Tesisat Mühendisliği Dergisi Sayı: 89, s. 21-26, 2005
Konutlarda Doğal ve Zorlanmış Havalandırma Sistemleri
Harun Kemal OZTURK*
Ahmet YILANCI**
ÖnerATALAY***
Özet
Sosyal gelişmelere bağlı olarak konfor şartları da sürekli olarak artmaktadır. Bina içinde konfor seviyesi ya bir Mim
lendirme sistemi kurularak veya doğal yollarla sağlanabilir. Bir sistem kurulması durumunda bu hem ilk yatırım ma
liyeti hem de işletme maliyetleri dolayısı ile bir yük oluşturmaktadır. Bu nedenle doğal havalandırma sisteminin kul
lanılması özellikle konutlarda büyük yarar sağlayacaktır.
1. GİRİŞ
Havalandırma, bina içerisine dış ortamdan sağlanan temiz hava olarak almabilir. Enerji tasarrufu sağla
yabilmek için ya bu havalandırmanın doğal yollarla sağlanması gerekir veya eğer bunu sağlamak için enerji kullanılıyorsa iç hava iklimlendirildikten son
ra içeri yeniden gönderilir veya dışarıdan alınan te
miz hava ile karıştırıldıktan sonra bina içerisine gönderilir. Havlandırma ile içerideki kirlenmiş hava nemlendirilir ve kirli havanm bir kısmı dışarı atılır
ken içeriye temiz hava alınır.
Bir bina içerisinden istemli veya istemsiz akan dış havanın iki nedenle önemi vardır. Dış hava çoğun
lukla iç ortam kirlenmiş havasının nemlendirilmesi ve bu dış havanın ısıtılması veya soğutulması ile il
gili enerji alanın iklimlendirme yükü önemlidir. Bu hava debisinin miktarı, maksimum yükte uygun bü
yüklükler ve ortalama hava iklimlendirilmesi için boyutlandınlmış ortalama veya sezonsal enerji tüke
timini tahmin etmek için önemlidir. İç hava kirletici seviyesinin uygun kontrolünün sağlanması için mi
nimum hava oranın bilinmesi önemlidir.
İç ve dış ortam arasındaki hava değişimi havalandır
ma (istemli ve ideal olarak kontrol edilerek) ve sız
ma (istemsiz ve kontrolsüz) şeklinde olabilir. Hav
landırma doğal ve zorlanmış olarak olabilir. Doğal havalandırmada hava güç kullanmadan, açık pence
relerden, kapılardan veya binalar kabuğuna bilinçli olarak açılan bölgelerden gerçekleşir. Zorlanmış ha
valandırma istemli, fanlar veya üfleyiciler kullana-
* Yrd. Doç. Dr., Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü.
** Arş. Gör., Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü.
*** Arş. Gör., Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü.
rak, dış havanın içeri alınması veya iç havanın dışa
rı atılması için özel olarak tasarlanmış ve kurulmuş sistemler gerçekleştirilir.
Sızma ise, çatlaklardan, yarıklardan veya bilinçsiz olarak açılmış deliklerden kontrolsüz olarak gerçek
leşen hava akımıdır. Sızma ve doğal havalandırma iç ortam ile dış ortam arasındaki rüzgar, iç ve dış or
tam arasındaki sıcaklık farkından dolayı gerçekleş
mektedir.
Binalarda hava değişim modelleri üç şekilde ger
çekleşmektedir.
1. Zorlanmış havalandırma 2. Doğal havalandırma 3. Sızma
Bu modeller, enerji hava kalitesi ve ısıl konfor açı
sından farklılıklar göstermektedir. Bu modeller aynı zamanda değişim havası miktarı açısından da biri birinden farklılıklar göstermektedir. Binalardaki ha
va değişimi sırasında çoğunlukla bu üç model bir arada bulunabilmektedir.
Zorlanmış Havalandırma Sistemi
Zorlanmış havalandırma (Şekil 1), hava miktarının kontrol edilmesi için bir havalandırma sisteminin kurulmuş olması ve dizayn edilmiş olması nedeni ile hava değişiminin istenilen düzeyde olması ve
konforun kontrol edilmesi için en büyük potansiye
le sahip sistemdir.
