Rüzgarın, ısıtma havalandırma-klima tesisleri üzerindeki etkisi (*)
Binaların etrafındaki basınç ve akış karakteristikleri ısıtma-klima cihazlarının tasarımında belki de üzerinde en az çalışılan parametre olmuştur. Bu cihazların tasarımcıları; ısı kazancı, ısı kaybı, nemlendirme, nem alma, ventilasyon havası, çıkış havası, hava hızındaki değişim, iç hava kalitesi gibi konularda yoğunlaşma eğilimindedirler. Tasarımcıların çok azı, bu alanlarda rüzgarın oynadığı rolü gözönüne almaktadırlar. Isıtma-klima cihazları üzerinde rüzgarın yarattığı şu etkileri düşünün:
Binaların üzerindeki rüzgar akışı; sıcaklık, nem ve havadaki maddeler gibi çevresel etkenleri denetlemeyi zorlaştırır.
Binaların üzerindeki rüzgar basıncı: iç basıncı, dış hava emişini ve kirli hava boşaltımını, içeriye ve dışarıya sızan hava miktarını etkiler.
Binaların etrafındaki rüzgar
döngüleri ve rüzgar akışının tübülanslı karakteri, binaların dışarıya attığı kirli havanın ve çevredeki trafikten kaynaklanan egzos gazlarının binaya girmesine neden olabilir. Böylece; binanın tüm ısıtma-klima sistemi kirlenebilir.
Bitişik binalardan veya yerin yapısından dolayı oluşan rüzgar döngüleri de gözönüne alınmalıdır.
Bu makalenin odak noktası; rüzgarın etkileri ve rüzgarın ısıtma-klima cihazlarını ve bu cihazların temiz hava emişlerini, kirli hava çıkışlarını nasıl etkileyeceği üzerinedir. Bu yazının konusunu, birkaç yıl önce, tasarlandığı şekilde çalışamayan doğal çekişli birkaç baca ile de ilgili olan bir projede çalışırken öğrenmiştim.
Öykü şöyle gelişti: Binanın havalandırma sistemi, binadaki bir üretim merkezinin içeriden kazandığı ısı nedeniyle sıcaklık artımını sınırlandırma sorumluluğunu almış olan bir firma tarafından tasarlanmıştı. Tasarım, hacmin yaz ve kış şartlandırılması için saatte 30 hava değişimini sağlayan bir dizi egzost fanı ve telafi havası ünitesi ile gerçekleştirilmişti. Egzost fanları ve telafi havası üniteleri, doğal çekişi kesmemek için. hacmi eşit basınçta tutmak amacıyla.aynı anda çalışmalarını sağlamak üzere, birbirlerine bağlanmışlardır. Doğal çekiş sisteminin tasarımı bir başka firma tarafından yapılmıştı. Bu sistemin etkin çalışması için uyulan tek tasarım şartı, hacmin doğal basınçta olmasıydı.
Havalandırma sistemi tasarlandı ve istenilen şartları %±5 toleransla yerine getirdi. Bu sistem işletilmeye başlayınca, doğal çekişli sistem tasarım koşullarını yerine getiremedi. Doğal çekiş sisteminin başarısızlığı, beklenildiği gibi tasarlayan firmanın, (hatayı düzeltmek için fazla bir şey yapamadılar,) işten el çektiril i ile sonuçlandı.
Doğal çekiş sistemi ısıtma-klima sisteminin sorumluluğunda olmasa da, bu firmadan sorunun araştırılıp belirlenmesi istendi. Isıtma-klima ve doğal çekiş sistemlerinin ikisinin de doğru tasarlandığı belirlendikten sonra, ısıtma-klima danışmanları binanın çevre koşullarını etkileyebilecek diğer etkenleri araştırdılar. İlk önce binanın bulunduğu yerdeki rüzgar yönü ve hızı incelendi. İlgili verilerden, söz konusu yerde, rüzgarın yazın güneybatıdan, kışın kuzeyden yaklaşık 4.5 m/s. hız ile estiği öğrenildi. Rüzgar, yazın güneybatıdan eserken, binanın yüzeyine dik bir akış oluşturmaktaydı. Rüzgar akışı ile ilgili bir sorun yaratacak başka bir bina ve yer yapısı da söz konusu değildi.
1989 ASHRAE Fundementals'ın "Airflow Around Buildings (Binaların Etrafındaki Hava Akışı)" başlıklı 12. bölümü yeniden gözden geçirildi ve bazı noktalar aydınlandı. Bir binanın yüzeyine ça~an rüzgar, çatının yüzeyinden, k n kenarda, ayrılma gösterir. Bu ayrılma çatıdan belirli bir uzaklığa kadar uzanan bir döngüye neden olur. Döngü bölgesinin boyutları, binanın rüzgarın geldiği yöne doğru olan yüzünün genişliği (W) ve yüksekliği (H) ile belirlenir. Şekil 1, 1993 ASHRAE Handbook of Fundamentals'ın "Airflovv Around Buildings" başlıklı 14. bölümünden alınmıştır. Bu şekil yardımıyla, çatıda oluşan döngünün büyüklüğü hesaplanabilir.
İlginç olan, döngünün yükseklik ve uzunluğunun hesaplanmasında rüzgar hızının kullanılmamasıdır. Dönaü belcesi rüzgar hızındanbağımsızdır. Rüzgar hızı, yalnızca döngü bölgesindeki türbülansı etkilemektedir.
Döngü bölgesinin boyutlarının belirlenmesinden sonra, firma, çıkış bacalarının yerini inceledi. Bacalar döngü bölgesindeydiler ve bu nedenle, baca gazı çıkışı görevlerini yerine getirebilmeleri için, yüksekliklerinin arttırılması gerekiyordu.
Isıtma-klima firması, doğal çekişli sistemin istenildiği biçimde çalışması için, bacaların döngü bölgesinin 0.6 m. yukarısına kaldırılmasını önerdi. Arttırılan baca yüksekliği için gergi halatları ve çatı destekleme sistemleri gerekliydi.
Yukarıda bahsedilen sorun, basit bir bağlama ile çözümlenmiş gibi görünmektedir. Fakat; genelde olduğu gibi, firmanın zamanı ve iş sahibinin harcamalarından dolayı gözle görülür bir kayıp oldu. Bacaların yüksekliklerinin arttırılması ve bacaların desteklenmesi amacıyla yapılan bu harcamalar, doğal çekişli sistemin ilk tasarımında rüzgarın etkisi düşünülseydi, yapılmayacaktı.
Biz bu yazıda esas olarak doğal çekişli bacaları ele aldık; Fakat, ilkeler, doğal veya zorlanmış tüm bacalara ve çatıdaki döngü bölgelerine yerleştirilmiş tüm temiz hava emişlerine uygulanır. Hatırlanması gereken bir nokta: Bir temiz hava emişini, hiçbir zaman, kirli hava çıkışının olduğu bir döngü bölgesine yerleştirmeyiniz.
Kaynaklar:
1.System Desing Manual, Part 1. Chapter 2. "Desing Conditions," Carrier Corp., 1960.
2.ASHRAE Handbook of Fundamentals, Chapter 24, "Weather Data", ASHRAE, Atlanta, Ga., 1993.
3.ASHRAE Handbook of Fundamentals, Chapter 14, "Airflovv Around Buildings." ASHRAE, Atlanta, Ga., 1985, 1989, 1993.
(*) Makale HPAC Mayıs 1996 sayısında yer almaktadır.
Yazan: By, Jerry VV.GATLIN, SET, Çeviren Hüseyin ONBAŞIOĞLU
