MEKAN HAVALANDIRMA SİSTEMLERİNDE ENERJİ GERİ KAZANIMI

👤Hasan Hüseyin BİLGİÇ1 Hüseyin YAĞLI2 Yıldız KOÇ3 Ali KOÇ*4 bilgichh@gmail.com, hsyn.yagli@gmail.com, yildiz.koc@iste.edu.tr, ali.koc@iste.edu.tr 1,2,3,4İskenderun Teknik üniversitesi, Mühendislik ve Doğa Bilimleri Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü, İskenderun/Türkiye

🔍 1. GİRİŞ
Dünyada enerjiye olan ihtiyaç gün geçtikçe artmakta ve bunun sonucu olarak da enerji kaynaklarına erişim çabaları, dünyamızın siyasi, politik ve ekonomik durumu üzerinde etkili ve belirleyici olmaktadır. Günümüzde olduğu gibi gelecekte de enerjiye ihtiyacın olacağı ve hatta artan dünya nüfusu ve gelişen sanayiyle birlikte enerjiye olan ihtiyacın artarak devam edeceği düşünüldüğünde, sınırlı olan fosil yakıtların hızlı bir şekilde tükeneceği ve zamanla yetersiz olacağı açıkça görülmektedir. Günümüzde gelişmişliğin ölçüsü olarak; kişi başına olan enerji tüketimi kabul edilmektedir. Buna tezat olarak sınırlı olan enerji kaynaklarının verimsiz ve bilinçsiz kullanımı söz konusudur. Enerjinin bilinçli, etkin ve verimli kullanılması, sınırlı olan enerji kaynaklarının tasarruflu kullanımının yanı sıra çevrenin korunmasını ve enerjide büyük ölçüde dışa bağımlı olan ülkelerin ekonomisi üzerindeki yükün azalmasını sağlayacaktır. Be nedenle 1973 petrol krizi sonrası OECD ülkeleri tarafından bir takım enerji verimliliği politikaları ortaya konulmuş ve bu politikalar günümüze kadar önemli miktarda enerji tasarrufu sağlamıştır.

Türkiye enerjide büyük ölçüde dışa bağımlı olup her yıl bu oran gittikçe artmaktadır. 2014 yılı enerji tüketiminin %36’sı gibi önemli bir bölümü konutlarda kullanılmaktadır [1]. Konutlarda kullanılan enerjinin büyük bir bölümü ısıtma ve soğutma amaçlı kullanılmaktadır. Enerji tüketimini azaltarak, ısıtma ve soğutma maliyetlerini düşürmek, hava kirliliğini azaltmak ve dolayısıyla sağlıklı yaşam koşulları oluşturmak için binalarda ısı yalıtımı önem kazanmaktadır.
2 Mayıs 2007 tarihli ve 5627 Sayılı Enerji Verimliliği Kanunu ve bu kanuna bağlı olarak çıkartılan Binalarda Enerji Performansı yönetmeliği ile 1 Ocak 2011 tarihi itibari ile 50 m² ve üzeri inşaat alanına sahip tüm binalar için 2017 yılına kadar Enerji Kimlik Belgesinin çıkarılması zorunlu hale getirilmiştir. Ancak son yapılan düzenleme ile bu süre 2020 yılına kadar ertelenmiştir. Konutlarda enerji kaybının yaklaşık %20-30 kadarı hava sızıntısı, diğer adıyla infiltrasyon ile olmaktadır. Hava sızıntısı kapı ve pencere çerçevelerindeki yıpranmış veya eksik contaların yenilenmesi ile veya pencere bantlarının kullanılması ile önlenebilir.

Enerji tasarrufu için konutlardaki hava sızıntıları önlendiğinde karşımıza başka problemler çıkmaktadır. Bunlardan birincisi küf oluşumu ve ikincisi ise insan sağlığı ile doğrudan ilişkili olan iç hava kalitesinin düşmesidir. İç hava kalitesine bağlı olarak “Kapalı Bina Sendromu”, “Hasta Bina Sendromu” ve “Bina Bağlantılı Hastalıklar” olarak tanımlanan sağlık problemleri ortaya çıkmaktadır [2].
Konutlarda enerji tasarrufu için yapılan yalıtıma ek olarak hava sızıntılarını minimize edici önlemlerde alındığın da, oluşması muhtemel nemi, küfü ve insan sağlığına etki eden diğer olumsuz faktörleri ortadan kaldırmak için konutların yeteri kadar havalandırılması gerekliliği ortaya çıkmaktadır. Klasik metotlarda genelde pencere veya kapılar açılarak konutların havalandırılması sağlanmaktadır. Bu tür havalandırma işlemleri sonucu büyük miktarda enerji kaybı yaşanırken aynı zamanda şehirlerdeki kirli hava konutların içerisine kontrolsüz bir şekilde alınmaktadır. Günümüzde genellikle bu şekilde yapılan havalandırma işlemleri, enerji kaybına ilaveten başka sağlık problemlerini de beraberinde getirmektedir.

