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

Şekil-2.38 Isı borusu

84

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