Duman ve ısı tahliye, havalandırma sistemi ile duman perdeleri

Yangın ile mücadele duman tahliye sistemleri için en etkin uygulamalardan biri de; mimaride yangın zonları tasarlanması ve buna uygun olarak duvarlar ve duman perdeleri ile zonlar yaratılarak; bu bölgelerin çatı ve üst-yan duvar havalandırma damperleri ile “Duman Atım, Doğal Havalandırma ve Gün Işığının daha fazla kullanılması”dır.

Avrupa Birliğinin “Binalarda Enerji Performansı Direktifi” ile herşey 2002 yılından bu yana değişmeye devam ediyor ve “sıfır” enerjili binaları hayal etmek artık hedefe dönüştü ve Avrupada tarih kondu; 2018 yılında kamu binalarında, 2020’de tüm diğer ticari ve konutlarda bu hedefleniyor. Modern yapılarda “Enerji Performansı” en önemli kriterlerden biri olacaktır. Bu değişken parametrelerden Enerji Verimliliği için bina zarfındaki en etkin rollerden birini, Günışığı Sistemlerini (Skylight) de içeren çok amaçlı “Duman ve Isı Tahliye, Havalandırma sistemleri” üstlenmektedir.

Yangından korunmada duman ve ısı tahliye görevi
Enerji tasarrufu için en doğal kaynak olan “Gün ışığı”nın kullanılması ve elektrikle aydınlatma masraflarının düşürülmesi, Havalandırma sisteminin “doğal havalandırma” yoluyla yükünün azaltılması ve mekanik havalandırmanın optimizasyonu yanında, Yeni uygulamalarda fotovoltaik uygulamalarla entegre üniteler aynı zamanda enerji üreterek enerji giderlerini azaltırlar.

Bu görevleri incelersek;
Yangından korunmada duman tahliye sistemleri:
Yangından korunma konusu en önemli işlevdir. Yangında can kurtaran, binanın elden çıkmamasını sağlayan önemli bir fonksiyondur ve maalesef ülkemizde çok az kullanılmaktadır. Yukarıdan bitmiş büyük binaların, fabrikaların tepesine bakarsak, birçok binanın çatısının dümdüz kapalı olduğu görülmektedir. Mimarlarımız ve yapı yönetimlerinde bulunanlar bu sistemleri ülkemizde yaygın olarak uygulamamışlardır, ancak son senelerde ülkemizde, 2002 yılında yürürlüğe giren ve 19 Aralık 2007’de yenilenen “Binaların Yangından Korunması Hakkında Yönetmelik” de getirdiği zorunluluklar ve eğiticiliği ile uygulamanın artmasına olumlu katkıda bulunmuştur. Yangınlarda ölüm ve yaralanmaların büyük çoğunluğu, katlar arasına, odalara ve merdiven boşluğuna dolan duman nedeniyle olmaktadır. İstatistiki çalışmalarda ölümlerin %90’ından fazlasına zehirli dumanın neden olduğu görülmektedir. Yangın sırasında oluşan duman deride ve solunum sisteminde ağır hasar meydana getirmekte ve yoğun dumanda insanlar yollarını kaybederek, paniğe kapılmaktadır. Yangınlarda duman, yangının kendisinden daha fazla ölüme neden olur. Bu nedenle otomatik yangından korunma sistemlerinin ve duman tahliye sistemlerinin teçhiz edilmesindeki öncelikli amaç olası yangın durumunda insan hayatını korumak, daha sonra mal güvenliğini sağlamaktır…

Duman tahliye sistemleri
Duman ve Isı Tahliye ünitelerinden yangın bölgesindekiler kontrol mekanizması veya ergiyen metalli mekanizma ile açılarak, Şekil 2’deki gibi duman ve ısı tahliyesi yapılır. Eş zamanlı açılan besleme havası giriş klapeleri yardımı ile baca etkisi arttırılır ve dumanın ve ısının bina içerisine yayılmadan çatıdan tahliyesi sağlanır. Zonlamış bölgelerde “Yangın perdeleri” uygulaması ile dumansız bölgedeki herşey ve güvenli bölgeye geçen insanlar tahliye amaçlı olarak korunurlar. İnsanlar halen görebildikleri için en yakın çıkıştan binayı terk edebilir. Yangına müdahale için binaya giren itfaiye dumansız bölgeyi kullanarak, yangının kaynağını çok daha çabuk tespit edebilir ve daha rahat koşullarda yaklaşarak yangınla mücadele edebilir.
Duman kontrol sistemleri kontrol panelleri vasıtasıyla aktive edilirken; basit uygulamalarda sıcaklıkla aktive olan ergiyen metalli ve pnömatik mekanizmalar daha karmaşık ve senaryolu sistemlerde yerini merkezi kumanda panolarına bırakır. Merkezi kumanda panoları sistem elemanlarını pnömatik veya elektrikli motorlar ile kumanda edilebilir, bu açıdan sistemlerin seçiminde kullanılacağı yerin özellikleri dikkate alınmalıdır.
Merkezi kumanda panoları kullanılarak bina yönetim sistemine duman atım sistemlerinin entegre edilmesi mümkün olduğu gibi, doğal havalandırma uygulamaları için bu üniteler entegre bir yangın algılama sistemi ve bina yönetim sistemi üzerinden de çalıştırılabilir.
Duman, NFPA 92A standardına göre; havada taşınan katı ve sıvı parçacıkları ile malzemelerin bir miktar havayla yanmasıyla oluşan gazlardan meydana gelen bir karışımdır. Yapılan istatistikler duman içine giren kişilerin %40’ının sadece 4 m yürüyebildikleri ve %90’ının 9 metreden fazla yürüyemediklerini göstermiştir.