Almanya’da çıkarılan Enerji Tasarruf Yasası (EnEV) binalarda ısı yalıtımının yanı sıra hava sızıntılarının da tamamen önlenmesini içermektedir. Enerji Tasarruf Yasasına uygun yapılan konutların büyük bölümü küflenme problemiyle zarar görmüşlerdir. Bu sayı Almanya’daki toplam Konutların %22 sini teşkil etmektedir. Buda 7 milyon konutun küflenme problemiyle zarar gördüğünü göstermektedir [3]. Tüm Dünyada olduğu gibi Türkiye’de de çıkarılan 5627 Sayılı Enerji Verimliliği Kanunu ve buna bağlı olarak çıkarılan Binalarda Enerji Performansı Yönetmenliği ile TS 825 standardı enerji tasarrufu açısından yeterli görünse de, konutlarda küf oluşumu ve insan sağlığı için gerekli havalandırma ile alakalı herhangi bir yaptırım veya uygulama içermemektedir.🔍

Sonuç olarak binalar hava geçirmez hale gelmiş ve aynı zamanda pahalı olan ısı enerjisine aşırı harcama yapma korkusuyla sakinlerin havalandırma davranışları da değişmiştir. Özet olarak belirtilen nedenlerden kaynaklanan nem ve küflenme problemlerinin neden olduğu binalardaki yapısal bozulmalar ve insan sağlığını doğrudan etkileyen sağlıksız yaşam alanları oluşmuştur.
Konutların havalandırılması için enerji tasarruflu sistemlere ek olarak ortam havasının tazelenmesini sağlayan entegre ve esnek havalandırma sistemlerine de ihtiyaç vardır. Günümüzde insanları kapı ve pencereleri açarak yapmış oldukları geleneksel havalandırma sistemlerinden vazgeçirerek, enerji tasarrufu yaparken aynı zamanda dış ortam havasını filtre ederek içeriye alan havalandırma sistemlerine yönlendirmek gerekmektedir. Bu konuda Almanya’da çıkarılan Enerji Tasarruf Yasasına (EnEV) benzer bir yasayla konutların havalandırılması konusunda yeni yönetmenlikler hazırlanmalıdır. Bu yönetmeliklerde yeni ve modern havalandırma sistemlerinin kullanılması teşvik edilmelidir. Havalandırma işlemi esnasında, dış ortam ile iç ortam havaları arasında enerji tasarrufunun reküperatif ve rejeneratif tip ısı değiştiriciler ile sağlandığı bu sistemlere entegre olarak eklenebilecek olan özel filtre sistemleri ile de gerek polen ve gerekse hava içerisindeki partikül ve diğer zararlı gazların iç ortama verilmeden temizlenmesi sağlanabilmekte ve yaşam alanlarının konfor kalitesi de korunabilmektedir.

2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR
Enerji geri kazanımlı havalandırma sistemleri genellikle sanayide yaygın olarak kullanılmaktadır. Ülkemizdeki bina havalandırma sistemlerinde enerji geri kazanımı fazla yaygın olmadığı bilinmektedir. Yapılan literatür taramalarında sanayide genellikle havalandırma uygulamalarında reküperatif ısı değiştiricilerinin kullanımının yaygın olduğu görülmektedir. Rejeneratif ısı değiştiricilerinden döner rejeneratörler ise genellikle; kazanlarda, konutlarda, iş yerlerinde, okullardaki iklimlendirme tesislerinde, gıda sanayiinde, kurutma sistemleri ve benzeri yerlerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Uygulamada iki tip geri kazanımlı reküperatif ısı değiştiricisi kullanıldığı görülmektedir. Bunlar enerji geri kazanımlı havalandırma sistemleri (Energy Recovery Ventilating, ERV) ve ısı geri kazanımlı havalandırma sistemleridir (Heat Recovery Ventilating, HRV). İki sistemde temel prensip olarak ortamdan atılan ısının geri kazanımını sağlasa da HRV sistemlerinde egzoz gazları içerisindeki nemde yoğuşma olmadığından sadece duyulur ısının geri kazanımı vardır ve bu miktar da sınırlı kalmaktadır. Fakat ERV sistemlerinde egzoz gazları içerisinde nemde yoğuşma da gerçekleştiğinden yoğuşmakta olan su buharı içerisindeki gizli ısıdan da faydalanılabilmektedir [4]. Binalarda enerji verimliliğinin sağlanması açısından yapılan yalıtım ve sızdırmazlık çalışmalarının ardından meydana gelen hava kalitesi problemlerinden dolayı bu sistemler bilimsel açıdan sıklıkla incelenmekte ve üzerine yoğun çalışmalar sarf edilmektedir.

