Doğal Havalandırma Potansiyeli

Yüksek Yapının
Doğal Havalandırma Potansiyeli
İstanbul’da Bir
Ahmet Ansoy;
TTMD Üyesi
Prof. Dr.. Mak. Yük. Müh.
_
ÖZET:
Bu çalışmada İstanbul'da bulunan bir yüksek
yapının doğal havalandırmasının potansiyeli
ve ekonomikliği araştırılmıştır. Istanbul'a
ait saatlik iklim verileri işlenerek.
karakteristik bir yılın sıcaklık, rüzgar hızı ve
rüzgar yönü bilgileri kullanılmıştır. Bina
yüzeyi üzerindeki bir açıklıktaki hava
basıncını; rüzgar hızı, rüzgar yönü, dış
sıcaklık, kat yüksekliği ve bina konumunun
fonksiyonu olarak hesaplamak için
ASHRAE’de verilen yöntem kullanılmıştır.
Bu amaçla basit bir bilgisayar modeli
geliştirilmiştir. Kullanılabilir hava basıncını,
kanallardaki ve açıklıktaki basınç düşümüne
eşitleyerek, içeri giren hava miktarı
hesaplanmıştır. Elde edilen sonuçlara göre.
her kattaki 4x lx 0.4 m2 açıklıktan basit bir
kanal sistemi ile katlara beslenen hava, bir
ofis bloğunda yılda %79.1 oranında doğal
havalandırmayı mümkün kılmaktadır.
ABSTRACT
The possibility and economy of natural
ventilation in a İstanbul building are
investigated in this study. For this purpose,
a sample high-rise office building is
considered. The detailed weather data of
İstanbul, have been processed and hourly
based temperature, wind speed and wind
directions are defined for each month of a
representative year. The data and method
given by ASHRAE are used to determine the
air pressure at the considered opening as a
function of wind speed, wind direction,
outside temperature, elevation of the floor
and location of the building. A simple
computer program is developed for this
purpose. Equating useful air pressure to the
pressure loss in the duct system, the received
air volume is calculated. According to these
results, 4x lx 0.4 nr opening with a simple
duct system at each floor, providesflesh air
demand of the considered
through 79.1% of the year.
office building
1. GİRİŞ
Binaların havalandırılması geleneksel olarak
doğal havalandırma ile gerçekleştirilir.
Pencereler doğal havalandırmanın temel
elemanlarıdır ve havalandırmayı gerçek¬
leştiren temel kuvvetler rüzgar gücü ve ısıl
kuvvetlerdir. Sürekli gelişim içindeki bina
teknolojisi belirli bir süreçte, mekanik
havalandırma gereksinimini ortaya
çıkarmıştır. Modem yapdar, özellikle yüksek
bloklar açılamayan pencereleriyle tamamen
fan gücüyle gerçekleşen mekanik havalandır¬
maya bağlıdır. Ancak zaman içinde öncelikler
değişmekte ve yeni kavramlar ortaya
çıkmaktadır. Bu yeni yaklaşımlar havalan¬
dırma işlemlerini de etkilemiştir. Enerji
tasarrufu, iç hava kalitesi ve son yıllarda öne
çıkan sürdürülebilirlik kavramı yeni sistem¬
lerin ve çözümlerin geliştirilmesini zorlamak¬
tadır. Bu çerçeve içinde yapı teknolojisinde
yeni yönelimler ortaya çıkmıştır. Bu yeni
yaklaşıma uygun yapılarda pasif sistemler,
doğal havalandırma ve yenilenebilir enerji
kaynaklarından yararlanma büyük önem
taşımaktadır. Çevre sınırlamaları nedeniyle
dünyada mekanik havalandırma sistemlerden
vazgeçilerek, kombine sistemlere doğru geçiş
denenmektedir. Mekanik sistemler ancak
doğal sistemler yetersiz kaldığında devreye
girmelidir. Bu konularda bütün dünyada
yoğun araştırma ve geliştirme çalışmaları
yapılmaktadır. Avrupa Birliği Joule Thermie
programı içinde bu amaçla pek çok çalışmayı
desteklemiştir. Bir çok “case study” çalışma¬
sında doğal havalandırma uygulanmıştır.
Bunlar içinde ömek olarak, Dublin’de The
Green Building, Hamburg'da Tchibo Holding
Building, İngiltere’de Anglia Polytechnic
University Building, Fransa’da Maison
Mediterranean des Sciences Humaines ve
UFR building ve Hollanda’da Public Multi¬
functional Building sayılabilir.
Doğal havalandırmayı sağlayan iki kuvvet
vardır. Bunlar rüzgar kuvveti ve ısıl kuvvet
olarak sayılabilir. Burada bu kuvvetlerden
yararlanarak doğal havalandırma yapmanın
teknik olabilirliği üzerinde durulmuştur.
İstanbul ikliminde doğal havalandırma
sisteminin hesap yöntemi ne olmalıdır ve
buna göre boyutlandınlan ömek bir yüksek
ofis bloğunda doğal havalandırmanın katkısı
ne olabilir sorusuna bu makalede cevap
aranmış ve bir teorik model üzerinden bu
somlar cevaplanmaya çalışılmıştır. Kuruluş
maliyetleri ve enerji maliyetleri bu çalışmada
ele alınmamıştır. Yani ekonomik fizibilite
çalışılmamıştır.
2. HESAPLAR
2.1. İklim Verisi
İklim verisi TTMD projesinden alınmıştır
(TTMD 1999). Kullanılan veri İstanbul
Göztepe Meteoroloji İstasyonunu temsil
etmektedir. Saatlik sıcaklık, rüzgar hızı ve
rüzgar yönü verileri değerlendirilmiştir. Bu
saatlik verilerden sıcaklık için aylık ortalama
değerler üretilmiş, rüzgar verisi olarak da
doğnıdan saatlik veriler kullanılmıştır. Saatlik
veriler bu istasyon için seçilen temsili bir
yıla aittir.
