Kapalı otoparklar için tasarlanan havalandırma sistemleri, iki temel ihtiyaçtan yola çıkarak planlanmaktadır.   Bu sistemler günlük işletmede, zararlı araç egzoz gazlarının tahliyesi ve acil yangın durumunda, insanların kaçışına ve itfaiye personelinin yangına müdahalesine yardımcı olması için tasarlanır.

Jet Fanlar vasıtası ile kapalı otoparklarda tesis edilen havalandırma sistemleri, Avrupa’da son 7–8 yıldır görülmektedir. Ülkemizde ise son 2–3 yılda oldukça yaygın bir şekilde talep görmektedir. Otopark havalandırmasına bu yeni yaklaşım, beraberinde  teknik  ve  finansal  açıdan  birçok  avantaj  getirdiği  gibi,  bir  takım  kavram  kargaşalarına  da  neden olmaktadır.

Bu yazının amacı, başlangıçta jet fanlı sistemleri ile klasik kanallı sistemlerin özet bir tanıtımını ve karşılaştırmasını yapıp; jet fanlı sistemler ülkemizde tasarlanırken,  hedeflenen amaçlar ile tasarım sırasında dikkate alınan kriterler arasındaki çelişkileri vurgulamaktır. “Duman Kontrolü” ve “Duman Tahliyesi” konularına açıklık getirmektir.

1.0 Havalandırma İhtiyacı ve Muhtelif Sistemler

Bina içindeki kapalı mahallerin havalandırma sistemleri, genel olarak incelendiğinde; koşullandırılmış taze havanın, tavan seviyesinden veya göreceli olarak mahallin yüksek bir seviyesinden, bir kanal sistemi vasıtası taşınıp, çok sayıda menfez veya difüzörden ortama verildiği görülebilir. Bu menfez ve difüzörlerden ortama verilen taze hava, indüksiyon etkisi ile ortamdaki hava hareketini ve karışımını tetikler. Taze hava, mahalde bulunan ortam havası ile karıştırılıp, homojen bir hava dağılımı ve ortamdaki konfor şartları sağlanır. Temel prensip olarak, taze hava miktarı ve tedarik noktaları kontrol altında tutulduğu için, mahalden egzoz edilen kirli hava göreceli olarak daha önemsiz kalır.

Otoparklarda ise son 20 yıldır, egzoz esaslı bir kanal sistemi üzerinden, otopark hacminin, saatte belli bir değişim miktarının elde edilmesi prensibi üzerine tasarım ve uygulamalar yapılmaktadır. Otoparklara taze hava sağlanması göreceli olarak egzoza göre daha az önemsenmektedir. Taze hava miktarı için endirekt olarak, egzoz havası miktarı kontrol altında tutularak, bir endirekt taze hava kontrolü yaratılmaktadır. Genelde taze havanın, rampalardan, açıklıklardan, kuranglezlerden doğal olarak alınması esas alınmaktadır. Ekstrem durumlarda ise, otoparkta yetersiz doğal açıklık bulunması halinde, kısıtlı sayıda taze hava fanı ile otoparka taze hava tedarik edilmektedir.

Jet Fanlı Sistem: Jet Fan uygulamaları ise otoparktaki kanal sistemi yerine çok sayıda, küçük ebatlı, yüksek hava hızları yaratabilen fanlara dayanmaktadır. Jet Fanlar çok üzün süredir tünel uygulamalarında kullanılmıştır. Prensip; fanların atış ağızlarında çok yüksek hava hızları yaratarak, önlerindeki büyük hava kütlelerini iterek harekete geçirmesi üzerine inşa edilmiştir. Fandan çıkan yüksek hıza sahip hava kütlesindeki momentum, tüm çevreye etkiyecek ve indüksiyon etkisi ile fanın içinden geçen havadan çok daha fazla bir hava kütlesini harekete geçirecektir.,

Jet Fanlar, otopark içine stratejik olarak yerleştirilerek, yukarda belirtilen hava kütle hareketini, egzoz şaftlarına doğru iletmektedirler. Jet Fanlar otopark içinde kontrollü bir şekilde istenilen güzergâhta hava akışı yaratma görevini üstlenirler. Kanallı sistemle karşılaştırıldığında, Kanal ve üzerideki menfez, difüzör, damper gibi ekipmanların yerini alırlar.