Şahan (1999), HVAC uygulamalarında ısı geri kazanımı üzerine yapmış olduğu çalışmada, ısı geri kazanımının gerekliliği, mantığı, çeşitleri, kullanım yerleri ve seçimini detaylı olarak incelemiştir [5]. Nam ve Han (2016), yapmış oldukları çalışmada yoğuşan nemin metal plakalı ısı değiştiriciler üzerine etkilerini incelemişlerdir [6]. Zhang ve Fung (2015), evsel HRV ve ERV sistemlerinin soğutma çevrimi üzerine termal etkisini incelemişlerdir. HRV sistemi simülasyonundan elde ettikleri sonuçlarda ERV sistemlerinin kullanıldığı soğutma çevriminin yıllık talebinin 3.5 kat arttığını görmüşlerdir. Başka bir deyişle ERV sistemlerinin kullanılmasının, HRV sistemlerine kıyasla sistem performansını daha fazla arttıracağını görmüşlerdir [7]. Wu ve arkadaşları (2015), metal plakalı ERV sistemlerinin optimum çalışma koşullarını ve kar-zarar hesaplamalarını yapmışlardır. Direk ısıtma ve soğutma sistemleri ile kıyaslandığında, metal plakalı ERV sistemlerinin %65.23’e kadar elektrik tasarrufu sağladığını, çalışma süresini %31.18’e kadar azalttığını hesaplamışlardır [8]. Wang ve arkadaşları (2015), yapmış oldukları çalışmada metal plakalı ERV sistemlerinin değişken hava debilerindeki tasarrufunu incelemişlerdir. Çalışma sonucunda aylık HVAC uygulaması elektrik tasarrufunun %18 ile %49 arasında değişebileceğini hesaplamışlardır [9].

3. ENERJİ TASARRUFU YAPMANIN GEREKLİLİĞİ
Çevre ve enerji sorunları insanlığın varoluşuyla birlikte başlamıştır. 12,000 yıl önce dünya nüfusu takriben 75-80 milyon olup, 17. yüzyılda 500 milyona ulaşmıştır. Bundan sonraki gelişme katlanarak artmıştır. Bugün dünyada takriben 7 milyar 391 milyon 68 bin insan yaşamaktadır [10]. ABD’de yapılan bir araştırma 2075 yılında dünya nüfusunun 30 milyar olacağını açıklanmasına rağmen. BM Ekonomik ve Sosyal İşler Bölümünce hazırlanan dünya nüfus beklentisi 2017 rapor güncellemesine göre; Dünya nüfusunun halen 7.6 milyar olduğu bildirilmiştir. 2030’da bu sayının 8.6 milyara, 2050’de 9.8 milyara, 2100’de ise 11.2 milyara ulaşmasının beklendiği belirtilmiştir [11]. Ayrıca; ABD’nin Milli İlimler Akademisi’nde yapılan bir araştırma da ise, dünyadaki nüfus artışının mevcut hızla devam etmesi durumunda 2075 yılında dünya üzerinde yaşayan insan sayısının 30 milyarı bulacağı tahmin edilmiştir [12].
Gelişmiş ülkelerde nüfus gelişim oranları düşerken gelişmekte olan ülkelerde devamlı artmaktadır. Ayrıca dünya en fazla sanayileşmiş ülkelerin yaydığı emisyon tehlikesi altındadır. Örneğin Çin ya da Hindistan’ın gelişiminden, gelecek yıllarda bu sürecin ne kadar hızlanacağı açıkça göstermekte ve gerekli önlemler alınmazsa emisyon tehlikesinin hızla artacağını sergilemektedir.

Son 30 yıldan beri Türkiye’deki nüfus artışı incelendiğinde; nüfus artışı 1960’lı yılların başlarında %2.8’e ulaşmıştı. Fakat son yıllarda nüfus artış oranı büyük oranda düşmüş ve mevcut durumda nüfus artış oranı %1.34 civarlarına kadar düşmüştür. Türkiye istatistik Kurumu; adrese dayalı nüfus kayıt sistemine göre Türkiye nüfusunun 31 Ocak 2017 tarihi itibarıyla 79.814.871 kişi olduğunu açıklamıştır [13].

Sanayi sektöründeki gelişimeler ve hızlı nüfus artışının getirdiği enerji kullanımındaki artışa paralel olarak artan çevre ve hava kirliliği insan sağlığını tehdit edecek seviyelere çıkmıştır. Bu nedenden dolayı enerji verimliliği insanlığın en önemli konularından biri olmuştur. Çünkü en temiz ve verimli enerji her zaman en faydalı ve tasarruf edilebilir enerjidir. Bugün itibariyle konutlarda kullanılan enerjinin %80’i ısınma ve soğutma amaçlı kullanılmaktadır. Enerjinin en verimli şekilde kullanılması, tasarruflu enerji tüketimi yoluyla sağlımıza ve aynı zamanda kullanılabilir bütçemize olumlu etki eder.

Birçok firma ve kuruluşun, işletme felsefelerinin temelinde enerji verimliliği vardır ve “akıllı binalar” yapmayı tercih ederler. Böylece hem enerji verimliliğini hem de konut konforunu sağlamış olurlar. Konut konforu mekan ısısı ve temiz bir havayla başlar. Kabul edilebilir sıcaklıklar hem kışın hem de yazın binaların temel gereksinimlerinden sayılmaktadır.

