İzmir Bayraklı Şehir Hastanesi İklimlendirmesini İmbat Sağlayacak Siemens Bina Ürünleri bölümü, yangın ve güvenlik sistemlerine yönelik ürünleriyle TÜYAK 2019’da Emlak Termal Kent Yalova DemirDöküm Nitromix ile ısınacak TTMD’nin Yeni Kitabı Duman Kontrol Kılavuzu Yayımlandı FORM ŞİRKETLER GRUBU’NA YENİ MALİ İŞLER DİREKTÖRÜ İTÜ Enerji Enstitüsü - Yenilenebilir Enerji Teknolojileri Sertifika Programı HAZIRLANIN! DEĞİŞİM BAŞLIYOR ALDAĞ ALDAPOOL HAVUZ TİPİ NEM ALICI KLİMA SANTRALLERİ GÜNEŞ ENERJİSİ SANAYİCİLERİ VE ENDÜSTRİSİ DERNEĞİ BAŞKANI HALİL DEMİRDAĞ LİNK YAPI ULUSLARARASI YANGIN ve GÜVENLİK SEMPOZYUMU'NA KATILIYOR GF HAKAN PLASTİK TÜRKİYE VE ORTADOĞU BÖLGE BAŞKANI BATUHAN BESLER AVRUPA’NIN KOMBİSİ İLK KEZ TÜRKİYE’DE E.C.A. CALORA PREMIX KOMBİ İLE KULLANICI KONFORU ÖN PLANDA YENİ JENERASYON DAIKIN ALTHERMA ISI POMPALARI İZOCAM ENKA’NIN IRAK’TAKİ İKİ BÜYÜK PROJESİNİN YALITIMINDA TERCİH EDİLEN MARKA OLDU

Prof. Dr. Hasan A. Heperkan

DUMAN KONTROLÜ - FANLAR

 

Son yıllarda yaşadığımız plansız ve kontrolsüz inşaat dalgası, özellikle İstanbul, Ankara gibi büyük şehirlerdeki bina stokunu kabartmış, şehirlere göçü hızlandırmıştır. Ancak buralardaki yaşama ve çalışma alanlarının kısıtlı olması ülkemizde de, daha önce batı toplumlarında olduğu gibi insanların yaşama biçimini değiştirmiştir. Hastaneler, alış veriş merkezleri, kapalı otoparklar, metro istasyonları gibi insanların yoğun olarak bulunduğu birçok yapı tasarlanmış, çok katlı ve büyük hacimli binalar giderek daha fazla konut olarak hizmete sokulmuştur. Şehirlerdeki arazilerin kıymetli olması nedeniyle binalarda yaşayan insanların arabalarına ya hiç yer ayrılmamış veya basık havasız mekânlar bu amaçla kullanılmıştır. Kısa süreli de olsa kişiler (çocuklar, hastalar, vb.) araçların egzoz gazlarına maruz kalmaktadır. Almanya’da, meskûn mahallerde, açık havada bile, bekleme yapan bir aracın bir dakikadan fazla çalışır halde tutulması istenmemektedir.

 

Konutların kapalı garajlarında, esas olarak zararlı araç egzoz gazlarının uzaklaştırılması düşünülür. Daha büyük yapılarda ise ilaveten yangın çıkması halinde duman tahliyesi ve içerideki insanların güvenli bir şekilde ortamı terk etmesi de göz önüne alınır. İçten yanmalı motorların egzozlarından yayılan hidrokarbonlar, kükürt ve kurşun bileşimleri, is, yağ buharı, CO gazının garaj içinde kabul edilebilir sınırlar içinde kalması gerekir. Özellikle CO gazı düşük konsantrasyonda bile solunan süreye bağlı olarak öldürücü olabilir.

 

Türkiye Yangından Korunma Yönetmeliğinde, otoparklarda yangın güvenliği ve havalandırma için basit bir tanım yapılmıştır. Bu tanımlar, Belçika, Hollanda, Almanya ve İngiltere gibi ülkelerin bina yönetmeliklerine benzer. Açık ve kapalı otopark tanımları buna göre yapılmıştır. Bir otoparkın açık veya kapalı olduğu dışarıya olan açıklık alanına göre belirlenir. Açık olarak kabul edilen otoparklarda havalandırma ve duman tahliye sistemlerine ihtiyaç duyulmaz.

