1. GİRİŞ

Deplasmanlı hava dağıtımı, uzun yıllardır sürdürülebilir binaların kullanıcılarını soğutmak ve onlara taze hava sağlamak için tercih edilen yöntemlerden biri olmuştur. Bunun nedeni, deplasmanlı hava dağıtımının prensiplerinin – kullanıcıları etkili bir şekilde taze hava katmanıyla sarmasının– beraberinde bir dizi enerji verimliliği ve iç mekan iklimi avantajı getirmesidir. Ancak, geleneksel perfore deplasmanlı difüzörlerini tipik ticari ofislere yerleştirmek genellikle zordur, çünkü bunlar hacimlidir ve bağımsız dururlar (silindirik totem şeklinde) veya genellikle alçak bir seviyede olacak şekilde duvarlara entegre edilmeleri gerekir.

Birçok ticari ofiste yükseltilmiş döşeme sistemlerinin kullanılmaya başlanmasıyla birlikte, deplasman havasının daha az hacimli bir alternatif aracılığıyla – döşemenin altındaki plenumdan beslenen zemin difüzörleriyle – sağlanması mümkün olmuştur. Bu amaçla birçok zemin difüzörü geliştirilmiştir. Bunlar arasında, ofis ortamında en başarılı olanlar zemin swirl difüzörleri olmuştur (yer tipi swirl difüzör). Bu makale, dört temel zemin swirl difüzör teknolojisinin artılarını ve eksilerini incelemekte ve her biri için uygun uygulama alanlarını önermektedir

2. DEPLASMANLI HAVA AKIŞI

Deplasmanlı hava akışının prensipleri geleneksel olarak, oda sıcaklığından biraz daha soğuk (maks DT=4-5C) ve yüksek iç hava kalitesine sahip havanın verilmesini içerir. Bu üfleme havası, düşük seviyedeki geniş çıkış yüzeyli perfore difüzörlerden süzülerek çıkar, ardından yaşam alanının zeminini serin ve taze hava gölü gibi nazikçe doldurur. Isı kaynakları, havanın doğal konveksiyon bulutları halinde yükselmesiyle serinlik ve tazelikle sarmalanır, ardından ısı ve kirleticilerin yüksek seviyedeki katmanlaşmış tabakalarında birikir ve ortamdan uzaklaştırılır. Bina kullanıcıları, yaklaşık 23°C’lik bir mikro iklimde etkin bir şekilde korunmaktadır ve üfleme havası sıcaklığı genellikle yaklaşık 20°C gibi çok az bir oranda daha düşüktür. Bu nispeten yüksek üfleme havası sıcaklığına rağmen (karışım akışlı sistemlere kıyasla), üfleme-dönüş sıcaklık farkı, 2,7 m’lik standart ticari tavan yüksekliklerinde -6K, daha yüksek alanlarda ise -12K’nin üzerine çıkmaktadır. Sonuç olarak, daha yüksek üfleme havası sıcaklığına bağlı fan enerjisi kaybı standart ofis uygulamaları için makuldür ve yüksek tavanlarda aslında tasarrufa dönüşür. Bunun nedeni, yüksek tavanların altındaki geniş boşluğun bir termal rezervuar görevi görmesi, yaşanan mikro iklimin üzerinde yüzen katmanlaşmış tabakaların daha da fazla ısı yakalamasına izin vermesi, böylece hem boşluktaki hava sıcaklığını hem de üfleme-dönüş havası sıcaklık farkını yükseltmesidir.

Yukarıdakilerden, deplasmanlı hava dağıtımının karışım akışlı sistemlere göre temel avantajları şu şekilde tanımlanabilir:

1. 1. Kullanıcı iç ortam hava kalitesi (IAQ) artırılır; tipik ticari ofis uygulamalarında oturan kullanıcılar için havalandırma etkinliği 2,0 değerlerine ulaşabilir, bu da karışım akışlı sistemler için tipik olan 0,9–1,0 değerlerini fazlasıyla aşar.
   2. İç hava kalitesinden ödün vermeden dış hava debileri azaltılarak enerji tasarrufu sağlanabilir.
   3. Sıcaklık farkı düşük olan üfleme havası sıcaklığı, chiller ünitelerinin artırılmış performans katsayıları (COP) ile çalışmasına imkan sağlar.

1. 4. Yükseltilmiş üfleme havası sıcaklığı, serbest soğutma potansiyelini ve buna bağlı enerji tasarruflarını artırır.