Duman kontrol sistemleri
Duman kontrolü yapılmayan binalar, itfaiye müdahaleleri esnasında çok tehlikeli bir hal alabilmekte ve önlenebilmesi güç tehlikelere yol açabilmektedir. Yangın anında oluşan oksijen eksikliği sebebi ile tam olarak yanmamış sıcak gaz kütlesi tavana ulaşmakta ve bir süre sonra alevden çıkan ısının sayesinde oluşan hava akımı ile uzak kenarlardan tekrar yer seviyesine inmektedir (Şekil 1). Yangına müdahale amacı ile itfaiye personelinin kapıyı açması ise yanmamış gazların oksijen ile buluşmasına sebep olmakta, bu durumda parlama ve tekrar alevlenme kaçınılmaz olup, itfaiyecilerin veya kaçan insanların ciddi problemlerle karşı karşıya kalmasına sebep olmaktadır. Tahliye edilmeyen duman ve ısıdan dolayı yangın içerde gelişir ve yapının çökmesine neden olur.
Duman atım kapakları, yangın esnasında duman ve ısının tahliye edilmesini sağlayarak bina bileşenlerinde yangın yükünün azaltılmasına yardımcı olur. Yapı taşıyıcıları korunur.

Duman tahliye sistemlerinin konu olduğu akışkan sıcak gazlar olduğu için, tesis edileceği bina mimarisine uygun çözümler üretilmelidir. Bu sistemler zorunlu durumlarda duman atım fanları ile yangına dayanıklı kanallar kullanılarak yapılabileceği gibi, sıcak gazların oluşturacağı doğal sirkülasyon kullanılarak fansız, doğal havalandırma yöntemiyle de yapılabilir veya bu iki sistem bir arada görev yapabilir.

Duman tahliye sistemleri temelde 3 kriter üzerine dizayn edilir.
1- Çatıdaki açıklıklar (doğal havalandırma), fanlı duman egzos sistemleri,
2- Duman bariyerleri (duman perdeleri veya mimari bariyerler),
3- Besleme havası açıklıkları,
Bina yan cephesinde bulunan besleme havası açıklıkları hesaplanmış olan duman kalınlığı alt kotundan en az 1,5 m aşağıda konumlandırılmalıdır; aksi halde ters hava akımları oluşabilir ve duman kontrolsüz bir halde bina içine yayılır. Besleme havası çatıda yer alan duman atım ünitelerinin baca etkisini güçlendirmeye yönelik kullanılmaktadır. Besleme havası için diğer zondaki duman atım üniteleri de kullanılabileceği gibi yangın anında otomatik olarak açılması sağlanacak kapı, pencere gibi açıklıklarda kullanılabilir.

Doğal duman tahliye sistemleri avantajları
Güvenilir yapısı ile bakım gerektirmeyen, bozulması zor ama basit cihazlardır.
Sessiz çalışırlar, dış hava koşullarının uygun olduğu durumlarda havalandırma ve soğutma amaçlı “doğal havalandırma” için maliyetsiz kullanılabilirler.
Sıcak dumandan etkilenmezler ve güvenli bir şekilde açıldıktan sonra yüksek sıcaklıklarda bile görevlerini yerine getirirler. Hafif yapıları ile çatı üzerinde yük oluşturmazlar. Su yalıtımları mükemmeldir.
Duman atım verimlilikleri duman yoğunluğu ve sıcaklığının artması ile artar, dolayısıyla yangının ilk safhalarında düşük performans ile çalışan ünitelerin yangın yoğunluğu arttıkça buna bağlı olarak performansı da artar.
Duman tahliye ve havalandırma damperlerinde kullanılan transparan malzemeler ile gün ışığından yararlanılır, değişik renklerde ve şeffaf veya değişik geçirgenliklerde seçilebilirler.
Kullanılan transparan malzemeler çift kat olup, ısı kayıpları çok azdır ve ısı köprüleri olmayan cinsleri; marka ve modelleri vardır.

