bÖlÜm-2 havalandirma yÖntemlerİ -...

32
HAVALANDIRMA YÖNTEMLERİ Doç. Dr. Hüseyin BULGURCU 22 BÖLÜM-2 HAVALANDIRMA YÖNTEMLERİ 2.1 GİRİŞ Kapalı mekânlarda çok sayıda insanın bulunuşu, endüstriyel ortamlarda ise bazı uygulamalar yüzünden kirlenen hava sürekli veya geçici olarak yenilenmek zorundadır. Gerekli sistemler ortamın havasının hem sıcaklık, hem izafi nemini bütün bir yıl boyunca, dış hava şartlarından bağımsız bir değerde sabit tutmasını amaçlar. Havalandırma sistemlerinin temel unsurları şunlardır; 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. 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 gibi hususlardır. 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. 2.2 HAVALANDIRMA YÖNTEMLERİ Hava hareketini sağlayan kuvvetlere göre üçe ayrılır: 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)

Upload: others

Post on 06-Sep-2019

22 views

Category:

Documents


1 download

TRANSCRIPT

HAVALANDIRMA YÖNTEMLERİ Doç. Dr. Hüseyin BULGURCU

22

BÖLÜM-2 HAVALANDIRMA YÖNTEMLERİ

2.1 GİRİŞ Kapalı mekânlarda çok sayıda insanın bulunuşu, endüstriyel ortamlarda ise bazı uygulamalar yüzünden kirlenen hava sürekli veya geçici olarak yenilenmek zorundadır. Gerekli sistemler ortamın havasının hem sıcaklık, hem izafi nemini bütün bir yıl boyunca, dış hava şartlarından bağımsız bir değerde sabit tutmasını amaçlar. Havalandırma sistemlerinin temel unsurları şunlardır;

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. 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 gibi hususlardır.

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.

2.2 HAVALANDIRMA YÖNTEMLERİ Hava hareketini sağlayan kuvvetlere göre üçe ayrılır:

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)

HAVALANDIRMA YÖNTEMLERİ Doç. Dr. Hüseyin BULGURCU

23

Şekil-2.1 Havalandırma yöntemleri

2.3 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. İlk çağlardan beri yapı tasarımcıları, kirli ve nemli havayı uzaklaştırmak, kişisel ısısal konfor şartlarını sağlamak gibi yapının iki temel ihtiyacı için doğal kaynaklı hava hareketini kullandılar. 1950’lerden itibaren özellikle, hafif ve oldukça geniş pencere açıklıkları olan modern yapılarda aşırı ısı kazancını ve ısı kayıplarını dengelemek için mekanik iklimlendirme sistemleri kullanılmıştır. Ancak, kullanıcı kontrollü yerine merkezi kontrol sistemlerinin kullanılması maliyeti çok daha yüksek enerji tüketimine sebep olmuştur. 2.3.1 Doğal Havalandırmada Yararlanılan Hava Akımı ile İlgili Temel Prensipler Doğal havalandırma yöntemlerini uygulamak için aşağıda verilen hava akımıyla ilgili temel bilgilerin bilinmesi önemli olmaktadır;

1. Hava akımının nedenleri: Hava, ya doğal konveksiyon akımları nedeniyle ya da basınç farklılıkları nedeniyle akar (Şekil-2.2).

2. Hava akımının tipleri: Dört temel hava akımı türü vardır: Tabakalı, ayrılmış, çalkantılı ve girdap şeklinde.

3. Atalet: Hava bir miktar kütleye sahip olduğundan, hareketli hava düz bir çizgide gitme eğilimindedir. Yönünü değiştirmeye zorlandığında hava akımlar eğriyi takip eder ve asla dik açıda olmaz.

4. Hava korunumu: Hava yapı alanında ne yaratılabilir ne de yok olabilir, bu nedenle bir binaya yaklaşan hava ile ayrılan hava eşittir. Böylece hava akımını gösteren çizgiler süreklilik göstermelidir.

5. Yüksek ve alçak basınç alanları: Hava bir binanın rüzgâr yönündeki cephesine vurduğunda, sıkışır ve pozitif basınç oluşturur. Aynı zamanda, rüzgâr altı cephesinden emildiğinde, negatif basınç oluşturur.

6. Bernoulli etkisi: Bir akışkanın hızının arttığı durumda statik basıncı azalır. Bu olgu nedeniyle Venturi Tüpünün daralmasında negatif basınç vardır. Bir uçak kanadının kesiti yarım Ventüri Tüp gibidir. Başka bir olgu işte burada bulunmaktadır. Zeminden yukarı doğru yükseldikçe havanın hızı hızla artar. Böylece çatı seviyesindeki basınç zemindeki pencere seviyesindeki basınçtan düşüktür. Sonuç olarak, Ventüri Tüpü geometrisinin yardımı bile olmadan Bernoulli etkisi ile çatı açıklıkları arasından hava dışarı verilir.

HAVALANDIRMA YÖNTEMLERİ Doç. Dr. Hüseyin BULGURCU

24

7. Baca etkisi: Doğal konveksiyon hareketi nedeniyle havanın yapıdan çıkarılmasıdır (sıcaklık ve nem farklılıklarından dolayı havanın yoğunluğunun değişmesi ile meydana gelir). Baca etkisi eğer iki dikey açıklık arasındaki iç sıcaklık farkının, aynı açıklıkların seviyesindeki dış sıcaklık farkından daha büyük olması durumunda havayı dışarı atar. Baca etkisinin avantajı Bernoulli etkisi gibi rüzgâra bağımlı olmamasıdır. Dezavantajı ise zayıf bir kuvvet olması ve havanın çok hızlı hareket edememesidir. Pek çok sıcak yaz günlerinde, özellikle iyi bir dikey havalandırma yaratmak için, yukarıda bahsedilen Bernoulli ve Venturi etkisi kombine edilebilir.

Şekil-2.2 Doğal konveksiyon nedeniyle ve basınç farklılıkları nedeniyle hava hareketi oluşumu

Tasarımda doğal havalandırma uygulamaları için kısıtlamalar olabilir, bu durumlarda 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. Doğal havalandırmaya yönelik olarak genel tasarım stratejileri ise şöyle sıralanabilir;

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.

2.4 DOĞAL HAVALANDIRMA YÖNTEMLERİ Mekanik veya doğal havalandırma sistemleri, iç ortamda insan sağlığı için uygun ve konforlu bir ortam koşulu sağlamak için tasarlanırlar. Bu koşullardan önde geleni, insan sağlığını olumsuz etkilemeyecek temiz bir iç hava kalitesi, diğeri ise uygun ısısal ortamdır. Ancak ısısal ortam uygunluğu oldukça kalitatif ve bireyseldir. Bireyler arasında farklılık gösterebilir. Mekanik havalandırmanın mimari avantajlarına rağmen, doğal havalandırma 1990'ların sonunda çok ilgi görmeye başlamış ve bu konuda yöntemler geliştirilmiştir. Bu yöntemler hava hareketinin temel prensiplerine dayalı olarak farklı teknikleri kullanmaktadır.