3.1 ENERJİ TASARRUFU VE HAVALANDIRMA İÇİN TEMEL PRENSİPLER
Toplumun üreten kesimi olan endüstride çalışanların sağlık, iş güvenliği, ısıl konfor ve enerji verimliliği açısından en önemli unsurlarından biri havalandırma ve klima tertibatıdır. İşyerlerinin havalandırması, havadaki kirletici maddelerin, ortamda bulunan duman, toz ve buhar gibi kirleticilerin ortamdan uzaklaştırılmaları için yapılır. Havalandırma genel olarak çalışanları; çalışma ortamının olumsuz etkilerinden korumak, sağlık açısından uygun ve güvenli bir çalışma ortamı sağlamak, oluşması muhtemel iş kazalarını ve iş hastalıklarını önlemek, çalışma verimini artırmak amacıyla yapılır.

Havalandırma; pencere ve kapıların açılmasıyla doğal yapılabildiği gibi mekanik yöntemlerle (fanlar, körükler) de yapılabilir. Uygulamada kullanılan Endüstriyel sistemler havanın belirli zamanda, belirli miktarlarının, belirli bir hızla ortamdan uzaklaştırılması ile zararlı kirleticilerin ortadan kaldırılması için tasarlanmaktadır. Bu sistemler; yapılan işin türüne, üretilen ürünlerin cinsine, ortaya çıkan kirleticilere ve bunların miktarlarına göre tasarlanır. Tasarlanan bu sistemler ile iş ve işçi sağlığını korumakta ve ayrıca enerji tasarrufu sağlamak için bu sistemlerde ısı geri kazanım sistemleri kullanılmaktadır. Şekil 1’de kontrolsüz havalandırma sürelerine bağlı olarak ısı kayıplarının etkisi görülmektedir.

🔍 Sanayi artıkları ve fosil yakıtlardan enerji üretimi sırasında açığa çıkan kirleticiler, hava ve çevre kirliliğine sebep olan başlıca etkenlerdendir. Sanayi artıklarının depolanması veya ortamdan uzaklaştırılması sırasında tüm önlemlerin alınması ve sanayi bacalarında gerekli filtrasyonların kullanılması hayati önem taşımaktadır. Bu konudaki denetimlerin sıklaştırılması ve yaptırımların uygulanması da büyük önem arz etmektedir. Çevre ve hava kirliliğinin azaltılması için en önemli önlem enerji verimliliğidir. Enerji verimliliği yaşam konforunu artırırken aynı zamanda, enerjide dışa bağlı olan ülke ekonomisine büyük katkılar sağlayacaktır.
Enerji tasarrufunun evlerde, ticari binalarda ve endüstriyel tesislerde sağlanması için tüm önlemlerin alınması gerekmektedir.

Amerika Birleşik Devletleri’nde enerji kullanımının yaklaşık %43’ü, Türkiye’de enerji kullanımının yaklaşık %36’sı konutlarda tüketilmektedir [16,17]. Enerjinin büyük bir bölümünün kullanıldığı konutlarda sağlanacak enerji tasarrufu, çevre ve hava kirliliğinin önlenmesinde büyük ölçüde etkili olacaktır. Genellikle konutların ısıtılmasında kullanılan fosil yakıtların yakılması sırasında gerekli önlemler alınmadığından atmosfere bol miktarda kirleticiler yayılmaktadır. Konutlarda enerji tasarrufu yapılırken; güvenli, sağlıklı ve yüksek konut konforunun da sağlanması gerekmektedir.

Almanya’dan ve ek olarak dünyadaki diğer ülkelerden yola çıkacak olursak, verimli enerji yapılarının temeli Alman Enerji Tasarruf Yasası (EnEV)’dir. Bu yasa kapsamında bina veya yapı projeleri hazırlanırken; enerjinin verimli kullanımına ilişkin gerekli yapı teknolojisindeki standartlar verilmiştir. Burada ısı enerjisi ihtiyacı temelde en büyük rolü oynamaktadır. Alman Enerji Tasarruf Yasasına göre binaların düzenlenen ısı yalıtımı çok düşük bir ısı enerji ihtiyacı doğurmaktadır, ayrıca yapılan hesaplama, hiçbir yarık veya ekin görülemeyeceği tam sızdırmaz bina yapısına dayanmaktadır. Binalardaki sızdırmazlıklar “BlowerDoor” adı verilen test ile tespit edilmektedir. Bu tip yapılarda hava sızıntısı (infiltrasyon) olmadığından, zorunlu bir havalandırmayı da gerekli kılmaktadır. Havalandırma olmayan bu tip binalarda nem oluşumu bina hasarlarına, nemin sonucu oluşacak küf ve mantarla insan sağlığını olumsuz etkilemektedir.

