İlk yıllarda ve gelişen bölgelerde insanlar binalarını mekanik ve elektrikli bileşenlerle havalandıracak teknolojiye sahip değildi. Ancak binalarını herhangi bir elektrik veya elektrik olmadan yeterli havalandırmaya imkan verecek şekilde tasarlayarak yeterli havalandırmayı sağlayabildiler.
Adından da anlaşılacağı gibi doğal havalandırma, bir binanın içi ile dışı arasındaki havanın doğal yöntemlerle değişimini içerir. Bu yaklaşım genellikle rüzgar ve basınç gibi doğal olarak mevcut olan kuvvetleri kullanır. Binanın uygun şekilde tasarlanması koşuluyla, doğal havalandırma uygulanarak iç hava kalitesinde çok az veya hiç azalma olmadan bol miktarda elektrik tasarrufu sağlanabilir. Ayrıca, çok fazla enerji kullanılmadan atmosfere daha az emisyon salınır ve bu da çevreye daha fazla zarar verilmesinin önlenmesine yardımcı olur.
Bu projenin kapsamı, doğal havalandırma konusunda yapılan mevcut çalışmaların kapsamlı bir şekilde araştırılmasının yanı sıra, lokasyon ve diğer dış faktörlere göre en uygun tasarımın belirlenmesini içermektedir.
İçindekiler
Arka plan
Zamanın herhangi bir anında, yüksekliğe ve sıcaklığa bağlı olarak gezegenin her yerinde belirli basınçlarda akan hava akımları vardır. Bu hava akımlarının basınçları arasında farklar olduğunda, havanın yüksek basınçlı bölgeden alçak basınca doğru akması sonucu rüzgar oluşur. Daha yüksek irtifalarda rüzgarın hızı daha yüksektir, oysa yere yakın yerlerde sürtünmeden dolayı hız daha düşüktür. [2]
Doğal havalandırma türleri
Doğal güçlere bağlı olduğundan doğal havalandırmayı uygulamanın birden fazla yolu vardır. İlk seçenek rüzgar kuvvetlerinden yararlanırken, ikinci seçenek bunun yerine hava sıcaklığı farklılıklarına ve kaldırma kuvvetine (yığın etkisi olarak bilinir) dayanır.
Rüzgarla çalışan havalandırma
Bir binayı havalandırmak için doğal hava kullanmak hem daha ucuz hem de mekanik sistemlere göre çok daha az enerji tüketen ekipmanların kullanılması sayesinde çevreye daha az zarar veriyor. Düzgün tasarlanmış bir binada, doğal rüzgarın kullanılması, daha fazla enerji tüketen bir sistemle elde edilebilecek kadar yüksek havalandırma kalitesiyle sonuçlanabilir.
Rüzgar bir binaya çarptığında binanın farklı taraflarından farklı basınçlar gözlemlenir. Rüzgârın estiği taraf karşı tarafa göre daha yüksek hava basıncına sahip olacaktır; bu, daha yüksek basınçlı taraftaki havanın, daha düşük basınçlı bir alana, yani bu durumda binanın iç kısmına akmasına neden olacaktır. [3] Alçak basınç tarafındaki başka bir açıklık, iç havanın daha düşük hava basıncına sahip tarafa doğru dışarı doğru sirkülasyonuna izin verecektir.
Bir binadaki hava akışını iyileştirmek için, gelen havayı daha iyi yönlendirmek amacıyla binanın açıklığında bir rüzgar tutucu kullanılabilir. Rüzgar yakalayıcılar son birkaç yüzyıldır binaları doğal olarak havalandırmak için kullanılıyor ve genellikle bina genelinde hava sirkülasyonunu iyileştirmede oldukça etkili. Aşağıda görülen Şekil 3, bir rüzgar yakalayıcının yaratacağı etkiyi göstermektedir; Rüzgar binanın kapalı tarafına doğru estiğinde etrafından akmak zorundadır ve açıklıktan geçerken binanın içinden gelen havayı da dışarıya doğru sürükler. Bu, Coandă etkisi olarak bilinir [5] , bir nesnenin yanından akarken bir akışkanın akışı bozulduğunda çok yaygın olarak görülür; sıvı nesnenin yüzeyine çekilir. Bu sayede bina geneline sürekli olarak temiz hava sağlanır. Birçok rüzgar yakalayıcının, ilerleyen rüzgarın yönüne uyacak şekilde farklı yönlerde açılıp kapanacak şekilde kontrol edilebileceğine dikkat edilmelidir.
Yığın odaklı havalandırma
Yukarıda kısaca bahsedildiği gibi yığın etkisi [8] , daha soğuk hava düştükçe sıcak havanın yükselmesi gerçeğine dayanmaktadır. Bunun nedeni farklı yoğunluklardır; Hava ısıtıldığında yoğunluğu azalır, yükselmesine izin verir ve daha soğuk havayı aşağı doğru iter. Yukarıya doğru bir hava akımı oluşturan bu konsept, baca tahrikli havalandırma yönteminde çok önemlidir.