HAVALANDIRMA YÖNTEMLERİ Doç. Dr. Hüseyin BULGURCU

25 Uygun havalandırma tekniği seçimi iklimsel koşullara göre değişiklik göstermektedir. Aylık sıcaklık ve bağıl nem bilgileri ile hazırlanan biyoklimatik grafikler, binanın iklimine uygun pasif ısıtma ve soğutma tekniklerini göstermektedir. Bina iklim grafiği iki veri ile hazırlanmıştır, ilki bir ayda maksimum nem oranındaki en düşük sıcaklık ortalaması, ikincisi ise minimum bağıl nemde maksimum sıcaklıktır. Bu iki değer düz bir çizgi ile birbirine bağlanır ve her ay için bu süreç tekrarlanır. Her satır ortalama bir günde, sıcaklık ve bağıl nemdeki değişiklikleri gösterir. Doğal havalandırma, ısısal kaldırma kuvveti ve rüzgâr gibi iki doğal itki kuvvetinin karakteristiği ve kullanımı ile ilişkilidir. Bu iki kuvvet de bina yüksekliğinden etkilenir. Yapının şekillendirilmesi ile ilgili diğer parametreler arasında doğal kaynaklı hava hareketi önemli bir parametredir. Doğal hava akımı, fizik kanunları ile tanımlanır ve doğal havalandırmalı binaların tasarımında dikkate alınması gereken önemli bir tasarım kriteridir. 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. Aşağıdaki bölümlerde bu amaçlarla uygulanan yöntemler incelenmektedir. 2.4.1 Konfor Havalandırması Doğal havalandırmada konveksiyon veya buharlaşma yoluyla insan vücudu üzerinde doğrudan soğutma etkisi meydana gelmekte, bu da iç ortamda ısısal konfor oluşturmaktadır. İnsan cildi üzerinden geçen hava, cilt yüzeyindeki nemi buharlaştırarak, fizyolojik olarak soğutma etkisi yaratır. Konfor havalandırması terimi, ısısal konforu yükseltmede hava hareketinin kullanıldığı teknik olarak kullanılır. Bu pasif soğutma tekniği, hava sıcaklıklarının orta derecede sıcak olduğu ve iç hava nem kontrolünde havalandırmanın gerekli olduğu, pek çok iklimde belirli periyotlar için kullanışlıdır. Konfor havalandırması nadiren tamamıyla pasiftir, çünkü rüzgâr pek çok iklimde gerekli hava hızını oluşturmak için her zaman yeterli değildir. Gereken rüzgârı sağlamak için tavan arası fanları gerekebilir. İç hava sıcaklığı ve neminin dış hava koşullarının üstünde olduğu durumlar konfor havalandırması için en uygun durumlardır. Bu durum güneşin ısıtma etkisi ve bina içindeki ısı kaynakları nedeniyle sıklıkla söz konusu olur. Ancak dış ortam iç ortamdan sıcak olduğunda, dış hava sıcaklığı ile yapının ısınmasını önlemek için pencereler kapalı tutulmalıdır. Daha soğuk iç havayı dolaştırmak için tavan vantilatörleri kullanılabilir. 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.

HAVALANDIRMA YÖNTEMLERİ Doç. Dr. Hüseyin BULGURCU

26

2.4.2 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. Bir binanın çevresindeki hava akımları, rüzgârın geldiği cephede yüksek basınç bölgeleri oluştururken, diğer cephede alçak basınç bölgeleri oluşturur (Şekil-2.3). Statik basınç rüzgâr basıncı olarak adlandırılır. Genelde rüzgâr basıncının şiddeti (Pw) hız basıncının bir oranı olup ideal şartlarda şu şekilde verilir:

[Pa] (2.1)

Burada; Cp: Yüzey basınç katsayısı (Rüzgâr yönüne, bina konumuna bağlı olarak değişir, deneysel olarak bulunur)

: Hava yoğunluğu [kg/m3] Vr: Rüzgâr hızı [m/s]

Şekil-2.3 Rüzgar etkisi

Rüzgâr olduğunda bina boyunca oluşan basınç farkı binada açıklıklar varsa potansiyel bir hava akışı oluşturur. Rüzgâr etkisi ile oluşan hava debisi yaklaşık olarak ASHRAE tarafından verilen bağıntı ile açıklanabilir:

[m3/s] (2.2) 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. Rüzgâr etkisinin oluşturduğu hava akış seviyesi pencere veya açıklıklar için çok güçlü olduğundan tasarım hesaplamalarında uygun değerler kullanılmalıdır. Hesaplamalarda kullanılacak alanlar net açıklık alanı olup toplam açıklık alanı değildir. Açıklık alanlarının giriş ve çıkıştaki dağılımı da önemlidir. 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) (2.3)

HAVALANDIRMA YÖNTEMLERİ Doç. Dr. Hüseyin BULGURCU

27 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. Rüzgâr yönü yukarı doğru değilse pencerenin şekli de önemli bir rol oynayabilir. Yatay rüzgârlar için kısa ve geniş pencereler, kare veya dar ve uzun pencerelere göre daha iyi hava akımı sağlarlar. Genellikle herhangi bir pencerede perde, güneşlik, gibi eklentiler mevcutsa rüzgâr etkisinin oluşturduğu hava debisi azalır. Çıkıntı gibi bazı mimari özellikler rüzgâr etkisinin oluşturduğu hava akışını iyileştirmek için faydalı olacak şekilde kullanılabilir. Yüksek basınç bölgesindeki alana girişler ve alçak basınç bölgesine çıkışlar yerleştirildiğinde en etkili çapraz havalandırma meydana gelir (Şekil-2.4). Hava akış oranı giriş ve çıkışlar arasındaki basınç farkına bağlıdır. Giriş ve çıkış alanları büyük ve pencere açıklıkları rüzgârı nispeten dik aldığında havalandırma en üst düzeyde oluşur. Açıklıklar hâkim rüzgâr yönüne yönelik olmadığı zaman, tek bir duvarda pencerelerin olduğu odalar için peyzaj öğeleri veya kanat duvarları binanın etrafında negatif ve pozitif basınç bölgeleri oluşturulabilir ve hâkim rüzgâr yönüne paralel pencerelere rüzgâr akımı sağlanabilir.

Şekil-2.4 Rüzgârlı yaz günlerinde çapraz havalandırma

Eğer yerleşim doğru olursa, dikey çıkıntılı kanatlar bir pencerede pozitif basınç oluştururken, diğer pencerede negatif basınç oluşturur. Kanatları dışa doğru açılan pencerelerde benzer bir etki yaratabilir. Kanatlı pencerelerin etkileri rüzgâr alan pencerelerle sınırlıdır, rüzgâra ters yöndeki cephede bulunan açıklıklarda etkisi yoktur.

2.4.3 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, örneğin gece saatlerinde, ya da rüzgâr bazı iklimlerde çok sakin olabilir, ya da yerleşim yeri veya kentsel durum rüzgârın binaya gelişini engelleyebilir. 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 (Şekil-2.5).

HAVALANDIRMA YÖNTEMLERİ Doç. Dr. Hüseyin BULGURCU

28 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. Bu ağırlığa dayalı havalandırma sistemini geliştirmek için, tamamı yapının kesitinin tasarımı ile mümkün olan çeşitli stratejiler kullanılabilir.

