İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ KONFOR KLİMASI UYGULANAN HACİMDE HIZ VE SICAKLIK DAĞILIMININ İNCELENMESİ

Transkript

1 İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ KONFOR KLİMASI UYGULANAN HACİMDE HIZ VE SICAKLIK DAĞILIMININ İNCELENMESİ YÜKSEK LİSANS TEZİ Mak. Müh. Hacı Çağrı ESER Anabilim Dalı : MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ Prgramı : ISI-AKIŞKAN HAZİRAN 26

2 İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ KONFOR KLİMASI UYGULANAN HACİMDE HIZ VE SICAKLIK DAĞILIMININ İNCELENMESİ YÜKSEK LİSANS TEZİ Mak. Müh. Hacı Çağrı ESER (5334) Tezin Enstitüye Verildiği Tarih : 8 Mayıs 26 Tezin Savunulduğu Tarih : 2 Haziran 26 Tez Danışmanı : Diğer Jüri Üyeleri Y. Dç. Dr. Erhan BÖKE Y. Dç. Dr. Ekrem TÜFEKÇİ Y. Dç. Dr. Murat ÇAKAN HAZİRAN 26

3 ÖNSÖZ Günümüzde insanların çğu yaşamlarının büyük bir kısmını çalışma rtamı ve özellikle fis dalarında geçirdiklerinden, çalışma rtamları yaşam kalitesinde önemli bir yer teşkil etmektedir. Bu sebeple, minimum enerji kullanımı ile knfrlu bir çalışma rtamının luşturulmasının önemi gün geçtikçe artmaktadır. Knfr şartları luşturulurken de daya beslenen taze havanın miktarı ve dağıtım sistemi da içersindeki dağılımı belirleyen unsurlar larak öne çıkmaktadır. Literatürde kapalı hacimlerdeki hava hareketlerinin belirlenmesi ile ilgili yapılmış bir çk çalışma bulunmaktadır. Bu çalışmalar; gerçek da byutlarında deneysel, sayısal ve mdel çalışmaları larak yapılmıştır. Bu çalışmada, kapalı bir fis hacmi içersinde hava dağılımı çeşitli parametreler yardımıyla incelenmiştir. Bu incelemeler hem sayısal çözüm hem de fiziksel mdel üzerinden elde edilen deney verileriyle yapılmıştır. Bu tip bir çalışmanın knu ile ilgilenenlere faydalı lmasını diliyrum. Bu tez çalışmasıyla birlikte kapalı hacimlerde hava dağılım karakteristiklerinin elde edilen çözümlerden ve karşılaştırmalardan anlaşıldığı gibi, pek çk parametreye bağlı lduğunu ve bu knunun ldukça geniş ve araştırmaya açık lduğunu öğrendim. Bu knularda daha fazla araştırma yapılmasının ve farklı hacimler için uygun havalandırma sistemlerinin geliştirilmesinin kesin çözümler elde edilmesine ve bahsedilen parametrelerin etkilerini daha detaylı görebilmesine faydalı ve gerekli lduğu kanısındayım. Beni bu knuda çalışmaya sevk eden, bilgi ve tecrübeleriyle bana yl gösteren değerli hcam Sayın Y. Dç. Dr. Erhan BÖKE ye teşekkürlerimi sunarım. Deney düzeneğinin luşturulmasında değerli katkılarından dlayı Isı Tekniği Labratuarı teknisyenleri Niyazi GÜVEN ve Mehmet KUMCU ya, desteklerinden ötürü Fazlı ŞAHİN şahsında tüm TÜMAŞ çalışanlarına ve aileme teşekkürü brç bilirim. Mayıs 26 Mak. Müh. Hacı Çağrı ESER ii

4 İÇİNDEKİLER ÖNSÖZ KISALTMALAR TABLO LİSTESİ ŞEKİL LİSTESİ SEMBOL LİSTESİ ÖZET SUMMARY ii v vi vii ix xi xii. GİRİŞ 2. LİTERATÜR ARAŞTIRMASI Odalarda Hava Akışı Hava Jeti 2 3. MAHAL İÇİNDEKİ HAVA HAREKETLERİ Menfezlerin Görevleri Hava Dağılımında Öneme Sahip Başlıca Etkenler İç rtam havasının hızı Basma havasının sıcaklığı ve dikey yöndeki sıcaklık farkı Emme ve basma menfezlerinin knumu 2 4. İÇ HAVA KALİTESİ Hasta Bina Sendrmu Hasta bina sendrmu göstergeleri Bina bağlantılı hastalık göstergeleri İç Hava Kalitesini Bzan Hasta Bina Sendrmunun Nedenleri İç Hava Kalitesinin Geliştirilmesi İçin Yöntemler HAVALANDIRMA SİSTEMİNDE KONFOR ŞARTLARI Havalandırma Miktarları Değerlendirme Yöntemleri Yeterli şartlar için standartlar Hava yayılım perfrmansı indeksi 3 6. MODEL ÇALIŞMASININ ESASLARI Mdel İncelemeleri İçin Parametreler 32 iii

5 6... Gemetrik benzerlik Kinematik benzerlik Isıl benzerlik Sınır şartları Küçük Ölçekli Mdelleme HAVALANDIRILAN KAPALI HACMİN TANIMI SAYISAL ÇÖZÜM CFD Yönteminin Dğrulanması Ofis Hacminin Oluşturulması Ofis Hacminin CFD Mdellenmesi Mdeller Çözüm yöntemi Malzeme özellikleri ve sınır şartları DENEY TESİSATI Deney Tesisatı Deney Yöntemi 52. SONUÇLAR ve TARTIŞMA 54.. Sğuk Akış İçin Deney Snuçlarının CFD Çözümleriyle Karşılaştırılması Sğuk Akışta Üfleme Açıklığı Knumunun Hava Dağılımına Etkisi Sıcak Akış İçin Deney Snuçlarının CFD Çözümleriyle Karşılaştırılması Sıcak Akışta Üfleme Açıklığı Knumunun Sıcaklık Dağılımına Etkisi 7.5. Snuç 72 KAYNAKLAR 74 ÖZGEÇMİŞ 75 iv

6 KISALTMALAR ASHRAE CFD HVAC HYPİ SIMPLE : American Sciety f Heating Refrigeratin and Air Cnditining Engineers : Cmputatinal Fluid Dynamics : Heating, Ventilating and Air Cnditining : Hava Yayılım Perfrmansı İndeksi : Semi-Implicit Methd fr the Pressure Linked Equatins v

7 TABLO LİSTESİ Sayfa N Tabl 3.. Mekan İçi Hava Hızlarının Bireyler Üzerindeki Etkileri... 8 Tabl 5.. Ticari tesisler için (fisler, dükkanlar, deplar, teller, spr tesisleri) tavsiye edilen dış hava miktarları Tabl 5.2. Tavsiye edilen saatteki hava değişim sayıları Tabl 7.. Kapalı hacmin prttip ve fiziksel mdel byutları (S=3 için) Tabl 7.2. Üfleme açıklığı için ele alınan değerler (S=3 için) Tabl 9.. Deneyi yapılan fiziksel mdel byutları Tabl.. FLUENT çözümünde sınır şartları vi

