Bina havalandırma sistemlerinin son elemanları, tavan, duvar ve döşemelere konulan ve genelde “menfez” adı ile anılan hava dağıtım elemanlarıdır. Hava dağıtım elemanları, ortama verilen havanın yaşanan mekânı insanların rahatını bozmayacak şekilde ortama dağıtılması görevini üstlenirler. Her tip dağıtım elemanının farklı atış karakteristiği olup, mekanın görünüm estetiği de dahil olmak üzere, özelliklerine göre uygun kombinasyonu bulmak, projeciye düşen önemli bir görevdir.Mahallerdeki hava çıkış noktalarının seçimi ve uygulaması, aynı mahal için gerekli diğer mekanik tesisat elemanlarından daha önemsiz değildir. Büyük yatırımlarla oluşturulan mekanik tesisatın, sadece uç noktalardaki hava dağıtım elemanlarının yanlış seçimi ve/veya uygulaması nedeni ile insanları rahat ettiremeyip yapılan masrafı boşa çıkarma riski olduğu unutulmamalıdır.
Hava dağıtım elemanlarının seçiminde, prensip olarak şu metod izlenmelidir:
- Mekanın soğutma ve ısıtma yükleri ile hava değişim miktarı tayin edilir, mimari özellikler göz önünde bulundurularak hangi tip elemanın kullanılacağına dair ön tayin yapılır.
- Hava dağıtım elemanlarının boyutlandırılması ve mekana dağıtımı yapılır, bu dağıtıma göre mahalde olacak hava hareketleri ve sıcaklık profilleri irdelenir. Bu işlem, tatminkar bir sonuç bulunana kadar birkaç kere tekrar edilmek durumunda kalınabilir.
- Tatminkar bulunan sonuca göre, hava dağıtım elemanlarının boyutları, beher elemana düşen hava debisi ve mekandaki yerleşimleri nihai olarak saptanır.
Hava dağıtım elemanlarının sınıflandırılması:
- Mekanda gördükleri temel işleve göre:
- Dağıtıcı tipler
- Toplayıcı tipler.
- Mekanda yerleşimlerine göre:
- Tavanda (veya mekan içinde yukarıda)
- Duvarda
- Döşemede
- Tiplerine göre:
- Duvarda kullanılan tek/çift sıra kanatlı menfezler
- Tavanda kullanılan slot difüzörler
- Tavanda kullanılan çevresel yatay atış yapan difüzörler
- Tavanda kullanılan swirl difüzörler
- Jet nozullar
- Deplasmanlı difüzörler
- Döşemede kullanılan menfez ve difüzörler.
Mekanlardaki hava zonları:
Mekanların havalandırılması sırasında geçiş zonu ve konfor zonu olmak üzere iki zon oluşmaktadır.
Geçiş zonunda mekana üflenen hava, çevre havası ile karışır ve hava hızı giderek azalır. Bu karışım işlemi, konfor zonundaki şartların belirlenmesini sağlar.
Konfor zonu ise, insanların yaşadığı hacimdir ve yerden 170, duvarlardan ise 30 cm mesafede olan düzlemlerin içinde kalan bölgeyi tanımlar. Bu zonda, aşırı hava hareketleri ve sıcaklık farklarının olmaması, iyi bir hava dağıtım mühendisliği için ana hedeftir. (Şekil-1)
Şekil-1 Mekanda oluşan zonlar
Hava Dağıtım Ünitelerinin Seçilmesi:
Konfor Zonunda tatminkar düzeyde düşük hava hızları (<0.25 m/sn) ve sıcaklık farkları (<1oC) olacak şekilde seçilip konumlandırılmalılardır. Düzgün bir seçim yapabilmek için, bazı parametrelerin gözönünde bulundurulması gereklidir.
Mekandaki hava hareketleri:
Bir mekana üflenen hava, özellikle yön değiştirmek amacı ile kullanılan yönlendirme yapılmadan bir huzme halinde üflenirse, çıktığı noktadan itibaren kabaca 20-24o lik bir konik açı ile hafif genleşerek oda içine yayılarak yol kateder. Bu sırada, huzmenin yanıbaşındaki ortam havasından indükleme tabir edilen işlemle bir miktar hava çeker, yani gitgide ortam havası ile karışır ve giderek yavaşlayarak terminal hıza düşer. (Şekil-2)
Şekil-2 Serbest olarak ortama verilen havanın hareketi
Hava dağıtım elemanlarının uygun seçimi, mahal içindeki hava hareketleri mekaniğinin en azından basit düzeyde bilinmesini gerektirmektedir. Şekil-3 te, soğutma ve ısıtma halleri için bu hareketlerin ana hatları görülmektedir:
Şekil-3 Soğutma ve ısıtma halleri için hava hareketlerin ana hatları
Birincil (Primer) Hava:
Hava dağıtım ünitesi tarafından odaya verilen ve bir miktar oda havası ile karışmış, hız profili orta noktasındaki hız değeri 0.75 m/sn civarında olan hava huzmesi için kullanılan terimdir. Odadaki hava hareketini esas tetikleyen, bu birincil hava huzmesidir.