Zorlanmış havalandırma sistemlerinde hava değişim miktarı seçilen fana, tasarlanan sitemin dağıtım şe
bekesine ve dağıtım şebekesindeki kayıplara bağlı
dır. Eğer sistem tasarımında bu parametreler uygun seçilmemişse, binaya sağlanan hava miktarı arzula
nan havadan farklı olacaktır. Zorlanmış havalandır
ma çoğunlukla büyük binalar için ihtiyaç duyulan minimum hava miktarını sağlanarak yaşayanların ve çalışanlann sağlıkları ve konforları için tercih edilen ve zorunlu bir sistem olarak ortaya çıkar. Karmaşık bir sistemdir, birçok elemanı vardır, ilk yatırım ma
liyeti ve işletme maliyeti yüksektir.
Doğal Havalandırma Sistemi
Doğal havalandırma, isteyerek açılmış olan bölüm
lerden rüzgar ve iç ve dış hava sıcaklıklan arasında
ki farklardan kaynaklanan basınç farkı dolayısı ile oluşur. Açık pencerelerden, kapılardan veya doğal olarak havalandırma sağlamak için açılan bölgeler
den sağlanan hava akımı ile iç ortam havası arzula
nan sıcaklıkta tutulur ve iç ortamdaki kirleticiler or
tamdan uzaklaştırılabilir.
Öncelikle iç ortama sağlanan hava dış ortam sıcak
lığından iç ortam sıcaklığına ısıtılıp veya soğutula
rak ortama verilir. Bunu sağlamak için ihtiyaç duyu
lan ısı miktarı:
22 TESİSAT MÜHENDİSLİĞİ DERGİSİ, Sayı 89, 2005
Burada qs ihtiyaç duyulan ısı yükü (W), Q akışın de
bisi (m3/s), p havanın yoğunluğu (kg/m3), cp hava
nın özgül ısısı (kj/kg°C) ve T is iç hava ile dış ha
va arasındaki sıcaklık farkıdır.
Diğer yandan hava değişimi iç ortamdaki havanın nem oranını yükseltir. Özellikle yaz sezonlarında ki
mi bölgelerde dış havanm nem oranı yüksektir ve bu yüzden nem oranının düşürülmesi gerekir. Bu bu
harlaşma ısısı için gerekli olan ısı yükü ise şu şekil
de belirlenir:
burada q, buharlaşma ısısı (W), hf g buharlaşma giz
li ısısı, bağıl nem birim su kütlesi/birim kuru hava kütlesi (kg/kg).
Diğer bir parametre ise, karbon dioksit (C02) sevi
yesidir. Karbon dioksit oranı ise aşağıdaki şekilde belirlenir:
C, = C0 + F / Q
Burada C„ iç ortamdaki C 02 konsantrasyonu, C0 dış ortamdaki C 02 konsantrasyonu, F iç ortamda üreti
len C 02 miktarı (l/s) ve Q ise havalandırma oranıdır.
İç ortamdaki C 02 seviyesini belli bir seviyede tuta
bilmek için gerekli hava miktarı Q ise şu şekilde be
lirlenir:
Q = (0.0053 . 100) / [CL (%) - C0 (%)]
Burada CL müsaade edilen C 02 seviyesidir dış ha
vadaki bu oran %0.03 olarak bilinir.