Şekil-2.5 Durgun yaz günlerinde baca havalandırması

Şekil-2.6 Baca havalandırmasında hava sirkülasyonu 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. Bununla birlikte hesaplaması son derece karmaşıktır, çünkü açıklıkların dağılımı, açıklıkların direnci, bina içinden dikey hava akış direnci gibi çeşitli faktörlere bağlıdır. İdeal durumda açıklıklar eşit olarak dağıtılmıştır ve dikey yönde hava akış direnci yoktur, 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] (2.3)

HAVALANDIRMA YÖNTEMLERİ Doç. Dr. Hüseyin BULGURCU

29 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] 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. Bu durumda açıklıklar boyunca basınç düşümüne bağlı hava akış debisi doğrusal olmaz. Genelde küçük iç dirençli uzun bina durumunda güçlü baca etkisi oluşur ve bina yüksek rüzgâr alanına maruz ise rüzgâr etkisi güçlü olacaktır. Birleşik etki durumu için çeşitli modeller önerilmiştir. Örnek olarak aşağıdaki bağıntı birleşik etki için toplam hava debisinin hesabında kullanılır:

[m3/s] (2.4)

2.4.4 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.

Şekil-2.7 Rüzgar yakalayıcılar (İran)

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.

HAVALANDIRMA YÖNTEMLERİ Doç. Dr. Hüseyin BULGURCU

30

Şekil-2.8 Rüzgâr kulesi plan ve kesiti

2.4.5 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. 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 ve Şekil-2.10). Ancak iç hava sıcaklığı konfor seviyesinin üstüne ulaştığında, konfor şartlarını devam ettirmek için iç sirkülâsyonda kullanılacak fanlara ihtiyaç duyulur. Pasif ısınma tekniğinde olduğu gibi, içeride önemli sıcaklık aralıkları ile sonuçlanacaktır. Daha fazla termal kütle bu salınımı azaltacak olsa da, sıcak bir güne hazırlanan konfor bölgesi altındaki binanın gece soğutması için avantajdır.

Şekil-2.9 Gece havalandırmasının işleyişi

HAVALANDIRMA YÖNTEMLERİ Doç. Dr. Hüseyin BULGURCU

31 Burada termal kütle büyük önem taşımaktadır, çünkü termal kütle olmadan gündüz saatlerinde yapıyı soğutan ısı emilimi olmaz. Kütle gereksinimi pasif solar ısıtmaya benzer şekildedir ve tabii ki her iki amaç için de kullanılabilir. 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

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.

2.5 GÜNÜMÜZ YAPILARINDA DOĞAL HAVALANDIRMA UYGULAMALARI 2.5.1 BRE's Environmental Building Binası İngiltere’de Londra yakınlarındaki Watford semtinde Feilden Clegg Architects tarafından tasarlanmış bir ofis binasıdır (Şekil-2.11) Yapının en çarpıcı özelliği, güney cephesinden görünen cephede yukarıda doğru yükselen beş ayrı havalandırma bacasıdır. Bu form, enerji etkin doğal havalandırma ve soğutma sisteminin önemli bir parçasıdır. Bir sera gibi çalışmak yerine, yaz güneşi ön tarafı camlı baca içerisine ışık saçarak, içerideki havayı ısıtır. Isınan hava doğal olarak paslanmaz çelik bacanın dışına yükselir ve yerine yapının içerisindeki havanın çekilmesine neden olur. Esintili günlerde karşılıklı hava hareketi daha da artar. Çok sıcak ve durgun günlerde ise, daha çok hava akımı sağlamak için, bacaların tepesine düşük enerjili fanlar koyulabilir.

HAVALANDIRMA YÖNTEMLERİ Doç. Dr. Hüseyin BULGURCU

32

Şekil-2.11 Londra’daki BRE's Environmental Building binası ve doğal bacaları

Binadan dışarıya olan hava hareketi, dışarıdan, havalandırma açıklıklarından daha soğuk taze havayı içeri çeker. Rüzgârsız durgun günlerde, hava, yüksek kottaki pencerelerinden, binanın gölgeli kuzey cephesinden içeri alınır. Daha sıcak veya rüzgârlı havanın kuzey cephesinde olduğu kadar soğuk olmadığı günlerde, hava kavisli içi boş zemin döşemelerindeki geçitler arasından çekilir. Beton sahip olduğu termal kütlesi veya hacmi nedeniyle havanın ısısını emerek, gelen havayı soğutur. Döşemenin içerisinden soğuk su dolaştırılarak ilave soğutma elde edilebilir. Sıcaklık devamlı 10°C civarında olduğu durumlarda, soğuk su 70 metre derinliğindeki borulardan çekilebilir. Bir eşanjör yardımıyla döşeme altındaki borular arasından dolaştırılır. Kuyu suyu daha alt kottaki ikinci bir boru ile zemine döndürülür, böylece hiç su atılmaz. Geceleyin, ertesi gün için soğuk depolamak amacıyla, kontrol sistemleri havalandırma yollarını beton döşemeye yönlendirir. Buradaki kavisli döşemeler, düz döşemelere göre daha fazla yüzey alanına sahiptir ve enerji tüketen iklimlendirme cihazları kullanmaksızın soğuk bir radyatör gibi çalışır. Kış ayları boyunca, yerden ısıtma sistemi şeklinde, betonarme döşeme arasından dolaştırılan su ısıtılır. Bu durum gerektiğinde, ofis alanının çevresindeki radyatörlerle güçlendirilir. Gaz yakıtlı yoğuşmalı kazanlar tarafından ısıtılan su, atılan baca gazları içinde genellikle ısının büyük bir kısmını geri kazanır ve sıradan kazanlara göre %30 daha verimlidir. 2.5.2 The Eastgate Centre Binası

The Eastgate Centre binası Zimbabwe’nin başkenti Harare’de mimar Mick Pearce tarafından tasarlanmış, ofis ve alışveriş merkezi olarak karma kullanımlı bir binadır (Şekil-2.12). Doğal ısıtma, soğutma ve havalandırma prensiplerinin kullanıldığı, Harare’deki bu muazzam bina, ticari gelişmenin oldukça sürdürülebilir bir formu için, oldukça ilgi çekici bir model sunmaktadır. Başlangıçta Avrupa'nın ılıman iklimi için geliştirilen klimalı cam cepheli kuleler, dünyanın çeşitli yerlerine gelişigüzel ihraç olmaya devam etmektedir. Afrika’da bile, ekstrem iklim koşulları ve kaynak kıtlığı ile bu model hiç düşünülmeden çoğaltılır.