Bu yöntemin işe yaraması için iklimin uygun olması, yani binanın iç kısmının dışarıdaki havaya göre daha sıcak hava içermesi gerekir. Binanın alt katlarında ve tepesindeki açıklıklar sayesinde içerideki sıcak hava yükselerek üstteki açıklıklardan binayı terk ederken, dışarıdan gelen daha soğuk hava da alt taraftaki açıklıklardan içeriye akacaktı. Daha büyük bir sıcaklık farkı bu sistemi çok etkili hale getirecektir. Yukarıdaki Şekil 2 bir kez daha bu olguyu rüzgarla çalışan bir sistemle birlikte çalışırken göstermektedir; içeriden gelen sıcak hava tavan penceresinden dışarı atıldığından, soğuk hava binanın alt katından binaya girer.
Ayrıca yığın etkisinde basınç da rol oynar. Sıcak ve soğuk hava arasındaki noktada nötr basınç alanı bulunur; bunun altındaki herhangi bir nokta daha düşük bir basınçta olacaktır, dolayısıyla dışarıdan hava çekilecektir. Nötr basınç hattının üzerinde basınç daha yüksektir ve havayı üst kısımdaki açıklıklardan dışarıdaki daha düşük basınç alanlarına doğru zorlar. Aşağıdaki Şekil 4 bunu göstermektedir.
Avantajlar ve dezavantajlar
Rüzgar ve baca tahrikli havalandırma, doğal havalandırma sistemlerinde genellikle el ele gittiğinden, dezavantajları bulmak zordur. Ancak ikisi birbirinden ayrıldığında her yöntemin kendine özgü avantajları olduğu gibi dezavantajları da vardır.
Rüzgarla çalışan havalandırma
Avantajları: [3]
- Doğal kuvvete (rüzgar) dayanır
- Çalıştığı zaman çok yüksek bir büyüklükte çalışır
- Rüzgar gezegenin her yerinde olduğundan dünyanın çoğu bölgesi için uygundur
- Nispeten ucuz
- Daha az enerji tüketildiği için daha az emisyon
Dezavantajları: [3]
- Rüzgarın hızı ve yönü gibi kontrol edilemeyen faktörler
- Kirli havayı binalara getirebilir
- Kuvvetli rüzgarlar kontrol edilemeyen soğuk sıcaklıklara neden olur
Yığın odaklı havalandırma
Avantajları: [3]
- Rüzgar gerektirmez; çevredeki hava tamamen hareketsiz olduğunda bile çalışabilir
- Doğal güce dayanır (basınç ve sıcaklık farklılıkları)
- Binadaki açıklıkların nerede olduğu konusunda daha fazla kontrol
- Geleneksel yöntemlere kıyasla neredeyse hiç enerji kullanmaz, paradan ve çevreden tasarruf sağlar
Dezavantajları: [3]
- Dış sıcaklığı kontrol edemiyorum
- Kirli havayı binalara getirebilir
Tasarım hususları
Doğal havalandırmanın etkili olması için bina tasarımı çok önemli olduğundan, doğal havalandırmayı kullanacak bir bina inşa ederken dikkate alınması gereken birçok husus vardır. Bunlardan birkaçı aşağıda listelenmiştir. [3] [10]
- Konum
- Bina Yönü
- Boyutlar
- Açıklıkların (pencere, kapı, baca) yerleştirilmesi ve bu açıklıkların engellenmemesinin sağlanması
- Duvar yerleşimi
- Rüzgar yönü
- Binanın inşa edildiği yerin altındaki derinlik
- Termal kapasite
İdeal olarak, doğal havalandırma kullanan bir binanın üst katlarına yakın olduğu kadar alt katlarında da açıklıklar bulunmalıdır. Bu, baca etkisinin gerçekleşmesine izin verecektir ve eğer iyi tasarlanırsa, rüzgarla çalışan ve bacayla tahrik edilen havalandırma, optimum hava sirkülasyonunu sağlamak için birleştirilebilir. Aşağıdaki Şekil 5 bunu göstermektedir; Rüzgar binanın sol tarafına (yüksek basınç tarafı) ulaştığında, soğuk hava mavi oklarla gösterilen iç mekana doğru itilir. Bu da daha sıcak iç havayı kırmızı oklarla gösterilen sağ taraftan (düşük basınç tarafı) dışarı iter. Aynı zamanda soğuk hava binanın alt katlarından girerken, içerideki sıcak hava da daha az yoğun olduğundan yukarıya doğru itilir. Bu hava daha sonra binanın tepesindeki turuncu oklarla gösterilen açıklıklardan binayı terk eder.