Bununla birlikte, perfore duvar tipi veya serbest duran difüzörler aracılığıyla sağlanan geleneksel deplasmanlı havalandırmanın temel dezavantajları şunlardır:

1. 1. Standart tavan yüksekliklerinde verilen hava ile dönüş havası arasındaki sıcaklık farkı nispeten düşüktür. Bu nedenle ortamın soğutulması için daha yüksek hava debileri gerekir, bu da daha büyük kanal ve fan boyutları ile daha fazla fan enerjisi tüketimi anlamına gelir.
   2. Perfore deplasmanlı difüzörler hacimlidir ve genellikle benzer karışım akışlı difüzörlerin yüzey alanının yaklaşık 10 katıdır.
   3. Deplasmanlı difüzörlerden süzülen soğuk ve yoğun hava ortama girdiğinde bir şelale etkisi yaratır, aşağı doğru akar ve hızlanarak zemine yayılır. Bu nedenle kullanıcıların difüzörlerden en az 1 m uzağa oturması gerekir; aksi halde ayak bileği seviyesinde yaklaşık 0,18 m/s’nin üzerinde hava hızına maruz kalırlar ki bu da cereyan etkisine neden olur.
   4. Isı yükleri yüksek olsa bile düşük üfleme havası sıcaklıkları kullanılamaz; çünkü ayak bileği seviyesindeki hava sıcaklığının soğuk ayak hissini önlemek için 21 °C’nin altına düşmemesi gerekir.
   5. Isı yükleri yüksek olsa bile, ayak bileği seviyesindeki hava sıcaklığının 21°C’nin altına düşürülmemesi gerektiğinden, düşük üfleme havası sıcaklıkları kullanılmamalıdır.
   6. 2K/m’den daha büyük dikey sıcaklık gradyanı (örneğin, ayak bileği seviyesinde 21 °C / yüz seviyesinde 23 °C’den daha yüksek sıcaklık) termal rahatsızlık yaratır ve deplasmanlı hava akışının ortamdaki ısıyı uzaklaştırma kapasitesi için birincil sınırlayıcı faktördür.

3. TİCARİ OFİSLER İÇİN ZEMİN SWIRL DİFÜZÖRLER

Bilgisayar çağının başlamasıyla birlikte, bilgisayar odalarının kablolama gereksinimlerini karşılamak için yükseltilmiş döşemelerin kullanılmaya başlanması, aşağıdan sağlanan serin hava akışını doğal konveksiyonla birleştirerek bilgisayarların yüksek soğutma ihtiyaçlarını karşılayacak ve yukarıdan ısı uzaklaştırılmasını sağlayacak bir yol sundu.

Bunun sonucunda, yıllar içinde birçok çeşit zemine montajı yapılan yer tipi difüzörler geliştirildi. En eski tasarımların çoğu, güçlü hava hareketi ve cereyan yaratan basit menfezlerdi. Bu durum bilgisayar odalarında kabul edilebilirdi, ancak 1970’lerin sonlarına gelindiğinde Almanya’daki talep, yükseltilmiş döşeme altı hava dağıtımının ofislerde de kullanılması yönünde değişti.

Bu, geleneksel perfore deplasmanlı sistemlerin cereyansız konfor, artırılmış iç hava kalitesi ve enerji verimliliği avantajlarını döşeme altı havalandırmasıyla birleştirmekti. Ayrıca, yükseltilmiş döşeme sistemleri sayesinde artan esneklik ve daha düşük yaşam döngüsü maliyetleri de elde edilebilmekteydi.

Bununla birlikte, basit zemin menfezlerinin ürettiği şiddetli/nüfuz edici hava akışları, cereyan yarattı ve yüksek seviyedeki ısıyı hareketlendirerek, ısıyı ve kirleticileri tekrar yaşam alanına karıştırdı. Bu durum, sadece minimum fan enerjisiyle maksimum ısı uzaklaştırma için gereken üfleme ve dönüş havası arasındaki yüksek sıcaklık farkını değil, aynı zamanda üstün iç hava kalitesini sağlayan, kullanıcıların etrafındaki mikroiklimi de yok etti. Bu sistemler, konforsuzluk ve cereyanla ilgili şikâyetlerle dolup taşmaktaydı ve ancak difüzörlerin doğru mühendislik çözümleriyle – bu sorunları çözmek için swirl teknolojisinin kullanılmasıyla – ofisler için döşeme altı hava akışı gerçek anlamda uygulanabilir hâle geldi.

3.1 Yatay Atışlı Zemin Swirl Difüzörler

Yıllar içinde, birçok farklı deplasmanlı zemin difüzör tasarımı piyasaya sürülmüştür. Bunlar arasında en popüler olanlar genellikle 200 mm çapındaki yüzeyden 30 L/s’ye kadar hafif, yatay bir swirl deseniyle hava üfleyen modellerdir (Şekil 1). Swirl atışı, yakın çevredeki kullanıcılar için cereyan riskini en aza indirmek amacıyla çıkış hızının hızlı bir şekilde azalmasını sağlar. Hafif ve yatay çıkış, verilen havanın üst seviyedeki ısı ve kirleticilerle minimum düzeyde karışmasını sağlayarak, iç hava kalitesini en üst düzeye çıkar ve tipik olarak oturan kullanıcılar için 1,3 ila 2,0 arasında havalandırma verimliliği sağlar.