Doğal havalandırma veya sızma ile gerçekleşen ha
valandırma rüzgar, sıcaklık gibi nedenlerle iç ve dış ortam arasında meydana gelen basınç farkı sonucu oluşur. Ortamlar arasında meydana gelen basınç far
kının büyüklüğü, rüzgarın şiddeti veya sıcaklık far
kının yanı sıra bina duvarlarında açılan açıklıkların büyüklükleri, konumları havalandırmanın kapasite
sini belirler. Bina yüzeyleri arasındaki basınç farkı
nın sonucuna bağlı olarak gerçekleşen hava akımı sırasında bina içersine giren havanm kütlesel debisi çıkan havanm kütlesel debisine eşit olacaktır. İç ve dış havanın yoğunlukları arasındaki fark eğer ihmal edilebilirse, bina içersine giren havanın hacimsel debisi, çıkan havanın hacimsel debisine eşit olacak
tır. Rüzgarm bina dış yüzeyine çarpması nedeniyle binanın dış yüzeyinde statik basmç oluşturur ve bu basınç rüzgarın büyüklüğü yanı sıra rüzgarın yönü
ne ve binanın konumuna bağlıdır. Bu basınç dağılı
mı bina içi basmcı Pi'ye bağlıdır. Eğer binanın diğer yüzeyine farklı bir basınç etkilemiyorsa, eğer iç ve dış ortam arasında sıcaklık farkı yoksa ve eğer hava akımını zorlayan bir aygıt kullanılmıyorsa, basınç farkı içerideki statik basınca bağlı olarak aşağıdaki gibi yazılabilir.
Burada AP iç ve dış ortam arasındaki basınç farkı, P0 referans yüksekliğindeki statik basmç, Pw bölge
deki rüzgar basıncı ve P, ise konutun bulunduğu böl
genin yüksekliğindeki iç basınçtır. Eğer iç ve dış ba
sınç arasmda sıcaklık farkı yoksa, iç basınç yüksek
liğe bağlı olarak lineer olarak azalır. Basıncın azal
ma oram - p , . g'ye eşit bir şekilde azalacaktır. Bura
da p, iç havanın yoğunluğudur.
İç ve dış ortam arasında sıcaklık farkı oluşursa, bu sıcaklık farkı basmç farkı oluşmasına neden olur. Bu basmç farkı Ps, yükseklik ve sıcaklık farkının bir fonksiyonudur.
Burada Pır aynı referans yüksekliğinde iç statik ba
sınçtır.
Rüzgar Basıncı
Rüzgarın oluşturduğu basınç rüzgara cephe olan yü
zeyde pozitif diğer yüzeyde ise negatif olmaktadır.
Diğer yüzeylerdeki basıncın pozitif veya negatif ol
ması rüzgarın açısına ve binanm şekline bağlıdır.
Eğer yükseklik farkı oluşmadığı düşünülürse;
Burada Pv yüzeydeki statik basınç(Pa), p havanın yoğunluğu (kg/m3), V rüzgar hızı (m3/s.), Cp yüzey basınç katsayısıdır. Böylece yukarıdaki denklem aşağıdaki gibi düzenlenebilir.
Genellikle binalar çevresindeki rüzgar büyüklüğü bölgedeki ortalama meteorolojik rüzgar hızından daha azdır ve meteorolojik verileri kullanmak rüz
gar basıncının daha yüksek bulunmasına yol açabi
lir. Rüzgar hızı binanın temelinde sıfırdır ve yukarı
lara çıktıkça artar. Meteorolojik rüzgar ölçümleri 10 m. yükseklikte ve açık alanlarda yapılır. Binaların yüksekliği genelde 10 m'den daha azdır ve bu ne
denle binaya etkiyen rüzgar daha düşüktür. Bina çevresinde bulunan çalılar, ağaçlar veya diğer bina
lar hem rüzgar hızını azaltır hemde türbülans yara
tarak rüzgar yönünü değiştirir.
Yığılma Basıncı
İç ve dış ortam arasındaki sıcaklık farkı yoğunluk farkına neden olur, böylece basınç farkı oluşur ve bu da hava akımına neden olur. Isıtma dönemlerinde, sıcak iç hava yükselir ve sıcak hava binanın tavanın
dan dışarı çıkar, bu dışarı çıkan havamn yerine bina
nın alt kısımlarından soğuk hava binanın içine girer.
Soğutma dönemlerinde hava akımı terstir ve genel
likle daha düşüktür, çünkü iç ve dış sıcaklık farkı küçüktür.
Doğal havalandırma ile sıcaklık kontrolü, genellikle mekanik iklimlendirmenin olmaması durumunda iç ortamı soğutmak için kullanılır. Binanın bulunduğu konum, gerekli ayarlamalar ve bina üzerindeki ha
valandırma açıklıklarının kontrolü, dış ortamdaki rüzgar ve sıcaklık havalandırmanın istendiği düzey
de ve bina boyunca havanın iyi bir şekilde dağılımı
nın sağlanmasında önemli parametrelerdir.