Şaftlardaki ana egzoz fanları ise otoparkın ihtiyaç duyduğu egzoz miktarını (havalandırma miktarını) sağlamalıdır. Burada  dikkat  edilmesi  gereken  fark,  kanallı  bir  sistem  ile  karşılaştırıldığında, şafttan  itibaren  otopark  tarafında herhangi bir emiş kanalı olmayacağı için, şaftlarda yer alan ana egzoz fanlarının çok daha düşük, bazı durumlarda neredeyse ihmal edilebilecek bir dirence karşı çalışacak olmasıdır. Bu fark Jet Fanlı sistemlerin işletme açısından daha az enerji tüketmesine dolayısıyla işletmesinin daha ekonomik olmasını sağlamaktadır.

Jet Fanlar, ürettikleri itme güçleri (Thrust - Newton) değerleri ile anılır. Bir Jet Fanın itme gücü, içinden geçen hava kütlesinin miktarı ve bu kütleye kazandırdığı hız ile orantılıdır.

(İtme Gücü = Fandan Geçen Hava Miktarı X Havanın Özgül Ağırlığı X Fan Atış Hızı)

Kapalı Otoparklar: Giriş paragrafında da belirtildiği gibi, kapalı otoparklardaki havalandırma sistemlerinin iki temel hedefi vardır; günlük işletmede, zararlı araç egzoz gazlarının tahliyesi ve acil yangın durumunda, insanların kaçışına ve itfaiye personelinin yangına müdahalesine yardımcı olması için tasarlanmalıdır.

İngiliz Bina Yönetmeliklerine göre, havalandırma sistemi;

• Günlük çalışmada toplam otopark hacminin 6 hava değişimini sağlamalıdır. (Ülkemizde 4,5 veya 5 hava değişimi esas alınmaktadır. Bazen Alman Otopark Regülasyonu da dikkate alınmaktadır. Almanya’da 12–16 m³/saat/m² olarak günlük havalandırma tasarımları yapılmaktadır.)

• Duman tahliyesi için, acil durumda tek kat otopark hacminin 10 hava değişimi sağlanmalıdır.

• Bir havalandırma şaftındaki, toplam havalandırma yükü, iki eşdeğer fana %50 + %50 bölünmelidir.

• Fanlar minimum 300 ºC – 2 saat süre ile çalışabilir olmalıdır.

• Kanallı sistemlerin, egzoz menfezlerinin %50’si yüksek, (tavana yakın) seviyelerden, %50 ise alçak, (yere yakın) seviyelerden egzoz etmelidir.

• Taze hava kaynaklarına dikkat edilmelidir. Yeterli derecede doğal taze hava alışı oluşmuyorsa, fanlar yardımıyla taze hava sağlanmalıdır.

1.1 Günlük Havalandırma ve Araç Egzoz Gazı Emisyonu:

Kanallı bir sistem ile jet fanlı bir sistemin günlük otopark havalandırmasındaki performans karşılaştırması için aşağıdaki örnekten faydalanabiliriz.

Kapalı Otopark Alanı  = 6000 m²

Tavan Yüksekliği  = 3 metre

Günlük Havalandırma = 6 Hava Değişimi (108,000 m³/saat)

Kanallı Sistem: Yukarıda belirtilen havalandırma yükü, iki fan arasında eşit olarak bölüşülmüştür. (%50 + %50); 150 adet emiş menfezi homojen olarak otoparka dağıtılmıştır.  75 adeti yer seviyesinde, 75 adeti tavan seviyesinde. Taze havanın rampadan doğal olarak alınacağı öngörülmüştür.

Jet Fanlı Sistem: Aynı özelliklerdeki sistem kurulmuştur. Sadece kanal ve kanal üzerindeki menfezlerin yerine Jet Fanlar kullanılmıştır. Şaft fanları, yerleşimleri ve debileri değiştirilmemiştir.

