendirilen bir mahalde hava akışı başlıca iki şekilde olur.
Karışımlı (seyreltilerek) veya deplasmanlı. Karışımlı akışta üfleme
havası ile mahal havası tamamen karışır ve böylece kirlilik derişikliği
tüm mahalde üniform hale gelir. Deplasmanlı akışta ise ortama
verilen hava, yoğunluk farkı nedeniyle döşeme kotunda bir katman
oluşturur. Bu nedenle hava kalitesi, karışımlı akışa göre çok daha
iyidir
DH Sistemleri, yüksek ısı kazancı olan endüstriyel mahallerde
yıllardır kullanılmaktadır. 80’li yılların ortalarından bu yana, özellikle
İskandinav ülkelerinde, endüstriyel olmayan mahallerde de
kullanılmaya başlanmıştır. Son yıllarda ise bu sisteme tüm dünya
ülkelerinde ilgi çok artmıştır. Bu sistem, mahal içerisindeki sıcaklık
ve havalandırma etkenliğinin iyileştirilmesi yönünde çok avantajlı
fırsatlar vermiştir.
43
Prensip, mahal içerisinde havanın yoğunluk farkı nedeniyle iki ayrı
katman yaratmaya dayanır. Nispeten sıcak ve kirli üst katman ile
soğuk ve temiz alt katman. Bunu sağlamak için ortama döşeme
seviyesinde çok düşük hız ve sıcaklık farkında hava verilir ve tavan
seviyesinden emilir.
DH Sistemlerinin, genellikle aşağıda belirtilen durumlarda uygulanması
tercih edilmektedir:
Havayı kirleten unsurların, ortam şartlarına göre daha sıcak ve/veya
hafif olduğu ortamlarda;
Ortama verilen havanın, ortamdan daha soğuk olmasında bir
mahzur bulunmayan yerlerde;
Tavan yüksekliği 3 m’den daha yüksek mahallerde;
Oda büyüklüğüne oranla çok fazla hava debisi ile koşullandırmanın
gerektiği uygulamalarda;
44
Buna karşın hava kalitesinin çok fazla önemsenmediği
uygulamalarda genellikle karışımlı hava dağıtım sistemlerinin
sıklıkla uygulandığı görülmektedir. Aşağıdaki durumlarda DH
Sisteminin uygulanması tercih edilmemelidir:
1. Hava kalitesi kavramının önemsenmediği, ana sorunun
sıcaklık olduğu uygulamalarda;
2. Tavan yüksekliğinin 2,3 m’den daha az olduğu
mahallerde;
3. Havayı kirleten unsurların ortam şartlarına göre daha
soğuk ve/veya ağır olduğu ortamlarda;
4. Isıtmanın hava ile yapılması istenen mahallerde;
45
Şekil-2.17 Deplasmanlı havalandırma sistemi
46
2.9.1 Diğer Sistemlere Göre Güçlü Olunan Noktalar
Yaşam bölgesinde istenen bir tasarım sıcaklığında daha düşük soğutma yüklerine ihtiyaç gösterir;
Yılın daha uzun bir diliminde serbest soğutma olanağı sağlar;
Yaşam bölgesinde mükemmel bir hava kalitesi yaratır;
2.9.2 Diğer Sistemlere Göre Zayıf Olunan Noktalar
Döşeme kotu civarında istenmeyen hava akımları oluşabilir. Bunu engellemek için doğru projelendirme ve difüzörler önünde gereken mimari önlemlerin alınması gerekir;
Çok daha fazla difüzör yüzeyleri gerektirdiğinden mimaride dikkat gerektirir;
47
2.9.3 Hangi Durumlarda Hangi Sistem Uygulanmalı?
Şekil-2.18’de, istenmeyen hava akımlarının oluşmaması için hangi hava dağıtım sisteminin uygulanması gerektiği görülmektedir. Buna göre;
Çok yüksek hava debileri için DH Sistemi rahatlıkla kullanılabilir. Ancak bu durumda difüzörler için uygun alanlar yaratılmalıdır. Döşeme tipi difüzörler alternatif olarak kullanılabilir.