Toplam Hava:
Toplam hava, birincil havanın etkisinden dolayı peşinden sürüklediği oda havası ile karışarak, hız profili orta noktasındaki hız değeri 0.25 m/sn civarında olan hava huzmesi için kullanılan terimdir. Bu toplam hava ile oda havası sıcaklıkları arasındaki fark, odaya üflenmiş olan havanın, yoğunluk farkından dolayı yukarı veya aşağı doğru hareket etme eğilimini tayin eder.
Düşme:
Şekil-3 te görülen havanın aşağı düşmesi, oda ve hava huzmesi arasındaki yoğunluk farkından dolayı olan hava hareketidir. Düşme, toplam havanın kütle akışı ile doğru orantılıdır. Üflenen havayı tavanda daha üniform üflemek sureti ile (yani birim kesit alana daha az hava kütlesi yükü vermek) düşme eğilimi azaltılabilir.
Yayılma:
Yayılma, odaya üflenen havanın yatay ve düşey yönlerde genişleyerek ilerlemesi olup, tamamen üfleme çıkış aralığı geometrisi ile ilgilidir.
Yüzey Etkisi (Coanda Etkisi):
Üfleme havası, yeteri kadar hızlı ise, huzme ve tavan arasında bir alçak basınç zonu oluşur ve bundan dolayı, hava huzmesi tavana yapışarak ilerlemesine devam eder. Bu durum, havanın daha geç düşmesine yol açar ve daha uzun atış mesafeleri elde edilmesini sağlar. Buna, olayı keşfeden bilim adamının ismine atfen “Coanda Etkisi” denir. Pratik değerler, Coanda etkisinin oluşabilmesi için tavandan en fazla 30 cm kadar aşağı bir mesafeden üfleme yapılması gerektiğini göstermiştir. Coanda etkili bir atış, serbest atışa göre %40 daha fazla mesafeye gidebilmektedir.
Ortam Havası:
İçinde yaşayan insanların metabolik ısı transferlerinin gerçekleştiği, yukarıda bahsedilen toplam hava zonunun dışında kalan hacimdeki hava için kullanılır.
Ortam havası hareketleri, birincil ve toplam hava huzmelerinin ortam havasını peşinden sürüklemesi ile oluşmaktadır. Üfleme havası ve ortam havası arasındaki ısı alış-verişini sağlayan mekanizma da bu sürükleme hareketleridir. Hava hareketi oluşmadığı zamanlarda (düşük üfleme hızı veya kötü konumlandırma gibi sebeplerden), havada hareketsiz bir tabaka oluşur. Bu tabakanın üstünde (ısıtma ise altında) uygun ısı transferi gerçekleşemez ve sıcaklık katmanları oluşur. Bu tabakanın; soğutmada konfor zonu üstünde, ısıtmada ise döşemeye mümkün olduğunca yakın yerlerde olması tercih edilir.
Konveksiyon Akımları:
Toplam hava akımı, dış hava temaslı yüzeylerden de ters yönde etkilenebilir. Soğutma sırasında; dış hava temaslı duvarın veya pencerelerin iç yüzleri, ısının da etkisiyle yukarı doğru bir konveksiyon akımı oluşturur. Bu akım, tavana kadar yükselerek tavana yapışıp gelen soğuk hava huzmesinin tavandan daha erken ayrılıp düşmesine bile sebep olabilir.
Isıtmada ise, dış hava temaslı duvarın veya pencerelerin iç yüzleri, ısının da etkisiyle aşağı doğru bir konveksiyon akımı oluşturur. Bunu engellemenin veya en aza indirmenin çaresi, duvara yüksek hızda sıcak hava huzmesini yönlendirmek ve yüzey ile ortam arasındaki sıcaklık farkını düşürmektir. Bu sayede, yüzey ve insanlar arasındaki radyasyon ısı transferi de azaltılıp konfora katkı sağlanabilir.