2.2. Rüzgar Basıncı
Bir binanın belirli yükseklikteki herhangi bir
yüzeyine etkiyen rüzgar basıncı hesap
yöntemi ASHRAE’de verilmiştir (ASHRAE
1997). Buna göre, meteoroloji istasyonunda
ölçülen rüzgar hızı, binanın dikkate alınan
yükseklikteki yüzünde oluşan gerçek rüzgar
hızına dönüştürülmelidir. Bu amaçla
aşağıdaki eşitlik kullanılabilir:
U„=Umc,.r Sn,e,lamc' r_Hİ“
LH
(1)
L 5J
Burada, İstanbul Göztepe için Hmt,= 10 m,
Smcı =460 m, a mcı= 0.33 değerleri kulla¬
nılabilir. ASHRAE’de rüzgar kalınlığı, 5=
460 m, ve üs katsayısı, a = 0.33 olarak
verilmiştir. Bir duvar yüzeyindeki, belirli bir
açıyla gelen rüzgar için, rüzgar basıncı
aşağıdaki gibi hesaplanabilir:
Pw= Cp.Pv
(2)
Yüzeye dik gelen rüzgar için ortaya çıkan
rüzgar basıncı, Pv ise, Bernoulli eşitliği ile
belirlenebilir:
Pv= P,.UH
2
(3)
CP yerel rüzgar yönü, bina geometrisi ve
arazi özelliklerine bağlı bir katsayıdır. Bu
katsayının tam değerleri ancak model
deneyleri ile belirlenebilir. Ancak
ASHRAE’de bu katsayının belirlenmesiyle
ilgili bir yaklaşun vardır. Cs değeri Şekil 1’de
verilmiştir. Bu şekilde bina boy oranı LAV
parametre olarak görülmektedir. Bu şekilden
belirlenen C, değeri kullandarak, Cp aşağıdaki
ifade ile bulunur:
Cpfm-oul)— Cş-Cj
(4)
Bu formülde C, iç basınç katsayısını temsil
etmektedir. Eğer açıklıklardan içeri giren
hava, aynı kattaki diğer açıklıklardan dışarı
çıkıyorsa, C,= -0.2 alınabilir. Cj değerleri
daima negatif olup, içerde bir çekiş anlamına
gelmektedir.
2.3. Isıl Kuvvetlere Bağlı Basınç Etkisi
(Baca Etkisi)
Baca etkisi binanın içinde ve dışındaki hava
yoğunlukları, farklı olduğunda ortaya çıkar.
Soğuk kış günlerinde, içerideki sıcak havaya
göre daha ağır olan dış hava sütunu, alt
katlarda içeri doğru bir basınç uygular. Bu
basınç farkının sonucu olarak, kışın dış hava
alt katlardan içeri girer ve bina boyunca
yukarı yükselir. Yazın ise bina içi
soğutulduğunda, tam tersi bir durum ortaya
çıkar. Üst katlardan giren hava aşağı doğru
hareket eder.
Baca etkisi nedeniyle binada düşey
doğrultuda öyle bir nokta vardır ki, burada
iç ve dış basınç birbirine eşit olur. Bu noktaya
nötr basınç düzeyi adı verilir. Eğer açıklıklar
bina boyunca düzgün olarak dağılmışsa, nötr
düzlem binanın yerden itibaren tam orta
yüksekliğindedir. Bu çalışmada açıklıkların
bina yüksekliği boyunca düzgün dağıldığı
kabul edilecektir. Eğer bina ortasında açık
atriyum gibi geniş düşey bir şaft mevcutsa.
nötr düzey binanın tepesine doğru çekilir ve
binadaki hava akımları ve enfıltrasyon şekli
ciddi ölçüde fark eder.
0.75
2.5. Havalandırma Havası Hacminin
Hesaplanması
Havalandırma havası akış debisi, toplam
basınç farkının açıklıklardaki ve basit kanal
sistemindeki basınç düşümlerine (akışa karşı
olan dirence) eşitlenmesiyle bulunur. Buna
göre,
P,= ,V2.R /2
(8)
Akışa karşı yaratılan direnç bütün yerel
kayıpları ve sürtünme kayıplarını içermeli
t
h-L-*i
0.50
T
0.25
1
W
ı
o
i
20“
40°
ı
.80“
m
ı
100“
1. W=4
ı
120°
ı
140'>
ı
160'
0RÜZGAR AÇISI
-0.75
LW=I
-0.50
1. W=IM
-0.25
Şekil l. Ortalama duvar basınç katsayısı. Cs değerleri
Baca etkisinden doğan basınç farkı aşağıdaki
gibi ifade edilebilir:
Pıh=(po- p,).g.(H-H\Ti.)= p,.g.(H-l-W).
(5)
(Tı-ToJ/To
Baca etkisi dolayısıyla havanın yukarı doğru
dikey harekeline konvansiyonel binalarda
bir direnç söz konusudur. Bu nedenle ısıl
güçlerin yarattığı gerçek basınç farkı aşağıdaki
ifadeyle hesaplanabilir:
(6)
Pr= Cd.Pu,
Cd baca çekiş katsayısı olup, modern
binalarda deneysel olarak belirlenen değeri
0.63 ile 0.82 arasındadır (Pedersen et al.
1998). Bu çalışmada Ca değeri 0.63 kabul
edilmiştir. Kışın iç sıcaklık 20 °C ve yazın
iç sıcaklık 26 "C olarak alınmıştır. İç sıcaklıkdış sıcaklık farkı: kışın dış sıcaklık daha
yüksek olduğunda, yazın da dış sıcaklık
daha düşük olduğunda sıfır alınmıştır.