Hava debileri yaklaşık 50 m3/hm2’ye kadar ve soğutma yükleri 60 W/m2 veya daha üzeri uygulamalarda yaygın olarak karışımlı hava dağıtım sistemleri kullanılmaktadır (Şekildeki kırmızı üçgen).
Daha büyük soğutma yüklerinde ve küçük hava debilerinde karışımlı hava dağıtım sistemleri ve soğuk tavan sistemi beraber uygulanabilir.
48
Şekil-2.18 Değişik hava debileri ve ısı kazançları
için öngörülen havalandırma sistemleri 49
2.9.4 Difüzör Seçimi
Uygulamalardan gelen istenmeyen hava akımları problemlerinin başlıca nedeni, yetersiz difüzör seçimidir. Düşük sıcaklık farkları için (oda sıcaklığı-üfleme sıcaklığı) seçilen bir difüzör, yüksek sıcaklık farkı ile çalıştırılırsa, döşeme kotunda hava akımı problemine neden olur (Şekil-2.19).
Dolayısıyla uygulamalarda, teknik değerleri laboratuar ortamında ölçülerek verilmiş iyi bilinen imalatçıların uygun difüzör tipleri kullanılmalıdır.
Standart olarak imal edilen birçok difüzör tipi bulunmaktadır. En çok kullanılan tip, duvar içinde entegre edilen difüzördür. Bunun dışında duvar üzerinde veya köşesinde kullanılan tipler olduğu gibi döşeme üzerinde serbest olarak konulan veya döşeme içine gizlenen tipler de mevcuttur.
50
Şekil-2.19 Yanlış seçilen bir difüzörde hız dağılımının
bozulması
51
Şekil-2.20 Bazı standart difüzör tipleri
52
Şekil-2.21 Atriumda dairesel hava difüzörü
53
Şekil-2.22 Bir mağazada yarım dairesel difüzör
54
2.9.6 Yaşam Bölgesi
Klimatize edilen mahallerde, insanların sürekli
olarak işgal ettikleri, bir başka deyişle mahal
içerisinde çoğunlukla bulunmaları gereken
bölgeye “yaşam bölgesi” denmektedir. Avrupa
Normlarında bu alan Tablo-2.1’de tanımlandığı
gibidir. Ayrıca Şekil-2.23’de üç boyutlu olarak
gösterilmiştir.
55
TABLO-2.1 Yaşam bölgesi tanımında insanlar ve
çeşitli iç oda elemanlarından olan uzaklıklar 56
Şekil-2.23 Yaşam bölgesinin gösterimi
57
2.9.7 Isıl Tabakalaşma
DH Sistemlerinde soğuk hava yaşam bölgesine direk
verildiğinden döşeme seviyesinde istenmeyen hava
akımlarının oluşma potansiyeli mevcuttur. Buna ilaveten
yoğunluk nedeniyle ortam içinde oluşan hava katmanları
konforsuzluğa neden olabilir. Bununla birlikte Şekil-
2.23’de görüldüğü gibi sıcaklık dağılımı oda yüksekliği
boyunca, difüzör bölgesi hariç çok fazla değişim
göstermemektedir.
58
Şekil-2.24 Deplasmanlı ve karışımlı havalandırma
sistemlerinde tipik düşey sıcaklık dağılımı 59
Şekil-2.25 Aynı ortam için deplasmanlı ve karışımlı
havalandırma yöntemlerinin karşılaştırılması 60
2.9.8 Isıtma
Eğer bir mahal, ortama verilecek hava ile ısıtılmak
zorunda ise DH Sistemi kesinlikle kullanılamaz.
