Sanayileşmiş ülkelerin şehirlerindeki ortam (dış mekan) hava kalitesi son 10 yıl içinde büyük ölçüde büyük iyileşmeler yaşadı. Aynı dönemde enerji tasarrufu, azalan havalandırma ve iç mekan kirliliğine pek çok yeni madde ve kaynakların eklenmesiyle iç mekandaki hava kalitesi düşüşe geçti. Bu gelişmeler ve sanayileşmiş ülkelerdeki insanların ömürlerinin ortalama %90’ını iç mekanlarda geçirmeleri, insan sağlığı açısından etki alanı geniş olan çıkarımlara yol açtı ve iç mekan havası kalitesini önemli bir çevresel konu haline getirdi. Alerjik ve astım hastalıkları son yirmi yıl içinde sanayileşmiş ülkelerde iki katına çıktı. Bu hastalıklar ilaç, tedavi ve işe devamsızlık açısından büyük maliyetler oluşturmakla beraber, toplum sağlığı söz konusu olduğunda en büyük güncel sorunlardan birini oluşturuyor. Birçok sanayileşmiş ülkede okul çağındaki çocukların yarısı bu hastalıklara yakalanıyor ve bu da okullardaki devamsızlığın ana sebebi olmayı sürdürüyor. 

 

İç mekan hava kalitesi kısmen kapsamlı enerji tasarrufu kampanyaları ve kısmen de yüksek enerji fiyatlarının insanları ikamet ettikleri yerleri daraltmaya ve havalandırma oranını düşürmeye sevk etmesi nedeniyle düştü. Pek çok konutta hava değişim oranı tarihsel olarak kayda geçecek kadar düşük seviyelerde seyrediyor. Kötü iç mekan hava kalitesine katkıda bulunan diğer faktörler arasında pek çok sayıdaki yeni malzemeler, özellikle polimerler ve son yıllarda iç mekanlara, özellikle çocuk odalarına giren çeşitli elektronik cihazlar oldu.

 

Bugün kabul edilebilir bir iç mekan hava kalitesi aslında bir saat içerisinde hava değişimlerindeki gereken havalandırma seviyesi veya dışarıdaki hava ikmali oranını belirleyerek tanımlanmaktadır. Yani kabul edilebilir bir iç mekan hava kalitesi ısıtma veya soğutma seviyelerini Watt cinsinden belirleyerek termal konfor için koşulları tanımlamak olarak da tanımlanabilir. Toplumun enerji verimliliğine karşı duyduğu giderek artan gereksinim genellikle çok sıkışık binaların ortaya çıkmasıyla sonuçlanmaktadır. Bu da filtrelemeyle tedarik edilen dış hava miktarının gereken havalandırmayı sağlamaya yeterli olmadığı anlamına gelir. Transmisyondan dolayı dışarısı ile yaşanan ısı değişimi bina cephelerine göre giderek artan koşullar sayesinde azalırken, havalandırma (fanlar, besleme havasının ön-ısıtması ve ön-soğutması) için gereken enerji binalarda kullanılan toplam enerjide giderek daha büyük bir yüzdesini oluşturmaktadır. 

 

Binalarda Havalandırmaya İlişkin CEN Standartları

Havalandırma sistemlerinin binalarda enerji performansı üzerindeki etkisinin hesaplanması aşağıdaki standartlar ışığında yapılmaktadır. 

 

EN ISO 13790: Binalarda enerji performansı – Mekan ısıtması ve soğutmasında enerji kullanımının hesaplanması.

 

EN 15251: İç mekan hava kalitesi, termal ortam, aydınlatma ve akustikle ilgili olarak binaların enerji performansının tasarımı ve değerlendirmesi için iç mekan çevresel girdi parametreleri.

 

EN 13779: İkamete mahsus olmayan binalarda havalandırma – Havalandırma ve oda iklimlendirme sistemleri için performans koşulları

EN 15241: Havalandırma ve filtrelemeden kaynaklanan enerji kayıplarında hesaplama yöntemleri.

 

EN 15242: Filtreleme de dahil olmak üzere binalarda hava akım oranlarının tespiti için hesaplama yöntemleri.

 

Her şeyden önce havalandırma için gereken enerji talebi gereken iç mekan ortamını (EN 15215’ten alınan havalandırma oranları veya EN 15242’den alınan filtreleme oranları) hesaba katan bir bina karakteristiği olan EN 13790 ile hesaplanır. 

