Havalandırma, kapalı bir hacimdeki havanın değiştirilmesi işlemidir.
Amacı:
- Ortamdaki havanın oksijen içeriğinin azalmasını önlemek,
- Ortamdaki havanın içerisindeki karbondioksit gazı, vücut kokuları, sigara dumanı, nem içeriğinin
aşırı artışını önlemek, - Makinalardan, insanlardan ve aydınlatmadan kaynaklanan ortamdaki ısı kazancını dışarı atmak,
- Makinalardan, pişirmeden ve insanlardan kaynaklanan ortamdaki nem kazancını dışarı atmak,
- Zehirli gazları ve tozu ortamdan uzaklaştırmak,
- Bakteri ve zararlı mikro organizma sayılarını düşürmektir.
Amaç yukarıdaki maddelerden biri veya birkaçı olabilir. Bu bölümde çeşitli hacimlerdeki havalandırma ihtiyacı, havalandırma yöntemleri, hesap esasları ve tesisat esasları verilecektir. Havalandırma tesisinin oluşturulmasında ana veri; havalandırma miktarıdır. Hava miktarının belirlenmesi, insanların temiz hava ihtiyacı, belirli kirleticilerin derişiklik seviyelerinin limit değerler altında tutulması, basınç kontrolü ve sıcaklık kontrolü gibi bazı temel kriterlerden biri veya birkaçı esas alınarak yapılır. Geçmiş dönemlerde enerji maliyetleri sistemin tasarımında önemli belirleyici bir parametre oluşturmuştur.
Günümüzde enerji maliyetleri yanında, iç hava kalitesi çoğunlukla birinci prensiple çatışan ikinci bir belirleyici parametre haline gelmiştir. Farklı uygulamalar için farklı standartlar değişik rakamlar verebilmektedir. Bu konuda Türk Standartları yeterli derinlikte ve detayda olmadıklarından belirleyici değildir. Esas olarak alınan ASHRAE standartları çerçevesinde konuya yaklaşılacak ve değişik veriler birlikte verilecektir.
Havalandırmayı yaratan kuvvetlere bağlı olarak, havalandırmayı doğal havalandırma ve mekanik havalandırma olarak ikiye ayırmak mümkündür. Doğal havalandırmada bir binanın doğal güçlerden yararlanarak kontrollü olarak havalandırılması söz konusudur. Mekanik havalandırmada ise, fan gücünden yararlanılır. Bir enerji tüketimi karşılığında, hava zorlanmış olarak hacimlere beslenir.
Doğal Havalandırma
Binaların havalandırılması geleneksel olarak doğal havalandırma ile gerçekleştirilir. Doğal havalandırma tesisi ve bakımı en ucuz havalandırma biçimidir. Elektrik gücü kullanmaz ve sessizdir. Pencereler doğal havalandırmanın temel elemanlarıdır ve havalandırmayı gerçekleştiren temel kuvvetler rüzgâr gücü ve ısıl kuvvetlerdir. Maalesef bu doğal güçler ortadan kalktığında doğal havalandırma durur. Bu nedenle bazı zamanlarda mekanik havalandırma kullanımı gerekmektedir. Günümüzdeki yapılar genellikle tamamen fan gücüyle gerçekleşen mekanik havalandırmaya bağlıdır. Ancak enerji tasarrufu, iç hava kalitesi ve son yıllarda öne çıkan sürdürülebilirlik kavramı, yeni sistemlerin ve çözümlerin geliştirilmesini zorlamaktadır. Bu çerçeve içinde yapı teknolojisinde yeni yönelimler ortaya çıkmıştır. Bu yeni yaklaşıma uygun yapılarda doğal havalandırma büyük önem taşımaktadır. Mekanik sistemler bu yeni yaklaşıma göre, ancak doğal sistemler yetersiz kaldığında devreye girmelidir. Bu konularda bütün dünyada yoğun araştırma ve geliştirme çalışmaları yapılmaktadır.