Dönüş Havası:
Dönüş havasının alındığı noktanın, oda konforuna yönelik etkisi hemen hemen yok gibidir. Dönüş noktası, hiçbir zaman için uzakta bir yerdeki havayı çekip alamaz. Dönüş noktaları, sadece hemen yanıbaşlarındaki havayı çekerler, çekilen havanın yerine çevredeki hava gelir ve dolaşım bu şekilde devam eder. Dikkat edilecek tek nokta, üfleme havasının atış mesafesi içinde doğrudan rastlayacağı bir dönüş havası noktasının olmamasıdır. Bu durumda, ortama verilen hava, ortamla etkileşim yapamadan dönüş tarafından emilir (by-pass yapar).
Dönüş noktalarını havanın hareketsiz olduğu yerlerde yapmak da faydalı olabilir. Soğutma için, duvarın yüksek bir yerinden veya tavandan yapılan emiş, ortamdaki sıcak havayı dışarı atmağa katkı yapar. Benzer prensip ile, ısıtmada, döşemeye yakın yerleştirilen emiş de ortamdan soğuk havayı atmağa katkı yapar.
Havanın mekana yayılması:
Üflenen hava, mekana karışım veya deplasman yolu ile verilebilir.
Genel pratik değerler, hava dağıtım elemanlarından mekana verilen havanın takriben saatta 3.5-4 hava değişimi sağlaması gerektiğini göstermiştir.
Karışım yolu ile:
Soğutma yapıldığında düşey hava hareketi pek problem olmaz, çünkü hava yoğunluk farkı ile zaten aşağı çökecektir. Burada mühim olan, havayı kontrollu ve konfor zonunda rahatsızlık yaratmayacak şekilde mekana verebilmektir.
Ancak; ısıtmada işler tersine döner. Üflenen sıcak hava tavanda kalmak isteyeceğinden, bu havayı ya bir engele çarptırıp aşağı yönlendirmek, veya swirl difüzörler ile burgusal olarak aşağı harekete zorlamak, veya doğruca aşağı doğru basmak gereklidir.
Deplasman yolu ile:
Deplasmanlı sistemler daha çok soğutma için uygundurlar. Çünkü, hava alçak kottan düşük hızda mekana verilmektedir. Sıcak hava hemen yükselmek isteyeceğinden mekanın ileri noktalarına bir faydası olmadan yükselecek ve sonuç olarak dışarı atılacaktır.
Sıcaklık ve sıcaklık dağılımı:
Konfor şartlarını oluşturmada, konfor zonu içinde sıcaklık değişiminin de belli bir bant içinde kalması gereklidir. Konfor zonu içinde 1.5- 2ºC yi geçen farklılıklar olması ortamda gezinen insanlarda bölgesel sıcaklık farkı algılaması ve dolayısı ile ısıl rahatsızlık yaratır. İdeal beklenti, konfor zonunda metre başına 0.5ºC sıcaklık farkı bulunmasıdır, bu da alt ve üst arasında kabaca 1ºC fark oluşması demektir.
Ses ve ses seviyeleri:
Konfordan bahsederken, sıcaklığın yanısıra bir önemli parametre daha vardır: Ses seviyesi. Farklı kullanım amaçlı mahallerde, farklı ses seviye sınırları konulmuştur. Hava dağıtım elemanlarının seçiminde, teknik veri tablolarından okunacak ses seviye değerlerinin mekanın amacına uygun sınırlarda kalmasına dikkat edilmelidir. Burada atlanmaması gereken, ses seviye kavramlarının karıştırılmamasıdır. Ürün kataloglarında genellikle ürünün ürettiği ses seviyesi olan Lw değeri verilir. Halbuki kulağımız ortamın yuttuğu miktar kadar daha az ses basıncına maruz kalır (Lp). Bu da bir ofis için genellikle 8 dB civarlarındadır. Yani bir ürünün Lw ses seviyesi 45 dB olarak veriliyorsa, kulağımızın algıladığı seviye 37 dB civarındadır.