 

EN 15242’de hava akımları hem mekanik, hibrit hem de pasif havalandırma için hesaplanır. Hesaplama, mekanik sistemler için EN 15251/EN 13799’da yer alan gerekli hava akımı değerleri üzerinden yapılır. Değerler şu gibi faktörler hesaba katılarak düzeltilir: Hava işleme ünitesinin pozisyonu (iç mekan veya dış ortam), devrenin açılıp kapatılması, havalandırma etkinliği, sistem tasarımının güvenilirliği, kanal sızıntıları yoluyla hava akımı, eğer varsa hava işletim ünitesi ve hava devridaiminin hava sızıntıları. 

 

Pasif ve hibrit havalandırma kanalı açısından hesaplamanın amacı dış ortam ve iç mekan koşullarının hesaba katılarak sistemdeki hava akımını hesaplamaktır. Bu yöntem bina dışındaki rüzgarlı hava hızı, bacanın basınç kayıplı katsayısı, çatı açısı ve baca pozisyonu gibi dış mekandaki hava koşullarına bağlı olarak değişen baca yoluyla basınç kaybı ile kanaldaki hava hızı arasındaki ilişkiyi tanımlar. 

 

Daha sonra bir EN 15241’ye uygun havalandırma sistemine gereken enerji ihtiyacının hesaplanması işleminde fanlar için enerji ihtiyacı, ön-ısıtma, ön-soğutma, ısı eşanjörlerinin verimliliği, kanallarda nemlendirme, nemden arındırma ve enerji kayıplarının hesaba katılması gereklidir. Genel anlamda kapsamlı ilkeler dizisi Şekil 1’de görülebilir. 

 

Bir başka önemli konu da aynı önlemin etkisini (ısı kazanımı) iki kere hesaplamaktan kaçınmak için EN 13790 ile EN 15241 arasına sınır koyulması gerektiğidir. Havalandırma sistemleri ile ilgili özel tasarım kılavuzları ve gereksinimleri EN 13799’da liste halinde sunulmuştur. Bu standartta tasarım için belirtilen kılavuz ve ekleri esas olarak mekanik besleme ve egzoz havalandırma sistemleri ile hibrit havalandırma sistemlerinin mekanik bölümüne uygulanabilir. 

 

Konuta mahsus havalandırma uygulamaları bu standart kapsamında değildir. Konut tipi binalardaki havalandırma sisteminin performansı CEN/TR 14788 ile standarda bağlanmıştır. Sınıflandırma farklı kategoriler kullanmaktadır. Bazı değerler için örnekler verilmiştir ve koşullar açısından varsayılan değerlerin olduğu normal aralıklar sunulmuştur. Bu standartta belirtilen varsayılan değerler, doğası gereği normatif değildir ve diğer değerlerin belirlenmediği yerlerde kullanılmalıdırlar. Ek A insanların kullandığı binalardaki iklimlendirme sistemleri ve mekanik havalandırma için oluşturulmuş ana esasları içerir. Ek A’da ayrıca ilgili binada uygun havalandırma sistemi kurmak için dış ortamdaki hava kalitesinin uygun değerlendirmesi, hava filtresi seçimi ve ısı kazanımı için bazı tasarım değerlerini ve öneriler bulunmaktadır.  

 

Ek B ekonomik görüşler açısından bir kılavuzdur ve böylelikle belirli bir yatırımın net mevcut maliyetini değerlendirmek için mevcut değer yönetiminin temeli de açıklanmış olur. Ayrıntılar için başka bir standarda değinilerek açıklamalar yapılmış olsa da gelecekteki bir güncellemede mevcut ekonomik hesaplamalar açısından değinilen standart silinebilir. 

 

Gerekli Havalandırma Oranlarını Belirleme Yöntemleri

Binalarda gereken havalandırma oranları için geliştirilen daha yeni standartlar, insan ve binayla ilgili kirliliğe ilişkin kaynakları da dikkate alır ve ASHRAE 62.1 (1) ile EN 152512 bu standartlar arasındadır. Söz konusu standartlar kuralcı bir yöntem içerir ve farklı mekan tipleri için minimum havalandırma oranlarının olduğu yer değerleri liste halinde bir tabloda belirtilmiştir. Önerilen bütün standartlar konfor konusuyla ilgili olduğu kadar sağlık meselesiyle de ilgilidir.