Türkiye’de de toplam enerjinin %36 sının kullanıldığı ve bu kullanılan enerjinin de %80 ısıtılması ve soğutulması için kullanılan konutlarda enerji verimliliğini sağlamak için 5627 Sayılı Enerji Verimliliği Kanunu ve buna bağlı olarak Binalarda Enerji Performansı Yönetmenliği ile TS 825 standardı çıkartılmıştır.
Enerji Verimliliği Kanunu ve Binalarda Enerji Performansı Yönetmenliği enerji tasarrufu açısından katkı sağlarken binaların havalandırılması konusunda herhangi bir uygulama tanımlanmamıştır. Binalarda enerji tasarrufunu sağlamak amacıyla ısıl yalıtıma ilaveten infiltrasyonla olan hava sızıntılarının önlenmesi de gerekmektedir. Bu durumda, birçok binada yeterli havalandırma sağlanmadığı takdirde duvarlarda oluşacak yoğuşma ve nemin etkisiyle, konutlarda küf ve mantar oluşumu söz konusu olacaktır. Enerji maliyetlerindeki artış nedeniyle konut sahipleri ısınma maliyetlerini minimuma indirmek için binalarda yapılan ısı yalıtımının yanı sıra mevcut cam ve kapılarında yenilemiş olmasıyla hava sızıntıları da büyük ölçüde engellenmiştir. Ancak bu tür binalarda; insan sağlığı ve bina ömrünü olumsuz etkileyecek olan en önemli faktör konut içerisindeki nem oluşumudur.

Duvar düzlemlerinden; ısı iletimine benzer şekilde kullanılan yapı malzemenin cinsine bağlı olarak buhar geçirgenlik özelliği de vardır. Yapı malzemesinin bu özelliği buhar geçirgenlik katsayısı ile tanımlanır. Yapı malzemelerinin iç ortamı ile dış ortamı arasında bağıl nem farklılığından dolayı oluşacak su buharı kısmi basıncı farklılıkları oluştuğunda, kısmi basıncın yüksek olduğu taraftan düşük olan tarafa difüzyon yoluyla su buharı geçişi olacaktır. Bu sırada difüzyon yoluyla geçen su buharı çiğ noktası sıcaklığının altındaki bir yüzeyle karşılaştığında bir miktar yoğuşma meydana gelir. Ayrıca duvardaki nem içeriği arttığında kullanılan yapı malzemesinin ısıl direnci düşmektedir (Şekil 2).

Duvar içerisindeki nem oranının artışının sebep olduğu ısıl direncin düşmesi, duvar iç yüzey sıcaklığını düşüreceğinden, iç yüzeylerde yoğuşma olma ihtimalini artıracaktır. Yüzey sıcaklığı düşmesi, yoğuşmanın oluşması bunun sonucu küf ve mantar oluşumuna sebep olacaktır [18].
4. SIFIR ENERJİLİ VE PASİF EV
Almanca “Passivehausen” kelimesinden gelen Pasif Ev; içinde yaşayanların konforunu, ısınma ve soğuma ihtiyacını az miktarda enerji ile sağlayan, enerji verimli, ekonomik, konforlu ve çevre dostu bina demektir. Pasif Ev, her yerde ve herkes tarafından uygulanabilen, denenmiş ve gerçek bir inşaat konseptidir. 1991 yılında geliştirilen bu standart uluslararası enerji standartlarının en önde gelenidir. Sertifikalandırma işlemini ise Almanya’da bulunan Darmstadt Pasif Ev Enstitüsü yapmaktadır [19]. Türkiye’de ise Sıfır Enerji ve Pasif Ev Derneği (SEPEV) bu sorumluluğu üstlenmek maksadı ile 2012 yılında kurulmuştur. Dernek, çalışmaları ve sorumlulukları kapsamında, geleneksel Türk mimari anlayışı ve yapı teknikleriyle Türkiye’de uygulanacak olan Pasif Ev standartlarına dair araştırmaları üstlenmekte ve bu konuda çalışan bilim adamlarını ve öğrencileri desteklemektedir.

🔍

Pasif Evler, tipik yapılara kıyasla ortalama % 90’a kadar ve yeni yapılara kıyasla % 75’in üzerinde ısıtma ve soğutma ile ilgili enerji tasarrufu sağlar. Pasif Evler, bir yıl boyunca bir metrekarelik bir yaşam alanını ısıtmak için 1.5 l/m2 sıvı yakıt veya 1.5 m3/m2 gaz kullanırlar. Yıllık maksimum 15 kWh/(m²a) ısıtma sıcaklığına ihtiyaç duyarlar. Yüksek düzeyde ısı yalıtımı, hava sızdırmaz bina kabuğu, yalıtımlı ve yüksek performanslı pencere ve kapı sistemleri, güneye bakan cephelerde üçlü veya ikili düşük yayınımlı ısı kontrol (Low-E) kaplamalı camlar Pasif binalarda kullanılan başlıca yapı ve sistemlerdendir. Aynı zamanda yenilenebilir enerji sistemleri de binaya entegre edilebilmektedir. Tüm bunların yanı sıra iç mekan konforunu ve enerji verimliğini sağlamak için yüksek verimli ısı geri kazanımlı havalandırma sistemi kullanılmaktadır. Pasif evlerde sürekli olarak bir havalandırma sistemi, fark edilmeden temiz taze hava ve üstün hava kalitesi sağlar. Son derece verimli bir ısı geri kazanım ünitesi, egzoz havasındaki ısının yeniden kullanılmasını sağlar.
Mevcut yapı yönetmenliğine göre yapılan binaların, pasif ev standardına göre tamamen dönüştürmek ve uygun proje üretmek çok zor ve uzun bir süreç gerektirmektedir. Bu nedenle mevcut binaları iyileştirmek için, yeni bir enerji verimliliği standardı olan EnerPhit 2012 yılında Pasif Ev Enstitüsü tarafından geliştirilmiştir.