“Hafif yapıları ile çatı üzerinde yük oluşturmazlar. Su yalıtımları mükemmeldir. Duman atım verimlilikleri duman yoğunluğu ve sıcaklığının artması ile artar, dolayısıyla yangının ilk safhalarında düşük performans ile çalışan ünitelerin yangın yoğunluğu arttıkça buna bağlı olarak performansı da artar.”

Tasarım kriterleri
Ülkemizde “Binaların Yangından Korunması Hakkında Yönetmelik Yangın yönetmeliği 6. Kısım; Duman Kontrol Sistemlerini içerir ve 1. Bölüm, Genel Hükümler altında tasarım kriterleri vardır. 2. Bölüm Duman kontrölünün esaslarından bahseder.
Tasarım için kullanılan uluslararası normlardan DIN 18232-2 normu esas alındığında; yerden en az 2,5 m yüksekliğin dumandan arınılmış olması gereğine göre hesaplar yapılmalıdır. 1600 m²’yi geçen kapalı alanlarda en az 4 m, ve dumana hassas makinaların olduğu kapalı alanlarda makinaların en üst hizasından 0,5 m yükseği dumanın en alt seviyesi olacak şekilde tahliye sistemi tasarlanmalıdır. Geniş alana sahip yapılarda her duman zonu en fazla 1.600 m² alana denk düşen ancak bir kenarı 60 metreyi geçmeyen yangın zonları oluşturularak, yukarıdan aşağıya en az 1 m sarkan ve gerektiğinde açılabilen duman perdeleri ile bölünerek, her alandaki duman yüküne göre hesaplanan Duman Damperlerinin açılmasıyla tahliye edilmelidir.
Duman Tahliye damperleri, korunan alanlarda eşit bir dağılımla ve her 200 m² alana bir adet düşecek şekilde, açıklığın alanı da hesaplanarak yerleştirilirler. Yan bina uygulamalarında en az 5 m uzaklıkta, aralarında en fazla 20 m en az 4 m, kenarlardan en fazla 10m en az 5 m uzakta olmalıdır.
Yan duvar uygulamalarında en az karşılıklı 2 duvarda olmalıdır; ancak, her 4 tarafa uygun adetlerde yerleştirilmesi çok daha iyi bir uygulamadır. Duman ve Isı Tahliye Havalandırma hesaplamaları projelerde Makina Mühendisliğinin bir görevi olup, uygulamalarda sprinkler sistemleri varsa bu da alan hesaplamasında dikkate alınan bir parametredir.
En çok sorulan sorulardan bazılarına pratik bilgilerle cevap verirsek, Duman ve Isı tahliye sistemleri uygulanan binalarda taze hava beslemesi yangını körüklemez ve Şekil 5’de sadece egzost edilen dumanın yerine hava besler, dumanı öteler ve insanların nefes alabilmesi ve kaçışı için temiz hava ve görüşün açık olduğu alan sağlanır, ki itfaiye görevlileri yangının odağına yaklaşıp yakından ve güvenli bir şekilde mücadele edebilirler. Temiz havanın da duman ile birlikte kaçmaması ve ceryan olmaması için Duman Damperlerinin aerodinamik açıklıklarının hesaplanıp proje değerleri içinde verilmesi gerekir.
Hesaplamalar sonucu toplam ne kadar açıklık ve kaç adet ünite kullanılacağı konusu ilk tasarım ve bütçeleme için çok sorulmakta olup mühendislikte pratik bilgilere dayanan, parmak hesabı denilen yönteme göre, duman yüküne ve riske göre, uzmanların hesaplamaları sonucu toplam çatı alanının %1-3 arasında toplam Tahliye damperi açıklık alanı çıkabilir, ve bu çıkan değerin 200 m² alna bölünmesiyle ünite sayısı ve her bir ünitenin büyüklüğü ve yaklaşık bütçesi konularında kabaca hesap yapılabilir.

“Bir yılın % 85 zamanında, sabah 8 ile akşam 5 arasında aydınlanma için bile yeteri kadar gün ışığı kullanıma hazırdır. Bu ışığı sadece bina içine göndermemiz ve uygun bir aydınlanma sistemi kurmamız gerekmektedir. Bu işlev için dom şeklinde uygulamalar yanında, farklı malzemelerden yapılmış ve farklı işlevlere sahip ürünler, ışık galerileri, açılabilir atrium’lar kullanılır.”