İç hava kalitesi en üst düzeye çıkarılırken, yatay atışlı zemin swirl difüzörler şu sınırlamalardan etkilenir (Şekil 2):

1. Yatay atışlı üfleme havasının radyal olarak yayılması sonucu ayak bileği seviyesinde cereyan oluşma riski nedeniyle, difüzör ile en yakın oturma noktası arasında en az 1 m mesafe bırakılması önerilir. Bu minimum mesafeyi sağlamak, özellikle çalışma istasyonları, toplantı odaları veya görev grupları için olan alanlar gibi kapalı veya çok amaçlı mekanlarda genellikle zordur.
2. Hava akış deseninin zemine doğru hafifçe yönlendirilmesinden kaynaklanan baş seviyesindeki düşük hava hareketi, tüm kullanıcıların konfor tercihleri için uygun değildir. Bunun nedeni, birçok kişinin hissedilir, hatta artırılmış hava hareketini tercih etmesi ve bu olmadığında havasızlıktan şikayet etmesidir. Bu durum özellikle tropikal bölgeler ve genel olarak Asya-Pasifik bölgesi için geçerlidir.
3. Zemini dolduran serin besleme havası gölü, ayak bileği seviyesindeki (0,1 m yükseklik) hava sıcaklığının, oturan kullanıcıların baş seviyesindeki (1,1 m yükseklik) hava sıcaklığından daha düşük olmasına neden olur. Standart 2,7 m tavan yüksekliği için bu sistemler, dikey sıcaklık gradyanının 2K/m’yi aşmasını ve böylece “soğuk ayaklar, sıcak baş” hissini önlemek amacıyla genellikle yaklaşık 50 W/m² maksimum özgül duyulur ısı yükü ile sınırlıdır.

Yatay atışlı zemin swirl difüzörler iç hava kalitesini en üst düzeye çıkarır ve düşük ekipman ısı yüklerinin veya yüksek tavanların bulunduğu uygulamalara ya da düşük kullanıcı yoğunluğuna sahip orta bölgelere oldukça uygundur. Ancak, çoğu ofiste tipik olan yüksek ekipman ısı yükleri ve artan kullanıcı yoğunlukları ile genellikle 2,7 m’yi geçmeyen tavan yükseklikleri bir araya geldiğinde, bu difüzörlerin kullanılabileceği uygulamaları ciddi şekilde sınırlar.

Bununla birlikte, yatay atışlı bu difüzörler, kütüphaneler gibi düşük ısı yüklerinin bulunduğu ve difüzörlerin geniş aralıklarla yerleştirilmesinin gerektiği durumlarda, yukarı atışlı muadillerinden daha iyi performans gösterir. Bunun nedeni, yatay atışlı zemin swirl difüzörlerin zemini serin hava ile doldurması ve bu havanın daha sonra doğal konveksiyonla yukarı çekilen ısı kaynaklarına doğru önemli mesafeler kat etmesidir.

3.2 Dikey atışlı zemin swirl difüzörler 

Yaklaşık 30 yıl önce, dikey atışlı zemin swirl difüzörü, Londra Şehri’ndeki 1 Lime St’de bulunan ikonik Lloyds binasının sigortacılar alanı için icat edildi. Bu, alandaki aşırı yüksek ısı yüklerini, kullanıcıları aşırı bir dikey sıcaklık gradyanına maruz bırakmadan ortadan kaldırmak ve artırılmış iç hava kalitesi sağlamak içindi (tipik olarak, dikey atışlı zemin swirl difüzörü, oturan kullanıcılar için 1.3 ila 2.0 arasında bir havalandırma etkinliği sağlar).

200 mm çapında yüzeye sahip zemin swirl difüzörler (Şekil 3), yoğun şekilde indüktif dikey atış sağlayacak şekilde tasarlanmıştır. Böylece, oturan kullanıcıların baş yüksekliğine kadar karışım yaratılırken, bu seviyenin üzerinde tabakalaşan ısı ve kirletici katmanları bozulmaz. Bunun nedeni, dikey atışlı zemin swirl difüzörlerin, üfleme hızının hızlıca düşmesini ve üfleme havasının, ortamın mikro iklim havasıyla kısa sürede sıcaklık eşitlemesi yapmasını sağlamasıdır.

Yatay atışlı swirl difüzörlere kıyasla, hem çok daha yüksek hava debileri (50 L/s’ye kadar) hem de çok daha büyük üfleme-dönüş sıcaklık farkları (2,7 m tavan yüksekliği için –10 K’ye kadar) elde edilmektedir. Bu sayede, 2,7–3,0 m yüksekliğe sahip ofislerde m² başına 200 W’a kadar ısı yükü uzaklaştırmak mümkündür.

Başka bir deyişle, tipik ofis ortamlarında dikey atışlı zemin swirl difüzörler, yatay atışlı benzer sistemlerin (yani zemin swirl veya perfore duvara monte) sağlayabildiği maksimum hissedilir soğutma kapasitesinin üç ila beş katından fazlasını, kullanıcıları cereyana veya aşırı dikey sıcaklık gradyanına maruz bırakmadan sağlayabilmektedir.

Dikey atışlı zemin swirl difüzörün bu ve benzeri uygulamalardaki büyük başarısı, ofislerde deplasmanlı hava dağıtımında yeni bir dönemin başlangıcı olmuştur.

Kişiselleştirilmiş konfor talebi, kullanıcı için hava debisi ayarı yapabilme imkanının eklenmesine yol açtı. Görev/ortam iklimlendirmesi (TAC) olarak adlandırılan bireysel difüzör kontrolü gereksinimi, Bauman gibi bu sistemleri güçlü bir şekilde savunan önde gelen araştırmacıların çalışmalarının ardından arttı.