5. KONTROLLÜ ISI GERİ KAZANIMLI MEKAN HAVALANDIRMA SİSTEMLERİ
Konutların havalandırmasında günlük hayatta en pratik yol olarak kullanılan yöntem kapı ve pencerelerin açılarak havalandırmasıdır. Bu durumda Şekil 1 de görüldüğü gibi kontrolsüz hava değişimi ve bununla birlikte kontrolsüz enerji kayıpları meydana gelmektedir. Bu tür havalandırma sistemleri kontrolsüz havalandırma yöntemi olarak da adlandırılabilir. Tüm konutlarda havalandırma yapılması insan sağlığı ve bina ömrü açısından son derece önemlidir.
Bu nedenle mutlaka havalandırma amacıyla dışarıya atılan atık ısının geri kazanılması için ısı geri kazanımlı havalandırma sistemlerinin kullanılması gerekmektedir. Reküperatif ve rejeneratif ısı değiştiriciler atık ısının geri kazanılmasında kullanılan iki ana sistemdir.

Reküperatif ısı değiştiricilerinde; farklı sıcaklıklardaki iki akışkan, birbirinden boru veya levha yüzeyi ile ayrılarak karışmadan hareket ederler. Isıl enerji; önce sıcak akışkanın geçtiği kanallarda, kanal duvarlarına taşınımla, daha sonra iletimle kanal duvarının bir yüzeyinden diğer yüzeyine aktarılmaktadır. Buradan da yine taşınımla soğuk akışkana verilmektedir. Rejeneratif ısı değiştiricilerinde; önce içerisinden sıcak akışkan geçirilerek, sıcak akışkandan transfer edilen ısıl enerji bir ortamda depo edilir. Daha sonra depo edilen ısıl enerji, içerisinden geçirilen soğuk akışkana transfer edilir.

Rejeneratör içerisinde “dolgu maddesi” veya “matris” olarak adlandırılan gözenekli elemanlar bulunmaktadır. Rejenaratörler uygulamada “dönen”, “sabit dolgu maddeli” ve “paket yataklı” olmak üzere 3 ana grup altında toplanmaktadır. Uygulamada rejeneratörlerde ısıl enerjisinin depo edildiği dolgu maddesi katı malzemelerden imal edilmekte olup genellikle seramik, alüminyum, çelik, paslanmaz çelik ve bunun gibi malzemelerden imal edilmektedir. Kullanılan bazı malzemelerin termal özellikleri Tablo 1 de verilmiştir [20].Büyük binalarda, salonlarda veya sanayi kuruluşlarında HVAC sistemleri ile havalandırma yapılırken reküperatif ısı değiştiricileri veya rejeneratif ısı değiştiricileri kullanılarak aynı zamanda ısı geri kazanımıyla enerji tasarrufu da sağlanmaktadır.

Mevcut konutlarda bu tür havalandırma sistemlerinin kurulması söz konusu değildir. Çünkü gerek binaların yapısı ve gerekse konutların tavan yüksekliği HVAC sistemlerinin kurulumuna uygun değildir. Bu tür konutlarda ve kapalı alanlarda daha kompakt ve küçük boyutlarda olan ısı geri kazanımlı havalandırma sistemlerine ihtiyaç vardır.
Buna en iyi örnek Ventomaxx firmasının ürettiği Şekil 3 de görülen seramik matrisli rejeneratörlü ısı geri kazanımlı havalandırma cihazlarıdır [21]. Bu tip havalandırma sistemleri küçük boyutlara sahip olduğunda mevcut binaların dış duvarlarına rahatlıkla montaj edilebilmektedir. Ayrıca boyutlarının küçük olması sebebiyle de gerek bina içerisinde ve gerekse bina dışarısında görüntü kirliliği oluşturmamaktadır.

Sistem çalışma prensibi kış şartlarında önce iç ortam havası cihaz içerisindeki fan tarafından seramik matrisli rejeneratör üzerinden belirli bir süre geçirilirken havadan transfer edilen ısıl enerji seramik matrisli rejeneratörün ısınmasını sağlamaktadır. Daha sonra aynı fan tarafından dış ortamdan soğuk havayı alarak belirli bir süre seramik matrisli jeneratör üzerinden geçirirken, ısınan seramik matrisli rejeneratör tarafından havaya transfer edilen ısıl enerji sonucu iç ortama giren havanın sıcaklığı artacaktır. Belirli sürelerle bu işlem tekrarlanacaktır. Dış ortamdan taze hava kış şartlarında sıcaklığı artırılarak iç ortama verileceğinden büyük bir enerji tasarrufu sağlanacaktır.