HAVALANDIRMA YÖNTEMLERİ Doç. Dr. Hüseyin BULGURCU

33

Şekil-2.12 Zimbabwe’nin başkenti Harare’deki The Eastgate Centre binası

Bu yüzden Zimbabwe’nin başkenti Harare’deki The Eastgate Centre Binası için hazırlanmış, cesaret verici raporlar, gelecekteki gelişmeler için, ilham verici ve alternatif paradigma sağlayabilir. Ove Arup mühendisleri, sıcaklık değişimleri, hava akımları ve ısı kazançlarını bilgisayar benzeşimi kullanarak, alternatif pasif servis stratejileri geliştirmek için çalıştılar. Temel prensip, Harare’nin ikliminden dolayı gerekecek karmaşık ısıtma sistemine olan ihtiyacın azaltılmasını sağlamak olmuştur. İlk olarak bina kütlesi, dış duvarlar ve pencerelerle ilgili belirli parametreler koyulmuştur. Bina kütlesinin; içeriden daha çok etkilenecek şekilde olabildiğince fazla ağır, dış duvarların; doğrudan güneş ışığından korunmuş, pencerelerin; güneşli kuzey cephede yüzey alanının % 25’inden fazla olmayacak şekilde küçük olması planlandı. Ayrıca tahmin edilemeyen sıcaklık dalgalanmalarından korunmak için, pencerelerin ve tüm havalandırma kanallarının kapalı tutulması planlandı. Mimar, birbirlerine 145 metre uzunluğunda atriumla bağlanmış, doğudan batıya yönlendirilmiş, iki adet dar, dokuzar katlı bloklar tasarladı. Blokların kahramanca kaslı görünümleri, tuğla ve prefabrik beton ünitelerle sarılmış, yerel malzeme ile yapılmış betonun masif termal kütlesini yansıtır. Döşeme plağı, kesitte yükseklik kazandıracak ve pencerelere gölge sağlayacak biçimde devam eden bir balkon formunda uzatılmıştır. Binanın devasa kütlesi, hava sıcaklığını dengelemede kullanılmıştır. Binada sadece ilk iki katı ve bodrumdaki otoparkı mekanik olarak havalandırılmaktadır. Birinci katın hemen üstünde, yukarıdaki ofislere basınçlı hava sağlamak için fanların bulunduğu bir servis katı vardır. Her bloğun merkezindeki çekirdek boyunca yerleştirilmiş 32 dikey destek kanalı aracılığıyla hava dağıtılır. Bu kanallar ofis döşemelerinin altındaki basınç odalarını destekler ve ofisler de pencerelerin altındaki ızgaralar aracılığıyla basınç odalarından faydalanırlar. Ofislerin tabanında, yerinde döküm betonarme döşeme ve altlık üzerine, içinde kanallar oluşturacak şekilde boşluklar bulunan beton prefabrik bloklar konularak, içi boşluklu bir döşeme yapısı oluşturulmuştur. Beton prefabrik blokların altında dişler vardır, bunlar boşlukların iç yüzey alanını arttırarak hava türbülansını teşvik eder. Bu cihazlar kütleden ısı transfer hızını arttırmaya çalışırlar. Beton sıcaklığının 20°C’nin altında kalması beklenir.

HAVALANDIRMA YÖNTEMLERİ Doç. Dr. Hüseyin BULGURCU

34 Bu mekanizma dönüşümlü olarak gündüz süresince serin havayı, gece süresince de sıcak havayı kullanır. Döşemelerin altı etki yüzeyini arttırmak için tonozludur. Isınan hava, ofisten yüksek kotta bulunan çekirdeğe geçitlere girerek, dikey şaftlara doğru yatay olarak hareket eder. Sonunda atık hava, çatı seviyesinden 48 adet baca aracılığıyla tahliye edilir. Umulan optimum performans gün boyunca saatte iki defa hava değişiminin sağlanmasıdır. Bu hava değişimi geceleyin döşeme plağının soğumasını hızlandırmak için saatte yedi kez hava değişimi yapacak şekilde arttırılmıştır. Geceleyin ön soğutma için büyük fanlar, gündüz havalandırması için ise daha küçük fanlar kullanılmıştır. Gece/gündüz değişikliklerinin zamanlaması, çevre sıcaklıklarının değişimlerinden yararlanmak için mevsimlere göre değişir. Flüoresan tüplerle yapılan yapay aydınlatma, yukarı doğru tonozlu beton tavana yöneliktir. Bu durum daha az kamaşma oluşturmanın yanı sıra, hacme ısı vermek yerine, ısının döşeme tarafından emilmesini sağlamaktadır. Soğuk kış ayları için odalarda ısıtıcılar bulunur. Bu ısıtıcılar, hem yerel, hem de merkezi olarak çalıştırılabilirler, böylece kullanıcılar odadaki ısıyı kontrol edebilirler ve yükün azalması bina yönetimi tarafından kontrol edilebilir. Doğal ısıtma ve soğutma için bu sistemin kullanılmasıyla ulaşılan en yüksek elektrik talebi, geleneksel iklimlendirme sistemlerine kıyasla 20 kez daha düşük olduğu tahmin edilmektedir. 2.6 MEKANİK-DOĞAL (HİBRİT) HAVALANDIRMA SİSTEMLERİ 2.6.1 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).

Şekil-2.13 Çok katlı bir binada şönt baca sistemi ile egzoz havalandırması

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.

HAVALANDIRMA YÖNTEMLERİ Doç. Dr. Hüseyin BULGURCU

35

Şekil-2.14 Bir okul tiyatro binasında egzoz havalandırması

2.6.2 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.

Şekil-2.15 Mekanik beslemeli doğal çıkışlı havalandırma sistemi 2.7 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).

HAVALANDIRMA YÖNTEMLERİ Doç. Dr. Hüseyin BULGURCU

36

Şekil-2.16 Tam (Kombine) mekanik havalandırma sistemi

2.8 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. 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. Mahal içerisinde bulunan ısı kaynaklarının (insanlar, bilgisayarlar vs.) oluşturduğu serbest konveksiyon nedeniyle, ısı kaynakları üzerinde dikey hava hareketleri başlar. Bu ısı kaynakları aynı zamanda kirlilik kaynakları ise, bu dikey hava hareketleri kirliliği de taşıyacağından daha sıcak ve kirli hava yukarıya doğru yükselir (Şekil-2.17). Alternatifi olan karışımlı hava dağıtım sistemlerine göre, özellikle restoranlar, toplantı odaları, sınıflar, konferans salonları, tiyatrolar, süpermarketler ve havaalanları gibi yüksek tavan kotları olan yerlerde çok daha iyi sonuçlar alınmaktadır. 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; Buna karşın hava kalitesinin çok fazla önemsenmediği uygulamalarda genellikle karışımlı hava dağıtım sistemlerinin sıklıkla uygulandığı görülmektedir. Aşağıdaki durumlarda DH Sisteminin uygulanması tercih edilmemelidir:

Hava kalitesi kavramının önemsenmediği, ana sorunun sıcaklık olduğu uygulamalarda;

Tavan yüksekliğinin 2,3 m’den daha az olduğu mahallerde;

Havayı kirleten unsurların ortam şartlarına göre daha soğuk ve/veya ağır olduğu ortamlarda;

Isıtmanın hava ile yapılması istenen mahallerde;

HAVALANDIRMA YÖNTEMLERİ Doç. Dr. Hüseyin BULGURCU

37

Şekil-2.17 Deplasmanlı havalandırma sistemi

2.8.1 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; 2.8.2 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; 2.8.3 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.

Şekil-2.18 Değişik hava debileri ve ısı kazançları için öngörülen havalandırma sistemleri 2.8.4 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).

HAVALANDIRMA YÖNTEMLERİ Doç. Dr. Hüseyin BULGURCU

38 Dolayısıyla uygulamalarda, teknik değerleri laboratuar ortamında ölçülerek verilmiş iyi bilinen imalatçıların uygun difüzör tipleri kullanılmalıdır.

Şekil-2.19 Yanlış seçilen bir difüzörde hız dağılımının bozulması 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. Hatta bazı uygulamalarda yükseltilmiş döşeme üzerindeki halının kendisi de difüzör olarak kullanılabilir, ancak bu durumda döşemenin temiz olması gerektiğinden birçok uygulamada tercih edilmez (Şekil-2.20).