2.4. Toplam Basınç Farkı
Herhangi bir kattaki iç ve dış arasındaki
toplam basınç farkı, rüzgar ve ısıl güçler
nedeniyle yaratılan basınç farklarının cebrik
toplamıyla bulunur. Yani,
P,= Pw+ PT
(7)
ve her bir bina için özel olarak hesaplanmalı¬
dır. 8 denklemi, hava hızı yerine, açıklık bo¬
yutlarını denkleme girerek hava hacmi cinsin¬
den ifade edilebilir. Belirli bir yöndeki doğal
kuvvetler neticesinde bir açıklık ve buna
bağlı kanal sistemindeki hava akışı miktarı
aşağıdaki ifadeden bulunabilir:
4e=A
2Pso
(9)
\ P.R
3. Uygulama: Örnek Bir Ofis Binası
İstanbul’da örnek bir yüksek ofis bloğu, doğal
havalandırmanın, havalandırma ihtiyacını
karşılama potansiyelini değerlendirmek üzere
ele alınmıştır. Bina sadece gündüz saatlerinde
7.00- 19.00 arasında çalışmaktadır.
Dolayısıyla aylık ortalama dış sıcaklık
değerleri bu saatler için hesaplanmıştır.
Rüzgar değerleri de bu saat aralığı ile
sınırlıdır. İstanbul’da ana rüzgar yönü KuzeyDoğu ve Güney-Batı yönleridir. Bu yönlere
bakan bina yüzeylerinde her katta ikişer adet
olmak üzere dört açıklık oluşturulmuştur.
Açıklıkların her biri 0.4x 1 m boyutuııdadır.
Bu karşılıklı yüzeylerdeki dört açıklığa bağlı
dört adet 0.4x 1 m kesitinde dikdörtgen
kanallar bulunmaktadır. Bu kanalların
girişinde birer damper bulunmakladır. Tipik
kat şematik planı Şekil 2’dc verilmiştir. Ofis
kau açık ofis olarak düzenlenmiş olup. 20x
20 m boyutundadır. Her kattaki damperlerin
pozisyonlarını CO> seıısörleri ayarlamaktadır.
Aşırı havalandırma olduğunda damperler
kapanmaktadır. Ancak tam açık pozisyonda
hala yeterli havalandırma olmuyorsa, fanlar
devreye girerek mekanik havalandırma
başlamaktadır.
Katın minimum havalandırma ihtiyacı 2000
m’/lı olarak belirlenmiştir. Bu yaklaşık saatte
2 hava değişimine karşı gelmekledir. Hava
kanallar üzerinde bulunan 16 difüzörden
ortama dağıtılmaktadır. Her bir difüzörde
basınç düşümü 2 Pa ve nominal debi 125
m3/h değerindedir. Kanal sisteminin hava
akışına direnç faktörü, R= 7.15 olarak
hesaplanmıştır.
Burada alt indis 0 rüzgar yönü ile duvar
yüzeyi arasındaki açıyı göstermektedir. İçeri
giren hava debisini zamanla çarpınca miktar
olarak belirli sürede içeri giren hava hacmi
bulunur. Bütün yönlerden belirli bir sürede
içeri giren havaların toplamı toplam
havalandırma miktarını verecektir. Zaman
olarak ay alındığında aylık havalandırma
miktarları bulunur. Buradan hareketle
aşağıdaki denklemler yazılabilir:
Q0- fle-*
değerin altında kaldığında mekanik sistem
devreye girmekledir. Dolayısıyla belirli
değerlerin altındaki hava girişi faydasızdır.
Buna karşılık ihtiyacın üzerindeki hava da
faydasızdır. Bu fazla hava damperlerin
kısılması sureliyle kullanılmamaktadır. Doğal
havalandırmanın tek başına yeterli olduğu
süreler değerlendirme için esas olmalıdır. Bu
sürelerin toplamım toplam zamana bölerek
bulunan zaman oram, havalandırma ihtiya¬
cının karşılanma oram olarak alınmıştır.
(10)
Bu şekilde bulunan aylık toplam hava miktarı
pratik açıdan fazla anlamlı değildir. Önemli
olan havalandırma ihtiyacının sadece doğal
havalandırma ile karşılanabildiği sürelerin
toplamıdır. Havalandırma miktarı belirli bir
NE
f
X
f X
f X
f \
t X
i X
£
%
X f
f
a.
Çekirdek
i
i
X f
a.
Kan»!
sw
X
Xi
'. ?L
Şekil 2. Açık ofis katının şematik dökül
havalandırma sistemi
f-
4.Hesap Sonuçları ve Tartışmalar
Hesapların yapılabilmesi için basit bir
bilgisayar programı geliştirilmiştir. Örnek
hesap sonuçları Ocak ayında 67.5 m
yükseklikteki kat için çizelge 1’de verilmiştir.
Rüzgar kuvvetleri ve ısıl kuvvetler tarafından
yaratılan basınç farkları kışın alt katlarda
yaklaşık aynı mertebededir. Çizelgedeki son
iki kolonda her rüzgar yönü için aylık olarak
içeri girebilecek toplam hava miktarı ve
sadece doğal havalandırma yapılabilen
toplam zaman gösterilmiştir. Bu sonuçlara
göre, Ocak ayında bu kata doğal olarak
toplam 1.327.810 m3 hava beslenebilir. Bu,
toplam hava ihtiyacının %92.2’sine karşı
gelmektedir. Ancak doğal havalandırma ay
boyunca toplam zamanın sadece %62.4’ünde
tek başına yeterlidir. Ayın geri kalan
döneminde mekanik sistemin çalışması
120
100
|
o
80
S3
60
40
a
=
â
13
20
>Cfi
o
5
2
8
11
14
17
26
23
20
29
32
Kat No
Şekil 3. Şubat ayında bina yüksekliği boyunca doğal havalandırma oranlan
gerekir.