Doğal havalandırma açıklıkları şunlardır: 1) Pence-
reler, kapılar 2) Çatılardaki havalandırmalar 3) Özel olarak tasarlanmış içeri ve dışarı açılan açıklıklar.
Pencereler, aydınlatma işlevinin yanında açılmaları durumunda havalandırma da sağlarlar. Pencereler düşey ve yatayda kayabildikleri gibi, menteşelerle üstten, alttan veya yandan montaj yapılarak pencere açıklığı ayarlanmak suretiyle hava akış miktarı kontrol edilebilir (Şekil 2).
Çatılardaki havalandırma sistemleri hava akışını sağlarlar. Kapasiteleri havalandırmaların çatıdaki konumuna bağlıdır. Doğal hava akımı veya yerçeki
mi farkından faydalanarak çalışan havalandırmalar hareketsiz, menteşeli, salınımlı veya dönel olabilir
ler. Doğal havalandırmalar bir güç ile tahrik edilen fanlar yerleştirilerek havalandırma kapasitesi artırı
labilir. Bu fanlar ihtiyaç duyulan havalandırmadan eğer çok düşük havalandırma gerçekleşiyorsa uy
gundurlar. Yerçekimi etkisi ile çalışan havalandır
malar elle kumandalı, termostat veya rüzgar hızı ile kontrollü damperler içerebilirler. Çatı havalandır
maları sınırsız rüzgar alabilecek şekilde konumlan- dmlmalıdırlar. Hava akımını sağlayabilmek için ay
nı zamanda binaların alt bölümlerine delikler yerleş
tirilmelidir (Şekil 3).
Eğer iç ve dış sıcaklıklar arasındaki fark biliniyorsa, havalandırma havası debisi binadan uzaklaştmlmak istenen ısı yükünü kullanarak belirlenebilir.
24 TESİSAT MÜHENDİSLİĞİ DERGİSİ, Sayı 89, 2005
Şekil 2. Doğal havalanan mada en buyuk parametıeleıden bııısı de penceıeleıdıı.
Burada Q, ortamdaki ısıyı uzaklaştırmak için gerek
li olan debi, H ortamdan uzaklaştırılmak için gerek
li ısı miktarı, Cp havanın özgül ısısı, p havanm yo
ğunluğu ve (T,-T0) iç ortam ve dış ortam arasındaki sıcaklık farkıdır.
Rüzgar Tarafından Oluşturulan Akış
Havalandırma debisini etkileyen faktörler, rüzgarın hızı, egemen rüzgar yönü, rüzgar hızı ve yönündeki günlük ve sezonsal değişim ve bina yakınlarındaki binalar, tepeler, ot, çalı ve ağaçlardır.
Rüzgar hız, genellikle yazın kışa göre daha düşük
tür. Aynı zamanda rüzgar yönündeki değişim de mevsimseldir. Doğal havalandırma sistemleri için rüzgar hızı, genellikle mevsimsel ortalamasının ya
nsı kadar hesaba katılmalıdır. Hava akımını belirle
mede en önemli parametre binadaki açıklıklardır.
Rüzgar dolayısı ile meydana gelen hava akımı debi
si şu şekilde belirlenebilir:
Q = CVAV
Burada Q hava debisi, A açıklık alanı, V rüzgar hızı ve Cv ise açıklık katsayısıdır.
Hava girişi egemen rüzgarlann olduğu yöne yerleş
tirilmelidir. Hava çıkışı ise 1) girişlerin tam karşı bölgesine, 2) çatılarda düşük basıncı oluştuğu yer
1er, 3) düşük basıncın oluştuğu binanın diğer yüzey
lerine, 4) çatıdaki havalandırmalara yerleştirilmeli
dir.
Sıcaklık farkı dolayısı ile oluşan hava akımı ise şu şekilde belirlenir:
Burada Q hava debisi, K açıklık katsayısı ve Ah ise giriş ve çıkış açıklıkları arasındaki yükseklik farkı
dır.
