bölüm-2 havalandırma yöntemleri

Transkript

HAVALANDIRMA YÖNTEMLERİ
Doç. Dr. Hüseyin BULGURCU
22
BÖLÜM-2
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)
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.
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.
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.
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)
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 (Şekil2.5).
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)
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.
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
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.
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.
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.
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.
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).
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;
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).
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.
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.
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
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).
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. Şekil2.28’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
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
44
TABLO-2.2 Talep kontrollü havalandırma için hissedici tipleri
Düzenleme Parametresi
Saat
Hareket durumu
CO2 derişikliği
Sıcaklık (Önceki
parametrelerin biri ile
birlikte)
Uçucu organik
bileşiklerin (UOB)
derişikliği
Hissedici Tipi
Hissedici gerekmez.
Zaman kontrolü veya bina
yönetim sistemi uygulanabilir.
Faydaları
Hareket hissedici
(IR sensör)
CO2 hissedici
Düşük ücret
Uzun ömür
Sınıflar, toplantı odaları ve açık
ofisler de kişi sayısına bağlı
talep kontrollü havalandırma
Sıcaklık hissedici
Düşük ücret
Uzun ömür
Ölçülen UOB derişikliğine bağlı
kontrol mümkündür. İkinci
olarak CO2 hissedici takılarak
CO2 oranına bağlı
çalıştırılabilir.
Uçucu organik bileşik (UOB)
hissedici
Fiyatı uygundur.
Sakıncaları
Sakinlerin sayısına göre kontrol yapmak
mümkün değildir.
Sınıflar, toplantı odaları ve açık ofisler
de kişi sayısına bağlı kısmen talep
kontrollü havalandırma
Kalibrasyon için hassas cihazlar gerekir.
Ölçüm belirsizliği mevcuttur.
Hissedici kirlenmesi ölçüm hatalarına
neden olur. Ancak ısı yüküne göre talep
kontrolü sağlar.
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. CO 2
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 CO 2
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
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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
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, 811 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, 1517 Nisan 1993, İZMİR.
29. Refrigeration and Air Conditioning,(Ventilation for Cooling), Indian Istitute of Kharagpur, 2004.(e-book).

bölüm-2 havalandırma yöntemleri

Transkript

Benzer belgeler

BÖLÜM 5 ISI, SICAKLIK ve TERMODİNAMİK

Doğru ısıtma ve havalandırma

INTRO SB.indd

Merkblatt zum richtigen Heizen und Lüften Merkblatt zum

SCIENCE CUP 4.TUR “SCIENCE EXPLORERS TEAM” 1

Değişken yüklerde maddeleri parçalarına ayırırken yüksek

Villavent Konut Havalandırma Sistemleri

Montaj talimatı