Yön
NNW
N
NNE
NE
ENE
E
ESE
SSE
SSW
SW
WSW
w
WNW
Diğer
V(m/s)
3.3
3.8
4.8
3-3
1.9
3.1
1.9
1.6
__
t (saat)
15
58
81
29
1
15
48
69
Un(m/s)
Pw (Pa)
Pr(Pa)
Ps(Pa)
q(m3/h)
Qjun(nv )
0
6.2
7.1
9
5.4
6.2
0
0
3.6
0
11.5
23.2
41.4
13.5
11.5
0
0
5.8
17.3
5.8
2.7
0
0
-7.5
-7.5
-7.5
-7.5
-7.5
-7.5
-7.5
-7.5
o
o
2787
5511
8098
3411
2787
41803
319660
655941
0
0
0
0
0
208690
0
5.8
3.6
9
3
0
42
o
0.5
0.76
0.85
0.76
0.5
0.76
0.85
0.76
0.5
0
4~
15.7
33.9
6
4
-7.5
-7.5
-1.7
9.8
-1.7
-4.8
-7.5
-7.5
-7.5
~~
-7.5
-7.5
-7.5
-7.5
-7.5
-7.5
92.2
15
58
8]
29
98929
2787
0
4348
0
0
0
0
TOPLAM
DOĞAL HAVALANDIRMA ORANI (%)
q2000 olan süre(h)
0
T
1
o
o
0
48
o
o
o;
0
0
0
0
1327810
62.4
m m
Çizelge 1. Ocak ayında İstanbul'da 67.5 m yükseklikteki açık ofis katı için doğal havalandırma hacmi ve buna karşı gelen doğal havalandırma
süresi (bina toplam yüksekliği 100 m değerindedir).
Şekil 3’de Şubat ayı için bina yüksekliği
boyunca doğal havalandırma oranları
gösterilmiştir. Şubat ayında alt katlarda
havalandırma ihtiyacı tamamen doğal
havalandırmayla karşılanabilmektedir. Ama
bu karşılama oranı üst katlara çıktıkça
azalmaktadır. Temmuz ayında ise Şekil 4'de
görüldüğü gibi, tam tersi bir durum ortaya
çıkmaktadır. Doğal havalandırmanın
karşılama oranı üst katlarda yüksektir ve
aşağı indikçe azalmaktadır.
Çizelge 2 belirli yüksekliklerdeki, sadece
doğal havalandırmanın yeterli olduğu,
karşılama oranlarının değişimini her ay için
vermektedir. Bu çizelgeye göre, İstanbul gibi
ılıman ve rüzgarlı bir iklimde yüksek
binaların alt katlarının yılın yaklaşık
%89’unda sadece doğal havalandırma ile
havalandırılabileceğini göstermektedir. Üst
120
£
I
O
100
i
60
15
73
40
%
â
20
-%
— — — — — — —
80
«S
M
|
i ij S ii
İlil*
İlil |~|~|
T
0-
I
I
2
5
8
11
14
17
20
23
26
T
29
Kat No
Şekil 4. Temmuz ayında bina yüksekliği boyunca doğal havalandırma oranları
32
__
Kat
c
V
Ocak
8
11
Şubat
100
_
100
100
[00
100
88.7
6.3
14
17
20
23
j
Nisan
100
Mayıs
|İ00
[İS
100
90-9
83.1
100
88.7
\62Â~
26
29
32
Mart
62.4
614
58.1
1
50.3
|
85.
76.8
64.3
44.9
44.9
44.9
80.9
57.8
45.2
45.2
81.5
83.1
8L5
83.1
83.1
83.1
79.3
73.9
73.9
73-9 1
i
'
Haz.
90.3
90.3
90.3
90.3 m
87.6
.87.6
87.6
87.6
87.6
87.6
Z
r s:
T
64_
Binanın toplam ortalama yıllık doğal havalandırma oranı
Tem.
-39.5
89.2
64.5
77.7
90.6
94.4
84.1
84.1
96
85.2
96
85.2 İ 96.8
96.8
85.2
85.2
96.8
85.2
96.8
96.8
100
:
7ÿ
i
73.1
83.6
87.6
89.8
s
100
100
100
86.6
100
100
92,
93.(
100
94.2
83.9
61.3
5.1
55.1
89.8
55.1
47
47
46.8
î
'
i nn
89% i
89.8
89.8
89.8
s—
55.1
'
Ort.
Ara.
j
38.4
8.4
38.4
İH
83.9
F
'İ:
'
58.3
S3 i:;
9.6
24.5
' K!
>ÿ2
i*
70.2
66.0
63.8
63.5
m
Çizelge-2 Yıl boyunca farklı yüksekliklerdeki doğal havalandırma oranları (%).
katlara doğru bu oran düşerek %64
değerlerine inmektedir. Bütün binanın toplam
yıllık doğal havalandırma oranı yaklaşık
%79.1 mertebesindedir.
Semboller:
A kanal kesit alanı, m2
H Gözönüne alınan katın yüksekliği, m
g yer çekimi ivmesi, m/s2
(H-HNPL) Nötr basınç düzeyinden fark,
5. Sonuç
Bu çalışma göstermiştirki, İstanbul
koşullarında yüksek bir binayı doğal
kuvvetlerden yararlanarak havalandırmak
m
Pv Rüzgar basıncı, Pa
P», baca etkisine bağlı teorik basınç farkı, Pa
hava debisi, mVh
aylık
toplam hava girişi, m3
Q
R hava akışına direnç faktörü
Ti iç sıcaklık, K
To dış sıcaklık, K
T zaman, h
LU meteoroloji istasyonundaki rüzgar hızı, m/s
Un gerçek rüzgar hızı, m/s
V girişteki hava hızı, m/s
q
mümkündür. Yıl boyunca yaklaşık %79 ora¬
nında bir sürede sadece doğal havalandırma
binanın taze hava ihtiyacını karşılamaya
yeterlidir.
Bu çalışmada yatırım maliyetleri üzerinde
durulmamıştır. Öncelikle teknik olabilirlik
araştırılmıştır. Mekanik sistemlerin çevre ile
olan olumsuz etkileşimleri gözönüne
alındığında ve problemin sürdürülebilirlik
kavramı çerçevesinde değerlendirilmesinde,
rüzgarlı bölgelerde doğal havalandırmanın
önemli bir enstrüman olduğu sonucuna
varılmıştır. Böyle bir sistem teknik olarak
fizibildir ve bir dizayn parametresi olarak
gözönüne alınmalıdır.