8 ŞEKİL LİSTESİ Şekil 2. Şekil 2.2 Şekil 2.3 Şekil 2.4 Şekil 2.5 Şekil 2.6 Şekil 2.7 Şekil 2.8 Şekil 2.9 Şekil 3. Şekil 3.2 Şekil 3.3 : Sğuk hava jetinin merkezinden geçen düşey düzlemdeki ölçülen ve tahmini hız vektörleri ve knturlarının karşılaştırılması... : Tahmini ve ölçülen hız prfillerinin karşılaştırılması... : Kuas ve Başkaya nın araştırdıkları danın şematik görünümü... : A grubu besleme ağzı çıkışlarının hava hareketleri... : B grubu besleme ağzı çıkışlarının hava hareketleri... : C grubu besleme ağzı çıkışlarının hava hareketleri... : D grubu besleme ağzı çıkışlarının hava hareketleri... : E grubu besleme ağzı çıkışlarının hava hareketleri... : Tahmini ve ölçülen hız prfilleri... : Bir hacim içersinde deplasmanlı akış... : Bir hacim içersinde karışmalı akış... : Ortalama hava hızının fnksiynu larak hşnutsuzluk duyanların yüzdesi... Şekil 3.4 : Baş ile tpuklar arasındaki sıcaklık farkının fnksiynu larak hşnutsuzluk duyanların yüzdesi... Şekil 5. : Hava şartlandırılması yapılmış bir rtamda, hava cereyanına göre hşnut lmayan insanların yüzdesi... Şekil 7. : Kapalı hacme ait temel byutlar... Şekil 8. : Kapalı hacmin ağ tabakasının perspektif görünüşü... Şekil 8.2 : GAMBİT 2. prgramında tanımlanan sınır şartlar... Şekil 9. : Deney amaçlı kullanılan kapalı hacim... Şekil 9.2 : Sıcak tel anemmetreleri... Şekil 9.3 : m/s hızları için kalibrasyn eğrisi... Şekil 9.4 : Deney hacmi içindeki hız ölçüm nktaları... Şekil. : Deney hacmindeki hız ölçüm çizgileri... Şekil.2 : h=2 cm ve z= cm için çizgi-a deki hız prfilleri... Şekil.3 : h=2 cm ve z= cm için çizgi-a2 deki hız prfilleri... Şekil.4 : h=2 cm ve z= cm için çizgi-a3 deki hız prfilleri... Şekil.5 : h=2 cm ve z= cm için çizgi-a4 deki hız prfilleri... Şekil.6 : h=2 cm ve z= cm için çizgi-a5 deki hız prfilleri... Şekil.7 : h=2 cm ve z= cm için çizgi-a6 daki hız prfilleri... Şekil.8 : h=2 cm ve z= cm için çizgi-a7 deki hız prfilleri... Şekil.9 : h=2 cm ve z= cm için çizgi-b2 deki hız prfilleri... Şekil. : h=2 cm ve z= cm için çizgi-b3 deki hız prfilleri... Şekil. : h=2 cm ve z= cm için çizgi-b7 deki hız prfilleri... Şekil.2 : h=2 cm ve z= cm için çizgi-c3 deki hız prfilleri... Şekil.3 : h=2 cm ve z= cm için çizgi-c4 deki hız prfilleri... Şekil.4 : h=2 cm ve z= cm için çizgi-c5 deki hız prfilleri... Şekil.5 : h=2 cm ve z=25 cm için çizgi-b deki hız prfilleri... vii Sayfa N

9 Şekil.6 : h=2 cm ve z=25 cm için çizgi-b2 deki hız prfilleri Şekil.7 : h=2 cm ve z=25 cm için çizgi-b3 deki hız prfilleri Şekil.8 : h=2 cm ve z=25 cm için çizgi-b4 deki hız prfilleri Şekil.9 : h=2 cm ve z=25 cm için çizgi-b5 deki hız prfilleri... 6 Şekil.2 : h=2 cm ve z=25 cm için çizgi-b6 daki hız prfilleri... 6 Şekil.2 : h=2 cm ve z=25 cm için çizgi-b7 deki hız prfilleri... 6 Şekil.22 : h=2 cm ve z=25 cm için çizgi-a2 deki hız prfilleri... 6 Şekil.23 : h=2 cm ve z=25 cm için çizgi-a4 deki hız prfilleri... 6 Şekil.24 : h=2 cm ve z=25 cm için çizgi-a7 deki hız prfilleri... 6 Şekil.25 : h=2 cm ve z=25 cm için çizgi-c2 deki hız prfilleri... 6 Şekil.26 : h=2 cm ve z=25 cm için çizgi-c4 deki hız prfilleri Şekil.27 : h=2 cm ve z=25 cm için çizgi-c5 deki hız prfilleri Şekil.28 : h=2cm için mdelde üfleme dğrultusunda (x) hız knturları Şekil.29 : h=2 cm ve z= cm için çizgi-a6 daki sğuk ve sıcak akış hız prfilleri Şekil.3 : h=2 cm ve z= cm için çizgi-c3 deki sğuk ve sıcak akış hız prfilleri Şekil.3 : h=2 cm ve z=25 cm için çizgi-b3 deki sğuk ve sıcak akış hız prfilleri Şekil.32 : h=2 cm ve z=25 cm için çizgi-c5 deki sğuk ve sıcak akış hız prfilleri Şekil.33 : h=2 cm ve z= cm için çizgi-a deki sıcaklık prfilleri Şekil.34 : h=2 cm ve z= cm için çizgi-a2 deki hız prfilleri Şekil.35 : h=2 cm ve z= cm için çizgi-a3 deki hız prfilleri Şekil.36 : h=2 cm ve z= cm için çizgi-a4 deki hız prfilleri Şekil.37 : h=2 cm ve z= cm için çizgi-a5 deki hız prfilleri Şekil.38 : h=2 cm ve z= cm için çizgi-a6 deki hız prfilleri Şekil.39 : h=2 cm ve z= cm için çizgi-c deki hız prfilleri Şekil.4 : h=2 cm ve z= cm için çizgi-c2 deki hız prfilleri Şekil.4 : h=2 cm ve z= cm için çizgi-c3 deki hız prfilleri Şekil.42 : h=2 cm ve z=25 cm için çizgi-b deki hız prfilleri Şekil.43 : h=2 cm ve z=25 cm için çizgi-b2 deki hız prfilleri Şekil.44 : h=2 cm ve z=25 cm için çizgi-b3 deki hız prfilleri Şekil.45 : h=2 cm için mdelde üfleme dğrultusunda (x) sıcaklık knturları 7,7 viii

10 SEMBOL LİSTESİ Ar : Archimedes sayısı b : Kanal ekseninin duvar eksenine mesafesi B : Kapalı hacmin eni C ij : Matris katsayıları C p : Sabit basınçtaki özgül ısı C μ : Disipasyn katsayısı D h : Odanın hidrlik çapı g : Yerçekimi ivmesi Gr : Grasshf sayısı h : Kanal üst kenarının da tavanına mesafesi H : Kapalı hacmin yüksekliği I u : Türbülans şiddeti k : Türbülansın kinetik enerjisi K : Tplam ısı geçiş katsayısı l : Karışım uzunluğu L : Kapalı hacmin byu p : Basınç Pe : Peclet sayısı r : Yarıçap vektörü Re : Reynlds sayısı S : Ölçek faktörü T : Sıcaklık, Dönüşüm matrisi Q : Isı transferi q : Isı akısı A : Yüzey alanı T c : Salnun rtalama kuru termmetre sıcaklığı T x : Havanın yerel kuru termmetre sıcaklığı u : Akışkanın rtalama hızı u : Akışkanın çalkantı hızı U : Akışkanın hızı U r : Eşdeğer da hızı V : Taze hava debisi V x : Yerel hava hızı x : Karakteristik uzunluk x, y, z : Kartezyen krdinatlar β : Hacimsel genleşme katsayısı ε : Türbülansın disipasynu : Kısmi türev peratörü δ ij : Krnecker delta ΔT : Sıcaklık farkı λ : Isıl iletkenlik katsayısı ν : Kinematik viskzite θ : Etkin hava cereyanı sıcaklığı ρ : Yğunluk μ τ : Türbülans viskzitesi Γ t : Türbülans difüzyn katsayısı : Türbülansın Prandtl (Schmidt) sayısı σ t ix

11 İNDİSLER i : i bileşeni j : j bileşeni m : Fiziksel mdel : Üfleme tarafı p : Prttip r : Referans * : Byutsuz t : Tplam c : Kndüksiyn v : Knveksiyn r : Radyasyn x