Buradaki açıklık katsayısı K ise şu şekilde belirle
nir:
SONUÇ
Doğal havalandırma sağlayabilmek için şu noktala
rın göz önünde bulundurulması gerekir:
1. Sıcak ve nemli iklimlerde bina içinde serinlik sağlayabilmek için maksimum hava hızmı sağla
mak gerekir. Sıcak ve kuru iklimlerde, özellikle sıcaklığın düşük olduğu gecelerde maksimum hava akışı sağlayarak bina yapısının soğutulma
sı uygun olur.
2. Topografya, yer yüzeyindeki bitki örtüsü ve çev
re binalarının konumunu kullanarak rüzgarın yönlendiği yerlere binalar yaparak rüzgardan maksimum yararlanılabilir. Ayrıca bitkiler kulla
nılarak da rüzgar istendiği şekilde yönlendirile
bilir. Havanın içeri gireceği açıklıkların önleri
nin zamanla kapanmamasına dikkat edilmelidir (Şekil 4).
3. Binanın konumlandırılması maksimum rüzgar alacak şekilde yapılmalıdır.
4. Çeşitli mimari elemanlar kullanarak rüzgarın içe
ri giriş bölgelerine yönlendirilmesi sağlanabilir.
5. Binanın uzun cephesi, kapı ve pencerelerin yoğun olduğu yüzeylerin yaz rüzgarlarının egemen ol
duğu yöne konması havalandırma akımım artıra
caktır.
6. Pencereler farklı basmç zonlannın olduğu yüzey
lere yapılmalıdır. Karşılıklı duvarlara yapılan pencereler doğal havalandırmayı artıracaktır.
7. Eğer bir odanın tek dış duvarı varsa iki büyük pencere yapılması iyi bir havalandırma sağlaya
caktır.
8. Eğer açıklıklar aynı seviyede ise, ve tavana ya
kınsa çoğu hava by-pass yapar ve içerideki ne
min ve kirlenmiş havanm uzaklaştınlmasmda verimsizdir.
9. Sıcaklık farkından faydalanarak yapılan havalan
dırmalar için, açıklıklar arsındaki yükseklik ne kadar fazla olursa, hava akımı da o kadar fazla olacaktır.
10. Birim açıklıkta en büyük akış miktarını sağla
mak için, hava giriş ve çıkış alanlarının biri bi
rine eşit olması gerekir. Eğer hava giriş açıklığı küçük ve çıkış açıklığı büyükse, giriş hızı bü
yük olur. Eğer çıkış açıklığı küçük ve giriş açık
lığı büyük ise oda içerisinde daha uniform bir akım sağlanabilir.
11. Açıklıkların hesaplanan değerlerden daha büyük olması, bazen daha fazla arzulanır. Çünkü, çok sıcak havalarda bile ortamın serinletilmesi mümkün olabilir.
12. Yatay pencereler genellikle kare kesitli veya dü
şey pencerelerden havalandırma açısından daha iyidir.
13. Pencereler, açıklıkları ayarlanabilir şekilde ta
sarlanmalıdır.
14. Giriş açıklıkları oda içerisindeki eşyalar tarafın
dan engellenmemelidir. Eşyalar hava akımını yerleştirecek şekilde yerleştirilerek daha uygun bir serinletme gerçekleştirilebilir.
15. Düşey hava bacaları veya açık merdiven aralık
ları sıcaklık farkından yararlanarak, havalandır
ma miktarı artırılabilir.
KAYNAKLAR
1. ASHRAE. 1981. Ventilation for acceptable indo
or air quality. Standard 62-1981.
2. ASHRAE. 1989. Air leakage performance for de
tached single-family residential buildings, Stan
dard 119-1989.
3. Kiel, D.E., Wilson, DJ., 1987. Influence of natu
ral ventilation on total building ventilation domi
nated by strong fan exhaust, ASHRAE Transac
tion 93 (2): 1286.
4. DOE, 1994. Energy efficiency and renewable energy, DOE/CHI0093-221 FS 186.
TESİSAT MÜHENDİSLİĞİ DERGİSİ, Sayı 89, 2005 Şekil 4. Bina havalandırmasında giriş ve çıkış
aç ıkhklarınm konumlandırılması ve hava akımı
26