HSSBft'
,
i
KAYNAKLAR
• Thermie prog. Act. No. B097. Less is
more, energy efficient buildings with less
installations,
• Robinson D. 1998. The Department of
the Environment, Energy Efficiency Best
Practice Prog., Case study 334.
• Energy Comfort 2000, A thermie target
demonstration project
• 1'I MD 1999. Proje Raporu. Türkiye İklim
Verileri
• ASHRAE 1997. ASHRAE Handbook
Fundamentals, Ch.15
• Pedersen, C.O., Fisher D.E. and Liesen,
J.D. 1998, Cooling and Heating Load
Calculations Principles, ASHRAE,
p.130-135
po dış hava yoğunluğu, kg/m3
pi iç hava yoğunluğu, kg/m3
a rüzgar üs katsayısı
5 rüzgar kalınlığı, m
:
Is
:î
11
Ahmet Ansoy
İTÜ Makina Fakültesi'nden 1972 yılında mezun oldu. Ayıtı yerde 1979'da Doktor. 1984' de Doçent, 1992' de Profesör
unvanını aldı. Halen İTÜ Makina Fakültesindeki görevine devam etmektedir.
J..I Vfi I !..ı
Kapalı Otoparklarda Havalandırma
Riiknettin Kiiçiikçalı, Mak. Yük. Müh.
TTMD Üyesi
Arda Günler, Mak. Müh.
ÖZET
Otoparklar kapalı veya yan açık olabilir.
Yarı açık otoparklar yerüstünde olup,
yanlardan açıktır. Bunlarda genellikle
mekanik havalandırma gerekmez. Ancak
kapalı otoparklar genellikle yeraltındadır ve
mekanik havalandırma gerekir. Aksi halde
ciddi iç hava kalitesi problemleriyle
karşılaşılır. En önemlisi ise, arabalardan
kaynaklanan yüksek karbonmonoksit emisyon
düzeyidir. Kapalı otoparklardaki diğer
kaydadeğer sorunlar benzin ve yağ buharları;
azotoksitler gibi kirletici emisyonları ve dizel
motorlarından yayılan dumanlardır. ASHRAE
Journal' da yayınlanan bu yazı tercüme
edilerek, ilavelerle yeniden düzenlenmiştir.
Ventilation for Enclosed Parking Garages
Moncef Krarti, Arselene Ayari
ASHRAE Journal Feb. 2001 p.52-57
ABSTRACT
Automobile parking garages can be partially
open orfully enclosed. Partially open garages
are typically above-grade with open sides
and generally do not need mechanical
ventilation. However, fully enclosed parking
garages are usually underground and require
mechanical ventilation. Indeed, in the
absence of ventilation, enclosed parking
facilities presents several indoor air quality
problems. The most serious is the emision of
high levels of carbon monoxide (CO ) by cars
within the parking garages. Other concerns
related to enclosed garages are the presence
of oil and gasoline fumes, and other
contaminants such as oxides of nitrogen
(NOx) and smoke from diesel engines.
1.Giriş
Otoparklar için gerekli olan havalandırma
miktarını hesaplayabilmek için iki faktöre
ihtiyaç duyulur. Birincisi otoparktaki hareket
halindeki araç sayısı, diğeri ise araçların
emisyon değerleridir. Hareket halindeki araç
sayısı, genellikle otoparkın bulunduğu
binanın kullanım amacına bağlıdır. Hareket
halindeki ortalama araç sayısı, otoparkın
toplam araç kapasitesinin % 3'ünden
( alışveriş merkezlerinde ) % 20'sine kadar
(spor salonlarında) değişen değerlerdedir.
Karbonmonoksit emisyonu ise araçların
yaşma, motor gücüne, bakım sıklığına bağlı
bir değerdir.
Kapalı otoparklar için geçerli ANSI
ASHRAE 62 - 1989 sayılı standardı, brüt
park alanı metrekaresi başına 7.62 L/sm2
(1,5 cfm/ft2) olarak sabit bir havalandırma
debisi tanımlamaktadır. Bu değer 2,5 metre
(8 ft) tavan yüksekliğine sahip garajlarda
saatte 11,25 hava değişimine karşı gelir.
Fakat bazı otoriteler tarafından saatte hava
değişim katsayısı olarak 4 ila 6 yeterli
görülmektedir. İlaveten havalandırma
değişken debili olabilir ve ihtiyaç
duyulmadığında, fan enerjisinden tasarruf
amacıyla, havalandırma debisi azaltılabilir.
Değişken debili sistem, CO gazından
kumanda alan talep kontrollü bir hava¬
landırma sistemidir ve ortamdaki CO oranı
sürekli olarak kaydedilir. CO izleme sistemi
mekanik havalandırma sistemiyle içten
kiliılemeli olarak entegre çalışır ve CO
oranını kontrol eder. Kirleticilerin kabul
edilebilir düzeyi yönetmelikten yönetmeliğe
önemli ölçüde fark eder. Bu yüzden kapalı
otoparklarda kabul edilebilir bir emisyon
değerinin belirlenmesi konusunda bir
konsensusa gerek duyulmakladır.
DİN normlarında metrekare başına
havalandırma debisi 12 m3/hm2 olup,
ASHRAE Standardının yarısı mertebesinde
havalandırmayı şart koşmaktadır. Bu yaklaşık
5 hava değişimine karşı gelmekledir.
Standart/ ülke
Süre ( saat )
PPM
ASHRAE
8
8
1
8
9
35
50
200
35
Max.
200
ICBO
NOSH / OSHA
m
N’FPA
ACGIH
Kanada
Finlandiya
Fransa
1
T
:î
Ih"
_ÿ/'
__
Havalandırma
7.62 L/s-m2
(0.53 cfm/ft2)
7.6 L/s-m2
( 1 .5 cfm/ft2)
6 ACH
6 - 7 ACI 1
_ 6 ACH
"
25
1
8
15 dk
Max.
20 dk.
