Tesislerde Akustik Boyutland rma Yeni VDI 2081 in Uygulamalar

Transkript

1 Tesisat Mühendisli i Dergisi Say : 92, s , 2006 Tesislerde Akustik Boyutland rma Yeni VDI 2081 in Uygulamalar Prof. Dr. Karl-Josef Albers * Bu makale, Alman So utma ve klimlendirme Tekni i Derne i nin Kas m 2004 te gerçeklefltirilen 2004 y l So utma-is tma Toplant s nda sunulan bildiri esas al narak kaleme al nm flt r. Resim 1: Y l m yöntemi Özet RLT tesislerinde akustik boyutland rma, bilgisayar deste i olmaks z n pratikte neredeyse gerçeklefltirilemeyecek denli zahmetlidir. Ancak piyasada akustik hesaplama programlar bulunmamaktad r. Bunun sonucu da, normalde bu türden hesaplamalar n yap lamamas d r. Bu noktada gerçekte yaflanan daha çok, gerekli ses emicilerdeki ekleme emifllerinin yaln zca kabaca tahmin edilmesi ve ard ndan da mekanlar n yeterince sessiz olmas n n umulmas d r. Bu kaba tahminler, bütün vakalarda yeterli olmad ndan, günümüzün bir hayli artm fl akustik ihtiyaçlar nda gitgide daha çok say da flikayete rastlanmaktad r. Eski VDE 2081 de, iç mekan havas yla ilgili teknik tesislerde gürültü oluflum ve azaltma hesaplamalar s kça diyagram ve monogramlar yard m yla yap lmaktayd ve bu diyagram ve monogramlardan ilgili de erlerin okunmas gerekiyordu. Piyasada da akustik hesaplama programlar bulunmad ndan, akustik hesaplamalar bilgisayar deste i ile yap lamamaktayd. Elle yap lan bu türden hesaplamalar ise çok fazla zaman almaktayd ve bu nedenle de büyük ölçüde bu türden hesaplamalar yap lmas ndan vazgeçilirdi. Bunlar n yerine mekan içerisinde beklenen ses bas nç seviyesini kabaca tahmin etmek üzere k salt lm fl hesaplama yöntemleri kullan l rd. Bu yöntemlerin hassas sonuçlar vermemesine ve akustik gerekliliklerin artmas na ba l olarak böylesi bir hareket biçimi gitgide daha fazla flikayete neden olmaktayd. Günümüzde ise bu nedenle ileri derece akustik gerekliliklerde eksiksiz bir akustik tesis hesaplamas kaç n lmaz hale gelmifltir. Bu hesaplamalar n gerektirdi i süreyi kabul edilebilir s n rlar içerisinde tutabilmek için ise bilgisayar deste ine ihtiyaç vard r. Bir bilgisayar sisteminin kullan lmas n n temel koflulu ise denklemler yard m yla bütün çözüm ad mlar n n eksiksiz bir flekilde tarif edilmesidir. Bu nedenle yeni VDE 2081 K s m 2 de bütün diyagram ve monogramlar hakk nda gerekli bütün hesaplama denklemleri belirtilmifl bulunmaktad r. Uygun bir bilgisayar deste i ise, art k hemen hemen bütün kiflisel bilgisayarlar n standart bir unsuru olan tablolu hesaplama program d r. Tablolu hesaplama programlar n en iyi flekilde kullanabilmek için, hesaplama yöntemi olarak y l m * FHT Esslingen Beslenme Tekni i ve Çevre Tekni i Bölümü TES SAT MÜHEND SL DERG S, Say 92,

2 yöntemi ad verilen yöntem dikkate al nmal d r. VDI 2081 uyar nca akustik bir tesis hesaplamas ise gene de istenen mekan içi ses bas nç seviyesinin tutturulabilmesinin garantisini teflkil etmemektedir. Bunun nedeni de ses emicilerin planlanmas s ras nda yap lan hatalard r. Ayr ca uygulamada da, iki mekan aras nda hava kanal sisteminin telefoni (elektromanyetik ses aktar m ) sesi emiliminin ne kadar olmas gerekti i yönünde belirsizlik vard r. Bütün bu hususlar üzerinde afla da daha ayr nt l olarak duraca z. Akustik Tesis Hesaplamas Y l m Yöntemini Tan yal m Y l m yöntemi, en yüksek ses kayna ndan bafllamak üzere (normalde vantilatördür) bütün sekiz oktavl k bant için sistematik olarak bütün emici ve