Rüzgar Basıncı
Bir binanın belirli yükseklikteki herhangi bir yüzeyine etkiyen rüzgâr basıncı hesap yöntemi ASHRAE’de verilmiştir. Bir duvar yüzeyindeki, belirli bir açıyla gelen rüzgâr için, rüzgâr basıncı aşağıdaki gibi hesaplanabilir:
Pw=Cp.Pv
Yüzeye dik gelen rüzgâr için ortaya çıkan rüzgâr basıncı, Pv ise, Bernoulli eşitliği ile belirlenebilir:
Pv=ra.UH/2
UH rüzgâr hızı, Cp yerel rüzgâr 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 yaklaşım vardır. Cp aşağıdaki ifade ile bulunur:
Cp(in-out)=Cs-Ci
Bu formülde Ci iç basınç katsayısını temsil etmektedir. Eğer açıklıklardan içeri giren hava, aynı kattaki diğer açıklıklardan dışarı çıkıyorsa, Ci= -0.2 alınabilir. Ci değerleri daima negatif olup, içerde bir çekiş anlamına gelmektedir.
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. Eğer bina ortasında açık atrium gibi geniş düşey bir şaft mevcutsa, nötr düzey binanın tepesine doğru çekilir ve binadaki hava akımları ve enfiltrasyon şekli ciddi ölçüde fark eder. Baca etkisinden doğan basınç farkı aşağıdaki gibi ifade edilebilir:
Pth= (ro-ri).g.(H-NHPL)= ri.g.(H-HNPL).(Ti-To)/To
Burada i ve o indisleri sırasıyla iç ve dışı göstermektedir. HNPL nötr eksen yüksekliği ve H göz önüne alınan katın yüksekliğidir. Ú ve T ise hava yoğunluğu ve sıcaklıktır. Baca etkisi dolayısıyla havanın yukarı doğru dikey hareketine konvansiyonel binalarda bir direnç söz konusudur. Bu nedenle ısıl güçlerin yarattığı gerçek basınç farkı aşağıdaki ifadeyle hesaplanabilir:
PT=Cd.Pth
Cd baca çekiş katsayısı olup, modern binalarda deneysel olarak belirlenen değeri 0,63 ile 0,82 arasındadır.
Toplam Basınç Farkı
Herhangi bir kattaki iç ve dış arasındaki toplam basınç farkı, rüzgâr ve ısıl güçler nedeniyle yaratılan basınç farklarının cebrik toplamıyla bulunur. Yani;
Ps=Pw+PT
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;
Ps=r.V2.R/2
Akışa karşı yaratılan direnç bütün yerel kayıpları ve sürtünme kayıplarını içermeli ve direnç katsayısı R her bir bina için özel olarak hesaplanmalıdır. Bu denklem, V hava hızı yerine, A1 açıklık boyutlarını denkleme girerek hava hacmi cinsinden ifade edilebilir. Belirli bir yöndeki doğal kuvvetler neticesinde bir açıklık ve buna bağlı kanal sistemindeki hava akışı miktarı aşağıdaki ifadeden bulunabilir:
Burada alt indis rüzgâr yönü ile duvar yüzeyi arasındaki açıyı göstermektedir. ‹çeri 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.
Gece Soğutması
Doğal havalandırma yapılan binalarda gece soğutması imkanı da bulunmaktadır. Gece soğutması mekanik sistemlerde “freecooling” veya “cool down” adı altında bir opsiyon olarak sunulmaktadır.
Bu imkân doğal havalandırma sistemlerinde, sistemin kendi karakteri olarak saklıdır. Yaz mevsiminde dış sıcaklığın iç sıcaklıktan daha düşük olduğu gece saatlerinde sistem tam açık duruma getirildiğinde, gece boyunca soğuk hava ile yapılan soğutma bina kütlesi içinde depo edilir. Burada depo edilen soğuk, gün boyunca kullanılabilir iklimin uygun olduğu bölgelerde, uygun tasarlanmış bir yapıda doğal soğutma yolu ile yapıyı bütün bir mevsim mekanik soğutmaya gerek duyulmadan konfor şartları içinde tutmak mümkündür. ‹ngiltere’de yapılan bir çalışmada ise bu iklim koşullarında, gece soğutması yoluyla bina tipine göre değişmek üzere, %5 ile %40 arasında soğutma enerjisinden tasarruf imkânı olduğu gösterilmiştir. Gerek doğal havalandırma ve gerekse doğal soğutma elektrik enerjisi tasarrufu yanında çevrenin ve doğal kaynakların korunması yönünde bir katkıya sahiptir.
Mekanik (Cebri) Havalandırma
Mekanik havalandırmada hava değişimi ve hareketi için fan veya fanlardan yararlanılır. Mekanik havalandırmada üç sistem vardır:
Doğal hava girişi, mekanik hava emişi
Mekanik hava beslemesi, doğal hava çıkışı
Dengeli havalandırma denilen mekanik hava beslemesi ve mekanik hava emişi
Mekanik sistem doğal havalandırmada olduğu gibi koşullara bağlı değildir. Zorlanmış olarak sürekli hava hareketi temin edilir. Ancak bunun bir tesis ve işletme maliyeti vardır. Ayrıca fan ve kanal sisteminden gelen ses riski taşır.