 

Kuralcı Prosedür

Kuralcı yöntem açısından kişi başına düşen minimum havalandırma oranı ve kat alanında metrekareye düşen minimum havalandırma oranı gereklidir. Bu iki havalandırma oranı toplanır. İnsanla ilgili havalandırma oranı insandan (koku ve bio-atık) yayılan kirliliğe yanıt verecektir ve kat alanına dayalı havalandırma oranı da bina, mobilyalar, HVAC sistemi ve benzeri nedenlerden kaynaklı emisyonları kapsamalıdır.  

 

Kullanılan bir mekanın solunum bölgesinde veya bir bölgedeki mekanlardaki gerekli dış ortam hava akımı değerleri, örneğin solunum bölgesi dış mekan hava akımı (Vbz) aşağıdaki denklem ile belirlenir.

 

 

Az = Kat alanı; Pz = İçeriden bulunan insan yoğunluğu; Rp= Kişi başına düşen gerekli dış ortam hava akımı oranı;  Ra = Her birim kat alanı başına düşen gerekli dış ortam hava akımı oranı. 

 

Asgari olarak bu alan mekanı kullanan kişilerden (insan unsuru, Rp, Tablo 1’e bakın) kaynaklı bio-atıkların etkisini hafifletmek için havalandırılmalıdır. EN 15251’deki bu oranlar iç mekan hava kalitesinin üç kategorisi içindir ve ziyaretçilerin belirli bir yüzdesinin hava kalitesinin kabul edilemez olduğunu düşünecekleri öngörüsüne dayanır. Tasarım seviyeleri böylece mekana gelen insanlar açısından yeterli olacaktır, ancak bunun her zaman geçerli olacağı ise tartışmalıdır. İnşaat malzemesi ve tütün dumanı kaynaklı emisyonlara (rahatsız edici kokular [2]) az adapte olunurken, insanlar mekandaki kokuya (biyo-atıklar) hızla adapte olurlar. Mekanı kullanan insanlar (hava kalitesine en az 15 dakika adapte olanlar) için kabul edilebilir bir hava kalitesini havalandırma oranının üçte birinin sağlayacağı hesaplanmıştır, yani kategori 2 için kişi başına 7 I/s yerine 2,5 olabilir. Havalandırma ve iç mekan hava kalitesi standardı olan ASHRAE 62.1 nolu standart ortama adapte olan insanlar (mekandakiler) için havalandırma seviyelerini belirlemektedir. Ayrıca önerilen asgari havalandırma miktarı bina ve binaya ait sistemlerden kaynaklanan emisyonları hesaba katmak için binayla ilişkili havalandırma oranı kullanılarak arttırılmıştır ( Tablo 1). 

 

Yapılan çok sayıda çalışma kaynakları ve havalandırma oranlarını toplamanın en iyi tahmin hesabı olduğunu göstermiştir ama bu yöntem her tür kirlilik yaratan malzeme tipi için geçerli olmayabilir. Bu durumda söz konusu malzemenin kötü kokulara ve yaşanan rahatsızlığa (algılanan hava kalitesi) ne kadar katkıda bulunduğu göz önünde bulundurulmalıdır. Yani tüm bu hususların bir organı (burun) etkilediği ve bu nedenle toplanması gerektiği öne sürülebilir. Sağlık riski dikkate alındığında aynı kimyasal unsur için basit bir toplama işlemiyle ilgili malzeme denkleme eklenebilir. 

 

ASHRAE 62.1 ile karşılaştırmalı olarak EN 15251 standardındaki gerekli havalandırma oranları Tablo 1’de görülmektedir. Avrupa kaynaklı önerilenler ile ASHRAE tarafından listelenenler arasında oldukça büyük farklar vardır. Bunun asıl sebebi ise Avrupa kaynaklı önerilerin mekanda sürekli yaşamayan insanlara (ziyaretçiler) uygun olması, ASHRAE koşullarının ise temelde mekanda yaşayan adapte olmuş kişilerin temel alındığı asgari yönetmelik koşulları olmasıdır. 