 

Egzoz emisyon oranı, önemli ölçüde aracın çalışma moduna bağlıdır. Küçük araçlar için üç çalışma modu kabul edilir: soğuk başlangıç, sıcak başlangıç ve sıcak kararlı çalışma. Başlangıç modu, aracın motorunun çalıştırıldığı ilk birkaç dakikayı kapsar. Motorun kapatılması ve soğumadan yeniden çalıştırılması sıcak başlangıç, motorun başlatma modu dönemlerinden sonra çalıştığı süreç ise sıcak kararlı çalışma modudur. Genel olarak CO, NOx ve uçucu organik bileşikler için emisyon oranları soğuk başlangıçta daha fazla, sıcak çalıştırma sırasında daha az ve kararlı çalışma modunda en düşüktür [1].

 

Alman Standartları’na göre, kapalı garajlarda CO konsantrasyonun ortalama değerinin bir buçuk saatlik bir süre için 100 ppm değerini geçmemesi ve bu değerin zeminin 1.5 m üzerinde ölçülmesi istenir. Havalandırma debisi olarak küçük garajlar için 1.67 L/s-m2 ve büyük otoparklar için 3.35 L/s-m2 esas alınır. Japonya ve Güney Kore’de kapalı garaj havalandırma gereksinimleri benzerdir; taşıt tipine bağlı olarak 6.9 L/s-m2 ve 8.3 L/s-m2 arasında değişir. Fransız Standartları’na göre garajlarda CO konsantrasyonu, 20 dakikalık bir süre için 100 ppm, sekiz saatlik bir süre için 50 ppm değerini geçmemelidir. Hava miktarı taşıt sayısına göre belirlenir; taze hava miktarı 167 L/s-taşıt alınır. Şayet bir araç için 3 m2 park alanı esas alınırsa, havalandırma debisi 5.5 L/s-m2 olmaktadır [1]. Benzer değerler ASHRAE 62–1989 standardında da yer alır [2, 3].

 

Garajlardan kirli havanın uzaklaştırılması genellikle bir egzoz fanına bağlı kanallar yoluyla yapılır. Son zamanlarda uygulanan bir teknoloji ise jet fanların kullanılmasıdır. Garaj giriş yolu, rampa veya diğer temiz hava girişlerinden temiz hava doğal olarak temin edebilir. Hava beslemesi, neredeyse steril bir hava akımı temin edecek şekilde tasarlanır. Doğal havanın temin edilemediği durumlarda besleme havası fanı kullanılması gerekir. Jet fan sistemi, besleme havası ile egzoz havası arasında doğal bir hava akımı sağlayarak, garajda yeterli hava değişimini temin için hava akımının hızlandırılmasına yardımcı olur. Yangın durumunda ise, yönetmeliklere uygun olarak aerodinamik yüklerle sanal duman zonları yaratır. Normalde kapı veya diğer yapısal elemanlarla bölünmesi gereken geniş ve büyük otoparkların tasarımı bile bu yolla kolayca yapılabilir. Örneğin maksimum CO, duman ve gaz konsantrasyonu, kurtarma çalışmaları için öngörülen görüş mesafeleri ve itfaiye kuruluşları tarafından yangın söndürme operasyon planlarının hazırlanması sağlanabilir [4]. Ayrıca sistem CO sensörleri ve/veya yangın/duman dedektörleri tarafından gerçekleştirilen ölçümleri analiz ederek, tek tek bölgeleri, sanal duman ve CO bölgelerini gereksinimlere uygun olarak kontrol edebilir.