12 KONFOR KLİMASI UYGULANAN HACİMDE HIZ VE SICAKLIK DAĞILIMININ İNCELENMESİ ÖZET Havalandırma, kapalı bir hacimdeki havanın değiştirilmesi işlemidir. Bir havalandırma ve iklimlendirme sistemi ancak tanımlanmış varsayımlar altında talep edilen iç rtam havasını sağlamak için tasarlanır. Kapalı hacmin havalandırma miktarı, hacmin kullanım amacına göre değişmekte ve aynı zamanda knfr şartlarını da içermektedir. Bu çalışmada; fis hacim için cebri havalandırma durumu incelenmektedir. Sürekli şartlardaki üç byutlu kütlenin krunumu, türbülanslı mmentum, türbülanslı enerji, türbülans kinetik enerjisi ve türbülans kinetik enerjisinin yayınım ranı denklemleri, tanımlanan sınır şartlarıyla birlikte sayısal akışkanlar dinamiği (SAD) kullanılarak çözülmüştür. Snlu hacimler yönteminin esas alındığı bir akış analiz prgramı kullanılmasının yanı sıra kurulan deney düzeneğiyle, kapalı fis hacmi için da içersinde luşan hava hareketleri ve sıcaklık dağılımları incelenmektedir. Gerçek byutlarda deney yapmanın gerek zaman gerekse ölçüm zrluğu açısından yaratacağı dezavantajlar nedeniyle deney tesisatı gerçek byutlarındaki fis dasının ölçek faktörü larak 3 alınan bir fiziksel mdeli larak kurulmuştur. Hava değişim sayısı 5 alınarak, sıcak tel anemmetresiyle yapılan hız ölçümleri, da içersinde genelde. m/s nin altında luştuğu için sağlıklı ölçümler çk kısıtlı alanda yapılabilmiştir. Sayısal çözüm larak, deneyi yapılan mdellerin yanı sıra daha farklı üfleme açıklığı knumları ve sıcak üfleme durumu, FLUENT 6. adlı CFD prgramıyla incelenmektedir. Snuçlar, daların çeşitli kesitlerinde hız prfilleri ve hız knturları ile gösterilmiş ve insanların knfrlu lup lmadığı irdelenmiştir. Fiziksel benzerlik, eşsıcaklıklı ve eşsıcaklı lmayan da içersindeki hava hareketlerinin incelenmesinde kullanılan Archimedes sayısının eşitliğiyle sağlanmıştır. Birbirinin benzeri lan fiziksel mdele ait belli çizgiler byunca elde edilen hız prfilleri, dada yaşanılan bölge larak kabul edilen döşemeden.8 m yüksekliğe kadar lan mesafedeki hızlar düşük seviyededir. Ayrıca, aynı Ar sayısında da içersinde benzer hava dağılımları elde edilmiştir. xi

13 INVESTIGATION ON VELOCITY AND TEMPERATURE DISTRIBUTION OF A VENTILATED ROOM SUMMARY Ventilatin is the displacement f the air in a clsed space. Ventilatin r aircnditining system is designed nly t satisfy desired indr space under defined predictins. Ventilatin quantity f the clsed space is dependent n the way it is used and it cntains the cmfrt cnditins. The frced ventilatin f an ffice space was investigated in this study. Under steady cnditins the three-dimensinal equatins f cnservatin f mass, mmentum, energy, turbulent kinetic energy and its dissipatin rate were slved under defined bundary cnditins using cmputatinal fluid dynamics (CFD). Besides using a flw analysis prgram, which is based n finite vlume methd, the air and temperature distributin in a clsed ffice vlume is investigated by experiments. Because f measuring and time-cnsuming difficulties, the experimental sets up were designed as a physical mdel by selecting the scale factr as 3. Reliable measurements with ht wire anemmeter culd nly be achieved in limited area fr the air change rate as 5 because; the air velcities were belw. m/s in the measured part f the vlume. The isthermal and nn-isthermal flw cases fr the physical mdel were investigated by using the CFD prgram named FLUENT 6., by varying the lcatin f the supply air pening. Numerical mdeling fr the experimental cnditins f the physical mdel was als made. Results were presented in the frm f velcity prfiles and velcity cnturs and cmfrt cnditins f the persn were investigated. Physical similarity was achieved by the equality f Archimedes number, which was used in determining the isthermal and nn-isthermal airflw in clsed spaces. It was seen that the air velcity prfiles f physical mdel thrugh the ccupied zne, which is described as the distance f.8 m frm the flr, the velcities, are lw level. Besides these, the same air distributin patterns were btained fr bth physical mdel and prttype fr the same Archimedes (Ar) as expectedly. xii

14 . GİRİŞ Havalandırma, kullanılmış havanın, yeni ve temiz hava ile değiştirilmesi larak ifade edilebilir. Dikkat edilirse insan ömrünün büyük çğunluğunun kapalı hacimlerde geçtiği görülür. Bu hacimlerde knfr şartlarının sağlanması ve krunması için yapılacak en akıllı işlem havalandırmadır. Havalandırma tesisinin luşturulmasında ana veri iç rtam havasını sağlayan havalandırma miktarıdır. Bu hava miktarının belirlenmesi, insanların temiz hava ihtiyacı, belirli kirleticilerin derişiklik seviyelerinin limit değerler altında tutulması, basınç kntrlü ve sıcaklık kntrlü gibi bazı temel kriterlerden biri veya birkaçı esas alınarak yapılır. Bu kriterler esas alınırken, kapalı hacimdeki insan sayısı (m 2 döşeme alanı için), insanların sigara içiyr veya içmiyr lması, kapalı hacimdeki cihazlar, insanların aktiviteleri ve elde edilebilir taze hava kalitesi gibi bilgiler de göz önünde bulundurulur []. İnsanların yaşamlarında çalışma rtamları ve özellikle fis daları, yaşam kalitesinde önemli bir yer teşkil etmektedir. Bu sebeple, minimum enerji kullanımı ile knfrlu bir çevre luşturma, hem yapı tasarımcılarının hem de yapıyı kullananların amacıdır. Geçmiş dönemlerde enerji maliyetleri sistemin tasarımında önemli bir belirleyici parametre luştururken, günümüzde ise enerji maliyetleri yanında, iç hava kalitesinin önemi de gerek ısıl knfr gerekse sağlık açısından giderek artmış, birinci prensiple çatışan ikinci bir belirleyici parametre haline gelmiştir. Minimum enerji tüketimiyle kabul edilebilir bir iç hava kalitesine ulaşabilmek için farklı standartlar değişik rakamlar verebilmektedir. Bu knuda Türk Standartları yeterli derinlikte ve detayda lmadıklarından belirleyici değildir. Esas larak alınan ASHRAE, kişi başına düşen dış hava miktarını bir standarda bağlamıştır. ASHRAE Standart 62 ye göre, eğer dış hava kalitesi yeterli ise, belirtilen miktarlarda dış hava söz knusu hacimlere temin ediliyrsa, istenilen iç hava kalitesi elde edilir. Bu dış hava miktarları kişi başına L/s şeklinde verilmektedir. Ayrıca, Avrupa tarafından çeşitli hacimler için saatteki hava değişim sayısı şeklinde veriler mevcuttur. Ancak söz knusu havalandırma değerleri

15 halen tartışılmakta lan değerlerdir. Yeterli havalandırmayı, kaynaktan bağımsız larak, her kşul için geçerli genel değerlerle temin etmek mümkün değildir [2]. Havalandırma amacıyla daya beslenen havanın, da içersinde de farklı uçlarda iki tipik hareketi söz knusudur. Bunları deplasmanlı (yer değiştirmeli) hareket ve karışım (difüzyn) hareketi larak isimlendirmek mümkündür. Deplasmanlı akışta daya beslenen hava bir pistn gibi hareket eder ve ideal durumda hiçbir karışım meydana gelmeden dayı süpürerek diğer uçtan hacmi terkeder. Karışmalı havalandırma ise knfr havalandırmasında tercih edilen bir yöntem lup, bu yöntemde daya üflenen hava, geniş hacme sahip rtam havasını etkiler ve bir karışım luşur. Snuç larak dadan ilerilere giderken hava akımının hacmi artar ve aynı zamanda hızı azalmaya başlar. Kısa zamanda, hava akımının luşturduğu hava hareketleri da içindeki havanın tamamını karıştırır ve dadaki havayı seyreltir [2]. Havalandırma sisteminin byutlandırılması yapılırken knfr açısından göz önünde bulundurulacak en önemli kriterlerden biri, mahal içindeki hava hızlarının bireyleri rahatsız edici değerlere çıkmamasıdır. Bu hız hava sıcaklığına bağlı larak.2 ile.3 m/s arasında değişir [4]. Bir diğer knfr şartı ise da içersinde dikey yöndeki hava sıcaklığı farkıdır. İnsanın başı ile ayak bilekleri arasında (turan bir insan için döşeme seviyesinden itibaren. ve. m) dikey yöndeki hava sıcaklık farkının artması, knfrdan memnun lmayan insanların yüzdesini arttırmaktadır []. Oda içersine taze havanın verilişi ve dağılışı, da içi çevreyi belirlemede çk önemli bir rl ynadığından dlayı, işgal edilen alandaki hava akışının dğru larak tahmin edilmesi, danın birebir veya küçültülmüş fiziksel mdelleri içinde hız ve sıcaklık ölçümleriyle yapılmaktadır. Sayısal akışkanlar dinamiği (CFD), yetmişli yıllardan beri da hava hareketinin tahmini ve da içi ısıl knfrun değerlendirilmesi için güvenilir bir araç larak kullanılmıştır. Dlayısıyla hava hareketlerinin sayısal çözüm snuçları ısıl knfr, hava kalitesi ve sistem maliyeti açısından sistem tasarımcısına dizayn öncesi değişik seçenekler sunmaktadır. Sn zamanlarda yaygın bir kullanıma sahip lsa da mdel çalışmalarından elde edilen deney verileri hala hava dağıtım sistemlerinin tasarımında en güvenilir kaynak lmaktadır [5]. Sunulan çalışmanın amacı; fis amaçlı kullanılan bir dadaki karakteristik hava hareketlerinin incelenmesidir. Bunun için hava giriş/çıkış kanalı yerleşimi yani 2