Ortamdan daha sıcak üflenen hava, yoğunluğunun daha
az olması sebebiyle tabaka halinde hemen yükselecek
ve dönüş menfezine kısa devre olacaktır (Şekil-2.26).
Dolayısıyla üflenen havanın çok az kısmı yaşam
bölgesine ulaşacağından gereken ısıtma ihtiyacı
karşılanamayacaktır.
61
Şekil-2.26 Isıtma halinde ortamda kısa devre oluşumu
62
2.9.9 Kirletici Dağılımı
Deplasmanlı havalandırma sistemlerinde kirletici
dağılımı, karışımlı havalandırmaya kıyasla daha
az olmaktadır, böylelikle deplasmanlı
havalandırma yönteminde hava kalitesi daha iyi
olacaktır (Şekil-2.27).
63
Şekil-2.27 Karışımlı ve deplasmanlı havalandırma
yöntemlerinde kirletici dağılımı 64
2.10 HAVALANDIRMA SİSTEMLERİNDE
ENERJİ VERİMLİLİĞİ
Havalandırma sistemlerinde enerji verimliliği için doğru
projelendirme ve sistem tasarımı çok önemlidir. Havalandırma
sistemlerinde enerji verimliliği için plan, sızdırmazlık, yalıtım, düşük
basınç kaybı, yüksek verimli fan kullanımı, kontrol stratejileri,
serpantin ve kanal temizliği, ısı geri kazanımı gibi konular çok
önemlidir. Şekil-2.28’de havalandırma kanal sistemlerinde enerji
verimliliğini arttırmak için dikkat edilmesi gereken parametreler
sıralanmıştır.
Havalandırma sistemlerinde enerji verimliliğini arttırmak için ilk
yapılması gereken, bina projesinin doğal havalandırma
imkânlarından yararlanacak şekilde yapılmasıdır. Bu şekilde
tasarım “pasif bina” ve “yeşil bina” kavramlarını ortaya çıkarmıştır.
65
Şekil-2.28 Havalandırma sistemlerinde enerji
verimliliğini arttırmak için gerekli parametreler 66
2.11 TALEP KONTROLLÜ HAVALANDIRMA (TKH)
2.11.1 Tanım
Doğru yerde, doğru zamanda gerekli sıcaklıkta temiz hava tam miktarını sağlanmasıdır.
2.11.2 Talep Kontrollü Havalandırma (TKH) Tipleri
Sabit basınç kontrolü
Fan hızı sürücü ana havalandırma kanalında basınç hissedici ile kontrol edilir.
Basınç-optimize TKH
Fan kapasitesi, ana kanal içinde bir basınç hissedici ile kontrol edilmektedir, fakat TKH damperlerden en az biri tamamen açılır, böylece basınç ayar noktası, kontrol cihazı ile düzenlenir.
Damper-optimize edilmiş TKH
Hava akımı kontrol oranı, damperlerin ana kanal içindeki konumuna uygun olarak, en azından bir damper tam olarak açılır.
67
Şekil-2.29 Günlük zaman dilimlerinde bir ortam için sabit
debili havalandırma (SDH) ve TKH karşılaştırması
68
Şekil-2.30 Sabit debili havalandırma ile talep
kontrollü havalandırma alan ölçümleri 69
Şekil-2.31 Hava akışına karşı özgül fan gücü
karakteristikleri 70
TABLO-2.2 Talep kontrollü havalandırma için
hissedici tipleri
Düzenleme Parametresi
Hissedici Tipi Faydaları Sakıncaları
Saat
Hissedici gerekmez. Zaman kontrolü veya bina yönetim sistemi uygulanabilir.
Fiyatı uygundur.
Sakinlerin sayısına göre kontrol yapmak mümkün değildir.