 

Havalandırma etkinliği

Standartlarda belirlenen havalandırma oranları (Tablo 1) insanların kullandığı mekandaki soluma seviyesinde gerekli olan oranlardır. Oda tedarik difüzörlerinde gerekli havalandırma oranı şöyle hesaplanır: 

 

 

Vbz = soluma bölgesinin havalandırılması, 

eV  = Havalandırma etkinliği

 

Havalandırma etkinliği hava dağılım etkinliğine ve kirlilik kaynağının (veya kaynaklarının) tipine ve konumuna bağlıdır, bu yüzden bu değer sadece bir sistem karakteristiği değildir. Birçok durumda kirliliğe yol açan madde yayınımının tek tip olduğu varsayılır, bu yüzden havalandırma etkinliği hava dağılım etkinliği ile aynıdır. Tamamen karışık bir havalandırma sistemi için değer 1’dir ve Tablo 1’deki havalandırma oranları dağıtıcı menfezlerin tasarımında kullanılabilir. Havalandırma etkinliği veya hava dağılım etkinliği ise hava besleme ve geri dönüş menfezlerinin pozisyonu ile tipinin bir fonksiyonudur ve bu etkinlik beslenen hava ile ve oda sıcaklığı arasındaki farka ve dağıtıcı menfez yoluyla yaratılan hava akımının toplam miktarına bağlıdır. Hava dağılım etkinliği sayısal olarak hesaplanabilir veya deneyle ölçülebilir. 

 

Yer değiştirme ve kişisel havalandırma açısından değerler 1’den yüksek olabilir ama eğer bir mekana sıcak hava dağıtılıyorsa değerler 0.5’e kadar düşebilir. 

 

Hava dağıtım etkinliği bir mekandaki hava dağılımını hesaba katar ama dışarıdaki havanın kanallar yoluyla mekana ne kadar etkin şekilde aktarıldığını hesaba katmaz. Eğer sistemde bir hava sızıntısı varsa havalandırma havasının miktarı arttırılmalıdır. Bu durum EN 15252 standardında bahsedilmemiştir ama ASHRAE 62.1’de bahsi geçmektedir. 

 

Tartışma

Günümüzde gerekli asgari havalandırma oranını hesaplamak için standartlara ve yönetmeliklere sahip olsak da bunlar tam anlamıyla bütünlüklü değillerdir. Amaç elbette soğutma yükü hesaplamalarında olduğu gibi gerekli havalandırma oranını elden geldiğince açık şekilde hesaplamaktır. Sağlığa, konfora ve performansa dayalı kabul edilebilir bir iç mekan hava kalitesi için gereksinimleri ve bütün kaynaklardan gelen yayılma oranlarını da bilmemiz gerekir. 

 

Maalesef bunu belirlemek soğutma yükü hesaplamalarında olduğu gibi kolay değildir. Zira soğutma yükü hesaplamalarında oda ve dış mekan sıcaklık seviyeleri (°C), enerji emisyonu (watt), ısı depolama, güneş radyasyonu (watt) gibi parametrelerin tümü benzer birimlerle yorumlandığından ve tümü insan vücudundaki aynı parametreyi (ısı dengesi) etkilediğinden durum daha kolaydır. İç mekan hava kalitesi açısından insanlar, içerideki donanım, sistemler, tesisatlar, dışarıdan gelen vb. pek çok kaynaktan yayılan binlerce madde söz konusudur ve bunların her biri vücudun bir veya daha fazla organını etkileyebilir.

 

Asgari havalandırma oranını belirlerken hem insanlardan (ve onların faaliyetlerinden) kaynaklanan “kirletici maddelere” hem de “binanın” (donanım, bina materyalleri, HVAC sistemleri) kirliliğe katkısı dikkate alınmalıdır. Her iki kaynağa ait emisyonlar koku seviyesini (burunla tespit edilerek) etkilediğinden, 5 kişinin olduğu yerde bir kişi için 5 kat havalandırma oranı sağlamanız gerektiğinden bu katkıları ve havalandırma oranlarını hesaba eklemeliyiz. Burada bir fark bulunuyor; mekandakilerin algısı lineer olarak eklenemeyeceğinden söz konusu kaynaklar iki katına çıktığında bu artıştan hoşnutsuz olacak kişilerin ikiye katlanması beklenmemelidir. Böylesi bir durumda konfor temel ölçektir. 

 

Sağlık açısından bakılacak olursa farklı kaynaklardan gelen emisyonlar farklı organları etkileyebileceğinden bir maddeyi havalandırırsanız, bir diğerinin etkisini azaltmış olacaksınız. Çoğu durumda konfor gereksinimleri (koku) sizi en yüksek asgari havalandırma oranına yöneltecektir. “İnsan” unsuru açısından gereken havalandırmayla ilgili iyi bilgi sahibi olmamıza rağmen “bina” unsuru açısından havalandırma ile ilgili durumlar çok iyi şekilde belgelenmemiştir. 