 

Yangınlarda insanların çoğu yanarak değil dumandan dolayı hayatlarını kaybeder. Yangın sebebiyle oluşan duman, hızla odalara ve mekanlara dolarak hayati tehlike yaratır. Solunan dumanda zehirli gazlar da bulunabileceğinden, görüş kaybı, odaklanma zorluğu ve duyu kayıpları oluşabilir. Duman insanların temiz mekanlara kaçışını engelleyebilir. Bu nedenle duman kontrol altında tutulmalı, duman tahliye sistemleri yardımıyla yangın söndürülmeden de mahal içinde birikmesi önlenmelidir. Temiz ve dumansız hava sayesinde dumanın neden olduğu panik ve endişe durumu da ortadan kalkar. Dumandan arındırılan bölgeler yangının kontrol altına alınmasını ve söndürülmesini kolaylaştırır.

 

Duman, NFPA 92A standardına göre; havada taşınan katı ve sıvı parçacıklar ve yanan malzemelerden çıkan gazlardan oluşan bir karışımdır. Yapılan istatistikler duman içine giren kişilerin %40’ının sadece 4 m yürüyebildikleri ve %90’ının 9 metreden fazla yürüyemediklerini göstermiştir.

Duman kontrolü için öncelikle konfor havalandırma sisteminin fan, klima santrali ve damper gibi mekanik bileşenleri önceden belirlenmiş konumları alınarak dumanın bina içinde yayılması önlenir. Daha sonra duman egzoz sistemi, oluşan yangın dumanını özel olarak tasarlanmış yangına dayanıklı havalandırma kanalları, damperler ve fanlar yardımıyla bina dışına atar.

 

Duman kontrol ve tahliye sistemlerinin en önemli elemanı olan fanlar, gaz akışkanlarını taşımak için tasarlanmış akış makineleridir. Genellikle iklimlendirme sistemlerinde veya merkezi olmayan havalandırma sistemlerinde yer alırlar. Diğer taraftan, maden havalandırması veya rüzgar tünelleri gibi özel uygulamalarda, büyük hacimli akışların taşınmasındaki performansları nedeniyle aksiyel fanlar kullanılır [4]. Fanların görevi, belirli bir basınç farkı yaratarak belirli bir hacimsel akışı ile sağlamaktır. Bu tasarım noktası akış makinelerinin tipini tanımlamak için kullanılır. Binanın mekanik tesisatını tasarlarken, binanın tam kapasitede çalışmasını sağlamak için fanların, ilave bir güvenlik payı ile en yüksek performansı sağlayacak şekilde seçilmesi yaygın bir uygulamadır. Bununla birlikte, tesislerin işletme sırasında tasarım noktasında çalışmayacağı, daha çok kısmi yük şartlarında çalışacağı daha gerçekçi bir yaklaşımdır. Fan üreticisi bunu dikkate alır ve bu nedenle bir fanın kanatlarını, tasarım noktasında değil, maksimum verimlilikle belirli bir yük noktasında çalışacak şekilde geliştirir. Ayrıca, yüksek verimliliğin sadece bu noktada değil, kısmi yük ile tasarım noktası arasındaki bir yük aralığında yakalanması arzu edilir. Havalandırma ile ilgili Avrupa standartları EN 15241 ve 15242 normlarıdır.

 

Avrupa Birliği Araştırma Merkezi verilerine göre 2007 yılında 27 üye ülkede tüketilen toplam elektrik enerjisinin yaklaşık %11 i HVAC sistemlerinde kullanılmıştır; bu değer günümüzde de fazla değişmemiştir. Bu rakam içerisinde fanlar %3.34 oranla ikinci sırada yer almaktadır. Fanlar HVAC sistemlerinin tükettiği elektrik enerjisinin yaklaşık %40 ını kullanırlar. Literatürde tanımlanan birçok seçim yöntemine rağmen mevcut fanların çalışma verimleri çok düşüktür. İsveç’te yapılan bir araştırmada, 2005 ve 2009 yılları arasında performans testleri gerçekleştirilen 767 fanın ortalama verimleri %33 bulunmuştur. Sadece küçük bir bölümünün verimleri %50-60 arasında çıkmıştır ki, bu bile yürürlükteki Avrupa Birliği yönetmeliklerinin altında kalmaktadır. Bilindiği gibi kuzey Avrupa ülkeleri enerji verimliliğine en fazla hassasiyet gösteren bölgede yer alır. Diğer Avrupa ülkelerinde, hele Türkiye’de daha iyi bir uygulama beklenemez. Fanlar yoluyla gereksiz yere harcanan elektrik enerjisinin boyutları açıktır.