Yaşanan mahallere bir fanla beslenen hava kışın önce oda sıcaklığına kadar ısıtılmalıdır. Aynı zamanda dışarıdan alınan taze havanın filtre edilerek tozlardan ve yabancı maddelerden arındırılması gerekir. Dışarıdan alınan taze havanın şartlandırılması mekanik havalandırmada mümkündür. Halbuki doğal havalandırmada bu, ortaya çıkan basınç kayıplarının yarattığı zorluk nedeniyle henüz pratik anlamda çözümsüzdür. Besleme fanı yanında, egzoz edilen hava için ilave bir egzoz fanı kullanılarak gerçekleştirilen dengeli havalandırmada, hava miktarı daha iyi kontrol edildiği gibi içerideki basıncı da kontrol etmek mümkündür. Böylece mekanlar arasında basınç farklılıkları yaratılarak bina içindeki hava hareketlerini de kontrol etmek mümkündür. Bu, özellikle temiz oda uygulamalarında vazgeçilemez bir imkândır. Mekanik havalandırmada çeşitli enerji geri kazanma imkânları bulunmaktadır.
Örneğin, sistemde ısı değiştirgeçleri kullanılarak, dışarı atılan havadan alınan enerjiyi, içeri alınan taze havaya aktarmak mümkündür.
İç Hava Kalitesi
İç hava kalitesi yaşanan hacimlerde solunan havanın temizliği ile ilgilidir.Temiz hava yetkili otoriteler tarafından belirlenen zararlı derişiklik seviyelerinin üstünde bilinen hiçbir kirletici madde içermeyen ve bu havayı soluyan insanların %80 veya daha üzerindeki oranının havanın kalitesiyle ilgili herhangi bir tatminsizlik hissetmediği hava olarak tarif edilebilir. Konutlar, işyerleri, okullar gibi endüstriyel olmayan ortamlardaki iç hacimlerde de son yıllarda giderek artan ölçüde iç havanın temizliği ile ilgili endişeler gelişmektedir. insanların zamanlarının %90 gibi bir kısmını iç hacimlerde geçirdikleri ve iç hacimlerdeki insan yoğunluğunun daha fazla olacağı ve bundan kaynaklanan problemler olacağı rahatça tahmin edilebilir. Yine son yıllarda yapılan çalışmalarda hasta bina sendromu gibi kavramlar ortaya çıkmış ve iç hacimlerdeki kirlilikten kaynaklanan hastalıklar teşhis edilmiştir. Konu ile ilgili çalışmalar buna paralel olarak artmış, bilimsel makaleler yayımlanmış, bilimsel toplantılar yapılmış ve yaptırım gücü olan yeni standartlar ortaya çıkmıştır. Bu standartlardan ASHRAE 62-89 numaralı olanı en geniş biçimde konuyu ele almaktadır. Bu standardın kuralları ve örneğin enerji tasarrufu ilkeleri ile çatışması en çok tartışılan konulardan biri olmuştur.
Hasta Bina Sendromu
“Hasta Bina Sendromu” (HBS) görünür hiçbir hastalık nedeni olmayan bir binada, sakinlerin sadece binada geçirdikleri zamanla bağlantılı olarak sağlık ve konfor şikayetleri olmasına verilen isimdir. ?ikayetçiler bina içinde belli bir oda veya zon içinde bulunabilecekleri gibi, bina içine de dağılmış olabilirler. Konu ile ilişkili bir başka kavram ise, “Bina Bağlantılı Hastalık” (BBH) kavramıdır. Bu durumda, bina içerisinde teşhis edilen hastalıkların nedenleri bellidir ve binanın havalandırma sisteminden kaynaklanmaktadır.
Hasta Bina Sendromu Göstergeleri
Bina sakinleri birdenbire rahatsızlıklardan şikâyet etmeye başlarlar.
Bu şikayetler baş ağrısı, göz, burun veya boğaz rahatsızlıkları, öksürük, kuru veya kaşıntılı bir cilt, başdönmesi, mide bulantısı, konsantrasyon bozuklukları ve kokuya karşı aşırı duyarlılık şeklinde olabilir.
Bu hastalık belirtilerinin kaynağı tanımlanamamıştır.