_
i
m
11/13
25 / 30
2.7 L/s-m2
75
(0.53 cfm/ft2)
200
100
1 65 L/s araç
(350 cfm/ar aç)__
3.3 L/sm2
Almanya
(0.66 cfm/ft2)
Japonya ve G. Kore
Hollanda _
İsveç
İngiltere
6.35 - 7.62
L/s-m2
(1,25-1.5 cfm/ft2)
-0.5
__
200II
0.91 L/s-m2
(0.18 cfm/ft2)
6- 10 ACH
50
8
300
15 dk
Çizelge- 1 Kapalı otoparklarda Amerikan ve uluslararası havalandırma standartlan
_
Sistemde mutlaka iki fan bulunmalı ve CO
düzeyi izin verdiği durumlarda tek fan ile
yetinilmelidir.
ASHRAE 62 - 1989 no'lu standartta, ne yazık
ki kapalı otoparklarda değişken hava debili
havalandırma konusuna değinilmemektedir.
Bu yüzden ASHRAE, geçerli garaj hava¬
landırma standartlarım değerlendirmek ve
araçlardaki yeni emisyon değerlerine ve
kullanımdaki farklılıklara uygun havalandır¬
ma miktarlarını belirlemek üzere bir araştır¬
ma projesi başlatmıştır.
2. Ha yalandırma Düzenlemeleri
Çizelge l'de özet olarak, Amerika Birleşik
Devletlerinde ve diğer bazı ülkelerde geçerli
olan kapalı otopark havalandırma standartlan
verilmiştir. Çizelge 1'den anlaşılacağı üzere
CO temas süreleri ve limit değerleri ülkeden
ülkeye önemli ölçüde değişmektedir. Fakat
genel olarak otoparklarda CO ile temas
riskine bütün standartlarda işaret edilmektedir.
Uzun süreli CO temas sınır değeri olarak
25 ppm şartı, Çizelge l’deki hemen bütün
standartlar tarafından karşılanmakladır.
ASHRAE ve diğer yönetmelikler tarafından
tavsiye edilen havalandırma miktarları,
otoparkın karakterinden bağımsızdır ve iç
hava kalitesini etkileyebilecek emisyon hızı
ve kabul edilebilir kirletici düzeyi gibi çeşitli
parametreleri dikkate almazlar. Kapalı
garajlarda geniş bir uygulama alanında geçerli
olabilecek havalandırma hızının
belirlenebilmesi için yeni bir dizayn yöntemi
gerekir. Bu yeni metodun, sadece
standartlarda belirlenen çeşitli CO temas
limitlerini vermekle yetinmeyip, zamanla
değişen motor emisyonu değerlerini de
kapsayacak esneklikte olması gerekir.
Saha Test Sonuçları
ASHRAE 'nin sponsorluğunu yaptığı proje
kapsamında ( 945 - RP ), yedi faiklı otoparkta
ölçümler yapılmıştır. Hava değişim oranlan
izleme gazı kullanılarak yapılan ölçümlerle
belirlenmiştir. Önce binaya direkt olarak veya
besleme fanlarıyla, izleme gazı SF6 cnjekte
edilmiştir. Daha sonra havalandırma sistemi
çalışırken, ortamda bulunan izleme gazı
konsantrasyonu: portatif elektron tutucu gaz
kromotografı ile ölçülerek kaydedilmiştir.
Çizelge 2'de yedi farklı garajda yapılan saha
N.Y.
Kapasite
(.araç)
1.700
250
1.000
TvT
JW
Garaj
Yer
Garaj A
Garaj B
Denver
Garaj C
Garaj L>
Garaj E
Garaj F
Garaj G
Denver
N.Y.
Rochester
Mahtomedi
258
448
81 (TIR
2'den görülebileceği üzere, bütün otopark
alanlarında; havalandırma debileri 7.62 L/snr
'nin (1,5 cfm/ft2) ( 62 - 1989 standardında
istenen değer) çok altında olmasına rağmen;
CO düzeyleri hiçbir zaman 35 ppm değerini
aşmamaktadır. 7.62 L/snr (1,5 cfm/fr)
değerine en çok yaklaşılan mekan E garajıdır.
Bu otopark büyük bir alışveriş merkezine
hizmet etmektedir ve bütün gün boyunca çok
yoğun bir kullanım söz konusudur. Bu arada
not etmek gerekir ki, Garaj B dışındaki bütün
otoparklar sürekli olarak havalandırılmakta¬
dır. Garaj B’de ise, besleme fanlarının işlet¬
mesini CO sensörleri kontrol etmektedirler.
Saha çalışmalarından şu sonuçlara varılmıştır:
1. Test edilen tüm alanlarda ölçülen kirletici
düzeyleri, en sıkı yönetmelik emisyon
sınır değerlerinin (8 saat süre boyunca
ölçülen ağırlıklı ortalama sınır değerin
25 ppm olması) dahi altındadır.
2. Gerçek havalandırma debileri 62-1989
standardında belirtilen değerden (7.62
L/sm2 ) oldukça daha düşüktür.
3. Talep kontrollü havalandırma tekniği.
gerekli iç hava kalitesini sağlayabil¬
mektedir.
4. Besleme ve egsoz fanlarının konumu,
trafik akış düzeni, hareket halinde olan
araçlann sayısı ve seyahat süresi kapalı
otoparklarda istenen CO emisyonu sınır
değerlerinin sağlanabilmesini etkileyen
önemli faktörlerdir. Kapak otoparkların
havalandırma gereksinimini belirlemek
için düşünülen herhangi bir dizayn
yönetmeliği, bu faktörleri gözönüne
almak zorundadır.
Kapalı otoparklar için kullanılan 62 - 1989
standardının güncelliğini yitirdiği açıkça
görülmekledir. Bu nedenle; fan enerji
kullanımını mantıklı boyutlar içerisinde
tutmak şartıyla, yerel sağlık kurumlarının
belirleyeceği kabul edilebilir kirletici sınır
değerlerin altında kalarak, gerekli olan
minimum havalandırma şartını temin eden;
yeni tasarım yönetmelikleri lazımdır.