Bu durum, özellikle Bina Sahipleri ve Yöneticileri Birliği (BOMA) tarafından ABD ve Kanada’da 1829 ofis kiracısına anket uyguladığı araştırmalardan sonra ortaya çıktı.

Bauman, bu ankete dayanarak şu sonuca vardı: “Hem en önemli özellikler listesinde (%96) hem de kiracıların en az memnun oldukları özellikler listesinde (%65) yer alan tek konu, kiracıların sıcaklığı kontrol edebilme yeteneğidir.”

Bauman, ayrıca de Deer’in [9] bireysel kontrol yetenekleri olmayan bina kullanıcılarının, bireysel termal kontrol imkanına sahip olanlara göre sıcaklık değişikliklerine iki kat daha duyarlı olduğu bulgusunu aktardı.

Webster, kullanıcı kontrollü döşeme altı hava dağıtım sistemlerinin, “çalışanlara lokal ortamları üzerinde daha fazla kontrol vererek ve iç ortamların kalitesini iyileştirerek çalışan memnuniyetini ve verimliliğini artırdığını” belirtir.

Ancak Webster, dikey atışlı zemin swirl difüzörlerinde hava debisinin çok düşmesi halinde, aşırı bir dikey sıcaklık gradyanının (yani “soğuk ayaklar, sıcak baş” rahatsızlığı) ortaya çıktığını göstermektedir. Bunun nedeni, swirl akışının karışım yüksekliğinin oturan kullanıcıların baş seviyesinin oldukça altına düşmesi ve böylece yüz bölgesinin, tabakalaşmış zonun daha yüksek sıcaklıklarına maruz kalmasıdır. Bu durum, kullanıcıların dikey atışlı zemin swirl difüzörlerinin damperlerini önemli ölçüde kısması durumunda, difüzörlerin kullanıcı tarafından kontrol edilmesinden kaynaklanabilir.

Bugünün dikey atışlı zemin swirl difüzörleri, çeşitli üreticiler tarafından dikey yönde yüksek indüksiyonlu hava akışı sağlayacak şekilde üretilmektedir ve genellikle difüzör yüzeyinin manuel olarak döndürülmesi yoluyla (damperi kısmak için saat yönünde; açmak için saat yönünün tersinde) hava debisinin kullanıcı tarafından kişisel olarak ayarlanmasını sağlar; bu sayede Green Star kapsamında kullanıcı ayarlı kredilere ilişkin gereklilikleri karşılar.

Bununla birlikte, bu difüzörler için aşağıdaki sınırlamalar vardır (Şekil 4):

1. Difüzör ile en yakın oturma alanı arasında en az 0,6 m mesafe bırakılması, radyal olarak yayılan ve dikey atışla verilen hava akışının oturan kişilerle çarpışmasını önlemek için genellikle tavsiye edilmektedir. Bu minimum mesafeyi sağlamak çoğu zaman zordur, özellikle de yüksek yoğunluklu ofislerde veya “tak-çalıştır” esnek çalışma alanlarında.
2. Yüksek indüksiyonlu dikey atışla oluşan, ancak zar zor hissedilebilen hava hareketi, tüm kullanıcıların konfor tercihleri için uygun değildir; birçok kişi daha belirgin veya kısmen artmış lokal hava hareketini tercih etmektedir.
3. Etkili olabilmesi için, yalnızca hava debisi ayarıyla kullanıcının kendi lokal iklimini kişiselleştirebilmesi adına geniş bir hava debisi ayar aralığı gereklidir. Ancak bu durum şu sorunları beraberinde getirir (Şekil 5):

• • Difüzörün hava debisinin büyük oranda kısılması, aynı plenum kutusuna bağlı diğer difüzörlerden daha fazla hava çıkmasına yol açabilir. Bu da lokal aşırı soğuma yaşayan kullanıcıların difüzörleri kısmalarıyla sonuçlanarak zincirleme bir etki (kartopu etkisi) oluşturabilir. Başka bir deyişle, difüzörlerin art arda kapatılması durumu ortaya çıkabilir ve bunun sonucunda sistem değişen ısıl yüklere doğru şekilde yanıt verecek yeterli havayı sağlayamaz. Bu da büyük ölçüde bölgedeki termostatik kontrolün kaybına yol açar.
  • Difüzörlerin kısılmasıyla ortaya çıkan kartopu etkisi, iç hava kalitesi açısından olumsuzdur; çünkü genellikle mahale yetersiz taze hava beslemesine yol açar.
  • Döşeme tipi swirl difüzörden geçen hava debisi azaldıkça, atış yüksekliği de düşer. Oysa ideal durumda, aşırı dikey sıcaklık gradyanını önlemek için atış yüksekliği oturan kişilerin baş seviyesine kadar ulaşmalıdır. Hava debisinin belirgin şekilde azalması, yetersiz dikey atışa yol açar. Bunun sonucunda, üst bölgede tabakalaşmış sıcak hava katmanı aşağıya sarkarak kullanıcıların baş seviyesine kadar iner. Bu durum, termal rahatsızlık (“soğuk ayaklar, sıcak baş”) ve yüz seviyesinde durağan hava nedeniyle bunaltıcı bir hissin oluşmasına sebep olur.