 

Binalarda kullanılan malzemelerin belirlenmesine ve daha iyi bir şekilde sertifikalandırılmasına acil ihtiyaç vardır ve “iyi” (az kirleten) malzeme üreticilerinin lehine olacak havalandırma standartları geliştirmeliyiz. 

 

EN 15251’de üç bina tipi tanımlanarak bu yönde bir çalışma başlatılmıştır, ancak mevcut veya yapılması planlanan bir binanın hangi türe ait olduğun değerlendirme yöntemi yeterince iyi değildir.

 

Kim için havalandırma yapacağız? Odaya öylesine giren insanlar (adapte olmamış kişiler) için mi yoksa zaten hali hazırda o odayı kullanan mekan sahipleri (adapte olmuş kişiler) için mi? İşte burada ASHRAE 62.1 ile EN 15251 tarafından benimsenen felsefeler farklıdır. Ama gerçekten de bunları biri veya diğeri mi olmalıdır? Konferans salonları, oditoryum veya dersliklerde çoğu zaman insanlar mekana aynı anda girer. 

 

Koku seviyesinin kabul edilemez bir seviyeye ulaşması biraz zaman alır ve bu sırada insanlar ortama adapte olurlar. Bu durumda içerdeki duruma adapte olan insanlara uygun bir havalandırma oranını hedeflemek uygun olacaktır. İnsanların sürekli bulunmadığı, ziyaretçi niteliğindeki kişilerin geldiği mekanlar için örnekler arasında birinci sınıf lokantalar, ofisler ve katlı mağazalar sayılabilir. Bu tür mekanlar için daha farklılaştırılmış ölçeklerin kullanılması mantıklıdır. 

 

Tablolarda verilen oranlar tam bir karışıma dayalı olarak hesaplanmıştır ve uygulamada ise havalandırma etkinliği çok nadiren hesaba katılmıştır. Yaşanabilecek sorunlardan biri ise, bazı havalandırma sistemlerinin yaz ve kış mevsiminde farklı havalandırma etkinliğine sahip olabilmesidir. 

Beslenen hava sıcaklık seviyesi oda sıcaklığından düşükse havalandırma etkinliği genelde 1 veya daha yüksek değere sahip olacaktır ama havalandırma sistemi kışın ısıtma amaçlı kullanıyorsa havalandırma etkinliği 0.5’e kadar düşebilir ve havalandırma oranları geçekten iki katına çıkarılmalıdır. Bu hususa ilişkin daha fazla bilgi toplanmalı ve bu meseleye daha çok önem verilmesi gerekir. 

 

EN 15251’de hava temizliği hiç hesaba katılmazken, ASHRAE 62.1 analitik prosedürü kullanarak hava temizliği için bazı alıntıların yapılmasına olanak verir. Hava temizleme donanımlarını geliştirme yönündeki yatırımlar artmaktadır. 

 

Bu sayede dış hava miktarını azaltmak, enerji tasarrufu sağlamak ve hala kabul edilebilir seviyede bir iç mekan hava kalitesine sahip olmak sağlanabilir. Bununla birlikte hava temizleme cihazları için daha iyi test yöntemleri gerekmektedir çünkü halen bu tür testler genellikle kimyasal ölçümlere dayanacak şekilde yapılmaktadır ve koku konusunda ortaya çıkan etki veya algılanan hava kalitesi hesaba katmazlar. Ayrıca testlerde ne tipte “kirletici madde”  kullanılması gerektiğini belirlemek de çok büyük önem taşır. Bazı hava temizleme cihazları VOC’lerde (maddelerden kaynaklanan emisyon) iyi sonuç verse de kirliliğin kaynağı insanlar (biyo atık) ise sıfır veya olumsuz yönde etki sahibi de olabilirler. 

 

Kaynaklar

1. ASHRAE 62.1 (2007) Kabul edilebilir bir iç mekan hava kalitesi için havalandırma, Atlanta, GA, Amerikan ısıtma, Soğutma ve İklimlendirme Mühendisleri Derneği. 

2. Gunnarsen, L., Fanger, P.O. (1992) “İç mekan hava kirliliğine adaptasyon”, Environment International, 18:43-54.