Yaz şartlarında ise önce iç ortam havası cihaz içerisindeki fan tarafından seramik matrisli rejeneratör üzerinden belirli bir süre geçirilirken havaya transfer edilen ısıl enerji tarafından seramik matrisli rejeneratörün soğuması sağlanacaktır. Daha sonra aynı fan tarafından dış ortamdan sıcak havayı alarak belirli bir süre seramik matrisli rejeneratör üzerinden geçirirken, havadan seramik matrisli rejeneratöre transfer edilecek ısıl enerji sonucu iç ortama giren havanın sıcaklığı azalırken seramik matrisli rejeneratörün sıcaklığı artacaktır. Belirli sürelerle bu işlem tekrarlanacaktır. Dış ortamdan taze hava yaz şartlarında havanın sıcaklığı düşürülerek iç ortama verileceğinden büyük bir enerji tasarrufu sağlanacaktır. Aynı zamanda dış ortamdaki hava kirliliğini oluşturan maddelere göre cihazda uygun bir filtre veya aktif karbon filtre kullanılarak dış ortamdan alınan taze havanın temizlenmesiyle iç ortamda konfor şartları sağlanırken sağlıklı bir ortam oluşturulmuş olacaktır. İç ortamdaki nemli hava dışarı atılarak yerine taze hava alınmasıyla iç ortamın nem dengesi de sağlanacaktır. İç ortam duvarlarında yoğuşma oluşumunun sebep olacağı mantar ve küf oluşumu önlenmiş olacağından insan sağlığı ve aynı zamanda bina yapısal malzemeleri korunmuş olacaktır.

6. SONUÇ
Kapalı alanlarda enerji tasarrufunu sağlamak için binalarda uygun ısıl yalıtımın yanı sıra hava sızıntılarının da önlenmesi gerekir. Enerji tasarrufu amacıyla yapılan tüm hava sızıntılarının önlenmesi, konut içerisindeki nemin artmasına ve dolayısı ile duvarlarda küf oluşumuna sebebiyet vermektedir. Konutlarda yaşayan insanların yaydığı CO2, ve kullanılan eşyaların yaydığı koku ve benzeri kirleticiler ortam havasının kirlenmesine sebep olmaktadırlar. Ortalama her bir insanın 0.02 m3/saat karbondioksit ve 40 g/saat su buharı ürettiği kabul edilmektedir.
Havanın %1 ile %3 arasında karbondioksit içermesi derin solunum problemlerine yol açacağından dolayı konut içerisindeki havanın karbondioksit oranı mümkün olduğunca %1’in üzerinde olmamalıdır. Gerek küf oluşumu, gerekse konut içesinde CO2 oranının artışından kaynaklı olarak insan sağlığı olumsuz yönde etkilenebileceğinden ortam havalandırmasının yapılması zorunlu bir hal almaktadır. Bu durum, konutta birim saatte her bir yetişkin için 30 m3 ve her bir çocuk için 15 m³ hava değişimini şart koşmaktadır. Alman Enerji Tasarruf Yasası (EnEV), ortamdaki havanın saatte %60-%70 oranında değiştirilmesini ön görmektedir
Bu çalışma konut havalandırmalarının önemine dikkat çekmek ve farkındalık oluşturmak için yapılmıştır. Bu tip konut havalandırma cihazlarının sağladığı avantajlar aşağıdaki gibi sıralanabilir;
Kirli iç ortam havasının, dışarıya atılıp taze havanın iç ortama verilmesi ile iç ortam havasının kalitesini artırarak, sağlıklı ve konforlu bir ortam sağlanır.
Kışın iç ortamdan dış ortama atılan havanın enerjisinin büyük bölümü rejeneratif ısı değiştiricisinde depo edilip, tekrar içeriye alınan taze havaya transfer edilmesiyle önemli ölçüde enerji tasarrufu sağlanır.
Yaz şartlarında iç ortamdan dış ortama aktarılan hava rejeneratif ısı değiştiricisinden geçerken rejeneratörde depo edilen ısıl enerji, iç ortamdan dışarı atılan havaya transfer edilerek dış ortama atılır. Sonrasında dış ortamdan iç ortama alınan sıcaklığı yüksek taze havanın ısıl enerjisinin büyük bölümü rejeneratif ısı değiştiricisine depo edilerek, sıcaklığı düşmüş olarak iç ortama verilir ve iç ortamın soğutulması için gereken enerji yükü azaltılmış olur.
İç ortama alınan taze hava uygun filtrelerden geçirilerek dış ortamdaki hava içerisinde bulunan kirleticilerden temizlenerek iç ortama verilir.
Ventomaxx firmasının ürettiği rejeneratif ısı değiştirişinin küçük boyutlarda (200x200x200mm) üretilmeleri yeni ve eski konut havalandırmalarında kullanımına imkan sağlamaktadır.
Boyutlarının küçük olması her türlü ortama montajını kolaylaştırdığı gibi binalarının iç ve dış taraflarında estetik görünümünü bozmamaktadır.
Cihaza üzerindeki kontrol panosuyla, havanın akış hızı ve çalışma süresi ayarlanabilir.
Kışın iç ortamdan dış ortama atılan hava; ısı değiştiricisinden geçerken soğuduğundan yoğuşma olabilir. Tekrar dış ortamdan iç ortama alınan hava ısı değiştiricinden geçerken yoğuşan nemin bir bölümünün buharlaşmasını sağlayarak iç ortamdaki nem dengesinin korunmasını sağlar.
Nem dengesinin sağlanması iç ortamdaki duvar yüzeylerinde küf ve mantar oluşumunu önleyecektir.
Özel tasarım ve kompakt bir yapıya sahiptir.
Dış ortam duvarına monte edildiğinden; alçak tavan yüksekliği olan yerlerde rahatlıkla kullanılabilirler.