16 menfezlerin knumu değişken larak seçilmiş ve buna bağlı larak menfez knumlarının etkileri tespit edilmiştir. Oda hava hareketi karakteristiklerinin belirlenmesi için literatür çalışmalarında kullanılan da byutlarına benzer byutlarda bir fis dası tasarlanarak, üfleme ve egzz menfezleri karşılıklı duvarlarda, üfleme üstte egzz altta lacak şekilde yerleştirilmiştir. CFD mdellemenin daha basit lması açısından menfez yerine, tam açıklıklardan üfleme ve egzz yapılmıştır. Prttip da için Bölüm 5 te esasları anlatılan uygun havalandırma miktarının ve daya hava üfleme hızının seçilmesiyle byutlar sn haline getirilmiştir. Gerçek byutlarda deneysel çalışmak hem daha fazla zaman hem de daha fazla nktada ölçüm alınmasını gerektireceğinden, sistemin ölçek faktörünün 3 larak alınarak belirlenen yeni byutlarda bir fiziksel mdel luşturulmuştur. Bu benzerlik kurulurken Archimedes (Ar) sayısının eşitliği göz önünde bulundurulmuştur. Sayısal çalışmada, gerçek byuttaki ve küçültülmüş mdele ait farklı üfleme menfezi knumları için hacimler yaklaşık 6 adet hücreye ayrılarak ele alınmıştır. Daha snra sürekli şartlardaki kütlenin krunumu, türbülanslı mmentum, türbülanslı enerji, türbülans kinetik enerjisi ve türbülans kinetik enerji yayınım ranı denklemleri kullanarak çözümler elde edilmiştir. Ayrıca, bir duvardan ısı kaybedildiğini farzederek, bu kaybı karşılayacak sıcak hava daya üflenerek da içersindeki sıcaklık dağlımı mdel için incelenmektedir. Deney çalışmasında ise gemetrik benzerlik ilkesine göre.5 x x m 3 ebatlarında luşturulan mdel içersine taze hava sğuk ve sıcak akış için ayrı ayrı, bir aksiyal fan yardımıyla.44 m/s hızda üflenmiş, sıcak tel anemmetresi ile hız ölçümleri yapılmıştır. Hava jeti civarında daha yüksek hızların bulunması, bu bölgelerde daha iyi hız ölçümleri yapmaya imkan sağlarken, danın diğer kısımlarında luşan düşük hız değerleri snucu hız ölçümleri sağlıklı bir şekilde yapılamamıştır. Elde edilen deneysel ve sayısal çözümlerde fiziksel mdele ait belli çizgiler byunca elde edilen hız prfilleri, dada yaşanılan bölge larak kabul edilen döşemeden.8 m yüksekliğe kadar lan mesafede düşük hızlar etkin iken hava jeti mesafesinde yüksek hızlar etkin lmuştur. Ayrıca, aynı Ar sayısında da içersinde benzer hava dağılımları elde edilmiştir. 3

17 2. LİTERATÜR ARAŞTIRMASI Sn birkaç yıl içersinde, havalandırılan mahallerde hava hareketlerini belirleyebilmek amacıyla CFD prgramlarının geliştirilmesi için büyük bir ilgi luşmuş ve önem kazanmıştır. Bu CFD prgramlarının çğu Navier-Stkes denklemleri, kütlenin, enerjinin ve mmentumun krunumu denklemleri ile aynı zamanda türbülans kinetik enerjisine ve türbülans kinetik enerjisi yayınım ranlarına ait denklemlerin çözüm esasına dayanmaktadır. 2 ve 3 byutlu larak çözülen bu denklemler, binalardaki jetlerin yayılmasından, yangın ve duman yayılmasına kadar birçk akış prblemine uygulanmaktadır [5]. Kapalı alanlardaki hava dağılımı kntrlünün artmasıyla birlikte bu knuda yapılan çalışmalar da artmıştır. Literatürde kapalı alanlardaki hava akışının belirlenmesine dair gerek deneysel gerekse sayısal önemli bazı çalışmalar aşağıda sunulmuştur: 2. Odalarda Hava Akışı Patankar ve Spalding tarafından geliştirilen SIMPLE algritmasının da hava hareketlerine uygulandığı kayıtlara geçmiş en eski uygulamalarından biri Hjerter ve Magnussen in çalışmalarıdır. Hjerter ve Magnussen hız bileşenleri u,v, ve w için snlu hacimler yöntemini kullanarak enerji, türbülans enerjisi (k) ve türbülans yayınım ranına (ε) ait üç byutlu taşınım denklemlerini çözdüler. Bu çözümü, 5.6 m byunda, 2.9 m genişliğinde ve 2.4 m yüksekliğinde lan ve hava jeti 243 mm x 35 mm ebatlarında 2.9 m x 2.4 m lik duvarın tavan hizasındaki dikdörtgen açıklıktan yllanıp, tavana yerleştirilen yakın iki nktadan egzz edilen bir dada hız ve sıcaklık dağılımlarının elde edilmesinde uygulamışlardır. Bu çalışmada hem eşsıcaklıklı hem de eşsıcaklıklı lmayan (sğutma) akışlar incelenmiştir. İkinci durumda döşemenin ve uzak duvarın bir kısmı ısıtılmıştır. Şekil 2. de üfleme açıklığının simetri düzleminden elde edilen tahmini ve deneysel veriler çizilmiştir. Burada, üflenen hava da sıcaklığının K altında, üfleme hızı 2.42 m/s lup bu değerler altında açıklığın hidrlik çapı esas alınarak Re sayısı 9 8 ve Ar (Archimedes) sayısı.38 lmaktadır. Görüldüğü üzere jetin tavan ayrılma nktası 4

18 iyi tahmin edilmiştir fakat jetin alt kısımlara giriş kısmındaki hızlar ölçülen değerlerden daha yüksek çıkmıştır. Fakat, eşsıcaklıklı çözüme ait tahmini değerler deneylerle elde edilen snuçlara daha yakın snuçlar vermiştir [5]. Isıtılan yüzeyler Şekil 2. Sğuk hava jetinin merkezinden geçen düşey düzlemdeki ölçülen ve tahmini hız vektörleri ve knturlarının karşılaştırılması. (a) ölçüm ve (b) tahmini Nielsen, SIMPLE algritması ve hibrid sayısal yöntemini içeren TEACH bilgisayar prgramını kullanarak hız bileşenleri, k ve ε a ait taşınım denklemlerini iki byutta çözmüştür. Bu çalışmanın amaçladığı iki şey vardı. Birincisi, havalandırılan kapalı mekanlardaki iki byutlu eşsıcaklıklı akışın tahminini sağlayan sayısal yöntemin dğruluğunu tayin etmek, ikincisi ise üç byutlu havalandırma prblemlerini iki byutta ifade edebilmekti mm kare kesitli (yüksekliği, H ve eni, B aynı değerde lup 89.3 mm) ve byu bu değerin üç katına eşit lan perspeksten yapılmış kapalı bir hacim luşturulmuş ve elde edilen tahmini değerler, deneyler snucu bulunan değerlerle karşılaştırılmıştır. Hava kapalı hacme 5 mm yüksekliğinde ve farklı iki 5