Şekil-2.20 Bazı standart difüzör tipleri 2.8.5 Dikkat Edilmesi Gereken Hususlar Dikkat edilmesi gereken en önemli husus, döşeme seviyesinde bulunan havanın sıcaklığıdır. Pratikte ortama verilen hava, ortam sıcaklığından daha düşük olduğundan, seçilecek difüzörün üfleme havası ile ortam havasını doğru oranda karıştırması gerekir. Ayrıca özellikle yüksek indüksiyon oranı ile tasarlanmış mahallerde, difüzör yüzeylerine yakın bölgelerde hava hızının problem yaratmamasına dikkat edilmelidir.

HAVALANDIRMA YÖNTEMLERİ Doç. Dr. Hüseyin BULGURCU

39

Şekil-2.21 Atriumda dairesel hava difüzörü

Şekil-2.22 Bir mağazada yarım dairesel difüzör 2.8.6 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.

HAVALANDIRMA YÖNTEMLERİ Doç. Dr. Hüseyin BULGURCU

40

TABLO-2.1 Yaşam bölgesi tanımında insanlar ve çeşitli iç oda elemanlarından olan uzaklıklar

Şekil-2.23 Yaşam bölgesinin gösterimi

2.8.7 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.

Şekil-2.24 Deplasmanlı ve karışımlı havalandırma sistemlerinde tipik düşey sıcaklık dağılımı

HAVALANDIRMA YÖNTEMLERİ Doç. Dr. Hüseyin BULGURCU

41

Şekil-2.25 Aynı ortam için deplasmanlı ve karışımlı havalandırma yöntemlerinin karşılaştırılması

2.8.8 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.

Şekil-2.26 Isıtma halinde ortamda kısa devre oluşumu

2.8.9 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).

HAVALANDIRMA YÖNTEMLERİ Doç. Dr. Hüseyin BULGURCU

42

Şekil-2.27 Karışımlı ve deplasmanlı havalandırma yöntemlerinde kirletici dağılımı

2.9 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.

Şekil-2.28 Havalandırma sistemlerinde enerji verimliliğini arttırmak için gerekli parametreler

HAVALANDIRMA YÖNTEMLERİ Doç. Dr. Hüseyin BULGURCU

43 2.9 TALEP KONTROLLÜ HAVALANDIRMA (TKH) 2.9.1 Tanım Doğru yerde, doğru zamanda gerekli sıcaklıkta temiz hava tam miktarını sağlanmasıdır. 2.9.2 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.

Şekil-2.29 Günlük zaman dilimlerinde bir ortam için sabit debili havalandırma (SDH) ve TKH karşılaştırması

Şekil-2.30 Sabit debili havalandırma ile talep kontrollü havalandırma alan ölçümleri

Şekil-2.31 Hava akışına karşı özgül fan gücü karakteristikleri

HAVALANDIRMA YÖNTEMLERİ Doç. Dr. Hüseyin BULGURCU

44

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.

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. Bu sistemler, her bir ortamda veya dönüş havasında bir CO2 hissedicisine sahiptir ve CO2 derişikliğine göre havalandırma yükü ayarlanır. İnsanlar solunumla CO2 oluşturduğundan, daha fazla kişi olduğunda ortamdaki havalandırma seviyesi daha yüksek olacaktır. Bir CO2 TKH hissedici sistemi ile havalandırma oranı ortamdaki kişi sayısına göre değişir.

• Ortamdaki kişi yoğunluğuna göre havalandırma; ortam sakinlerinin bir fiili veya tahmini sayısını elde etmek için turnikeler, bilet satışları, video tanıma, güvenlik geçişleri, ya da diğer yöntemleri kullanır. CO2 sistemlerindeki gibi havalandırma hızı ortamdaki kişi sayısına göre değişir.

• Doluluk algılama sistemi ortamın boş olup olmadığını tespit etmek için aydınlatma veya özel doluluk hissedicileri kullanır. Doluluk algılamada, tam havalandırma veya kısmi alan havalandırması da sağlanır, böylece tam havalandırma; ortamda bir kişi bile olduğunda devreye girecektir.

• Programlı havalandırma derslik veya zamanlanmış toplantı odalarında etkin bir şekilde çalışabilir. Bu sistemde doluluk, bir sınıf veya kiralık zamanlamaya dayalı tahmin olup bu bilgi kontrol sistemi için bir giriş olmaktadır. Sistemin etkili olabilmesi için bir takvim zamanlama sistemine doğru zamanlama bilgilerinin sürekli girişi gerektirir.

• Besleme havası CO2 derişikliği bakımı, büyük çok-bölgeli değişken havalı hacimlere uygulanabilir. Bu yaklaşımda, her bir bölüm (zon) için hesaplanan gerekli havalandırma oranları ve besleme havası CO2 derişikliği ile bu tasarımı karşılama oranı belirlenir. Sonra dış hava oranı önceden belirlenmiş oranını karşılamak için bir hava besleme CO2 hissedicisine göre ayarlanır.

Bu yöntemlerden her biri talep kontrollü havalandırma (TKH) ihtiyaçlarını karşılayacaktır. TKH olmaksızın bir temel havalandırma sistemi için ortamın tamamen dolu olduğu öngörülür. Bu tam yükteki havalandırma sistemini ifade eder (Bazı tasarımcılar alan havalandırması için minimum havalandırma terimini ve tam havalandırma için maksimum havalandırma terimlerini kullanmaktadır). TKH olmaksızın, tam havalandırma yükü ortamdaki doluluk oranı dikkate alınmaksızın sürekli devrede olur. TKH ile ortamdaki doluluk oranına göre alan havalandırması sağlanır. Doluluk oranı, farklı yöntemlerle algılandığında alan havalandırması arttırılarak tam havalandırmaya doğru geçilir. Şekil-2.32’de sabit havalandırma ile diğer değişken debili havalandırma yöntemleri karşılaştırılmıştır. Tüm TKH yöntemler sabit havalandırma yaklaşımı ile karşılaştırıldığında havalandırma enerjisi azalır ve tasarruf elde edilir. Doluluk hissedicisi az enerji tasarrufu sağlar, ancak kurmak biraz pahalıdır. Ortamda CO2 hissedicileri

HAVALANDIRMA YÖNTEMLERİ Doç. Dr. Hüseyin BULGURCU

45 kurmak kısa bir zaman alabilir, ancak bu cihazlar havalandırma işleminde hafif bir gecikme oluşturur. Bu durum havalandırma şartnamelerine uygundur ve ortamdaki hava hacmi bir tampon oluşturmaktadır ve boşalan ortam havasından sonra CO2 hissedici devreye girer, havalandırma devam ettiğinden hava kalitesi için bir sorun değildir.

Şekil-2.32 Sabit havalandırmaya kıyasla talep kontrollü havalandırmada yükleme yüzdeleri

2.10 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.

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 2.10.1 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.