Teori ve Hesaplamalar
Bu konuyla ilgili hesaplamalar oldukça az olmasına rağmen en önemli faktör havanın hacimsel akış hızıdır. Bu, binanın iç kısmında ne kadar havanın dolaştığını belirlemeye yardımcı olur ve ilgili değişkenlerin doğru bilgisi ile sirkülasyon küçük bir dereceye kadar kontrol edilebilir.
Rüzgarla çalışan havalandırma
Aşağıdaki Denklem 1, rüzgarla çalışan havalandırma sistemi için hava akış hızının nasıl bulunacağını göstermektedir.
Q rüzgarı = K*A*V (1) [11]
Neresi:
- Q rüzgar = Havanın hacimsel akış hızı (m 3 /h)
- K = Etkinlik katsayısı
- A = Açılış kesit alanı (m 2 )
- V = Dış mekan rüzgar hızı (m/saat)
Etkinlik katsayısı büyük ölçüde rüzgarın binaya çarptığı açıya bağlıdır; 45 derecelik açılar için bu rakamın genel olarak 0,4 civarında olduğu tahmin edilirken binaya dik açıyla çarpan rüzgarın değeri 0,8 civarında olacaktır. [11]
Bu denklemden kontrol edilebilir tek faktörün açıklığın kesit alanı olduğu sonucuna varılabilir. Bu, havalandırmayı optimize etmek için farklı aylarda ayarlanabilir. Örneğin serin ve temiz havanın neredeyse sürekli istendiği yaz aylarında açıklık alanının daha yüksek ayarlanması gerekir. Öte yandan, iç mekan havasının zaten serin olduğu kış aylarında, yalnızca havanın temiz ve taze tutulması için gerekli miktarda havalandırma sağlanacak şekilde açıklık alanı azaltılmalıdır. Açılan kesit alanının kontrol edilmesi pencereleri veya kapakları içerebilir.
Yığın odaklı havalandırma
Aşağıdaki Denklem 2, bacaya dayalı bir havalandırma sisteminde hava akış hızının nasıl hesaplanacağını gösterir.
Neresi:
- Q s = Baca havalandırma hava akış hızı (m 3 /s)
- A = Giriş ve çıkışın eşit olduğu varsayılarak açıklığın kesit alanı (m 2 )
- C d = Boşalma açılma katsayısı, yaklaşık 0,65
- g = Yerçekimi sabiti (9,81 m/s 2 )
- H d = Alt açıklığın orta noktasından nötr basınç hattına kadar olan yükseklik (m)
- T i = İç sıcaklık (K)
- T o = Dış sıcaklık (K)
Rüzgar tahrikli havalandırmaya benzer şekilde, açıklıkların kesit alanı baca tahrikli havalandırma sisteminde ana kontrol faktörüdür. Alt seviyedeki açıklığın monte edildiği yükseklik, büyük bir açıklığın üzerine kayar bir kapak yerleştirilerek de değiştirilebilir, ancak açıklık aşırı büyük yapılmadıkça bu, havanın akış hızında çok önemli bir fark yaratmayacaktır.
Doğru Konumu Seçmek
Doğal havalandırmalı bir bina inşa etmek için yer seçimi en önemli faktörlerden biridir. Gezegenin farklı bölgeleri farklı rüzgar hızlarına ve büyüklüklerine sahiptir ve uygun miktarda bir alan seçmek maksimum etkililiği sağlayacaktır.
Açıkçası, daha soğuk bir iklime sahip bir alan doğal havalandırmadan o kadar fazla yararlanamayabilir, çünkü daha düşük sıcaklıklar binaların iç kısmının istenenden daha düşük olmasına neden olur. Uygun bir alan, nispeten serin yazlara ve gecelere sahip olan [13] ve oldukça büyük miktarda rüzgar aktivitesinin görüldüğü bir alanolacaktır .
Maliyetler ve faydalar
Yapılan farklı araştırmalarda farklı tasarruflar görülse de kesin olan bir şey var ki; doğal havalandırma enerji maliyetlerinden tasarruf sağlayacaktır. Rakamlar farklı kaynaklardan toplanmıştır ve sayılar eşleşmese de her çalışma, doğal havalandırma kullanan binaların enerji maliyetlerinde en az %25'lik bir azalma olduğunu göstermiştir. Enerji tasarrufu örnekleri arasında %25-33, [14] %25-50, [15] ve hatta bir durumda %85 [16] yer alıyor !
Ancak tasarruf edilen tek şey para değildir. Sürdürülebilirlik göz önünde bulundurulduğunda, doğal havalandırma, emisyonları azaltmak için çok çekici bir seçenek haline geliyor. Aşağıdaki Şekil 7 , doğal sistemler ile mekanik sistemler için atmosfere salınanCO2 miktarını karşılaştırmaktadır .