19 genişlikte lan tavana kmşu bir yarıktan üflenmiştir. İki genişlikten biri kapalı mekan genişliğinde, diğeri ise bu genişliğin yarısıdır. Egzz havası ise uzak duvarda döşeme hizasında bulunan duvar genişliğindeki yarıktan yapılmıştır. Hava hızları Lazer Dppler anemmetresi ile ölçülmüştür. Re (Reynlds) sayısı 5 ila arasında kullanılmıştır. Şekil 2.2 de 2/3 x L mesafede üfleme yarığının merkezi byunca x-y düzlemindeki hız prfillerinin ölçülen ve hesaplanan değerlerinin bir karşılaştırması yapılmıştır [6]. Şekil 2.2 Tahmini ve ölçülen hız prfillerinin karşılaştırılması. - tahmini : ölçülen, Fiziksel mdelde üç byutlu etkilerden dlayı ters akış bölgelerinde luşan farklılıklar dışında hızlar ldukça uygun çıkmıştır. Nielsen, ayrıca jet üfleme açısının değişiminin maksimum geri dönüş hızlarına etkisi ve yarık yüksekliğinin kapalı hacmin yüksekliğine ranının (h/h) maksimum ters hızlara etkisini bulmaya çalışmıştır. Gürkan KUAS ve Şenl BAŞKAYA nın yaptıkları çalışmada ise Şekil 2.3 de görülen içinde bir insan ve nesnelerin mevcut lduğu bir fis dası içine verilen sğutma havasının, hacim içindeki dlaşımı sayısal larak incelenmiştir. Sürekli şartlardaki üç byutlu kütlenin krunumu, türbülanslı mmentum, türbülanslı enerji, 6

20 türbülans kinetik enerjisi ve türbülans kinetik enerjisinin yayınım ranı denklemleri, tanımlanan sınır şartlarıyla birlikte sayısal akışkanlar dinamiği (CFD) kullanılarak çözülmüştür. Snuçlar, danın çeşitli kesitlerinde hız vektörleri ve sıcaklık knturları ile gösterilmiştir. Menfez knumları değiştirilerek hava hareketi incelenmiş ve insanın knfrlu lup lmadığı ile nesnelerin hava hareketine etkileri incelenmiştir [7]. Şekil 2.3 Araştırılan danın şematik görünümü Müllejans, Archimedes sayısının hava hareketine etkisini göstermek için gemetrik larak benzer üç tane da luşturmuştur [5]. L, H ve B harfleri sırasıyla test dalarının uzunluk, yükseklik ve genişliğini göstermek üzere; birebir ölçekte da byutu 4.75 m x 2.95 m x 2.88 m dir. Diğer iki test dasının ölçüleri ise ölçek faktörünün 3 ve 9 larak alınmasıyla bulunmuştur. Üfleme havası, daya duvarın üst kısmından dikdörtgen bir açıklıktan gönderilmiştir. Burada, da için denklem 2.a da tanımlanan Archimedes sayısı kullanılmıştır. gd ΔT h Ar = ; (2.a) 2 Tm U r D 2BH = h + ; ( B H) U r V = ; T m,5 ( T + Tw ) ( BH) = ; ΔT = Tw T (2.b) burada; D h (m) ile gösterilen büyüklük danın hidrlik çapını, U r (m/s) eşdeğer da hızını, T m ( C) rtalama da sıcaklığını, T ( C) üfleme havası sıcaklığını, T w ( C) ise ısıtılan duvar sıcaklığını göstermektedir. 7

21 Oda için Reynlds sayısı ise denklem 2.2 deki gibi verilmektedir. D hu r Re = (2.2) v ν (m 2 /s), havanın kinematik viskzitesini belirtmektedir. Müllejans ın deneylerinde danın ısı yükü, yüzeylerden birinin ısıtılması şeklinde yapılmakta ve bu yükü karşılamak üzere duvarın üst tarafında bulunan açıklıktan sğuk hava gönderilmektedir. Döşeme ve tavanın ısıtılma durumları için farklı deneyler yapılmıştır. Oluşturulan bu üç test dasından elde edilen hız ölçümleri ve duman akış tiplerinden elde edilen verilere göre, da içersinde aynı Ar sayılarında benzer hava dağılımına rastlanmıştır [5]. Chung ve Hsu nun çalışmalarında, iki giriş iki çıkış lmak üzere farklı knumlarda yerleştirilen yayıcılarda luşturulmuş farklı havalandırma yöntemlerinin havalandırma verimlerini araştırmışlardır. Öncelikle, hava akışını ve havalandırma perfrmansını görmek için sayısal simülasyn yapmışlardır. Daha snra, da havasının dağılımı ile hava kirleticilerinin dağılımına ait tam ölçekteki deney düzeneğinden elde edilen veriler, sayısal çözümü dğrulamak için kullanılmıştır. Deney yöntemi larak gaz izleme yöntemi kullanılmıştır. CO 2 miktarının azalmasından, test dasındaki hava debisi ve havalandırma verimi hesaplanmıştır. Farklı hava hızlarının kullanıldığı eşsıcaklıklı lan bu çalışmada, havalandırma verimi ile karakterize edilen üfleme ve egzz havası dağılımı belirlenmiştir. Snuçta, havalandırma veriminin, hava değişim sayısına kıyasla yayıcının yerleşiminden çk daha fazla etkilenebileceği belirlenmiştir [8]. Fanger ve Christensen yaptıkları çalışmada, uygulamada karşılaşılan hava hızlarına karşı insanların davranışını, verilen bir rtalama hava hızında cereyan hissedenlerin yüzdesel ranlarını bulmayı amaçlamışlardır. Bir başka çalışmalarında ise, çalkantı şiddetinin cereyan hissi üzerinde üzerindeki etkisini incelemişler, çalkantı şiddetinin cereyan hissi üzerindeki etkilerini göstermişlerdir []. Straub ve arkadaşları, tipik hava besleme ağızları ve bunların perfrmanslarını incelemiş ve hava besleme ağızlarını beş grupta tplamışlardır []. 8

22 A grubu: Havayı yatay larak veren tavana veya tavan yanına mnte edilmiş ağızlar Birincil hava X Tplam ve saln havası eş hız Durgun bölge X-X kesiti Jet prfili Plan X X-X kesiti X-X kesiti Serinletme Isıtma Yüksek yan duvar çıkış ağzı 4 Besleme ağzı 4-4 Kesiti Jet prfili Plan eşhız 4-4 Kesiti 4 Serinletme Tavan çıkış ağzı Durgun bölge 4-4 Kesiti Isıtma Şekil 2.4 A Grubu besleme ağzı çıkışlarının hava hareketleri B grubu: Açılmayan bir jet ile havayı düşey larak veren, döşemeye veya döşeme yanına mnte edilmiş ağızlar prfil Birincil hava m/s Eşhız Durgun bölge Serinletme Tplam saln h Durgun bölge Isıtma Döşemeye veya döşeme yanındaki çıkış ağzı, açılmayan düşey jet Şekil 2.5 B Grubu besleme ağzı çıkışlarının hava hareketleri 9

23 C grubu: Açılan bir jet ile havayı düşey larak veren, döşemeye veya döşeme yanına mnte edilmiş ağızlar Birincil hava Tplam ve saln havası Durgun bölge Eşhız Prfil Serinletme Durgun bölge Isıtma Döşemeye veya döşeme yanındaki çıkış ağzı, açılan düşey jet Şekil 2.6 C Grubu besleme ağzı çıkışlarının hava hareketleri D grubu: Havayı yatay larak veren döşemeye veya döşeme yanına mnte edilmiş ağızlar Birincil hava Tplam ve saln havası m/s eşhız Durgun bölge Prfil Döşemeye yakın plan Serinletme Isıtma Döşeme yakınındaki çıkış ağzı, yatay bşalma Şekil 2.7 D Grubu besleme ağzı çıkışlarının hava hareketleri E grubu: Birincil havayı düşey larak püskürten, tavan veya tavan yanına mnte edilmiş ağızlar Tplam ve saln havası Tavan Tavan Durgun bölge Isıtma Döşeme Serinletme Döşeme Şekil 2.8 E Grubu besleme ağzı çıkışlarının hava hareketleri