HAVALANDIRMA YÖNTEMLERİ Doç. Dr. Hüseyin BULGURCU

46 Normal olarak yoğuşma ile oluşan gizli ısı (ılık egzoz hava akımının çiğ noktası sıcaklığının altına düşmesi sonucu yoğuşması) ve duyulur ısı her ikisi soğuk (taze hava) akıma ayrılmış levhalar arasından iletilir. Böylece enerji transferi gerçekleşir, fakat nem transferi olmaz. Atık egzoz ısısının % 80'ine kadar kısmını geri kazanan üniteler gerçekleştirilebilir. Levhalı tip ısı değiştiriciler birçok şekil, malzeme, boyut ve akış biçiminde bulunabilir. Birçoğu modüler yapıda olup, bu modüller değişik hava hızlan, verimlilik ve basınç oluşumu gereksinimlerinde sağlanabilir. Levhalar kendileriyle bütünleşik kalıpta biçimlendirilmiş değişik şekilli çıkıntılarla aralarındaki mesafeler korunur veya ayrı dış ayırıcılarla da (destekler, oluklar) sağlanabilir. Hava akımı ayırımları sızdırmazlığı kıvırma, çoklu kıvırma, yapıştırma, kaynak veya herhangi bir yöntemle (uygulama veya imalatçıya bağlı) sağlanır. Isı transfer yüzeylerin temizleme, ulaşma kolaylığı imalat biçimiyle bağlantılıdır. Levhalar arasındaki ısı transfer direnci, levhaların iki tarafındaki hava akımı sınır tabaka dirençleriyle karşılaştırıldığında küçüktür. Isı transfer verimliliği levhaların ısı transfer katsayısından esasen etkilenmez. Alüminyum en yaygın kullanılan levha malzemesidir, bu korozyon direnci, imalat kolaylığı ısı transfer özelliği, yanmama, dayanıklılık ve maliyet nedeniyledir. Alüminyuma asidik ortamlarda korozyon direnci verebilmek amacıyla TiO kaplaması da yapılmaktadır. Sıcaklığın 200°C'yi geçmesi durumunda ve maliyetin bir anahtar faktör olmaması durumunda çelik alaşımları kullanılabilir. Plastik malzemeler ve hatta cam korozyon direnci gereksinimi durumunda düşük maliyetli uygun çözümler olarak kullanılabilir. Levhalı ısı değiştiriciler genellikle yalnızca duyulur ısı transfer eder ancak su geçirgen malzemeler, örneğin özel işlenmiş kâğıt gibi, kullanıldığında gizli ısı (nem) transferi de gerçekleştirilebilir. Böylece toplam (entalpi) ısı değişimi sağlanır. İmalatçıların çoğu bu tip ısı değiştiricileri modüler imal eder ve modül kapasiteleri 0,01-4,7 m3/s arasında olup 50 m3/s' yi aşan birleşimler düzenlenebilir. Bu çoklu boyut ve birleşimlerle aşağı yukarı bütün hacimsel yerleşim ve verim gereksinimleri karşılanabilir. Şekil-2.33'de sabit levhalı bir ısı değiştiricide hava akımları gösterilmektedir.

Şekil-2.33 Plakalı ısı değiştirici tipleri ve santral gövdesine bağlanması Bu ısı değiştirici ekonomik olarak yüksek duyulur ısı geri kazanımı değerlerine (%70) ulaşabilir. Çünkü hava akımları arasında yalnızca levhadan oluşan bir ısı transfer yüzeyi mevcuttur ve diğer ısı değiştirici tiplerindeki gibi ikincil dirençler (örneğin sıvı pompalanması, gazların yoğuşma veya buharlaşması veya ısı transfer ortamının taşınması gibi) bulunmaktadır. Basitlik ve bunun yanında hareketli olmaması, uzun ömürlülük, düşük yardımcı enerji gereksinimi emniyetli kullanıma katkıda bulunan özelliklerdir. Hızın artması durumunda iki hava akımı arasındaki basınç farklılığı üstel olarak artar. Yüksek fark basıncı ise ayırma levhalarını deforme eder ve ısı değiştiriciyi çok yönlü etkiler. Örneğin verimlilik tasarım değerlerinin altına düşer ve aşırı hava sızıntıları oluşur.

HAVALANDIRMA YÖNTEMLERİ Doç. Dr. Hüseyin BULGURCU

47 Isı geri kazanım üniteleri, görünüş olarak kanal tipi santrallerle benzer özellikler taşırlar. Son derece düşük kabin yükseklikleri nedeniyle az yer işgal ederler. Düşük kabin profilleri asma tavan içine veya yükseltilmiş döşeme içine monte edilmelerine imkân sağlar. Isı geri kazanım üniteleri, asma tavan içine askı elemanları ile monte edilirler. Bu nedenle herhangi bir kaideye ihtiyaç duymazlar.

Şekil-2.34 Isı geri kazanım cihazlarının havalandırma sistemine bağlantısı 2.10.2 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).

Şekil-2.35 Dönel çark ve bir santraldeki bağlantısı 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. Toplam ısı transferi yapan ısı tekerlerinde ise yüksek nemlilikte hava akımında nem yoğuşması ile (nem yoğuşması ısı tekeri ortam sıcaklığının çiğlenme noktası sıcaklığının altında olmasıyla, sıvı nem alıcı maddelerle absorpsiyonla veya katı nem alıcı maddelerle adsorpsiyonla sağlanır) hemen ısı çekilir. Bu alınan nem buharlaşma ile düşük nemlilikli hava akımına gelen ısı tekeri bölümünde geri verilir (nem alıcı maddeler kullanılıyorsa bunların rejenerasyonu da böylelikle sağlanmış olur). Böylelikle nemli hava kuru hale gelirken, kuru hava nemlendirilmiş olur. Toplam ısı transferi cihazında duyulur ve gizli ısı transferleri aynı anda gerçekleşir.

HAVALANDIRMA YÖNTEMLERİ Doç. Dr. Hüseyin BULGURCU

48 Hava bileşenleri, çiğlenme noktası, egzoz hava sıcaklığı ve taze hava özellikleri kasa, rotor yapı ve enerji alışveriş malzemelerinin seçiminde etkilidir. Alüminyum ve çelik normal konfor havalandırma sistemlerinde kasa, yapı ve rotor malzemesi olarak kullanılır. Değiştirme ortamı ise metal, mineral veya seramik vb. malzemeden ve gelişigüzel akım veya yapı içinde yönlendirilmiş akım oluşturacak biçimde imal edilirler. Gelişigüzel akım sağlayan yapıda, oluklu örülmüş elek (mesh) yapısı mevcut olup, istenen düzende tabakalar halinde kullanılabilir. Alüminyum elek yapısı, konfor havalandırma sistemlerinde yaygın kullanılmakta olup, tabakalar halinde paketlenmiş yapıda kullanılır. Paslanmaz çelik ve monel elekler ise korozif ortam ve yüksek sıcaklık uygulamaları için kullanılır. Korozyona dayanım için polimer kaplanmış yüzeylerde kullanılabilmektedir. Bu tip yapılar temiz ve filtrelenmiş hava akımları için uygundur. Çünkü kolaylıkla elek gözleri tıkanabilmektedir. Yönlendirilmiş akım sağlayan yapıda ise küçük (1,6 mm) üçgen kesitli hava akımı yönüne paralel hava geçiş kanalları mevcuttur. Üçgen şekli, alın yüzeyinin birim alanı için en geniş hava temas yüzeyi oluşturur. Ayrıca dayanım ve imalat tekniği yönünden de avantajlıdır. Alüminyum folye, inorganik levhalar, işlem görmüş organik levha ve sentetik malzemeler düşük ve orta sıcaklık uygulamaları için kullanılır. Paslanmaz çelik ve seramikler ise yüksek sıcaklık ve korozif atmosferler durumunda kullanılır. Hava akımıyla temas eden ortam yüzey alanları 300 ile 3300 m2/m3 değerleri arasında, fiziksel konum ve ortamın tipine göre değişir. Ortam ayrıca duyulur ısı alma veya toplam ısı alma yeteneğine göre de sınıflanır. Duyulur ısı geri kazanım ortamı ise bu malzemelerden biri tarafından yapılmış ve ayrıca tipik olarak lityum klorür veya aktif alumina (alüminyum oksit) gibi nem geri kazanma karakteristikleri olan maddelerle işlenmiş (doldurulmuş) bir yapıdadır. Isı tekerleri ile enerji geri kazanımını kontrol için yaygın olarak kullanılan iki yöntem vardır. Birincisi, taze hava baypas kontrolüdür. Bu kontrolde istenen taze hava sıcaklığına ulaşmak için ısı tekerinden geçen taze hava miktarı değiştirilir, bir kısmı baypas edilir. Bir baypas damperi, ısı tekeri taze hava çıkış sıcaklık duyar elemanı (sensör) tarafından kontrol edilerek baypas hava miktarı ayarlanır. 2.10.3 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. Bu vana ayrıca taze hava serpantininden hava çıkış sıcaklığının belli istenen bir değeri aşmamasını da sağlar. Serpantin devreli enerji geri kazanım sistemleri esnek yapıda olup yeni ve endüstriyel uygulamalar için uyumludur. Sistem birbirinden uzak taze ve egzoz kanallarına yerleştirilir ve aynı anda birçok kaynak ve kullanım yeri arasında enerji transferi sağlanır. Çalışma akışkanının genleşme ve daralmasını sağlamak için sisteme bir genleşme tankı ilave edilmelidir.