Yukarda tanımlanan bu iki sistemin, bilgisayar ortamında modellemesi yapılıp, CFD sonuçları incelenmiştir. 

Sonuçlar yukarıdaki resimlerden görülebilir.

Hava Hızları: 0,5 metre/saniye hava hızından yüksek değerlere sahip bölgeler, kırmızı renkte gösterilmiştir. Sıfıra yakın ölü noktalar ile mavi renktedir.

Kanallı  sistemde, kontrolsüz olarak rampadan içeri alının taze havanın etkisi ile dış duvarlara yakın, çevresel bölgelerde, hava hızlarının yüksek olduğu görülür. Orta bölgelerde ise, hava hızları sıfıra yakın, ölü bölgeler oluşmaktadır; bu bölgeler mavi renk ile gösterilmiştir.

Jet  Fanlı sistemde  ise,  hava  hızlarının otopark  içinde dağılımının, göreceli  olarak çok  daha iyi olduğu görülebilir. Şaftlara yakın bölgelerdeki mavilikler türbülans işaretidir, bu bölgelerde ölü nokta oluşmayacaktır.

Hava Kalitesi: 6 hava değişiminin üzerinde havalandırma sağlayan yüksek kalite bölgeleri mai ile gösterilmiştir. Sıfır ile 3 hava değişimi arasında kalan düşük kaliteli bölgeler kırmızı renk ile gösterilmiştir.

Kanallı sistemdeki hava kalitesi sonuçları, gözlenen hava hızları ile tamamen paraleldir. Çevresel, duvar kenarlarında hava kalitesi çok yüksektir. Ancak otoparkın orta bölümünde, hava kalitesi düşüktür ve saatteki değişim miktarı sıfır ile 3 arasında gerçekleşmektedir. Homojen olarak dağıtılmış 150 menfeze rağmen, hava  kalitesi homojen olarak sağlanamamıştır.

Jet Fanlı sistemde ise otoparkın genelinde 6 hava değişimi sağlandığı görülmektedir.

Otoparka rampa vasıtası ile alınan taze hava akışı üzerinde, Jet Fanlı sistem, çok daha yüksek bir kontrol imkanı sunduğu için, günlük havalandırmada kanallı sisteme göre çok daha üstün performans göstermektedir. 

1.2 Yangın Durumu – Duman Tahliyesi

Kapalı bir otoparkta, yanan bir araçtan yükselen sıcak duman, öncelikle tavan seviyesinde birikecek ve bu seviyede kalın bir duman katmanı olarak otopark geneline yayılacaktır. Herhangi bir acil durum havalandırma sistemi olmadığı takdirde, bu katman, yangının ilerleyen safhalarında kalınlaşarak daha alt seviyelere sirayet edecektir. Etraftaki hava ile karıştıkça yer seviyesine kadar inecek ve belli bir süre sonra otoparkı tamamen duman altında bırakarak, görüş mesafesini sıfıra kadar düşürecektir.

Kanallı sistemde menfezlerin sadece %50’sinin tavan seviyesinde olduğunu varsayarsak, öncelikli olarak bu menfezler duman tahliyesinde etkili olacaktır. Havalandırma miktarı 10 hava değişimine çıkarılmış olsa dahi, dumana etkiyen bölüm sadece emiş menfezlerinin %50’si olacaktır. Toplam menfezlerin diğer %50’si olan, yere yakın seviyelerdeki menfezlerin etkili olmaya başladığı dönemde, otoparkın alt seviyelerine kadar duman dolmuş olacaktır.

Kesit ve plan olarak bakıldığında, kanallı sistemde duman egzoz sistemleri aşağıdaki gibi görüntü verecektir.

Ortalama değerlerle, kapalı bir otoparkta,  tek bir araç yangını dikkate alındığında, gözlenecek enerji açığa çıkma hızı yaklaşık olarak maksimum 4-5MW (Yangının 15. dakikasında) ve bu duruma tekabül eden duman üretimi ise ~ 15–16 m³/saniye olacaktır.