24 Tanımlanan bu beş grup besleme ağzındaki hava çıkışlarının saln içindeki hava hareketlerinin karakteristikleri Şekil 2.4 ile Şekil 2.8 arasında görülmektedir. Bu şekillerde dış duvarlar kalın çizgilerle belirtilmiştir. Buradaki gözlemlerden saln içinde hava yayılması ile ilgili aşağıdaki esaslar belirlenmiştir []. Bu şekillerde taranmamış zarflarla gösterilmiş lan, besleme ağızlarından çıkan birincil hava,.75m/s hızına kadar analitik larak hesaplanabilir. Isıtma veya sğutma yükünün, birincil havanın karakteristikleri üzerinde önemli etkisi vardır. Eğik çizgilerle taranmış zarflar şeklinde gösterilen tplam hava, birincil havadan etkilenir ve.75m/s değerinin altında lmamak üzere nispeten yüksek hızdadır, buradaki hava sıcaklığı ise genellikle saln sıcaklığından ±.5ºC farklıdır. Tplam hava çevreden de etkilenir. Serinletme işleminde aşağı dğru düşerken, ısıtma işleminde yukarı dğru yükselir. Bunlar için kesin analitik bir çözüm elde etmek zrdur. Dğal ısı taşınım akımları serinletme işleminde tavanın aşağısında, ısıtmada ise döşemenin yukarısında durgun bölgeler luşturur. Bundan dlayı buralarda hava hızları genellikle azdır. Bir dönüş ağzı, saln hava hareketinin sadece ağzın yakın çevresini etkiler. Ortamın serinletilmesi sırasında en sıcak havanın, rtamın ısıtılması sırasında en sğuk havanın geri dönebilmesi için giriş ağzı, durgun bölge içine yerleştirilmelidir. Taranmamış alanlarda, salndaki genel hava hareketi, tplam hava akımına dğru hafif bir sürüklenme şeklindedir. Saln şartları, saln havasının tplam hava akımına katılması ile krunur. Literatürde daha birçk hem deneysel hem de sayısal çalışmalar mevcuttur. Bunlardan kısaca bahsetmek gerekirse, Yamamt, Ensr ve Sparks tavandan hava girişine ve duvarın altından hava çıkışına sahip lan kapalı bir alandaki hava hareketiyle uğraşmışlardır. Akgün hava giriş ve çıkış kanalı yerleşimini değişken larak seçerek dadaki hava hareketlerini mdellemiştir. Xue ve Shu tavandan hava verişini kullanarak bir dadaki hava hızı, sıcaklığı ve türbülans kinetik enerjisi dağılımını tahmin etmek için iki byutlu k-ε türbülans mdelini kullanmışlardır. Ayad, farklı giriş/çıkış knumların için bir dadaki iç akışları incelemişlerdir. Awbi

25 ve Hattn iç yüzeylere sabitlenmiş ısıtma plakaları ile çevreye karşı iyi izle edilmiş, bir duvardan sğutma sağlanmış küçük bir fiste deneyler yapmışlardır. Sinha, Arra ve Ry çeşitli giriş ve çıkış yerleşimlerini kullanarak farklı yerlerden verilen sıcak hava akışı ile ısıtılmış bir dadaki hız ve sıcaklık dağılımını incelemişlerdir [7]. Görüldüğü gibi literatürde genellikle içi bş mekanlar üzerinde çalışmalar yapılmış, mekan içinde nesnelerin bulunduğu durumlar fazla araştırılmamıştır. 2.2 Hava Jeti Hjertger ve Magnussen, kapalı mekan içersindeki türbülanslı serbest ve duvar jetlerinin üç byutlu eşsıcaklıklı (isthermal) akışlarını hesaplamak için, mmentum ve iki türbülans parametresine (k,ε) ait taşınım denklemlerini upwind fark yöntemi ve SIMPLE algritmasını kullanarak çözmüştür. İlk durumda, hava jeti kare bir yarıktan kare şeklindeki duvarın merkezinden, byunun yüksekliğine ranı üç lan bir kapalı mekana üflenmiştir. Kapalı hacmin byutları. m x. m x.3 m lup, üfleme açıklığında akış alanının dörtte birlik kısmı 9 x 9 x 9 ebatlarında ve 4 x 4 grid nktalarıyla mdellenmiştir. Üfleme tarafındaki türbülans kinetik enerjisi (k ), türbülans hızı ve denklem 2.3 yardımıyla hesaplanmıştır. Bu denklemde türbülans şiddeti (I u ) ile gösterilmekte lup alt indisi üfleme tarafındaki değerleri göstermektedir [5]. 2 2 k =.5IuU ; u u /U I = (2.3) Yayınım ranı (ε ) ise denklem 2.4 de uzunluk ölçeğinin. x (açıklığın genişliği) alınmasıyla hesaplanmıştır. Burada l üfleme tarafındaki karışım uzunluğunu ve C μ ise sabit bir değeri (.9) göstermektedir. ε = (2.4).5 Cμk /l Duvar jeti durumunda, yüksekliği h =.56 x H ( burada H kapalı hacmin yüksekliğini belirtmekte lup 89.3 mm dir. ) ve genişliği b =.5 x H lan yüksek seviyeli bir duvar tipi yarık, L = 3H byundaki kapalı mekanın duvarının tam merkezine yerleştirilmiştir. Serbest jet için efektif üfleme hızı larak 8.5 m/s 4 ( burada Re = u d/v.2x ), duvar jet için ise efektif üfleme hızı larak 5m/s 2

26 3 (burada Re = U h/v 5x ) kullanılmıştır. Duvar jeti durumu için kapalı mekandan x/h= ve 2 durumlarına ait tahmini hız prfilleri Şekil 2.9 da görülmektedir. Buradaki deneysel veriler karşılaştırma amaçlı larak Nielsen in çalışmalarından alınmıştır [5]. jklşjkş Ölçülen Tahmini Şekil.2.9 Tahmini ve ölçülen hız prfilleri 3

27 3. MAHAL İÇİNDEKİ HAVA HAREKETLERİ Havalandırma amacıyla daya beslenen havanın, mahal içersinde farklı uçlarda iki tipik hareketi söz knusudur. Bunları deplasmanlı (yerdeğiştirmeli) hareket ve karışım (difüzyn) hareketi larak isimlendirmek mümkündür. Deplasmanlı akışta daya beslenen hava Şekil 3. de görüldüğü gibi bir pistn gibi hareket eder ve ideal durumda hiçbir karışım meydana gelmeden dayı süpürerek diğer uçtan hacmi terkeder. Kirli da havasını böylece karışmadan dışarı atmak mümkün lmaktadır. Karışmalı havalandırma sisteminin tersine deplasmanlı havalandırma, kullanılan bölgede havanın karışmasını azaltacak şekilde tasarlanır. Bu havalandırmanın amacı, kullanılan bölgede, besleme havası özelliklerine yakın bir durum elde etmektir [2]. Dönüş Havası Besleme Havası Şekil 3. Bir hacim içersinde deplasmanlı akış 4

28 Havanın da içersindeki diğer bir hareketi lan karışmalı havalandırma ise knfr havalandırmasında tercih edilen bir yöntem lup bu yöntemde daya üflenen hava, Şekil 3.2 de görüldüğü gibi geniş hacme sahip rtam havasını etkiler ve bir karışım luşur. Snuç larak dadan ilerilere giderken hava akımının hacmi artar ve aynı zamanda hızı azalmaya başlar. Kısa zamanda, hava akımının luşturduğu hava hareketleri da içindeki havanın tamamını karıştırır ve dadaki havayı seyreltir. Karışan hava dada kullanılan bölgede nispeten düzgün bir hava hızı, sıcaklığı, nemi ve hava kalitesi özellikleri luşturur [2]. Besleme Havası Dönüş Havası Şekil3.2 Bir hacim içersinde karışmalı akış Görüldüğü gibi mahal içine hava bir yandan beslenirken bir yandan da dönüş açıklıklarından egzz havası çekilmektedir. Havanın mekan içinde yayılmasını sağlayan menfez adını verdiğimiz bu açıklıklar, bir havalandırma sisteminin en önemli elemanı larak kabul edilmektedir. Menfezler mahal içersinde bulunurlar ve dlayısıyla bir havalandırma sisteminin en sn unsuru larak kabul edilirler. Sn kullanıcıyla karşı karşıyadır ve bu yönüyle sistemin en önemli elemanıdır. Knu ile ilgili literatürde, havanın mahal içinde dağıtılması, bir başka deyişle menfezlerin yerlerinin ve tiplerinin belirlenmesi tüm havalandırma tekniğinin en zr görevlerinden birisi larak kabul adlandırılmaktadır. Dlayısıyla bu görevin başarılı bir şekilde yerine getirilmesi büyük deneyime sahip lmayı gerektirmektedir [2]. 5