gürültü yap c elemanlar gözler. Bunun için flöyle bir yol izler (ayr ca bak n z: Resim 1): 1. bileflenin oktav ses güç seviyesinden (n pozisyonu), takip eden bileflenlerin emilimi ç kart l r (n+1 pozisyonu). Bu, n+1 pozisyonundaki kalan gürültüdür. n+1 pozisyonundaki kalan gürültüye logaritmik olarak bu bileflenlerin ak nt gürültüsü eklenir (y - l m). Bu da, n+1 pozisyonunun sonundaki toplam gürültüyü (oktav ses güç seviyesini) verir. n+1 pozisyonunun sonundaki oktav ses güç seviyesinden takip eden bileflenlerin emilimi ç kart l r (n+2 pozisyonu). Bu n+2 pozisyonundaki kalan gürültüdür. Bu ifllem, hava girifl ya da ç k fl kanal nda son ad mda oktavl mekan emilim ölçüsü, son bileflenin sonundaki oktav ses güç seviyesinden (hava geçiflinden) ç kart l ncaya dek sürer. Böylelikle mekan içerisinde oktav se bas nç seviyesi elde edilir. D fl hava ya da sürek havas kanallar nda son bileflen iklim koruyucu zgarad r. Burada son olarak aç k havada ses yay l m hesaplan r ve böylelikle de ölçü al nan imisyon de- erindeki ses bas nç seviyesi elde edilir. Y l m Yöntemine Örnek 2 numaral resimde, yine resimde gösterilen mekana da teknik hava beslemesi sa layan bir hava girifl tertibat flema halinde gösterilmifltir. Hava girifl tertibat ve mekan hakk nda elimizde flu bilgiler mevcuttur: f okt = 500 Hz koflullar nda vantilatörün ses-güç seviyesi: L W,Okt = 80,3 db V toplam = 2500 m 3 /saat; V mekan = 600 m 3 /saat Mekan hacmi 95 m 3 olan kübik bir mekan ve yank lama süresi 0,5 saniye Oturma alan n n hava girifl zgaras na uzakl 2 m Hava girifl zgaras tavan n ortas na konmufl ve ek bas nç kay p de eri V= 4. Izgaran n fl n m yayma aç s 45 derece. Her bir bileflenin ses üretimi ve ses seviyesi azalt m VDI 2081 K s m 1 deki denklemlere göre hesaplan r. Bu her bir hesaplaman n sonuçlar y l m yöntemi flemas na aktar l r (Tablo 1). Mekan içindeki ses bas nç seviyesi bu flekilde ölçüldükten sonra, bir sonraki ad m olarak ses emicisinin, mekan içerisinde istenen gerekli ses bas nç seviyesine eriflilecek flekilde tasarlanmas gerekir. lk olarak vantilatörün (en büyük gürültü kayna ) arkas nda bulunan birincil olarak nitelenen ses emi- Resim 2: Mekan içine hava beslemesi sa layan, hava girifl tertibat n n flema halinde görüntüsü. 18 TES SAT MÜHEND SL DERG S, Say 92, 2006

3 cisi ele al n r (bak n z: Tablo 1). Ses emicisi tasar m n n 1. ad m nda yaln zca ekleme emilimi belirlenir. Gerekli ekleme emilimi De, iç mekandaki oturma alan nda ses bas nç seviyesinin mevcut de eri (hesaplanm fl de eri) ile gerekli de er (izin verilen azami ses bas nç seviyesi) aras ndaki farkt r. Bu fark bütün oktav bantlar için tespit edilir. Gerekli de erin bir s n r e ri olarak verilmesi halinde gerekli ekleme emilimi aç kça belirlenir. Kural olarak gene de bir A de erli toplam ses bas nç seviyesi, gerekli de er olarak verilir. Bu hallerde, uyulmas gereken A de erli toplam ses bas nç seviyesinden (LA,gerekli)) yola ç k larak LOkt, azami= LA, gerekli + KA denkleminin yard m yla izin verilen azami oktav ses bas nç seviyesi belirlenir. Sa lama de eri KA (Tablo 2), invers A de erlendirme e risinden al nan de erlerin yan s ra sekiz oktav band n n toplamal seviyesini de içerir. RLT tesislerinde ortaya ç kan gürültülerin frekans ak fl, invers A de erlendirme e risinin ak fl n takip etmedi inden, [3] te seviye art fl için sekiz oktav bantta yaln zca 5 db lik de er esas al n r. Böylelikle gerekli ekleme emilimi