Şikâyetçilerin çoğu binayı terk edişlerinden hemen sonra rahatladıklarını belirtmişlerdir.
Bina Bağlantılı Hastalık Göstergeleri
Bina sakinlerinin çoğunluğunun öksürük, göğüs sıkışması, ateş, titreme ve kas ağrısı gibi şikâyetleri görülmektedir.
Bu bulguların nedenleri klinik olarak tamamen açıklanabilir
Şikâyetçiler binayı terk etseler de iyileşmeleri belli bir süre alır.
İç Hava Kalitesini Bozan Hasta Bina Sendromunun Nedenleri
İç hava kalitesini bozan ve kirlilik oluşturan zararlı maddeleri ancak çeşitli gruplar altında toplayarak tanımlamak mümkündür.
İç hava kalitesini bozan kirletici grupları aşağıdaki gibi sıralamak mümkündür:
- Solunan havadaki karbondioksit oranı (insanların ve canlıların solunumları ve yanma kaynaklıdır)
- Koku (insan kaynaklıdır)
- Mikroorganizmalar (cevre ve insan kaynaklıdır)
- Nem (çevre ve pişirme gibi insan faaliyetleri kaynaklıdır)
- Radon gazı (toprak kaynaklıdır)
- Organik buharlar (kullanılan eşya ve bina elemanları kaynaklıdır)
- Toz (çevre ve kullanılan eşya kaynaklıdır)
- Alerjen maddeler ve canlılar (çevre kaynaklıdır)
- Sigara dumanı (insan kaynaklıdır)
Diğer kaynaklar (yukarıda sayılanların dışında hava kalitesine etki eden daha pek çok faktör vardır. Bunlar içinde elektronik kirlenmeden, radyasyona kadar pek çok olasılık sayılabilir).
Dahili Kaynaklı Kimyasal Kirleticiler
Bir bina içerisindeki kirli havanın kaynağı çoğu zaman o binanın içerisindedir. Örneğin; bina içerisinde bulunan ve kullanılan yapıştırıcılar, kaplama ve döşemeler, bazı ahşap ürünler, kopyalama makinaları, böcek zehirleri, temizlik malzemelerinden yayılan formaldehit de içeren uçucu organik bileşenler hava kirliliğine sebep olan etmenlerdendir. Sigara dumanı; yüksek oranda uçucu organik bileşenlerin, diğer toksit bileşenlerin ve de solunabilir parçacıkların oluşumunda büyük rol oynayan bir etmendir.
Araştırmalar kanserojen olarak da bilinen bazı uçucu organik bileşenlerin yüksek konsantrasyonda solunmasının kronik ve akut sağlık sorunlarına neden olduğunu göstermektedir. Düşük dereceden orta derecelere kadar birçok uçucu organik madde de akut reaksiyonlara neden olabilir.
Harici Kaynaklı Kimyasal Kirleticiler
Bir binanın taze hava olarak aldığı hava; çevredeki diğer binalardan atılan hava olabilir. Binalarda emiş menfezlerinin, pencere ve açıklıkların yanlış yerleştirilmesi; motorlu araçların ve binaların (banyo ve mutfaklardan kaynaklanan) egzoz gazlarının, tesisatlardan kaçan gazların binaya kolayca girmesine sebep olur.Bunun yanında çeşitli yanma ürünleri de binaya yakınlardaki garajlardan girebilir.
Biyolojik Kirleticiler
Bakteri, küf, polen ve virüsler en genel biyolojik kirleticilerdendir. Bu kirleticiler kanallar, nemlendiriciler veya drenaj tavasında biriken durgun sularda veya çatı, döşeme veya izolasyonda toplanan sularda çoğalıp büyüyebilirler. Kimi zaman da böcek veya kuş pislikleri de biyolojik kirlenmeye neden olabilir. Öksürük, göğüs sıkışması, yüksek ateş, titreme, kas ağrısı ve mide tahrişi ve üst solunum yolu tıkanıklığı, alerjik tepkiler biyolojik kirleticilerin yol açtığı rahatsızlıklardandır. Legionella bakterisi de bilindiği üzere Lejyoner hastalığına ve ateşe neden olmaktadır.
Radon ve Asbest
Hasta bina sendromu ve bina bağlantılı hastalıklar akut veya orta dereceli sağlık sorunlarına neden olabilirken, radon ve asbest vücuda alındıktan uzun süre sonra zararlı etkilerini gösterir. Bu iki madde bir binanın iç hava kalitesinin çok yönlü değerlendirilmesinde detaylı olarak ele alınmalıdır. Bu öğeler bir arada etkili olabileceği gibi yetersiz sıcaklık, nem veya ışığın yetersiz olduğu koşullarda diğer unsurların zararını arttırabilir.