4. Difüzöre opsiyonel olarak entegre edilen motorlu VAV damperin çalışması. – Toplantı odaları gibi yüksek dalgalı ısı yüklerinin görüldüğü alanlarda ikincil bir termostatik kontrol aracı olarak kullanılır – çoğunlukla 3c’de tarif edilen kullanıcı rahatsızlıklarına neden olur.

Dikey atışlı zemin swirl difüzörleri, doğrudan oturma alanlarının yanına konumlandırılmadıkları sürece, orta ila çok yüksek ısı yükü bulunan ortamlarda iyi performans gösterirler. Bununla birlikte, özellikle perimeter bölgeler gibi ısı yükünün büyük dalgalanmalar gösterdiği uygulamalarda, kullanıcıların kontrol edebileceği hava debisi aralığı küçük tutulmalıdır. Bu difüzörler, özellikle kısa süreli kullanılan alanlar veya yüksek termal yüklere sahip bölgeler için son derece uygundur.

I am text block. Click edit button to change this text. Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Ut elit tellus, luctus nec ullamcorper mattis, pulvinar dapibus leo.

3.3  Atış Ayarlı Zemin Swirl Difüzörleri

Kullanıcıların hava debisini değiştirmesinin, sistemin genel soğutma performansını ve iç hava kalitesini olumsuz etkilemesini önlemek amacıyla, kişisel konfor ayarına imkan tanıyan atış ayarlı zemin swirl difüzörü geliştirilmiştir (Şekil 6). Bu difüzörler, eğimli bir eksen boyunca güçlü bir indüksiyonla swirl hava akışı oluşturur. Bu swirl etkisi sayesinde, üfleme havasının hızı hızla düşer ve sıcaklığı ortam havasıyla anında eşitlenir. Kullanıcı, difüzör yüzeyini döndürerek hava yönünü ayarlayabilir; böylece Green Star kullanıcı ayarlanabilirlik kriterlerini karşılar.

Dikey atışlı swirl difüzörlerle kıyaslandığında, atış ayarlı zemin difüzörleri aşağıdaki avantajlara sahiptir (Şekil 7 ve 8):

1. Difüzörün koltuklara 0,4 m uzağa yerleştirilmesi ideal olsa da hava akış yönünü farklı bir yöne çevirebilme özelliği sayesinde, cereyan riski olmadan difüzörü koltukların hemen yanına yerleştirmek mümkündür.
2. Difüzörün hava akışının kullanıcıya doğru yönlendirilmesiyle oluşan daha yüksek lokal hava hareketi, artan hava hareketini tercih eden kullanıcılar için havasızlık hissini ortadan kaldırır. Daha az hava hareketi istenirse, kullanıcı difüzör yüzeyini çevirerek hava akışını uzaklaştırabilir.
3. Kişiselleştirilmiş etkin sıcaklık ayarı için hava debisi ayarı yerine hava yönü ayarı kullanıldığında, atış ayarlı zemin difüzörleri şu avantajları sağlar:
   • Hava debisi kullanıcı tarafından kısılamadığından, iç hava kalitesi bozulmaz.
   • Hava debisi kullanıcı tarafından kısılamadığından, termostatik kontrol bozulmaz.
   • Atış yüksekliği büyük ölçüde sabit kalır; bu da kullanıcı ayarından bağımsız olarak “soğuk ayaklar, sıcak baş” hissini ve havasızlık problemini ortadan kaldırır.

Bununla birlikte, atış ayarlı zemin swirl difüzörleri bazı sınırlamalara sahiptir:

1. Ortam havası ayarı, iki olası ayar yönteminden (hava yönü ve hava debisi) yalnızca biri (yani hava yönü) üzerinden kullanıcıya sunulduğunda, kullanıcıya özel konforun tüm yelpazesi en üst düzeyde sağlanamaz.
2. Yoğun indüksiyonlu ve hızla azalan üfleme hızına sahip dikey üfleme seçeneği sunulmadığından, bu tip hava paterninin gerekli olduğu uygulamalara uygun değildirler.
3. Bu difüzörlerde motorlu VAV damper seçeneği mevcut değildir, zira bu durum atış mesafesinde dalgalanmalara neden olur ve hem yaşam alanındaki dikey sıcaklık gradyanını hem de kullanıcının hava hareketini ayarlama kontrolünü olumsuz etkiler.

Atış ayarlı zemin swirl difüzörleri, kişisel konfor ayarının istendiği orta ila yüksek ısı yüklü ortamlar için idealdir ve bu ayarlanabilirliği, kullanıcılar için dikey sıcaklık dengesini bozmadan sağlar. Bununla birlikte, motorlu VAV seçeneği sunmazlar; çünkü asıl avantajları – kullanıcı ayarından bağımsız olarak oturan kişilerin baş seviyesine kadar etkin karışım sağlamaları – bu durumda kaybolur.

3.4 Sabit Hızda Atış Yapan Zemin Swirl Difüzörler

Sabit hızda üfleme, hava debisi ayarlansa bile oturan kişilerin baş seviyesine kadar büyük ölçüde sabit bir atış mesafesi elde edilmesini mümkün kılar. Böylece kullanıcı, difüzör hava debisini düşürülmüş bir ayara getirdiğinde dahi, kullanım alanında aşırı bir dikey sıcaklık gradyanı oluşmaz.