KAYNAKÇA
[1]  2014 yılı genel enerji denge tablosu, http://www.eigm.gov.tr/tr-TR/Denge-Tablolari/Denge-Tablolari, son erişim tarihi 13.11.2015.
[2]  Bulut, H., (2011) ‘Havalandırma ve iç hava kalitesi açısından CO2 miktarının analizi’, X. Ulusal Tesisat Mühendisliği Kongresi, 13-16 Nisan, İzmir.
[3]  Adan, O. C., and Samson, R. A. (Eds.). (2011). Fundamentals of mold growth in indoor environments and strategies for healthy living (pp. 21-215). Wageningen, The Netherlands: Wageningen Academic Publishers.
[4]  http://www.broan.com/products/lifestyle/hrv-or-erv-whats-the-difference-bf711e80-2043-41a0-bf21-98542b29a2d0
[5]  HVAC Uygulamalarında Isı Geri Kazanımı. IV. Ulusal Tesisat Mühendisliği Kongresi TESKON, 99, 151-162.
[6]  Nam, S. H., & Han, H. (2016). Computational modeling and experimental validation of heat recovery ventilator under partially wet conditions. Applied Thermal Engineering, 95, 229-235
[7]  Zhang, J., & Fung, A. S. (2015). Experimental and numerical investigation of the thermal impact of defrost cycle of residential heat and energy recovery ventilators. Energy and Buildings, 97, 129-136.
[8]  Wu, W., Fang, Z., Ji, W., & Wang, H. (2015). Optimal operation condition division with profit and losses analysis of energy recovery ventilator. Energy and Buildings.
[9]  Wang, L., Curcija, D., & Breshears, J. (2015). The energy saving potentials of zone-level membrane-based enthalpy recovery ventilators for VAV systems in commercial buildings. Energy and Buildings, 109, 47-52
[10]  http://www.mustilife.com/guncel/2016-yilinda-dunya-nufusu-kac-kisi-dunya-yeni-yila-74-milyar-kisiyle-girecek-h9418.html
[11]  (http://www.timeturk.com/bm-den-2100-yili-nufus-tahmini/haber-36138)
[12]  Hayri ÇAMURCU, DÜNYA NÜFUS ARTIŞI VE GETİRDİĞİ SORUNLAR. BALIKESİR ÜNİVERSİTESİ SOSYAL BİLİMLER ENSTİTÜSÜ DERGİSİ Journal of Social Sciences Institute CİLT / VOLUME 8 SAYI / NUMBER: 13, Mayıs 2005
[13]  http://www.tuik.gov.tr/UstMenu.do?metod=temelist
[14] Cammerer, Josef S. Das Verhalten der wichtigsten Baustoffe gegenüber flüssigem und dampfförmigem Wasser. Hübener, 1954.(https://books.google.com.tr/books/about/Das_Verhalten_der_wichtigsten_Baustoffe.html?id=XIzHGwAACAAJ&redir_esc=y)
[15]  Bastian, Zeno, et al. “Altbaumodernisierung mit Passivhauskomponenten.” Darmstadt, Passivhausinstitut (2009). (http://www.passiv.de/downloads/05_altbauhandbuch.pdf )
[16]  https://www.epa.gov/indoor-air-quality-iaq/health-energy-efficiency-and-climate-change
[17]  http://www.eigm.gov.tr/tr-TR/Denge-Tablolari/Denge-Tablolari 2014 YILI GENEL ENERJİ DENGE TABLOSU (13.11.2015)
[18]  Adan, Olaf CG, and Robert A. Samson, eds. Fundamentals of mold growth in indoor environments and strategies for healthy living. Wageningen: Wageningen Academic Publishers, 2011.
[19]  https://www.gnyapi.com.tr/pasif-evler-nedir
[20]  http://www.turkbiyofizik.com/metaller.html Metallerin Termal Özellikleri
[21]  http://www.ventomaxx-international.com/