Hareket durumu
Hareket hissedici (IR sensör)
Düşük ücret Uzun ömür
Sınıflar, toplantı odaları ve açık ofisler
de kişi sayısına bağlı kısmen talep kontrollü havalandırma
CO2 derişikliği CO2 hissedici Sınıflar, toplantı odaları ve
açık ofisler de kişi sayısına
bağlı talep kontrollü havalandırma
Kalibrasyon için hassas cihazlar gerekir. Ölçüm belirsizliği mevcuttur.
Sıcaklık (Önceki
parametrelerin biri ile birlikte)
Sıcaklık hissedici
Düşük ücret Uzun ömür
Hissedici kirlenmesi ölçüm hatalarına
neden olur. Ancak ısı yüküne göre talep kontrolü sağlar.
Uçucu organik
bileşiklerin (UOB) derişikliği
Uçucu organik bileşik (UOB) hissedici
Ölçülen UOB derişikliğine
bağlı kontrol mümkündür.
İkinci olarak CO2 hissedici
takılarak CO2 oranına bağlı çalıştırılabilir.
UOB hissedici havalandırma yöntemi olarak nadir kullanılır. CO2 hissedici kadar hassas değildir. Kalibre ve kontrol edilemez.
71
Dış hava kontrol bileşenleri zaten çoğu sistemlerde gereklidir. Bu bileşenler,
ekonomizör veya hava şartlandırma cihazları ile birlikte modülasyon
damperlerine sahiptir. TKH için gerekli diğer elemanlar; insan yoğunluğunu
ölçmek için kontrol hissedicileri ve bir kontrol cihazı veya ekonomizör veya
merkezi kontrol sistemi ile haberleşmeyi sağlamak için Doğrudan Sayısal
Kontrol Programları (DDC)’dır.
Doluluk oranı birkaç yoldan biriyle ölçülebilir:
Ortam karbon dioksit (CO2) oranını algılama en yaygın yöntemdir.
Ortamdaki kişi yoğunluğuna göre havalandırma
Doluluk algılama sistemi ortamın boş olup olmadığını tespit etmek için
aydınlatma veya özel doluluk hissedicileri kullanır.
Programlı havalandırma derslik veya zamanlanmış toplantı odalarında etkin
bir şekilde çalışabilir.
Besleme havası CO2 derişikliği bakımı, büyük çok-bölgeli değişken havalı
hacimlere uygulanabilir.
72
Şekil-2.32 Sabit havalandırmaya kıyasla talep
kontrollü havalandırmada yükleme yüzdeleri 73
2.12 HAVALANDIRMA SİSTEMLERİNDE ISI GERİ
KAZANIMI
Isı geri kazanım üniteleri, taze hava ihtiyacı olan mekânlarda
havalandırma yaparken enerji tasarrufu da sağlamak amacıyla
üretilen cihazlardır. Isı geri kazanım üniteleri aynı zamanda
sağladıkları enerji tasarrufu sayesinde kurulum maliyetini kısa
sürede geri ödeyen cihazlardır.
Isı geri kazanım üniteleri temel olarak, ortamdan dışarı atılan
havadaki enerjiyi ortama verilen taze havaya ekleme prensibi ile
çalışırlar. Isı geri kazanım ünitesi kullanılan bir mekânda
havalandırma amacıyla, yazın ortamdaki soğutulmuş hava dışarı
atılırken içeri alınacak taze hava soğutulur. Kışın ise ortamdaki
sıcak hava dışarı atılırken içeri alınacak taze hava ısıtılır. Böylece
%70’ e varan enerji tasarrufu elde edilir. Bu işlemleri yaparken ısı
geri kazanım üniteleri herhangi bir enerji kaynağı kullanmazlar,
havadan havaya ısı geri kazanımı sağlarlar.
74
Isı geri kazanım ünitelerimizin diğer bir özelliği de taze hava
temininden yoksun olan split veya değişken soğutucu debili
sistemlerle beraber kullanılmalarıdır. Bu şekilde beraber kullanım
neticesinde enerji tasarrufunun yanında mekânın ihtiyacı olan taze
hava da karşılanmış olur. Isı geri kazanım üniteleri yıl boyunca
kesintisiz kullanılırlar.