Bu şekilde büyük ölçüde sabit kalan atış mesafesi ile hava debisi ayarlanabilirliğinin, yönlendirilmiş eğimli bir hava akışıyla birleştirilmesi, kullanıcının lokal termal ortamını kişiselleştirme potansiyelini daha da artırır. Çünkü artan veya azalan hava debisi, kullanıcıya doğru veya kullanıcıdan uzağa yönlendirilebilir.

Kullanıcıya yönelik bu kadar geniş bir ayarlanabilirlik yelpazesinin sağladığı termal konfor avantajı, özellikle yüklerin güçlü şekilde dalgalandığı, genellikle kullanıcıya özel kişiselleştirmenin en geniş aralığını gerektiren perimeter bölgeler gibi alanlarda önemlidir.

Sabit hızda atış yapan zemin tipi swirl difüzör (Şekil 9), iki ayarlanabilir damper sayesinde difüzör bileşenlerinin üç farklı konfigürasyonda monte edilmesine olanak tanır (ancak bu konfigürasyonlardan yalnızca ikisi büyük ölçüde “sabit hızda” atış sağlar):

1. Kullanıcı tarafından ayarlanabilir atış eğimi, dönüş ve hava debisi (atış büyük ölçüde “sabit hızlıdır”).
2. Kullanıcı tarafından ayarlanabilir dönüş ve hava akış debisine sahip eğimli atış (atış büyük ölçüde “sabit hızlıdır”).

3. Kullanıcı tarafından ayarlanabilir hava akış debisine sahip dikey atış (atış değişken hızlıdır).

Yukarıdaki üç konfigürasyon da kullanıcı tarafından ayarlanabilir krediler için Green Star gereksinimlerini karşılar.

Konfigürasyon 1, kullanıcıya hava debisini (ayarlanabilir stopperler ile sınırlı), yönü (eğimli atış deseninin döndürülmesiyle) ve eğimi (dikey konumda minimum hava hareketi sağlar) ayarlama imkanı sunar.

Bu konfigürasyon, en geniş termal konfor ayarlanabilirliği sağlar: Difüzör yüzeyinin saat yönünün tersine çevrilmesi, kullanıcıya yönlendirilebilen, artırılmış hava debisine sahip ve hafif hava hareketi oluşturan yönlendirilmiş eğimli bir hava akışı sağlar (Şekil 7); saat yönünde çevrilmesi ise, kullanıcıdan uzağa yönlendirilen, azaltılmış hava debisine sahip, dikey atış oluşturur ve bu durumda hava hareketi neredeyse hissedilmez (Şekil 10). Atış yüksekliği büyük ölçüde sabittir.

Bu, özellikle cereyana duyarlı uygulamalarda, yeniden yapılandırılabilir ofisler için en tipik konfigürasyondur.

Konfigürasyon 2, kullanıcıya hava debisi (ayarlanabilir stopperler ile sınırlı) ve yön (eğimli atış deseninin döndürülmesiyle) ayarlama imkanı sunar.

Bu konfigürasyon, hava debisi ayarı ne olursa olsun, ortamda hafif hava hareketi sağlar: Difüzör yüzeyinin saat yönünün tersine çevrilmesi, artırılmış hava debisine sahip ve kullanıcıya yönlendirilebilen eğimli bir hava akışı sağlar (Şekil 7); saat yönünde çevrilmesi ise azaltılmış hava debisine sahip, kullanıcıdan uzağa yönlendirilebilen eğimli bir hava akışı oluşturur (Şekil 11). Atış yüksekliği büyük ölçüde sabittir.

Bu, özellikle hava hareketinin düşük hızlarda dahi hissedilmesinin istendiği tropikal bölgelerde ve Asya-Pasifik’in birçok bölgesindeki ofisler ve çalışma alanları için en tipik konfigürasyondur.

Konfigürasyon 3, dikey atış yapar ve kullanıcıya hava debisi ayarlanabilirliği (ayarlanabilir stopperler ile sınırlı) sunar.
Hava akış debisi ayarından bağımsız olarak yoğun bir atış hızı düşüşü meydana gelir  ve ortamda hava hareketi neredeyse hissedilmez (Şekil 4 & 5). Atış yüksekliği, hava debisine bağlı olarak değişir.
Bu konfigürasyon genellikle geçiş alanlarında veya çok yüksek ısıl yüklere sahip bölgelerde kullanılır.