HAVALANDIRMA YÖNTEMLERİ Doç. Dr. Hüseyin BULGURCU

49

Şekil-2.36 Sıvı serpantinli ısı değiştirici ile ısı geri kazanımı

Kapalı bir genleşme tankı etilen glikol kullanılıyorsa oksidasyonu en aza indirger. Sistemi oluşturmak için standart kanatlı borulu su serpantinleri kullanılmış olabilir. Bu durumda serpantin, alın yüzeyi hızı ve basınç düşümü seçiminde imalatçı tasarım eğrileri ve verim dataları kullanılacaktır. Serpantin devreli ısı geri kazanımı çevrimi bir akımdan nem transferi yapamaz. En ekonomik verimli çalışma için, eşit hava akım hızları ve yoğuşmasız durumda, tipik verimlilik değerleri % 60- % 65 arasında değişir. En çok net ekonomik kazanım için en yüksek verimlilik gerekli değildir. Tipik olarak serpantin devreli ısı geri kazanım devresinin duyulur ısı verimliliği dış hava sıcaklığından bağımsızdır. Bununla birlikte kapasite kontrolü yapılan bir sistemde ise duyulur ısı verimliliği dış hava sıcaklığı arttıkça azalır. Çalışma koşullarında ilgili serpantin kısımları uygun malzemelerden imal edilmelidir. Konfor-konfor uygulamalarında standart serpantin yeterlidir. İşlem-işlem ve işlem-konfor uygulamalarında yüksek sıcaklığın etkisi, yoğun maddeler, korozif maddeler ve serpantin üzerinde birikebilen maddeler serpantin konstrüksiyonununda dikkate alınmalıdır. 2.10.4 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.

Şekil-2.37 Isı borusunun çalışma prensibi Isı borusu fitili, çalışma akışkanım sıvı olarak içinde bulundurur. Isı borusunun bir ucuna ısı uygulandığında, bu uçta fitil içinde bulunan çalışma akışkanı buharlaşır.

HAVALANDIRMA YÖNTEMLERİ Doç. Dr. Hüseyin BULGURCU

50 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. Sıvının buharlaştırıcı bölgesine dönüşünü kapılar hareket sağladığından, ısı borusunun verimliliği yataydan eğimine, fitil gözenek boyutuna (mesh sayısı), çalışma akışkanın yüzey gerilim katsayısına kuvvetli bağlı bir fonksiyondur. Transfer edilen ısı miktarı çalışma akışkanının gizli ısısı ile bağlantı olup, yüksek gizli ısılı çalışma akışkanı tercih olunabilir. Gaz-gaz ısı değiştiricide Şekil-2.38'da gösterildiği gibi ısı borularının buharlaştırıcı bölgesi sıcak gaz akımı tarafında, yoğuşturucu bölgesi ise soğuk gaz akımı tarafındadır. Isı değiştirici arasından gaz akımının maksimum verimlilik için ters yönlü paralel akım biçiminde olması istenir. Normal olarak ısı boruları yatay durumda monte edilir ve ısı borulu ısı değiştiricinin bulunduğu yerde sıcak ve soğuk gaz kanalları komşu (bitişik) olmak zorundadır. Bazı imalatlarda ısı borusunun eğiminin yavaş yavaş değiştirilmesiyle buharlaştırıcı, yoğuşturucunun üzerinde olması sağlanarak ısı transferin sıfır değerine kadar azaltılarak kontrol sağlanabilmektedir. Bu özellikle ısıtılmak istenen ortam sıcaklığı dış etkenlerin durumuna göre kontrol edilmektedir.

Şekil-2.38 Isı borusu Isı borusu tüpleri özel fitil yerleştirilmiş durumda, vakumlanarak uygun çalışma akışkanları ile doldurulur ve sızdırmaz hale getirilir. Isı borularında kullanılan uygun çalışma akışkanları düşük sıcaklık uygulamaları için Tablo-2.3'de verilmiştir. Isı borulu ısı değiştiricilerde kullanılan kanatlı boru yapısındaki kanatlar oluklu levha, düz levha veya spiral tiple olabilir. Kanat tasarımı ve borular arası mesafe belirli bir alın yüzeyi hızı için basınç düşümünde farklılıklara neden olur. Isı borusundaki, ısı aktarma mekanizmasıyla, örneğin bakırın ilettiği ısı transfer hızından 1000 kez daha fazla ısı transfer hızlarına ulaşılabilir. Isı boruları küçük sıcaklık düşümleri ile enerjiyi transfer eder, buna göre ısı aktarma işlemi izotermal gibi ele alınabilir. Bununla birlikte ısı borusu tüp et kalınlığında, fitilde ve akışkan ortamında küçük sıcaklık düşüşleri vardır. Isı boruları fitil tasarımı, tüp çapı, çalışma akışkanı özellikleri ve ısı borusunun yataya göre konumu gibi özellikleriyle bağlantı sonlu bir ısı transfer kapasitesine sahiptir. Bu ısı transfer limitleri ile ilgili tasarım bilgileri ilgili kaynaklarda bulunabilir.