Yaygın olarak kullanılan ısı geri kazanım yöntemleri şunlardır:
Levhalı (Sabit) ısı değiştiriciler
Dönel çarklar
Sıvı serpantinli ısı değiştiriciler
Isı borusu tip ısı değiştiriciler
Termosifon tip ısı değiştiriciler
Isı pompası tip ısı değiştiriciler
75
2.12.1 Levhalı (Sabit) Isı Değiştiriciler
Sabit yüzeyli levha tip ısı değiştiricinin hareketli bir
parçası yoktur. Levha tabakaları ile egzoz ve taze hava
geçiş kanalları ayrılmış ve sızdırmaz hale getirilmiştir.
Levhalar arası uzaklıklar 2,5 ile 12,5 mm arasında
tasarım ve uygulamaya göre değişiklik gösterir. Isı direkt
olarak ılık egzoz hava akımı ile soğuk taze hava akımı
arasında transfer edilir.
Pratik tasarım ve konstrüksiyon kısıtlamaları dik akımlı
ısı transferi nedeniyledir, ancak ters yönlü (karşıt) paralel
akımlı uygulamalarda ilave ısı transfer yüzeylerinin
oluşturulmasıyla ısı transfer verimliliği arttırılabilir.
76
Şekil-2.33 Plakalı ısı değiştirici tipleri ve santral gövdesine
bağlanması
77
Şekil-2.34 Isı geri kazanım cihazlarının
havalandırma sistemine bağlantısı 78
2.12.2 Dönel Çarklar
Döner tip hava-hava ısı değiştiriciler veya ısı tekerleri (veya dönen
rejeneratörler), çok geniş iç yüzey alanlı hava geçirgen bir ortamla
doldurulmuş döner bir silindire sahiptir. Isı tekerinde taze ve egzoz
hava akımları ısı değiştiricilerin yarım kesitinin karşıt yönlü paralel
akım biçiminde akar (Şekil-2.35).
Sıcak hava akımı ısı tekerinin bir yarısını ısıtırken, soğuk hava
akımı diğer yarısından ısı çeker. Isı tekerinin içyapısına doldurulan
malzemeler duyulur ısı veya toplam sı (duyulur artı gizli ısı) transfer
edecek biçimde seçilebilir.
Duyulur ısı transferlerinde ısı tekeri yapısı tarafından ısı sıcak hava
akımından alınır, depolanır ve dönen bu kısım soğuk hava akımına
ısıyı geri verir ve bu işlem sürekli olarak tekrarlanır.
79
Şekil-2.35 Dönel çark ve bir santraldeki bağlantısı
80
2.12.3 Sıvı Serpantinli Isı Değiştiriciler
Tipik bir serpantin devreli ısı geri kazanım sistemi Şekil-2.36'da
gösterilmektedir. Serpantin devrelerinin taze hava ve egzoz havası
kısımları kanatlı boru olarak gerçekleştirilmiştir. Serpantin
devresinde bir ara ısı taşıyıcı akışkan (tipik olarak su veya donması
geciktirilmiş çözelti) pompalanarak devreder.
Bu sistem yalnızca duyulur ısı kazanımı için kullanılır. Konfor-konfor
uygulamalarında enerji transferleri mevsimsel olarak değişken olup
dış hava egzoz havasından soğuk ise ön ısıtılır, dış hava egzoz
havasından ılık ise ön soğutulur.
Nem egzoz hava geçiş kanallarında donmamalıdır. Çift amaçlı üç
yollu sıcaklık kontrol vanası egzoz serpantininin donmasına engel
olur. Bu vana egzoz serpantininden giren çözelti sıcaklığını -
1°C’den daha az olmayacak düzeyde tutar. Bu koşul taze hava
serpantininin daha ılık biraz çözeltinin baypas'ı yoluyla sağlanır.