Yönetmelikler ve hesap yöntemleri araç
emisyon değerleri, otopark içerisindeki trafik
akışları, seyahat süreleri ve hareket halindeki
araç sayılarındaki değişiklikleri gözönüne
alabilmelidir.
3. Dizayn Yaklaşımı
Birçok parametrik analize dayanarak, kapalı
otoparklarda kabul edilebilir sınır CO
ACH
L/sm“
2.1 - 4.2
5.0 - 7,0
1.78
4.57
l.ll
3.6 - 4.53.00" Ü59~
5.68
5.8 -8.8
5.28
7.77
2.43
0.90- 1.02
0.0 •2.6
)
Cfm/fl2
Maksimum
CO ( ppm)
16
20
Ortalama
CO ( ppm )
7
4
15
0,90
0,22
40
ü.
7T
1.12
25
14
1.04
J0.
±
0.48
12
I
Çizelge 2 : 7 farklı alanda alınan test sonuçları
testleri sonucu elde edilen değerler
görülmektedir. Çizelge de görülen ACH
değerleri, ölçüm yapılan farklı otoparklardaki
saatteki hava değişim sayılarının ölçülen değerlerini göstermektedir. Tablodaki L/s m2
değerleri toplam havalandırma debisini
göstermektedir.
Test yapılan gün içerisinde ölçülen
maksimum ve ortalama CO konsantrasyonları
da, test yapılan tesisteki iç hava kalitesini
göstermek üzere Çizelge 2'de verilmiştir. Çizelge
seviyelerinin altında kalabilmek için gerekli
havalandırma oranının belirlenmesi amacıyla,
basit bir dizayn metodu geliştirilmiştir.
Havalandırma miktarları, birim zamanda
birim alan başına düşen hava akış debisi
L/snr olarak, ya da birim zamanda hacimsel
hava değişim sayısı olarak ifade edilebilir.
Dizayn havalandırma debisi temel olarak 4
ana faktöre dayanır:
1. Kapalı otopark içerisinde kabul
edilebilecek kirletici düzeyi
2. Pik saatlerde otopark içerisinde çalışan
otomobil sayısı
3. Otopark içerisindeki araçların seyahat
ve çalışma süresi
4. Değişik koşullar altında tipik bir aracın
emisyon değerleri ,
Kapalı otoparklarda havalandımıa miktarının
tam olarak belirlenebilmesi için bu faktörlerle
ilgili verinin bilinmesi gerekir. Aşağıda
mevcut ve yeni yapılacak kapalı otoparkların
havalandırılması için basil bir dizayn
yaklaşımı verilmiştir.
4. Dizayn İçin Genel Prosedür
Hesap yönteminde şu adımlar takip
edilmelidir:
Adım 1: Sırasıyla aşağıdaki bilgilerin
toplanması
1 . Pik kullanım zamanında otoparkta hareket
halinde bulunan araçların sayısı, N
(boyutsuz).
N değerinin talimin edilebilmesi için İTE
el kitabından yararlanılabilir (5 numaralı
kaynak).
2. Tipik bir araç için saatteki ortalama CO
emisyonu değeri, ER (gr/h). CO emisyonu
ER değeri araç karakteristikleri, yakıt
türü, aracın çalışma koşulları ve çevre
gibi bir çok faktöre bağlıdır. Tipik olarak.
sıcak motorlar, alışveriş merkezlerinde
olduğu gibi, araçların genel olarak kısa
periyotlarla park edildiği yerlerde söz
konusudur. Soğuk motorlar ise, Ofis türü
binalarda olduğu gibi, araçların uzun
süreler için park ettiği garajlar için söz
konusudur.
3. Tipik bir araç için kapalı otoparkta
ortalama seyahat ve çalışma süreleri. T
(sn). Giriş/çıkış süreleri için genel bir
değerlendirme ASHRAE el kitabında
bulunabilir. Bu değerler ortalama
değerlerdir. İş çıkışı saatleri gibi daha
yoğun zamanlan dikkate alan senaryolar¬
da, bu değerler yükseltilebilir.
4. Kapalı otopark içerisinde kabul edilebilir
maksimum CO konsantrasyon düzeyi,
CO max ( ppm ).
5. Otoparkın toplam döşeme alanı. Af (ra2).
Adım 2:
1 . Eşitlik 1 'i kullanarak garajın birim döşeme
alanı için pik kirletici üretim hızı,
GR (gr/h.m2(gr/h.ft2)’nin belirlenmesi:
N x ER
GR =
X 100
(1)
Af
2. Üretim hızı değerinin referans GRO =
26.8 gr/hnr(2,48 gr/h.ft2) değeri ile
boyutsuzlaştırılması lazımdır. Referans
değer kışın soğuk start hali olan, en kötü
koşullar gözönüne alınarak belirlenmiştir.
GR
X 100
f=
(2)
GRO
Adım 3 : Birim döşeme alanı başına (L/s.m2)
gerekli havalandırma debi değerinin
belirlenmesi. Eşitlik 3 tarafından
gösterilen kabul edilebilir maksimum CO
konsantrasyon değeri, COmax 'a bağlıdır.
L/s m2 = C f T
(3)
T (sn) : Araçların otopark içerisindeki
ortalama seyahat süresi
c
: Korelasyon katsayısıdır. C şu
hava değişim sayısı, ACH 9.2 olarak
olarak bulunur (62 - 1989 standartlarında
belirtilen değerlere yakın).
şekilde verilmiştir:
•{
, 10~*
!.204 x 10 L/s“ m“ (2.370x
cfm/ft‘s);CO max=
15 ppm değeri için i
2
-4
2
(1.363x10
cfm/fc.s):
0.692 x 10 ’’L/sm
CO max= ?5 ppn» değen için
2
'
(0.948x10
0.48 2 x 10 L/s m
efm/fı .s); CO max=
35 p
ppm değeri için
.