29 Bazı araştırmalara göre havalandırma ile ilgili srunların % 7 i menfezlerden kaynaklanmaktadır. Menfez seçimi için her duruma uygun kesin kurallar kymak mümkün değildir. Özellikle yüksek ısıtma ve sğutma yükü lan karmaşık gemetrik ölçülere sahip mahallerde güçlüklerle karşılaşılmaktadır. Çk alçak ve çk yüksek tavanlı mahaller, içinde balkn bulunan salnlar sarkan kirişli veya tavan yüksekliği değişken mahaller, knser salnları, vb. havalandırmacılıkta zr mahallerdir. Böyle durumlarda, bir mdel luşturarak deney yapmak en iyi çözüm larak görülmektedir. 3. Menfezlerin Görevleri gerekli hava debisini vermesi havanın mahal içinde yayılmasını sağlamak rahatsız edici hava akımları luşturmaması havayı dğrudan tplayıcı menfezlere göndermemesi gürültü luşturmaması mimari tasarıma uygun lması Bir mekana dağıtıcı menfezlerle verilen hava, nrmal larak tplayıcı menfezlerle geri alınır. Bazı durumlarda, verilen havanın bir bölümü atmsfere veya kmşu mahallere kaçar. Bu durumda mahal içinde pzitif basınç luşur. Eğer mahal içinde eksi basınç luşmuş ise örneğin tuvalet ve bany gibi mekandan emilen havanın bir bölümü veya tümü atmsferden veya kmşu mahallerden gelir. Görüldüğü mahal içinde bir hava hareketi söz knusudur. Bu hava hareketinin içeride bulunan insanları rahatsız etmeyecek şekilde lması gerekir. Menfez seçiminde ve yerleştirilmesinde dikkat edilecek en önemli knunun bu lduğu söylenebilir [2]. Hava, dağıtım menfezleri aracılığıyla mahal içine gönderilir. Bu menfezlere, basma veya üfleme menfezleri adı da verilmektedir. Mekan içine gönderilen hava mahal havası ile karışarak kapsamında bulunan bir kısım entalpi ve nem miktarı bırakır. Böylece ya daha fazla ısınır veya serinler ve ayrıca nem ranı değişir. Bu hava daha snra tplama veya emme menfezleri tarafından tutularak yeniden tesisata gönderilir. 6

30 3.2 Hava Dağılımında Öneme Sahip Başlıca Etkenler Mahal içinde luşan hava dağılımında öneme sahip başlıca etkenler şunlardır. İç rtam havasının hızı, mahal içine gönderilen basma havasının sıcaklık derecesi, hava dağıtım ile tplama menfezlerinin yeridir İç Ortam Havasının Hızı Mahal içinde bulunan bireylerin hissettiği rahatsızlık veya sıkıntı duygusunun başlıca nedeni iç rtam havasının hızıdır. İç rtam hava hızlarına karşı insanların davranışını bilimsel esaslara turtabilmek amacıyla Fanger ve Christensen (985) verilen bir rtalama hava hızında cereyan hissedenlerin yüzdesel ranlarını bulmayı hedeflemişlerdir. Byun arkasındaki rtalama hava hızına göre kafa bölgesinde cereyan hissedenlerin yüzdesi Şekil 3.3 de gösterilmiştir []. Hşnutsuzların yüzdesi % Ortalama hava hızı m/s Şekil 3.3 Ortalama hava hızının fnksiynu larak hşnutsuzluk duyanların yüzdesi 7

31 Mahal rtamı havasının hızına bağlı larak bireylerin ne gibi tepkiler gösterdikleri Tabl 3. de gösterilmiştir [2]. Tabl 3. Mekan İçi Hava Hızlarının Bireyler Üzerindeki Etkileri Mekan Havasını Hızı (m/s) Bireyler Tarafından Gösterilen Tepki Uygulama Alanı ile. Tepki genellikle lumsuzdur. Havanın durgun ve bğulma hissinin duyulduğu söylenir. Bu aralıktaki hız değerleri ender hallerde kullanılır.. ile.2 Tepki lumlu niteliktedir. Bu hız sınırları knfr kliması amaçlı iklimlendirme tesislerinde kullanılır..2 ile.3 Tepki turan insanlar için lumsuz, ayakta duran veya yavaş hareket eden insanlar için uygundur. Söz knusu hız değerleri mağazalar, bankalar ve kamu yapısı gibi tesislerde knfr kliması alanında kullanılır. >.3 Tepki uygunsuz niteliktedir. Hava akımlarından dlayı rahatsızlık hissi duyulur. Bu sınırdan büyük lan hız değerleri endüstriyel iklimlendirme tesislerinde uygulanır. Buradaki tepkiler bazı faktörlere bağlı larak farklılık ve ayrıcalık gösterebilir. Bireyin cinsi ve yaşı Oturma, ayakta durma veya gezinme gibi bireylerin yaptığı uğraşın niteliği Mahallin hangi amaçla kullanıldığı 8

32 Knfr veya rahatlık duygusunun sağlanmasını amaçlayan iklimlendirme tesislerinde, mahalin kullanım amacına ve bireylerin uğraş durumuna bağlı larak mekan hava hızı. ile.3 m/s aralığında değişen hız değerleri kabul edilebilir Basma Havasının Sıcaklığı Ve Dikey Yöndeki Sıcaklık Farkı Bir mahal içinde bulunan bireyler tarafından hissedilen hava akımı duygusunun bir başka nedeni de basma havasının sıcaklığı yada bir başka deyişle basma havası ile mahal havası arasındaki sıcaklık farkıdır. Mahal rtamı havasının hızına ve mahal havasının sıcaklığı ile bu mahal için esas alınan nrmal knfr sıcaklığı arasındaki farka bağlı larak, durumlarından hşnut lmayanların ranları literatürdeki grafiklerde verilmektedir [2]. Yapıların iç rtamlarında, hava sıcaklığı nrmal larak döşemeden tavana dğru artar. Gradyan yeterince büyükse, vücut ısıl dengede lsa bile, başta yerel bir ılık knfrsuzluk veya ayaklarda sğuk knfrsuzluk gerçekleşebilir. Dikey yönde hava sıcaklığı farklılığını ve bunun knfr üzerindeki etkilerinin araştırmak için birçk çalışmalar yapılmış ve bu çalışmalar snucunda Şekil 3.4 de dikey sıcaklık farklılığından dlayı hşnutsuz lanların yüzdesi baş (döşemeden. m yukarıda) ve tpuklar (döşemeden.m yukarıda) arasındaki sıcaklık farkının fnksiynu larak gösterilmiştir []. Hşnutsuzların yüzdesi (%) Baş ve ayaklar arasındaki sıcaklık farkı ( C) Şekil 3.4 Baş ile tpuklar arasındaki sıcaklık farkının fnksiynu larak hşnutsuzluk duyanların yüzdesi 9

33 Her ne şekilde lursa lsun her şeyden önce önemli lan srun şudur: Basma havası ile mahal havasının birbirine karıştırılması snucunda, mahallin çeşitli bölgelerinde hissedilen ısı duyguları yeterli bir benzerlik ve hmjenlik özelliğine sahip bulunmalıdır. Bu benzerlik ve hmjenlik özelliğine erişilmesi, ancak emme ve basma menfezlerinin uygun bölgelerde seçilmesi sayesinde mümkün labilir [2] Emme Ve Basma Menfezlerinin Knumu Emme ve basma menfezlerinin mahal içindeki knumu, knfr veya rahatlık duygusu üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Menfez knumlarının seçimi işleminde genellikle sınırsız bir serbestlik söz knusu değildir ve bu işlem esas larak iklimlendirme tesisatının tipine bağlıdır [2]. Basma menfezleri, bir duvarın alt yada üst kısmında, bir pencerenin alt kısmındaki duvar yüzeyi üzerinde veya tavana yerleştirilebilir. Duvarların üst kısımlarında öngörülen basma menfezleri, yaz mevsiminde gerçeklenen iklimlendirme işlemleri için sn derece uygun snuçlar verir. Bunun nedeni, serin havanın aşağılara dğru inmeye ve bu kşullar altında mahal havası ile karışmaya eğilim göstermesidir. Kış mevsiminde ise, sıcak hava, tavana yakın bölgelerde tabakalar halinde yayılmış durumda tplanır. Bundan dlayı, basma havası ile mahal havasının uygun bir karışım luşturması için, emme menfezlerinin duvarların alt bölgelerinde öngörülmesi gerekir [2]. 2

