Doğal Havalandırma Potansiyeli
Transkript
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.