Bu değer yaklaşık olarak, 2000 m² ‘lik bir alanın saatte 10 hava değişimine eşittir.

Dolayısıyla 10 hava değişimi esasına dayandırılarak tasarlanan duman tahliye sistemleri, 2000 m² ‘nin üzerindeki otoparklarda yeterli duman tahliye gücüne sahip olacaktır ancak otopark 2000 m² altında ise 10 hava değişimi yeterli olmayacaktır.

Burada akılda bulundurulması gereken en önemli konulardan biri, bir sonraki bölümde de değinileceği gibi, Kanallı Sistemlerde, 10 hava değişimi kriterine göre tasarlanan toplam egzoz kapasiteleri, duman üretimine karşı gelen tahliye ihtiyacına cevap verecek, ancak, lokal olarak yangın mahallinde hava hızlarını kontrol altına alamayacağı için, dumanın otopark geneline yayılmasına engel olamayacaktır.

1.3 Jet Fanlı Sistemler

Kanallı Sistemde yer alan kanal ve egzoz menfezlerinin jet fanlar ile yer değiştirmesi, öncelikle, yer seviyesindeki menfezlerin duman tahliyesinde etkisiz kalması problemini ortadan kaldıracaktır.

Kanallı Sistemle, jet fanla tasarlanan sistemlerin, yangın ve duman ile mücadele noktasında karşılaştırıldığında en önemli  farkı;  kanallı  sistemlerin  tamamen  “Duman  Tahliyesi”ne  yönelik  hizmet  verebilecek  olmasıdır.  Jet  Fanlı Sistemler ise birebir Kanallı Sistemlere muadil olarak “Duman Tahliyesi”ne yönelik tasarlanabileceği gibi,yangın ve duman ile mücadeleyi bir basamak ileri taşıyıp, “Duman Kontrolü” amacına yönelikte tasarlanabilir.

“Duman Kontrolü” ve ülkemizdeki bu konu ile ilgili çelişkilere bir sonraki paragrafta değinilecektir.

Yalın olarak “Duman Tahliyesi” ve “Günlük Havalandırma” fonksiyonları olarak iki sistem ele alındığında;

• Günlük  havalandırmada  Jet  Fanlı  Sistem  ile  daha  kaliteli  bir  hava  karışımı  ve  homojen  bir  dağılım  elde edilebilecektir.

• Jet fanlı sistemin, çalışma bölgeleri, kanallı sisteme göre çok daha esnek olarak ve küçük alanlarda, devreye alınabileceği için günlük işletmede, ekonomi ve enerji tasarrufu sağlayabilecektir.

• Kanallı Sistemin, Jet Fanlı Sisteme göre daha az çalışan ekipman barındırması ve daha basit bir otomasyon gerektirmesi neden ile, işletme sırasındaki bakım ve komplikasyonları daha az olacaktır. 

• “Duman Tahliyesi”  amaçlandığında, her iki sistemle de başarılı tasarımlar gerçekleştirilebilir. Ancak mevcut tasarım kriterlerinde, Kanallı Sistemle “Duman Kontrolü” yapmak mümkün olmayacaktır.

2. Duman Kontrolü

Jet Fanlı Sistemler, “Duman Tahliyesi” hedeflenerek, Kanallı Sistemlere muadil veya alternatifi olarak tasarlanabileceği gibi, acil durumda yangın ve duman ile mücadeleyi bir basamak ileri taşıyıp “Duman Kontrolü” amacına yönelikte tasarlanabilir.

“Duman Kontrol”ünde amaç, otoparkın yangından uzak bölgelerine dumanı sirayet ettirmemek ve sanal bir bölgede, yangın noktası ile egzoz şaftı arasında dumanı hapsetmektir.

Bu sayede kaçış güzergâhları dumandan temiz kalacak, otoparktaki maddi hasar minimize edilmiş olacak ve en önemli noktalardan biri, itfaiye yanan aracı kolayca tespit edip, anında duruma müdahale edebilecektir. 