Mevsim
Yaz(32°C (90 eF)
Kış ( 0°C ( 32 CF)
Soğuk
emisyonlar
Sıcak
emisyonlar
gr/dk
1991
2.54
3.61
gr/dk
1996
1.89
3.38
1991
4.27
20.74
19%
366
18.96
Çizelge 3 : kapalı otoparklardaki tipik
emisyon değerleri
ÖRNFK
450 araçlık, 8300 m2 'lik (89300 ft2)toplam
kapalı alana sahip 2 katlı ve 2.75 m (9 ft)
ortalama tavan yüksekliğinde bir otopark
örneği ele alınacaktır. Bir araç için geçerli
olan toplam çalışma süresi, 120 saniyedir.
CO düzeyinin 25 ppm değerini hiçbir zaman
aşmaması için, gerekli havalandırma debisini
L/s.m2 ve hava değişim sayısı ACH olarak
belirleyiniz. Çalışan araç sayısının toplam
araç kapasitesinin % 40’ı kadar olduğu kabul
edilecektir (burası bir alışveriş merkezi
tesisidir).
Adım 1: otopark bilgileri:
N = 450 x 0.4 = 1 80 araç
ER = 1 1.66 gr/dk (ortalama emisyon değeri
kış sezonu için Çizelge 3'e dayanarak
verilmiştir. )
T= 120 s; COmax = 25 ppm.
Adım 2 : CO üretim hızının hesaplanması:
GR =
.,
180 x 11.66 gr/dk x 60dk/h
= 15.17 gr/ hm2
8300
m2
15.17
x 100 = 56.6
26.8
-
f=
Adım 3 : Havalandırma İhtiyacının belirlen¬
mesi
3 no'lu eşitliği kullanarak COmax =25 ppnj
için, dizayn havalandırma debisi L /s rcr
cinsinden hesaplanabilir.
L/s m2 = 0.692x 10
3
x 56.6 x 120 s = 4.7
veya saat başına hava değişimi olarak
hesaplamak gerekirse;
ACH =
4.7 L/m
s2 x 10 3 L/m3 x3600s/h
2.75 m
= 6.1
Notlar :
• Emisyon değerleri ER = 6.6 gr/dk değeri
(Çizelge 3'teki verilere dayanılarak % 80
sıcak emisyon ve % 20 soğuk emisyona
karşı gelir) baz alınırsa, gerekli minimum
havalandırma 3.5 ACH ( veya 2.67 L /s
m2 ) olarak bulunur.
• Kabul edilen otopark içerisindeki toplam
seyahat süreleri, ASHRAE tarafından
verilen değerlerden daha yüksektir. Bunun
nedeni ise örneğin yılbaşı ya da bunun gibi
ekstrem durumlar, yani en kötü hal
senaryosunun baz alınarak değerlendirme
yapılmış olmasıdır. Eğer daha uzun
seyyahat ve çalışma süresi, 3 dakika esas
alınarak hesap yapılırsa, djzayn
havalandırma debisi 7.05 L /sm2 veya
Sonuç
Bu yazıda kapalı garajlarda gerekli minimum
havalandırma ihtiyacının belirlenmesi için
yeni bir dizayn yöntemi izah edilmiştir. Bu
yöntem, olabildiği kadar esnek tutulmuş ve
CO emisyon hızlan, hareket eden araç sayısı,
maksimum CO konsantrasyon düzeyi, ve
otopark içerisinde hareket halindeki ortalama
araç sayısı ile ortalama seyahat süreleri gibi
parametreleri gözönüne alabilmektedir.
Sahada yapılan birtakım ölçümler sonucu,
mevcut havalandırma sistemlerinin
debilerinin 62 - 1989 standardından
(7.62 L/sm2 1,5 cfm/ft2) düşük olduğu
belirlenmiştir. Günümüzde kullanılan
araçların emisyon değerlerinin gittikçe
azaltılması ile beraber kapalı otoparklarda
havalandırma oranlarının da düşürülmesi
beklenir. Dolayısıyla mekanik havalandırma
sistemlerinin ilk yatırım maliyetleri
azaltılabilir. Daha da ötesi; ortamdaki hava
kirlenmesine bağlı olarak kontrol edilen bir
havalandırma sistemi, işletme maliyetlerinde
çok büyük tasarruflara imkan verir. Fakat
bütün bunların yanısıra; araç emisyonları,
benzin kokusu, yağ buharlan gibi faktörlere
bağlı kabul edilebilir kirletici limitlerinin
belirlenmesi için; daha fazla araştırmaya
ihtiyaç vardır. Buna ilaveten zayıf karışma
koşullarının havalandırma miktarlarına
etkilerinin daha sağlıklı olarak araşUnlabilmesi için simülasyon analizlerine ve
saha çalışmalarına önem verilmelidir.
Kaynaklar :
1. 1999 ASHRAE HVAC uygulamaları el
kitabı, Bölüm 12
2. ANSI / ASHRAE Standartları 62 - 1989,
kabul edilir iç hava kalitesi için hava¬
landırma
3. Ayari, A., R.A., Grot, M. Krarti. 2000. "
kapalı otoparklarda havalandırma sistem¬
lerinin performans değerleri alan
incelemeleri "
4. Krarti, M, Ayari, A., R.A., Grot, 1999.
" Kapalı otoparklarda sabit veya değişken
hava oranlarının geliştirilmesi " ASHRAE
projesi 945 - RP sonuç raporu
5. İTE. 1998. Seyahat Dinamiği El Kitabı,
Nakliye Mühendisleri Enstitüsü,
Washington, D.C.
m
Riiknettiıı Küçükçalı
1950 yılında doğdu. 1972 yılında İ.T.Ü
Makina Fakültesinden mezun oldu.
Sungurlar ve Tokar firmalarında mühendis
ve şantiye şefi olarak görev yaptıktan sonra
1975 yılında IS1SAN A.Ş.’yi kurdu. Halen
hu firmanın yöneticisi olarak görev
yapmaktadır.
Arda Günler
1976 yılında Bolu’da doğdu. 2000 yılında
İ.T.Ü Makine Fakültesinden mezun oldu.
ISISAN ISITMA VE KLİMA SAN. A.Ş. 'de
görev yapmaktadır.