De için de erler elde edilir. Negatif farklar De=0 a denktir. Bu de erleri ekleme emilimi için Tablo 1 deki akustik hesaplamaya yerlefltirdi imizde, art k mekan içi ses bas nç seviyesinde gerekli de ere uyulmas ge- TES SAT MÜHEND SL DERG S, Say 92, 2006 rekir. E er olmam flsa bu durum, birincil ses emicisi ile mekan aras nda, gürültüsü seviye art fl na neden olan bir bileflen bulundu una iflaret eder. Bu bileflenin ne oldu u, y l m yöntemi flemas nda kalan gürültü ile ak nt gürültüsü aras nda bir karfl laflt rma yapmak suretiyle belirlenir. Bu bileflenin arkas na ikincil bir ses emicisi konmal d r. 1 numaral tablodaki flema da buna göre gelifltirilmelidir. Seviye art fl na neden olan birden çok say da bileflen tespit edilirse, ikincil ses emici, mekana en yak n bileflenin arkas na konmal d r. Bu ikincil ses emicisinin tasar m ise birincil ses emicisine benzer flekilde gerçekleflir. Bu hesaplama örne inde de görüldü ü gibi hava geçidi, seviye art fl na neden olan bir bileflen olarak tespit edilirse, ikincil bir ses emicisi koyma olana tabii ki yoktur. Bu durumda da kural olarak yaln zca daha sessiz bir hava geçidi bulma ya da her bir hava geçidinin hava miktar n azaltma olana vard r. Son olana n sonucu ise hava girifl a n n yap s nda de ifliklik yapmak olacakt r, çünkü bu durumda daha fazla hava geçidine ihtiyaç vard r. Duruma ba l olarak gerekli de er, genifl boyutlu bir birincil ses emicisinin yard m yla sa lanabilir. Hava girifl zgaras ndaki kalan gürültü bu durumda, zgaran n arkas ndaki oktav ses güç seviyesi zgara gürültüsünün oktav ses güç seviyesi ile ayn olacak flekilde düflürülmelidir. 19

4 Gerekli ekleme emilimi de erleri ile art k üreticinin teknik belgelerine bak larak, bir ses emici tipi seçilebilir. Kulis say s ise art k bu ses emici tasar m n n 2. ad m nda tespit edilebilir. Bunlar, ses emicide izin verilen azami ak nt gürültüsü yoluyla belirlenir. Kalan gürültünün artmas na neden olmamak için her bir oktavda her bir kalan gürültüden 10 db daha düflük olmas gerekir. Uygulamada, gerekli ekleme emilimi de erlerine tam olarak uyan ses emicilere rastlanmad ndan, biraz genifl boyutlu ses emiciler tercih edilir. Bu durum, izin verilen azami ak nt gürültüsüne iliflkin yukar da belirtilen kuraldan sap lmas na olanak tan r. Bu noktada ak nt gürültüsü de- erleri 1 numaral tablodaki akustik hesaplamaya yerlefltirildi inden, ak nt gürültülerinin yeterince düflük olup olmad hakk nda do rudan bir yarg ya var labilir. Çünkü sonuç itibariyle önemli olan izin verilen azami ses bas nç seviyesinin mekan içerisindeki oturma bölgesinde uyulmas amac d r. Ses Emicilerin Planlanmas S ras ndaki Hata Kaynaklar Yanl fl tasarlanm fl ses emiciler, ileride tesis çal flt r - l rken kendisini hemen belli eder. Bu noktada özellikle iki husus öne ç kmaktad r. Birincisi, hava kanal sistemlerine tak lm fl bulunan ses emicilerin ekleme emilimi ölçüsünün yan ses yollar ile s n rland - r lmas na her zaman dikkat edilmez; ikincisi de, ses emicilerin ak nt özelli i ço u zaman çok kötüdür. Ses Emicilerde S n rl Ekleme Emilimi DIN EN ISO 7235 uyar nca ekleme emilimi, test düzeneklerinde kayda de er bir yan ses yolu olmaks z n belirlenir. Bu flekilde elde edilen ses emicisi ekleme emilimi mekan içindeki havayla ilgili teknik tesislerde kaç n lmaz yan ses yollar ile ve zaman zaman da hava kanal na yap lan ses fl n m yoluyla s n rland r l r. Hava kanallar ndaki kulis sesi