Birden çok ses kaynağı (terminal ünite) bulunan mekanlarda, toplam ses seviyesini bulmak için aritmetik toplama yapılmaz. Teorik ilavenin yanısıra, oda hacminin getirdiği ses yutumu da düşünülmelidir. Bu tabloda, ses düzeyleri aynı olmak koşulu ile, çok sayıda terminal ünitenin üreteceği ek ses seviyeleri görülmektedir:
| Terminal Ünite (ad) | Teorik İlave (dB) | Oda Hacmine (m3) Göre Düzeltilmiş İlave (dB) | |||||||
| 30 | 90 | 150 | 210 | 270 | 330 | 660 | 2000 | ||
| 2 | 3 | 2 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 3 | 4,8 | 4 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 4 | 6 | 5 | 2 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 5 | 7 | 6 | 3 | 2 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 6 | 7,8 | 7 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| 8 | 9 | 8 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 | 0 |
| 10 | 10 | 9 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 0 | 0 |
| 13 | 11,1 | 10 | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 1 | 0 |
| 16 | 12,2 | 11 | 8 | 7 | 6 | 5 | 4 | 2 | 0 |
| 20 | 13 | 12 | 10 | 8 | 7 | 6 | 5 | 3 | 0 |
| 30 | 14,8 | 14 | 11 | 10 | 9 | 8 | 7 | 5 | 2 |
| 50 | 17 | 16 | 13 | 12 | 11 | 10 | 9 | 7 | 4 |
| 100 | 20 | 19 | 16 | 15 | 14 | 13 | 12 | 10 | 7 |
Atış Mesafesi:
Kataloglardaki atış mesafeleri, genellikle hava huzmesinin orta noktasındaki hızın 0,25 m/sn olduğu mesafeye göre verilir. Bu mesafe yatayda da olabilir, yatayda giderken bir duvara veya karşıdan gelen başka bir hava huzmesine çarparak aşağı doğru yönlenmiş (yatay+düşey) mesafe de olabilir, veya sadece düşey doğrultuda da olabilir. Genellikle yapılan başka bir yöntem de, atış değerlerinin izotermal (ortam ile aynı sıcaklıkta) hava için verilmesidir. Bu durumda, ortam ile olan sıcaklık farkına göre bazı katsayılar uygulanması gereklidir. Sıcaklık farkları bazı ürünlerin tablolarına dahil edildiği takdirde, tablo veya grafik okunması bir hayli zorlaşabilmektedir, bu yüzden izotermal atışı belli bir katsayıı ile çarpmak daha kolay olabilmektedir. Ancak, uygun olan hallerde, bazı tablolarda sıcaklık farklarına göre doğrudan okuma da yapılabilmektedir.
Tablolara bakarken, değerlerin Coanda etkili olup olmadığına dikkat edilmeli, gerekirse buna göre düzeltme yapılmalıdır. Aynı hava debisinde, Coanda etkili atış serbest atışın 1.4 katı kadar atış mesafesi verir. (Tersi durum; serbest atış Coanda etkilinin 0,71 katı kadardır.)
Temel prensip olarak, özellikle soğutmada, atış mesafesinin konfor zonu üstünde kalmasına dikkat edilmelidir. Sıcak hava üfleme durumlarında, yere kadar olan mesafenin alınmasında bir sakınca yoktur.
Değişken debili (VAV) uygulamalarda, debinin alt ve üst sınırları dikkate alınmalıdır. Kimi ürünlerde (ör. Jet Nozul) düşük hızlardan iyi sonuçlar alınamaz. VAV uygulamaları için slot difüzörler genellikle uygun sonuçlar vermektedir.
Üfleme ve Toplama Noktalarının Tayini:
Mekana üflenen havanın, ortam ile karışmaya fırsat bulamadan toplayıcı elemanlar tarafından sisteme geri emilmesi istenmeyen bir durumdur. Bu noktaların yerleşim tayininde bu konuya dikkat edilmelidir. Toplama konusunda sıkça gözardı edilen husus şudur ki; bir toplama noktasının doğruca üzerine hava gelmiyor ise, o hava yine ortamda kalır. Emiş noktaları ancak yanıbaşlarındaki havayı emerler, biraz uzaklaştıkça emişe doğru hava hızı önemsiz değerlere düşer. Bundan dolayı, yanyana yerleştirilen üfleme ve emiş noktaları (üfleme hemen yanındaki emişe doğru değilse) yanlış bir uygulama değildir. Ancak; tavanda ve atış mesafesi içinde yer alan bir toplama ünitesinden kesinlikle kaçınılmalıdır.
Özellikle ısıtmada, sabit kanatlı eleman kullanımından dolayı hava tavandan yatay olarak atılıyorsa, mutlaka bir duvara veya komşu üfleç havasına çarptırılıp aşağıya yönlendirilmelidir. Aksi takdirde yoğunluk farkından dolayı hep havada kalacak, ortama faydası dokunamadan geri emilip gidecektir. Isıtma ve soğutma bir arada olan uygulamalarda, kanatları ayarlanabilen ve atış yönü değiştirilebilen ürünleri tercih etmek daha doğrudur. Alçak tavanlı mekanlarda, sık yerleşim düzeni ile havayı birbirinin havasına çarptırıp aşağı yönlendiren sabit kanatlı elemanlar kullanılabilir.