İç Hava Kalitesinin Geliştirilmesi için Yöntemler
İç hava kalitesinin geliştirilmesi için yöntemler belirlidir. Öncelikle kirlilik kaynaklarının kontrolü ve azaltılması gerekir. Örneğin sigara içiminin yasaklanması, zararlı gazlar çıkaran halı gibi malzemelerin iç hacimlerde kullanılmaması bu önlemler arasında sayılabilir.
Zararlı maddelerin kaynağında yakalanması, ortama karışmadan dışarı atılması prensibi, endüstriyel havalandırma ve mutfak havalandırması gibi alanlarda yaygın olarak kullanılan prensiplerdir. Bu gibi alanlarda kirletici kaynakları belirlidir.
İç Ortamdaki havanın filtre edilmesi ve temizlenmesi
Bu yöntem kirletici maddelerin çok fazla cinste ve sayıda olması nedeniyle tam başarıyla kullanılamamaktadır. Ancak gelişen bir sektördür. Özellikle dış havanın da temiz olarak nitelenmesinin mümkün olmadığı pek çok bölgede tek etkin yöntem temizleme olmaktadır.
İç hava kalitesinin sağlanmasında günümüzde hala en yaygın kullanılan ve en etkin yöntem havalandırmadır. Yeterli miktarda taze havanın iç mekanlara verilmesiyle içerideki hava kalitesi tatmin edici bir düzeye getirilebilir.
Kirletici Madde Kaynağının Ortadan Kaldırılması veya Değişimi
Bu yöntem kirlilik kaynağının bilindiği ve kontrolünün mümkün olduğu durumlarda iç hava kalitesiyle ilgili sorunların çözümlenmesinde oldukça etkilidir. Filtrelerin periyodik olarak temizlenmesi veya değiştirilmesi gerekir. Binanın çelik tavan kaplamasının değiştirilmesi, sigara odalarının izolasyonu, kirletici madde kaynağının dışarıdan hava alacak şekilde yerleştirilmesi, boyaların, yapıştırıcı, solvent ve böcek zehirlerinin iyi havalandırılan alanlarda depolanması ve bu zararlı maddelerin bina sakinlerinin binada olmadığı zaman dilimlerinde kullanılması konu ile ilgili sayılabilecek diğer önlemlerdir. Binaların bakımı yapıldıktan sonra belli bir sure zehirli maddelerin etkisinin geçmesi için binaya girilmemelidir.
Havalandırma Oranını Artırmak
Bir binadaki kirlilik oranını düşürmek için havalandırma oranlarını ve hava dağıtımını arttırmak genellikle maliyeti çok yüksek bir işlemdir. Ancak iç hava kalitesinin sağlanması açısından havalandırma, kilit parametredir. Binaların havalandırma sistemleri tasarımı, yerel bina standartlarını karşılayabilecek şekilde yapılmalıdır. Gerektiğinde inisiyatif kullanarak standartların üzerinde havalandırma yapılması öngörülebilir. Binada yüksek kirletici madde kaynağı çok kuvvetli olduğu hallerde, yerel egzoz sistemi kirli havanın atılması için çok önemlidir. Kirli havanın belli bölgelerde yoğun olarak toplanmış olduğu dinlenme, fotokopi ve baskı odası gibi odalarda yerel egzoz sistemi kısmen de olsa kullanılabilir.
Hava Temizleme
Hava temizleme kaynak kontrolünde ek bir metot olarak kullanılabilse de uygulanma alanı oldukça kısıtlıdır. Fırın filtreleri gibi parça kontrolünde kullanılan cihazlar ucuz fakat küçük parçacıkların tutulmasında yetersizdir. Çok küçük parçacıkların tutulmasında kullanılabilecek yüksek kapasiteli hava filtreleri ise montaj ve işletim açısından oldukça pahalıdır. Gaz fazdaki kirliliklerin tutulmasında ise mekanik filtreler yetersizdir. Bu tarz gaz fazındaki kirlilikler adsorbent tutucular kullanılarak atılabilir ancak bu cihazlar pahalıdır ve çok sık filtre değiştirilmesi gerekir.
Mak. Müh. Yavuz İşman
GES Teknik
Tesisat Market Dergisi 05.2009-Sayı 124