 

Bugün piyasada kullanılan en verimli motorlar EC tiplerdir. Ancak bunların güçleri küçük olduğundan büyük güçlerde AC motorlar tercih edilir. Verim sınıfının IE3 seçilmesi önemlidir. Ecodesign Yönergesi EC, 2011 de fanların verimleri için sınırlamalar getirmiştir. Burada verim, fan sisteminin bütün bileşenlerini içeren toplam verim olarak tanımlanmaktadır. Elektrik motoru, frekans değiştirici, varsa kayış-kasnak düzeni, aerodinamik tasarım ve fan çarkının verimi dikkate alınmaktadır (Şekil 1 ve 2). Toplam verim, fanın mekanik gücünün tükettiği elektrik enerjisine oranı olarak ifade edilmektedir.  Sistem içerisinde tek bir bileşenin bile kötü performansı bütün sistemi olumsuz etkileyecektir.

 

hasan1

 

Yüksek güçlere çıkıldığında EC motorların AC motorlardan fazla bir üstünlüğü görülmez, ancak esas avantaj kısmi yüklerde belirmektedir. Şekil 3 te görüldüğü gibi kısmi yüklere inildiğinde EC motorlar verimlerinden fazla kaybetmezler.

 

hasan3

Frekans değiştiricinin de verimi söz konusudur. Tam yükte %2-5 arasında değişen değer, kısmi yüklerde artmaktadır. %25 yükte %10-30 olabilmektedir. Kayış-kasnak düzenlerinin verimi, düşük güçlerde %90 civarındadır, ancak kötü işletme şartlarında bu değer kolayca %60-70 e inebilmektedir. Klima santrallerinde doğrudan tahrikli sistemler tercih edilmelidir. Fan çarkında geriye eğimli kanatlar daha verimlidir. Öne eğimliler küçük çark çaplarında yüksek debi verebildiklerinden kullanılırlar, ancak ödenen bedel verim düşüklüğüdür.

 

Fan seçimi sırasında dikkat edilmesi gereken en önemli konu işletme şartlarında verimli çalışmasının garanti edilmesidir. Burada tasarımcılara büyük bir görev düşmektedir; sadece debi ve basınç verilmekle yetinilmemelidir; verim de mutlaka belirtilmelidir. Aksi halde yüklenici, istenen şartları sağlayan en ucuz fanı seçecektir.

 

Fanların doğru kontrol edilmesi, fan gücü ile yük arasındaki dinamik uyumun sağlanması da enerji verimliliği açısından önemli bir konudur. Akış kontrolünde en önemli husus arz ve talep arasındaki dengenin en düşük basınç kaybında yakalanmasıdır.  Bir fanın çektiği güç ile devir/hız arasındaki ilişki kübiktir. Fanın devri %10 azaltılırsa, çektiği güç %27 azalır. Debi kontrolü damperler veya by-pass hatlarıyla değil frekans değiştiriciler ile yapılmalıdır. Bu durum özellikle VAV, değişken debili sistemler kullanıldığında öne çıkar. Aslında sabit debili CAV sitemlerinde bile filtre kirlenmesi sonucu oluşan debi farklılıkları nedeniyle değişken devirli sitemlerin kullanılması yararlıdır. 

 

Ticari olmayan binalarda (eğer varsa) ve ticari binaların çoğunda sabit debili (CAV) sistemler bulunmaktadır. Bu sistemler boş mahallerin gereksiz yere havalandırılmasına yol açarak enerji maliyetlerini yükseltmektedir. Talep kontrollü havalandırma, (demand controlled ventilation, DCV) iyi bir seçenek oluşturmaktadır [6]. Değişken hava debili sistemlerin kullanılması, özellikle kamu ve ticari binalarda ısıtma enerjisi ve hava dolaştırma sistemlerinin çektiği elektrik gücünde büyük azalmalara sebep olabilmektedir. Havalandırmanın talebe göre kontrolünün de dikkatle yapılması gerekmektedir. Aksi takdirde sistemde kısılma ve dengeleme sorunları çıkabilmekte, uygulamada düşünüldüğü ve hesaplandığı kadar bir tasarruf gerçekleşmemektedir.