HAVALANDIRMA YÖNTEMLERİ Doç. Dr. Hüseyin BULGURCU

51

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

Çalışma akışkanının seçimi onun uzun süreli çalışabilmesi bakımından da önemlidir. Çalışma akışkanı, yüksek buharlaşma gizli ısısı, yüksek yüzey gerilimi ve çalışma bölgesinde düşük sıvı viskozitesi yanında ayrıca bu sıcaklık bölgesinde ısıl kararlı olmalıdır. Çalışma akışkanının yoğuşmayan gaz oluşturabilme gibi özelliği olması durumunda ise verimin azalması söz konusu olur, böyle bir özellik de bu nedenle istenmez. 2.10.5 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). Termosifon sistemlerde, sıcaklık farklılığı ve yer çekimi kuvveti çalışma akışkanının buharlaştırıcı ve yoğuşturucu arasında dolaşımını sağlar. Buharlaştırıcı da, buharlaşan çalışma akışkanı, yoğuşturucuda yoğuşup tekrar buharlaştırıcıya geri döner ve çevrim tekrarlanır (Şekil-2.39). Sonuç olarak termosifonun yerleştiriliş biçimine göre ısı tek yönlü veya çok yönlü olarak transfer edilebilir. Isı borularının çalışma ve biçimine benzer olmakla birlikte termosifon boruları iki farklı duruma sahiptir:

1. İç yüzeylerinde fitile sahip değildir ve yoğuşan sıvının buharlaştırıcıya dönüşünde yalnızca yer çekimi etkisi kullanılır, oysa ısı borularında kılcal kuvvet etkisinden yararlanılır.

2. Termosifon boruları, en azından başlangıçta çekirdekli buharlaşmaya bağımlıdır, oysa ısı boruları sıvı buhar ara fazında geniş bir yüzeyden sıvıyı buharlaştırır.

Termosifon devreleri diğer serpantinli enerji kazanımlı sistemlerden pompa gerektirmemesi, dış güç gereksinimi olmaması ve serpantinlerin buharlaştırma ve yoğuşmaya uygun olmasıyla ayrılır. Bir termosifon sızdırmaz bir sistem olup iki fazlı çalışma akışkanı bulundurur. Sistemin buhar ve sıvı içeren parçalan nedeniyle termosifon içindeki basınç sıvı-buhar ara fazındaki sıvı sıcaklığına bağlıdır.

HAVALANDIRMA YÖNTEMLERİ Doç. Dr. Hüseyin BULGURCU

52

Şekil-2.39 Termosifon tipi ısı değiştiriciler ile ısı geri kazanımı Termosifonun bulunduğu ortamlar iki bölgesi arasında sıcaklık farklılığına neden olduğunda, sıvı- buhar ara fazında, buhar-basınç farklılığı ılık bölgeden soğuk bölgeye buhar akışını sağlar. Akış soğuk bölgede yoğuşma ve ılık bölgede buharlaşma ile beslenir. Yoğuşturucu ve buharlaştırıcının yerleşim durumuna göre yoğuşan akışkan buharlaştırıcı bölgesine yerçekimi etkisiyle geri döner ve bu işlemler ısı çekimi ve verilmesi süresince çevrimsel olarak tekrarlanır. 2.10.5 Isı Pompası Tip Isı Değiştiriciler 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

HAVALANDIRMA YÖNTEMLERİ Doç. Dr. Hüseyin BULGURCU

53 2. BÖLÜM KAYNAKLARI

1. EPA- 402-K-01-003; “Healthy Buildings, Healthy People: A Vision for the 21st Century” http://www.epa.gov/iaq/ hbhp/index.html, October 2001.

2. Scheuer, C., Gregory, A., Reppe, P., “Life cycle energy and environmental performance of a new university building: modeling challenges and design implications“, Enerji and Building Volume 35, Issue 10, 2003, p. 1049-1064.

3. Roodman, D.M., Lenssen N., “A Building Revolution: How Ecology and Health Concerns are Transforming Construction”, World watch Paper 124, March 1995, http://worldwatch.org/press/

4. TÜBİTAK, Vizyon 2023” Teknoloji Öngörüsü Projesi Enerji ve Doğal Kaynaklar Paneli Ön Rapor”, 24 Ocak, Ankara 2003.

5. http://en.wikipedia.org/wiki/Eastgate_Centre,_Harare 6. Halacy, D., Technical Paper 48, “Understanding Passive Cooling Systems”, , Published By, VITA 1600

Wilson Boulevard, Suite 500, Arlington, Virginia, USA. 7. Lechner, N., “Heating, Cooling, Lighting Design Methods for Architects”, John Wiley & Sons, Canada,

1991. 8. Aynsley, R., “Natural Ventilation in Passive Design”, BEDP Environment Design Guide, May 2007. 9. Brown, G.Z., Dekay, M., Sun, Wind, Light, -Architectural Design Strategies-, John Wiley&Sons, 2001. 10. Kleiven, T., “Natural Ventilation in Buildings, Architectural concepts, consequences and possibilities”

Thesis submitted in partial fulfilment of the requirements for the degree of Doktor Ingeniør at Norwegian University of Science and Technology Faculty of Architecture and Fine Art Department of Architectural Design, History and Technology, March 2003.

11. http://www.cce.ufl.edu/current/green_building/passive.html 12. http://www.dyerenvironmental.co.uk/natural_vent_systems .html 13. http://unu.edu/unupress/unupbooks/80a01e/80A01E0z.gif 14. http://www.trekearth.com/gallery/Middle_East/Qatar/South/Ad_Dawhah/Doha/ photo617290.htm 15. http://www.cd3wd.com/cd3wd_40/vita/coolingp/en/coolingp.htm 16. Kim, D., “The Natural Environment Control System Of Korean Traditional Architecture: Comparison With

Korean Contemporary Architecture”, Building and Environment Volume 41, Issue 12, December 2006, Pages 1905-1912

17. Naciri, N., “Sustainable Features Of The Vernacular Architecture: A Case Study of Climatic Controls in the Hot-Arid regions of the Middle Eastern and North African Regions”, 2007.

18. http://projects.bre.co.uk/envbuild/index.html 19. http://projects.bre.co.uk/envbuild/envirbui.pdf 20. Slessor, C., "Critical mass - use of principles of natural heating, cooling and ventilation for building in

Harare, Zimbabwe". Architectural Review, The. FindArticles.com. 16 Jan, 2011. http://findarticles.com/p/articles/mi_m3575/ is_n1195_v200/ai_19007171/

21. Chown, M., “Building Simulation As An Aide To Design”, Eighth International IBPSA Conference Eindhoven, Netherlands August 11-14, 2003.

22. Yüksek, İ., Esin, T., “Yapılarda Enerji Etkinliği Bağlamında Doğal Havalandırma Yöntemlerinin Önemi”, Tesisat Mühendisliği Dergisi, Sayı 125, Eylül-Ekim 2011.

23. Biner, İ., “Deplasmanlı Havalandırma Sistemleri”, VI. Ulusal Tesisat Mühendisliği Kongresi ve Sergisi, 8-11 Ekim 2003 İZMİR.

24. ÖZKAN, Derya Burcu, “Klima II Ders sunumları”, YTÜ 2013. 25. REHVA- Displacement Ventilation in Non-industrial Premises, Rue Washington 40 1050 Brussels

Belgium, www.rehva.eu (15.02.2014 tarihinde erişildi). 26. John Woollett, Demand Controlled Ventilation (DCV) Theory and practise, REHVA Webinar 2013. 27. http://www.nefesiklimlendirme.com/index.php?site=&sayfa=Isi_Geri_Kazanim_Cihazlar 28. GÜNGÖR, Ali, “Isı Geri Kazanım Sistemleri”, 1. Ulusal Tesisat Mühendisliği Kongresi Bildiriler Kitabı, 15-

17 Nisan 1993, İZMİR. 29. Refrigeration and Air Conditioning,(Ventilation for Cooling), Indian Istitute of Kharagpur, 2004.(e-book).