Spesifik olarak, sabit hızda atış yapan zemin swirl difüzörü aşağıdaki avantajları sağlar:

1. Konfigürasyon 1 ve 2’de difüzörün oturma alanlarının hemen yanına, cereyan riski oluşturmadan yerleştirilmesi mümkündür (ancak optimum hava hareketi kontrolü için en az 0,4 m mesafe tercih edilir).
2. Konfigürasyon 1 ve 2’de kullanıcı hava debisi ayarı yapılabilirken, oturanların baş seviyesine kadar karışım büyük ölçüde korunur. Böylece, hava debisi ayarlanabilir olmasına rağmen havasızlık hissi ve “soğuk ayaklar, sıcak baş” etkisi ortadan kalkar.
3. Konfigürasyon 1 ve 2’de difüzör yüzeyinin saat yönünün tersine çevrilmesi, kullanıcıya doğru yönlendirilebilen ve kişiselleştirilmiş soğutma etkisini en üst düzeye çıkaran, hafif, eğimli bir hava akışının debisini artırır.
4. Konfigürasyon 1’de difüzör yüzeyinin saat yönünde çevrilmesi hava debisini azaltır ve dikey yönde, yüksek indüksiyonlu bir atış üreterek algılanması güç bir hava hareketi meydana getirir. Bu sayede en düşük seviyede kişiselleştirilmiş soğutma sağlanır. Buna karşılık, Konfigürasyon 2’de saat yönünde çevrilme, eğimli ve döndürülebilir hava akımının debisini azaltır, yumuşak yüzey seviyesinde hava hareketi oluşturur ve bu hareket yönlendirme ile ayarlanabilir.
5. Konfigürasyon 1, opsiyonel olarak elektrikli VAV damper işletimi sunar. Bu, otomatik olarak ayarlanan hava debisinden bağımsız olarak kullanıcıya kişiselleştirilmiş hava yönü ve hava hareketi ayarı sağlar.

6. Konfigürasyon 3 (sabit hızlı bir konfigürasyon değildir) hızlı atış hız düşüşüyle birlikte yüksek indüksiyonlu hava beslemesi sunar; algılanması güç bir hava hareketi oluşturur ve kullanıcıya hava debisi ayarı imkânı tanır.

Sabit hızlı atış yapan zemin swirl difüzörlerin dezavantajları şunlardır:

1. Konfigürasyon 3, büyük ölçüde sabit hızlı atış sunmaz ve bu nedenle oturanların baş seviyesine kadar olan dikey atış yüksekliğini sabit tutmaz. Atış yüksekliği, kullanıcı tarafından ayarlanabilen hava debisine bağlı olarak değişir (Şekil 4 ve 5). Bu konfigürasyonda hava debisinin geniş bir aralıkta ayarlanmasına izin verilmesi, havasızlık hissi ve “soğuk ayaklar, sıcak baş” etkisini oluşturabilir.
2. Üç farklı konfigürasyondan herhangi biriyle monte edilebilme seçeneği nedeniyle, hangi konfigürasyon ve damper ayarlarının kullanılacağına ilişkin olarak projeci mühendisten net tanımlı şartnameler gereklidir.

3. İki adet ayarlanabilir damperin bulunması, potansiyel olarak daha karmaşık bir montaj süreci doğurur.

Sabit hızlı atış yapan zemin swirl difüzörler üç farklı konfigürasyon avantajı sunmaktadır:

• Hava debisi, hava yönü ve hava hareketi ayarlanabilirliğini en üst düzeye çıkaran (kullanıcı tarafından yeniden düzenlenebilir ofis uygulamalarının çoğuna uygun),
• Hava debisi ve yön ayarı sunarken baş seviyesinde hafif hava hareketini sürdüren (tropikal bölgelerde ve Asya-Pasifik’teki ofisler ve çalışma alanları için genellikle uygun),
• Sadece hava debisi ayarlanabilirliği sunan, dikey yönlendirilmiş ve neredeyse hissedilmeyecek hava hareketi sağlayan (geçici alanlar veya çok yüksek ısı yükü olan uygulamalar için uygun) konfigürasyonlar.

Bu üç konfigürasyondan yalnızca sonuncusu, kullanıcı ayarlarından bağımsız olarak oturanların baş seviyesine kadar karışımı büyük ölçüde sürdüremez. Konfigürasyon 1 için opsiyonel motorlu VAV damper çalışması mevcuttur ve bu sayede VAV çalışma aralığında oturanların baş seviyesine kadar kişiselleştirilmiş hava yönü ve hava hareketi ayarlanabilirliği sağlanır.

4. SONUÇLAR

Yukarıda sunulan zemin swirl difüzörlerin dışında, özellikle ayarlanabilirlik açısından birçok farklı tasarım mevcuttur. Örneğin, bazı modellerde yataydan dikeye swirl ayarı yapılabilirken, yatay atışlı zemin swirl difüzörlerde kullanıcıya hava debisini ayarlama imkanı sunulmaktadır. Ancak bu makale, en yaygın zemin swirl difüzör tasarımlarına odaklanmıştır.

Özellikle, yatay akışlı zemin swirl difüzörlerin kütüphane gibi düşük ısı yükü olan alanlara uygun olduğu görülmüştür.

Dikey akışlı zemin swirl difüzörler ise ticari ofislerdeki geçici alanlar ve çok yüksek ısı yükü olan uygulamalar için en uygun çözümdür. Bu difüzörler genellikle kullanıcıya hava debisini ayarlama seçeneği sunar, ancak bu yalnızca sınırlı bir aralıkta uygulanmalı ve en iyi şekilde düşük ısı yükü ve minimum termal dalgalanmaların bulunduğu, merkez bölgeler gibi alanlarda kullanılmalıdır. Opsiyonel motorlu VAV ayarı, hava debisi düşürüldüğünde difüzör atışının azalmasıyla dikey sıcaklık gradyanını artırdığı için termal konforu olumsuz etkileyebilir.