 

hasan4

Şekil 4 te SFP (specific fan power), fan gücünün debi ile uyumu bakımından sistemlerin karşılaştırılması verilmiştir; bu grafikler sistemlerin karşılaştırılmasında kullanılabilir. “Kötü” ile tanımlanan sistemlerin kısmi yüklerde verimleri çok düşüktür. Debi kontrolü kısma yoluyla yapıldığından enerji tüketimi azalmaz. Normal olarak tanımlanan sistemlerde debi azaldıkça fandaki basınç çok az değişir. Ana kanal boyunca statik basıncın sabit kalmasının sağlandığı VAV sistemleri bu gruba girer. “İyi” ile tanımlanan sistemlerde ise fan basıncı debi ile azalır. Fanın değişken devirli sürücülerle kontrol edildiği sistemler bu eğriye uygun davranır. Burada kritik devre üzerinde yer alan damperlerin tam açık konumda olması sağlanır. “İdeal” eğri de iyi eğri ile aynı stratejiyi kullanır, ancak bileşen verimleri ve kontrol otoriteleri daha iyidir. CO2 sensörleri kullanılarak mahal taze hava gereksiniminin kontrol edilmesi de etkili bir yöntemdir. Eurovent, SFP, özgül fan gücünü, klima santrallerinin değerlendirilmesinde kullanmaktadır. Bazı Avrupa ülkeleri iklimlendirme sistemlerinde kullanılan fanların SFP değerlerine sınırlandırma getirmiştir.

 

Talep kontrollü havalandırma değişik sistemlerle yapılabilir. Basınç kontrollü DCV sistemleri, havalandırma sisteminin stratejik bir noktasında basıncı kontrol ederek dağıtım hatlarındaki hava akışını kontrol eder. Bu sistemde mahallerin taze hava gereksinimini sağlayan VAV (değişken debi) kutuları bulunmalıdır. CAV (sabit debi) kutuları özel hatlara bağlanmalı veya ölçme noktasına yakın yerleştirilmelidir. Fan değişken devir kontrollü (VSD) olmalıdır. Statik basınç ayarlı DCV sisteminde VAV kutularından ayrı ayrı sinyal alınarak kritik devrede yer alan damperlerin maksimum açıklığa ayarlanması sağlanarak, sistem fanı her zaman gereken minimum debide çalıştırılır. Değişken taze hava difüzörlü DCV sistemlerinde ise, her bir VAV kutusu bina otomasyon sisteminden doğrudan kontrol edilerek mahallerin hava gereksinimi bire bir karşılanır. Sistem çok büyümedikçe ilave branşman damperlerine gerek kalmaz. Bazı üniteler küçük debilerle çalışacağından gürültü sorunlarına daha hassastır.

 

Kaynaklar

1. A. Kılıç, Otopark Havalandırması, Yangın ve Güvenlik. Sayı: 153, sayfa 8-10.

2. ASHRAE, 1989, Standard 62- 1989- Ventilation for Acceptable Indoor Air Quality, American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, Atlanta.

3. ASHRAE, 2001, Standard 62- 2001- Ventilation for Acceptable Indoor Air Quality, American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, Atlanta.

4. Çevreci Otopark Havalandırma Sistemleri, http://www.systemair.com 

5. N. Brelih, How to Improve Energy Efficiency of Fans for Air Handling Units, REHVA European HVAC Journal, Vol. 49, Issue 2, Şubat 2012

6. Schild, PG, Mysen, M., Recommendations on Spedific >Fan Power and System Efficiency, Technical Note AIVC 65, International Energy Agency, 2009.

 


Solar istanbul -24