emicilerinin ekleme emilimi ölçüsüne ait s n r de erler 3 numaral resimde gösterilmifltir. Bunlar VDI 2081 K s m 1 de de yer almaktad r. 3 numaral resimde gösterilenden daha yüksek s n r de erlere ihtiyaç oldu unda, ilave tedbirlere baflvurulmas gerekir. Bu tedbirlerin önemlileri flunlard r: Hava kanal duvarlar n n sars nt s n almak ve elastik ara parçalar takmak yoluyla gövde sesinin uzunlamas na aktar m n azaltmak, Ses emicilere ve varsa ba l bulunan hava kanallar na ses emici mantolama yapmak suretiyle içeri ve d fla do ru hava fl n m n azaltmak, Mekansal olarak ayr lm fl k smi ses emiciler takmak. Bu türden tedbirlerin uygulamada nas l bir hal ald -, [6] da Alman parlamento binas n n genel kurul salonunda kubbedeki at k hava ses emicileri örne- inde gösterilmifltir. Uygun olmayan durumlarda 3 numaral resimde gösterilen s n r de erler belirgin miktarda düflürülebilir. Bu türden uygun olmayan durumlar, örne in gövde sesi do rudan ses emicinin mahfazas na aktar ld hallerde söz konusudur. Bu da, RLT tesislerinde görülen durumdur. Burada vantilatörden gelen gövde sesi cihaz n mahfazas na aktar l r. Normalde kullan lan sal n m emici ile bu gövde sesi aktar m önlenemez. Bu durum, bir yap projesinde flöyle bir kusura neden olur. Bir toplant salonunda, istenen ses bas nç seviyesi tutturulamam flt r. Ses emicisinin üreticisinden al nan teknik bilgilere göre RLT cihaz na monte edilmifl bulunan, 2 m uzunlu undaki ses emici kulislerinin DIN EN ISO 7235 uyar nca ekleme emilimi f okt = 250 Hz de D e = 42 db dir. Buna karfl l k tak l halde iken yerinde yap lan ölçümlerde f Okt = 250 Hz de ekleme emilimi D e = 24 db olarak tespit edilmifltir. RLT cihaz, alçak tavanda do rudan toplant mekan n n üzerine tak l d r. Hava aktar m a çok k sa oldu undan, tak l halde iken tespit edilmifl bulunan bu s n rl emilim, do rudan mekan içindeki ses bas nç seviyesinin artmas na neden olmufltur. kincil ses emicilerin de tak l bulundu u daha uzun bir hava aktar m a nda cihaz ses emicisinin emiliminin s n rl olmas, zorunlu olarak mekan içindeki ses bas nç seviyesinin artmas na neden olmaz. Ancak gene de 2 metre uzunlu undaki cihaz ses emicisinin tamamen etkin olamad gerçe i de- iflmez. Bu nedenle, RLT tesislerinde yaln zca azami 1 metre uzunlu unda ses emici öngörülmesi tavsiye edilmektedir. Bir k sa ses emicinin ekleme emilimi yeterli gelmezse, cihaz n arkas na hava kanal nda ikinci bir ses emici tak labilir. Ak nt Kalitesi Çok Kötü Ses Emiciler RLT tesislerindeki ak nt gürültülerinin yaklafl k bir Dipol karakteristi i vard r. Buna göre flu formül geçerlidir: L w ~ 60 * lgv. Ak nt h z v, genel olarak hacim ak m katsay s ndan geometrik kesite bölünmek suretiyle elde edilir. Bu, hacim ak m katsay s ndan ak nt kesitine bölünmek suretiyle tam olarak hesaplanmak zorundad r. Ancak ak nt kesiti, ak nt n n kötü olmas durumunda ak nt n n çözülmesi netice- 20 TES SAT MÜHEND SL DERG S, Say 92, 2006