2.1. Duman Kontrolü Tasarımı

“Duman Kontrolü”nün birinci prensibi: “Yeterli büyüklükteki bir hava hızı, dumanın hareketini kontrol altına alabilir.” (KLOTE – Ref 2)

Bu prensip, uzun yıllardır karayolu tünellerinde kullanılmıştır. Benzer bir yaklaşım da, çok katlı ve yüksek binaların merdiven basınçlandırmasının temelini de oluşturmaktadır.

Karayolu tünellerinde, jet fanlar ile tünel içinde en az dumanın yayılma hızına eşdeğer karşı bir hava akımı oluşturulmaya çalışılır. Temel prensip “sıcaklık ve yoğunluk farkından ötürü dumanın her yöne olan doğal yayılma eğilimine karşı koyabilecek minimum hava akış hızını oluşturmaktır”. Bu başarıldığında, dumanın sadece istenilen istikamette hareketine müsaade edilmiş olacaktır.

Dumanın yayılma hızı ile ilgili çalışmalar ilk olarak tüneller için yapılmıştır. Tünel içinde 3 MW büyüklüğünde bir araç yangınında dumanın yayılma hızı Heselden tarafından hesaplamıştır. (Ref 3).

3 MW büyüklüğünde, 10 metre çevresel büyüklüğe sahip ve 5 metre yüksekliğinde bir araç yangını için dumanın hızı 1,3 m/saniye olarak hesaplanmıştır. (Ref 3)

Tavan yüksekliği daha az, ancak her istikamete yayılma imkânı olan bir kapalı otoparkta duman benzer şekilde yayılacaktır. Her istikamete yayılma imkânı olduğu için, dumanın yayılma hızı düşecektir. Dumanın yayılma eğilimi, ya fiziksel olarak bir engelle karşılaşana kadar (duvar, duman perdesi, kiriş ve benzeri fiziksel sınırlar) yada çevresindeki hava  ile karışarak sıcaklık ve yoğunluk farkı ortadan kalkana kadar sürecektir. 

Aşağıdaki listede kapalı otoparklarda araç yangınlarında, yangına olan mesafe ile dumanın yayılma hızının ilişkisi görülebilir.

Aşağıdaki tablo ise, dumanı kontrol etmek için, kontrol bölgesinin genişliği ile bağıntılı olarak, gerekli olan kesit hava hızları verilmiştir.

(Avrupa’da bazı ülkelerde Jet  Fanlı Sistem, hem duman tahliye ve kontrolü, hemde sprinklerin soğutma görevini üstlenmektedir. Dolayısıysla bu tarz tasarlanmış otoparklarda, sprinkler kullanma zorunluluğu yoktur. Yukardaki  tabloda  verilen  hızlar  için,  sprinklerin  soğutma  etkisi  dikkate  alınmadığından,  ülkemizdeki  sprinklerli otoparklarda daha düşük hızlar, tercihen 40–50 metre zone genişliğinde, minimum 0.40–0.50 m/s kullanılabilir.)

Duman Kontrolü için sağlanacak olan hava hızının yangın ve duman üzerinde iki ana etkisi olacaktır. Yeterli derecede hava debisini yangın üzerinden geçirerek,

• Soğutma etkisi, dolayısıyla dumanın yayılma eğiliminde bir düşüş etkisi

• Dumanın yayılma eğilimine karşı gerekli hava akış hızını sağlayarak, bu eğilimin engellenmesi.

Ülkemizde birçok projede, “Duman Tahliyesi” kriteri olan 10 hava değişimi esas alınarak, “Duman Kontrolü” ne yönelik hedeflemeler görülmektedir.

Hava hızları dikkate alınmadığında, aşağıdaki örnekler ile bu tasarım ve hedeflerdeki çelişki daha net  olarak anlaşılabilir.

Yukarıda, Kanallı Sistem ile tasarlanmış, 10 hava değişimi kriterine uygun örnekte, duman birçok emiş menfezinden düşük hızlarda tahliye edildiği için, dumanı kontrol etmek için gerekli olan hava hareket hızları sağlanamamıştır. Duman, başarılı bir şekilde tahliye edilmesine rağmen, otopark geneline yayılarak tahliye edilmektedir.