Atış ayarlı zemin swirl difüzörleri, kullanıcıya hava yönünü ayarlama imkanı sunar ve böylece kişiselleştirilmiş ayar ne olursa olsun atışı büyük ölçüde oturanların baş seviyesine kadar sürdürebilir. Bu difüzörler, ofisler dahil olmak üzere kullanıcı ayarına ihtiyaç duyulan, özellikle perimeter bölgeler ve yüksek ısı yükü dalgalanmalarının yaşandığı alanlar için uygundur. Ancak bu difüzörler, toplantı odaları gibi alanlarda sıklıkla gerekli olan motorlu VAV modülasyonu sunmamaktadır.

Sabit hızlı atış yapan zemin swirl difüzörler, kullanıcıya hava debisi, hava yönü ve hava hareketi ayarı sunarak, (dikey atış konfigürasyonu hariç) atışı büyük ölçüde oturanların baş seviyesine kadar sabit tutarak lokal termal ortamın kullanıcı tarafından ayarlanabilirliğini en üst düzeye çıkarır. Bu difüzörler, farklı kullanıcı hava sıcaklığı ve hava hareketi tercihlerine uyum sağlar. Motorlu VAV kontrolü sağlandığında dahi “soğuk ayaklar, sıcak baş” riskini ortadan kaldırır. Opsiyonel motorlu VAV kontrolü ayrıca kullanıcıya kişiselleştirilmiş hava yönü ve hava hareketi ayarı imkanı verir. Sabit hızlı atış yapan zemin swirl difüzörler, kullanıcı konforunun ve iç ortam hava kalitesinin en üst düzeye çıkarılmasının hedeflendiği ticari ofis uygulamaları için en uygun çözümdür.

5. KAYNAKLAR

(a) Books and handbooks: CIBSE Continuing Professional Development: Tutorial – Underfloor Air-Conditioning, 2000

(b) Journal articles and conference papers:

Badenhorst S: “Energy Efficient Air Distribution for Comfort”, IRHACE Journal Vol 8, No 6, 1996 Bauman FS: “Giving Occupants What They Want: Guidelines for Implementing Personal Environmental Control in your Building”, World Workspace Conference, Los Angeles CA, 3–5 Oct 1999

Brown MR: “Underfloor Air Conditioning Systems – Principles and Applications”, Carrier Global Engineering conference, May 2000

Center for Building Performance and Diagnostics: “Flexible and Adaptive HVAC Distribution Systems for Office Buildings”, Air Conditioning and Refrigeration Technology Institute, Walking on Air Energy Presentation, 2001

Daly A: “Underfloor Air Distribution: Lessons Learned”, ASHRAE Journal, May 2002-08-16

Gupta V, Woods JE: “The Performance of Underfloor Air Distribution Systems”, High Performance Buildings Conference, Nashville Tennessee, 2007

Hui SCM, Li Y: “Enhancing Sustainability of Buildings by using Underfloor Air Conditioning Systems”, Symposium on System Design and Operation for Enhancing Sustainability of Buildings, Chongqing, China, 8-10 July 2002

 Loudermilk, K J: Underfloor Air Distribution Solutions for Open Office Applications”, ASHRAE Transactions, Vol 105, Part I, 1999

Stanke D: “Underfloor Air Distribution”, Engineers Newsletter, Vol 30, No 4, 2001

Webster T: “Unerfloor Air Distribution: Thermal Stratification”, ASHRAE Journal, May 2002

Woods EW, Novosel D: “Comparative Analysis of Conventional and Underfloor Air Distribution System Performance using the Air Diffusion Performance Index Method”, NEMI, 2008

6. REFERANSLAR

 1.  Badenhorst S: “Underfloor Air Distribution”, AIRAH Indoor Air Quality Conference, Canberra, Australia, 2002 2.  DIN 1946 Part

2 (January 1994): Heating, Ventilation and Air Conditioning, Requirements relating to Health (VDI Code of practice).

3.  Inatomi TA, Abe V, Leite BCC: “Energy Consumption of Underfloor Air Distribution Systems: A Literature Overview”, Conference on Low Energy Architecture, Geneva, Switzerland, 2006

4.  Webster T, Lukaschek W, Dickerhoff D, Bauman F: “Energy Performance of Underfloor Air Distribution (UFAD) Systems Part II: Room Air Stratification Full Scale Testing”, Center for the Built Environment, University of California, Berkeley, 2007.

5.  Krantz Komponenten: “Air Distribution Systems – Floor Air Outlets”, K 72e/05-1

6. Göbel A [Krantz Komponenten]: telephonic interview 25/04/2013

7.  Bauman FS: “Task/Ambient Conditioning Systems: Engineering and Application Guidelines”, Center for the Built Environment, University of California Berkeley, World Workplace Conference, Los Angeles CA, Oct 1999

8.  Building Owners and Managers Association (BOMA) International and ULI (the Urban Land Institute): “What office tenants want”, BOMA/ULI office tenant survey report, 1999

9.  de Dear R, Grager GS: “Developing an adaptive model of thermal comfort and preference” ASHRAE Transactions Vo. 104(1) 1999