81
Şekil-2.36 Sıvı serpantinli ısı değiştirici ile ısı geri
kazanımı 82
2.12.4 Isı Borusu Tip Isı Değiştiriciler
Isı borulu ısı değiştiriciler gaz-gaz ısı geri kazanımında kullanılan
cihazlar olup, konvansiyonel hava soğutmalı ısı değiştiriciler gibi ısı
borularının kanatlı paket üniteler olarak imalatı ile gerçekleştirilir.
Isı borusu sızdırmaz kapalı bir hacim içinde Şekil-2.37’deki gibi iç
yüzeyinde kapılar basınç ve sıvı dolaşımını sağlayan fitil bulunan bir
yapıdadır.
Isı borusu fitili, çalışma akışkanım sıvı olarak içinde bulundurur. Isı
borusunun bir ucuna ısı uygulandığında, bu uçta fitil içinde bulunan
çalışma akışkanı buharlaşır.
Bu buhar ısı borusunun soğuk ucuna doğru hareket eder ve burada
yoğuşarak buharlaşma ısısını (gizli ısı) geri verir ve fitile sıvı olarak
geri döner. Bu yoğuşan çalışma akışkanı kapılar basınç etkisi ile
buharlaştırıcı bölgesine pompalanır.
83
TABLO-2.3 Isı borularında kullanılan soğutucu
akışkanlar
Çalışma
akışkanı
Kaynama noktası
(1 atm) [°C]
Donma noktası
[°C]
Kullanım bölgesi
[°C]
Su
Metanol
Etanol
Pentan
Heptan
Amonyak
Aseton
R-134a
R-152a
R-123
R-124
SES-36
Cıva
Sezyum
Potasyum
Sodyum
Lityum
100
65
78,6
28
98
-33
57
-26,07
-24,02
27,8
-12
36,7
-39
29
62
98
179
0
-97,8
-117,3
-130
-90
-78
-95
-103,3
-178,59
-107,15
-199,15
?
361
670
774
892
1340
30/200
10/130
0/150
-60/100
0/150
-60/100
0/120
-10/120
-10/120
40/140
0/120
40/140
250/650
450/900
500/1000
600/1200
1000/1800
85
2.12.5 Termosifon Isı Değiştiriciler
İki fazlı termosifon ısı değiştiriciler sızdırmaz sistemler olup bir
buharlaştırıcı, bir yoğuşturucu, bağlantı borusu ve arada çalışma
akışkanından (sıvı ve buhar fazında mevcut) oluşur. İki ayrı tipte
termosifon kullanılmaktadır:
Sızdırmaz boru devresi
Serpantin devresi
Birinci tipte buharlaştırıcı ve yoğuşturucu genellikle düz, aynı
termosifon borularının iki karşı ucundadır ve egzoz ve taze hava
kanalları birbirine yakındır (ısı borulu sistemdeki düzenleme ve
yerleştirilişe benzer).
İkinci tipte buharlaştırıcı ve yoğuşturucu serpantinleri ayrı ayrı
kanallara yerleştirilmiş ve çalışma akışkanı boruları ile bağlantılıdır
(düzenleme serpantinli enerji geri kazanımı devresi ile hemen
hemen aynıdır).
86
Şekil-2.39 Termosifon tipi ısı değiştiriciler ile ısı
geri kazanımı 87
2.12.5 Isı Pompası Destekli Isı Geri Kazanım
Cihazları
Isı pompası çevrimi ile atık kirli havadan ısı geri kazanımı ile yüksek etkinlik değerlerine çıkılabilmektedir. Bu uygulama özellikle konfor-konfor uygulamalarında ısı geri kazanımlı yerel havalandırma cihazları (HRV) ile ısıtma yapabilmek amacıyla kullanılmaktadır (Şekil-2.40).
Şekil-2.40 Isı pompası destekli HRV cihazları
88