Aynı sistem Jet Fanlı olarak tasarlandığında, otopark mimarisindeki ince uzun yapı ve egzoz şaftlarının kısa kenarda yer almasından ötürü, otopark 10 hava değişimine tekabül eden egzoz kapasitesi, yangın bölgesi üzerinde yoğunlaştırılabilir, bu durumda “Duman Kontrolü” için gerekli hava hızları sağlanabilir ve başarılı bir zone’lama yapılabilir.

Aynı  6000  m²’lik  taban  alanına  sahip  ancak  farklı  bir  mimarideki  otoparkta,  10  hava  değişimine  tekabül  eden, 180,000 m³/saat’lik  kapasite  gerekli  kesit  hava  hızlarını  sağlamaya  yeterli  olmayacaktır.  Bu  durumda  başarılı  bir “Duman Kontrol”ünden söz edilemez.

Toplam egzoz kapasitesi artırılarak, dumanı hareket ettirmek istediğimiz kesitlerde hava hızını tekrar minimum 0,5 m/s‘ye getirdiğimizde, “Duman Kontrolü” bu otopark içinde sağlanmış olacaktır.

Hava hızları konusundaki çalışmalar tamamen sonuçlanmamış ve uluslar arası standartlar tam olarak oturmamış olsa dahi; yukarıdaki örneklerde anlatılmaya çalışıldığı gibi, “Duman Kontrolü” ve Duman Zone’laması için asıl olan otopark içinde, taze hava kaynakları ile egzoz noktaları arasında dumana karşı yaratılabilen hava hareket hızıdır.

3. Sonuç

Jet Fanlı Sistemlerin, günlük otopark havalandırması, acil durum duman tahliyesi ve acil durum duman kontrolü performansları üzerine aşağıdaki sonuçlara varılabilir.

• Günlük  havalandırmada  Jet  Fanlı  Sistem  ile  daha  kaliteli  bir  hava  karışımı  ve  homojen  bir  dağılım  elde edilebilecektir.

• Jet Fanlı Sistemin CO algılama sistemi ile birlikte kullanılması durumunda, çalışma bölgeleri, kanallı sisteme göre çok daha esnek olarak ve küçük alanlarda, devreye alınabileceği için, günlük işletmede, ekonomi ve enerji tasarrufu sağlayabilecektir.

• Kanallı Sistemin, Jet Fanlı Sisteme göre daha az çalışan ekipman barındırması ve daha basit bir otomasyon gerektirmesi neden ile, işletme sırasındaki bakım ve komplikasyonları daha az olacaktır.

• Jet Fanlı Sistemde, otopark içinde büyük kanallar yer almayacağı için, daha aydınlık ve ferah otopark alanları yaratılabilecektir.

    • “Duman Tahliyesi” amaçlandığında, her iki sistemle de başarılı tasarımlar gerçekleştirilebilir. Ancak mevcut tasarım kriterlerinde, Kanallı Sistemle “Duman Kontrolü” yapmak mümkün olmayacaktır.

• Başarılı bir “Duman Kontrolü” için asıl olan, duman yayılma eğilimine karşı otopark içinde yaratabildiğiniz kontrollü hava hareketlerinin hızıdır. 10 veya 9 hava değişimi gibi, hacimsel kriterler “Duman Kontrolü” konusunda belirleyici değildir. Belirleyici olan, dumanı hareket ettirdiğiniz kesitlerdeki hava hızlarıdır.

Referanslar

(1)   H.P. Morgan and others – Design Methodologies for Smoke and Heat Exhaust Ventilation – BRE 368.

(2) J. H. Klote – An Overview of Smoke Control Technology – National Bureau of Standards. USA Paper NBSIR87- 362C

(3) A. J. M. Heselden – Studies of Fire and Smoke Behaviour Relevant to Tunnels. – Paper No. CP66/78

(4) J. A. Wild – C.ENG; F.I.MECH.E - FUME AND SMOKE CONTROL IN ENCLOSED CAR PARKS – Fire Engineers Ass. Paper.