Aşağıdaki liste, bir binada doğal havalandırmanın uygulanmasıyla elde edilebilecek diğer birçok tasarruf ve faydanın ayrıntılarını vermektedir.
- Daha az toz
- Daha az ısıtma gerekli
- Mekanik ekipmanın işletme maliyetleri
- Ekipman tarafından daha az yer kaplanır
- Daha az gürültü
- Elektrik kesintilerinde çalışır [16]
Sonuç olarak, doğal havalandırma, söz konusu konumun bu teknolojiyi uygulayacak binalara uygun olması koşuluyla, hem paradan hem de çevreden tasarruf etmek için şiddetle tavsiye edilen bir çözümdür. Çok yönlü bir sistem tasarlamak için, daha önce de belirtildiği gibi, rüzgar ve bacaya dayalı sistemlerin bir kombinasyonu en iyi sonucu verecektir; havanın durgunlaşması durumunda baca etkisi yine de havalandırmayı sağlayacaktır.
Referanslar
- ↑ Dyer Çevresel Kontroller, "Gündüz Havalandırması", http://www.dyerenvironmental.co.uk/day ventilasyon.gif, Erişim tarihi: 3 Nisan 2010
- ↑ Wikipedia, "Rüzgar", http://en.wikipedia.org/wiki/Wind , Erişim tarihi: 3 Nisan 2010
- ↑Şuraya atla:3,0 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 3,6 Wikipedia, "Doğal Havalandırma", http://en.wikipedia.org/wiki/Natural_ventilation , Erişim tarihi: 3 Nisan 2010
- ↑ Massachusetts Teknoloji Enstitüsü, "Stack Vent", http://cmiserver.mit.edu/natvent/Edited Pictures/stack-vent.jpg, Erişim Tarihi: 5 Nisan 2010
- ↑ Wisegeek, "Coandă Etkisi Nedir?", http://www.wisegeek.com/what-is-the-coanda-fect.htm , Erişim tarihi: 5 Nisan 2010
- ↑ İran Yolu Turları, http://www.iranwaytours.com/L Wind-Catcher 01.jpg, Erişim Tarihi: 7 Nisan 2010
- ↑ Kinetik Enerji Çözümleri, "Stack Effect", http://www.kinetikenergysolutions.com/solutions/science/stack effect files/stack effect.gif, Erişim tarihi: 7 Nisan 2010
- ↑ Bright Hub, "Baca etkisi veya Yığın etkisi nedir?", http://web.archive.org/web/20120707053819/http://www.brighthub.com:80/engineering/mechanical/articles/29769. aspx , Erişim tarihi: 7 Nisan 2010
- ↑ EDSL, "Birleşik rüzgar ve baca havalandırması", http://www.edsl.net/main/images/combwind.gif , Erişim tarihi: 8 Nisan 2010
- ↑ Swikipedia, "Doğal Havalandırma", http://web.archive.org/web/20100602065702/http://www.sustainable-buildings.org:80/wiki/index.php/Natural_ventilation , Erişim tarihi: 8 Nisan 2010
- ↑Şuraya atla:11.0 11.1 Tüm Bina Tasarım Kılavuzu, "Doğal Havalandırma", http://www.wbdg.org/resources/naturalventilation.php , Erişim tarihi: 8 Nisan 2010
- ↑ RPS, http://webs.rps205.com/curriculum/ssandvoc/images/EC603F061D5B4D2AA3FC6F950F207E2F.jpg , Erişim tarihi: 8 Nisan 2010
- ↑ Bob Vila, "Doğal Havalandırma", http://www.bobvila.com/HowTo_Library/Natural_Ventilation-Ventilation-A1863.html , Erişim tarihi: 8 Nisan 2010.
- ↑ kaynak SMART Business, "Natural Ventilation Systems", http://web.archive.org/web/20120324014957/http://www.resourcesmart.vic.gov.au/documents/Natural_Ventilation_Systems.pdf , Erişim tarihi: 8 Nisan 2010 .
- ↑ Bina, "Ofisler için doğal havalandırma", http://www.building.co.uk/story.asp?storycode=3054640 , Erişim tarihi: 8 Nisan 2010.
- ↑Şuraya atla:16.0 16.1 Sun North Systems Limited, "Doğal Havalandırma", http://web.archive.org/web/20100127024149/http://www.sunnorth.com:80/ventilation.htm , Erişim tarihi: 8 Nisan 2010.
- ↑ Windowmaster, "Doğal Havalandırma: Temiz hava - basit ve verimli", http://web.archive.org/web/20061114100224/http://www.windowmaster.com/media/filebank/org/435-0905-UK .pdf , Erişim tarihi: 8 Nisan 2010