34 4. İÇ HAVA KALİTESİ İç hava kalitesi yaşanan hacimlerde slunan havanın temizliği ile ilgilidir. Temiz hava yetkili triteler tarafından belirlenen zararlı derişiklik seviyelerinin üstünde bilinen hiçbir kirletici madde içermeyen ve bu havayı sluyan insanların %8 veya daha üzerindeki ranının havanın kalitesi ile ilgili herhangi bir tatminsizlik hissetmediği hava larak tarif edilebilir. İç hava kalitesinin önemi gerek ısıl knfr gerekse sağlık açısından giderek artmaktadır. Knutlar, işyerleri, kullar v.s. gibi endüstriyel lmayan rtamlardaki iç hacimlerde de sn yıllarda giderek artan ölçüde iç havanın temizliği ile ilgili endişeler gelişmektedir. İnsanların zamanlarının %9 gibi bir kısmını iç hacimlerde geçirdikleri ve iç hacimlerdeki insan yğunluğunun daha fazla lacağı ve bundan kaynaklanan prblemler lacağı ve bundan kaynaklanan prblemler lacağı rahatça tahmin edilebilir. Örneğin kapalı hacimlerdeki hava kullanıldıkça dğal karışım ranlarını kaybedecek ve canlılar için taşıdığı knfr şartlarından uzaklaşacaktır. Böyle durumlarda; sıcaklığın artmasıyla terleme, düşmesi ile üşüme, nemin artmasıyla cilt slunumunun yavaşlaması, nemin azalmasıyla cilt kuruluğu, ksijen ranın azalmasıyla nefes alma zrluğu ve benzer srunlar yaşanmaya başlar. İhtiyaç duyulan ksijen nrmal slunum hızı ile sağlanamadığı için slunum ve kan dlaşımı hızlanır, kan basıncı yükselir, baş ağrısı ve yrgunluk şikayetleri başlar. Görüldüğü gibi karşımıza birçk prblem çıkmaktadır. Bu lgular Hasta Bina Sendrmu denilen bir kavram rtaya çıkarmıştır. Knu ile ilgili çalışmalar buna paralel larak artmış, bilimsel makaleler yayımlanmış, bilimsel tplantılar yapılmış ve yaptırım gücü lan yeni standartlar rtaya çıkmıştır. Bu standartlardan ASHRAE 6289 numaralı lanı en geniş biçimde knuyu ele almaktadır. Bu standarttın kuralları ve örneğin enerji tasarrufu ilkeleri ile çatışması en çk tartışılan knulardan biri lmuştur [2]. 2

35 4. Hasta Bina Sendrmu Hasta Bina Sendrmu (HBS) görünür hiçbir hastalık nedeni lmayan bir binada, sakinlerin sadece binada geçirdikleri zamanla bağlantılı larak sağlık ve knfr şikayetleri lmasına verilen isimdir. Şikayetçiler bina içinde belli bir da veya zn içinde bulunabilecekleri gibi, bina içine de dağılmış labilirler. Knu ile ilişkili bir başka kavram ise, Bina Bağlantılı Hastalık (BBH) kavramıdır. Bu durumda, bina içersinde teşhis edilen hastalıkların nedenleri bellidir ve binanın havalandırma sisteminden kaynaklanmaktadır [2]. 4.. Hasta Bina Sendrmu Göstergeleri Bina sakinleri birdenbire rahatsızlıklardan şikayet etmeye başlarlar. Bu şikayetler baş ağrısı, göz, burun veya bğaz hastalıkları, öksürük, kuru veya kaşıntılı bir cilt, baş dönmesi ve kkuya karşı aşırı duyarlılık şeklinde labilir. Bu hastalık belirtilerinin kaynağı tanımlanamamıştır. Şikayetçilerin çğu binayı terk edişlerinden hemen snra rahatladıklarını belirtmişlerdir Bina Bağlantılı Hastalık Göstergeleri Bina sakinlerinin çğunluğunun öksürük, göğüs sıkışması, ateş ve titreme gibi şikayetleri görülmektedir. Bu bulguların nedenleri klinik larak tamamen açıklanabilir. Şikayetçiler binayı terk etseler de iyileşmeleri belli bir süre alır. 4.2 İç Hava Kalitesini Bzan Hasta Bina Sendrmunun Nedenleri İç hava kalitesini bzan ve kirlilik luşturan zararlı maddeleri ancak çeşitli gruplar altında tplayarak tanımlamak mümkündür. İç hava kalitesini bzan kirletici grupları aşağıdaki gibi sıralamak mümkündür: 22

36 Slunan havadaki karbndiksit ranı (insanların ve canlıların slunumları ve yanma kaynaklıdır) Kku (insan kaynaklıdır) Mikrrganizmalar (çevre ve insan kaynaklıdır) Nem (çevre ve pişirme gibi insan faaliyetleri kaynaklıdır) Radn gazı (tprak kaynaklıdır) Organik buharlar (kullanılan eşya ve bina elemanları kaynaklıdır) Tz (çevre ve kullanılan eşya kaynaklıdır) Sigara dumanı (insan kaynaklıdır) 4.3 İç Hava Kalitesinin Geliştirilmesi İçin Yöntemler İç hava kalitesinin geliştirilmesi için yöntemler aşağıdaki gibidir: Öncelikle kirlilik kaynaklarının kntrlü ve azalması gerekir. Örneğin sigara içiminin yasaklanması, zararlı gazlar çıkaran halı v.s. malzemelerin iç hacimlerde kullanılmaması bu önlemler arasında sayılabilir. Zararlı maddelerin kaynağında yakalanması, rtama karışmadan dışarı atılması gerekir. İç rtamdaki havanın filtre edilmesi ve temizlenmesi İç hava kalitesinin sağlanmasında günümüzde hala en yaygın kullanılan ve en etkin yöntem havalandırmadır. Yeterli miktarda taze havanın iç mekanlara verilmesiyle içerdeki hava kalitesi istenilen düzeye getirebilir [2]. 23

37 5. HAVALANDIRMA SİSTEMİNDE KONFOR ŞARTLARI Bu bölümde çeşitli hacimler için gerekli havalandırma miktarlarının belirlenmesi ve bu hacimlerin havalandırılması sırasında göz önünde bulundurulan knfr şartları ele alınmıştır. 5. Havalandırma Miktarları Bin dkuz yüzlü yılların başından rtalarına kadar binalardaki havalandırma miktarı standardı her bir bina sakini için 7 L/s iken, 973 deki petrl ambargsunun snucu enerji tasarrufu kaygısıyla havalandırma miktarının kişi başına 2.36 L/s ye kadar düştüğü görülmektedir. Çğu durumda 2.36 L/s ye düşen bu dış hava miktarının, hem knfr hem de sağlık şartlarını karşılamakta yetersiz kaldığı görülmüştür. Yetersiz havalandırma; ısıtma, sğutma ve havalandırma sistemlerinin verimsiz çalışmasının da bir snucu larak karşımıza çıkabilir. Eğer bir binanın HVAC sistemi havayı insanlara efektif bir şekilde dağıtamıyrsa bu hasta bina sendrmunda önemli bir etken larak karşımıza çıkabilir. Minimum enerji tüketimiyle kabul edilebilir bir iç hava kalitesine ulaşabilmek için ASHRAE kişi başına düşen dış hava miktarını bir standarda bağlamıştır [2]. ASHRAE Standart 62 ye göre, eğer dış hava kalitesi yeterli ise, Tabl 5. de gösterilen miktarlarda dış hava söz knusu hacimlere temin ediliyrsa, istenilen iç hava kalitesi elde edilir. Tabl 5. de dış hava miktarları kişi başına L/s veya alan başına L/s.m 2 verilmiştir. Ancak söz knusu havalandırma değerleri hala tartışılmakta lan değerlerdir. Yeterli havalandırmayı, kaynaktan bağımsız larak, her kşul için geçerli genel değerlerle temin etmek mümkün değildir. Belki de havalandırma miktarları, aynı ısı kaybı ve kazancı hesaplarında yapıldığı gibi, her bina için kaynak tanımına bağlı larak hesaplanmalıdır. Böyle bir hesap yöntemi, kaynak tanımları yapılamadığı ve zararlı düzeyleri belirlenemediği için günümüzde verilememektedir [2, 9]. 24