5 sinde geometrik kesitten çok daha düflük olabilir. Bunun sonucu da, bu türden durumlarda ak nt h z - n n ve bununla birlikte de ak nt gürültüsünün hesaplamayla karfl laflt r ld nda çok daha yüksek ç kmas d r. Son derece kötü monte edilmifl tertibatlarda ise kaç n lmaz olarak kusurlara neden olur. 4 numaral resimde ak nt kalitesi çok kötü olan bir ses emicisi örne i gösterilmifltir. Bu türden durumlar baca kanal ndan gelen hava kanallar n n her bir kata da- t lmas s ras nda da görülür. Bunun nedeni ço u zaman asma tavanda yaflanan yer darl d r. Ak nt, çok büyük olan delik aç s n takip edemedi inden 4 numaral resimde gösterilen ses emicinin yaln zca alt k sm na ulaflabilmektedir. Böylece de hesaplamalarla karfl laflt r ld nda neredeyse iki kat büyüklü ünde ak nt h z ortaya ç kar. Yukar da ak nt gürültüsü ile ak nt h z aras nda söz konusu oldu u belirtilen iliflkiye göre ak nt h z n n iki kat na ç kmas ak nt gürültüsünün 18 (!) db yükselmesine neden olur. Ak nt gürültüsünün artmas n n yan s ra ses emicisinin dayan kl l na da dikkat edilmelidir. Ak nt - n n kötü olmas na ba l olarak ak nt h z n n saniyede 20 metreyi aflmas, ses emici kulislerinin yavafl yavafl tahrip olmas na neden olur. Normal absorpsiyon kulisleri kural olarak yaln zca saniyede 20 metrelik bir ak nt h z na kadar afl nmaya dayan kl d r. Bu gibi durumlarda absorpsiyon kulislerinin parçalar n n kulisleri takip eden hava kanallar nda bulunmas na flaflmamak gerekir. Telefoni Sesi Emilimi Birbirine bitiflik iki mekandaki telefoni sesi emilimi (ses bas nç seviyesi fark ) L 1 -L 2, VDI 2081 K s m 1 uyar nca hesaplan r. Hesaplama genel kabul görmüfltür. Gene de geçmiflte, bu flekilde hesaplanm fl bulunan telefoni sesi emiliminin yeterince büyük olup olmad konusunda belirsizlikler yaflanm flt r. Bu nedenle VDI 2081 K s m 2 de gerekli telefoni sesi emilimi hakk nda görüfl bildirilmifltir. Bu görüfller, DIN 4109 daki bir talepten do makta olup, bu norma göre hava kanallar üzerinden ses aktar m, ay r c duvar üzerinden ses emilimi azalmayacak flekilde söndürülmelidir. Bu talebi karfl lamak üzere Hz oktavlarda hava kanallar üzerinden ses bas nç seviyesi fark L 1 -L 2, her birinde, duvar üzerinden gelenlerden en az 10 db daha yüksek olmal d r. Böylelikle gerekli telefoni sesi emilimi için afla daki koflul ortaya ç kar: s L1- L3 R' - 10 *lg + 10 db,ort. A S= Ay r c duvar yüzeyi R = Ay r c duvar n oktav ses emilim ölçüsü A 3 = Karfl lama odas nda eflde er absorpsiyon yüzeyi 3 Oktav ses emilim ölçüsü bilinmiyor, yaln zca duvar n derlendirilmifl ses emilim ölçüsü R W biliniyorsa, yaklafl k olarak oktav ses emilim ölçüsü DIN EN ISO 717 K s m 1 deki referans e rinin yard m yla afla daki de erlendirilmifl ses emilim ölçüsünden yola ç k larak hesaplanabilir: R (125 Hz) = R W - 16 db R (250 Hz) = R W - 7 db R (500 Hz) = R W R (1000 Hz) = R W + 3 db R (2000 Hz) = R W + 4 db Resim 3: Kulis ses emicilerde ekleme emilimi ölçüsü için s n r de erler Sonuç RLT tesisinin her bir bilefleninin gürültü üretimi ve ses seviyesi azalt m, VDI 2081 K s m 1 de yay nlanm fl bulunan denklemin yard m yla hesaplanabilir. Eksiksiz bir akustik tesis hesaplamas TES SAT MÜHEND SL DERG S, Say 92,

6 Tablo 2: Sa lama De erleri [Hz] cinsinden [db] cinsinden sa lama oktav frekans de eri K A yapabilmek için her bir sonuç y l m yöntemi flemas na aktar l r. VDI 2081 K s m 2 de uygulanm fl bulunan y l m yönteminin yard m yla gerekli ses emiciler de tasarlanabilir. Kusursuz bir tesis elde edebilmek için, ayr ca planlama s ras nda olas Resim 4: Ak nt kalitesi çok kötü bir ses emicisi örne i hata kaynaklar da dikkate al nmal d r. Ses emiciler aç s ndan bak ld nda bunlar özellikle de monte edilmifl halde iken s n rl ekleme emilimi ve kötü kalitede bir ak nt d r. Sonuç olarak VDI 2081 K s m 2 de, flimdiye kadar çözümü bilinmeyen telefoni sesi emilimi sorununa bir yan t verilmektedir. 22 TES SAT MÜHEND SL DERG S, Say 92, 2006