Şekil 6’de görüldüğü gibi, Yanduvar uygulamaları ve yan duvarlardan taze hava giriş damperleri ile gerekli hesaplamalar yapılarak uygulanan projeler vardır. Çok katlı uygulamalarda veya değişik mimarilerde bu çözümler gereklidir.

Enerji tasarrufu için en doğal kaynak olan “Gün ışığı”nın kullanılması ve elektrikle aydınlatma masraflarının düşürülmesi:
Bir yılın % 85 zamanında, sabah 8 ile akşam 5 arasında aydınlanma için bile yeteri kadar gün ışığı kullanıma hazırdır. Bu ışığı sadece bina içine göndermemiz ve uygun bir aydınlanma sistemi kurmamız gerekmektedir. Bu işlev için dom şeklinde uygulamalar yanında, farklı malzemelerden yapılmış ve farklı işlevlere sahip ürünler, ışık galerileri, açılabilir atrium’lar kullanılır. Bu konu ve cam ve polikarbonat ürünlerindeki gelişmeler ve renkler ayrı bir makale konusudur.

Havalandırma sisteminin “doğal havalandırma” yoluyla yükünün azaltılması ve mekanik havalandırmanın optimizasyonu:
Mevsimin uygun olduğu ve dış havanın doğal havalandırma için uygun olduğu mevsimlerde Duman Tahliye sistemlerinin havalandırma amaçlı olarak kullanılması Mekanik havalandırma yüklerini azaltarak enerji tasarrufu yapmamızı sağlar.

Duman tahliye sistemleri kontrol panelleri
Bu sistemler için özel olarak imal edilmiş ve fonksiyonlarla donatılmış Kontrol Panelleri vasıtası ile açılıp kapatılırlar. Açık olduğu zamanlarda yağmur ve rüzgar sensörleri kullanılarak, otomatik kapanması sağlanabilir. Manuel açma/kapama düğmesi yanında duman ve ısı algılama dedektörleri doğrudan bağlanabilmektedir. Kontrol panelleri 24 V DC akımla çalışan kuru tip akülerle donatılmış olup, elektrik kesilmesinde gerekli enerjiyi sağlayabilmekte olup, kendi kendine sarj olacak düzeneğe sahiptir.

Fotovoltaik uygulamalarla entegre üniteler ile enerji üretimi:
Yeni ugulamalarda aşağıdaki Resim 1 ve 2’de görüldüğü gibi Havalandırma Sistemleri Fotovoltaik uygulamalarla entegre edilebilmektedir.

Duman ve ısı tahliye, havalandırma sistemlerinde kullanılan ünite çeşitleri:
Bunlar Binaların mimari yapılarına, iklime ve uygulama alanlarına göre seçilirler. Yukarıda Resim 1’de görülen tamamı fiberden ve polikarbonat domdan yapılmış modeller yanında, büyük ve profesyonel uygulamalarda Resim3, 4 ve 5’de görülen Alüminyum gövdeli, çerçeveli ve yine cam, polikarbonat veya metal olan; tek kapaklı, çift kapaklı veya çok kanatlı modeller kullanılmaktadır.
Duman ve Isı Tahliye, Havalandırma Damperleri Skylight adı verilen Günışığı sistemleri ile entegre olarak da Resim 3 ve 6’da görüldüğü şekilde uygulanması mimari bir çözüm olarak aynı zamanda çok estetik ve enerji verimli yapılar ortaya çıkarmaktadır.
Örneğin çok soğuk iklimlerde enerji verimliliği için ısı köprülerinin olmadığı nispeten daha pahalı üniteler daha uygundur. Çok kar yağan bölgelerde üzerindeki kar yüküne göre kaldırabilecek ve yığılan karı yanlara atabilecek tek kanatlı modeller uygundur. Fiber gövdeli ve nispeten daha küçük açıklık alanlarında kullanılan modeller yanında Alüminyum gövdeli ve çatıya yerinde entegre edilebilen ve yalıtılan daha büyük ve rüzgara dayanıklı modeller seçilebilir. Çok kanatlı damperler daha çok çatıda düşey uygulamalarda veya kar problemi olan yerlerde ve sadece yangın anında açılması beklendiğinde yatay olarak kullanılabilir.
Üniteler kar yükünün ve yağmur sızıntılarının önlenmesi için çatıdan yukarıya yükseltilerek (upstand) uygulanır. Bu upsatandların hazırlanması ülkemizde uzman firmalarca çatı firmaları ile ortak bir çözüm ile yapılabilmektedir.

Duman tahliye sistemleri
İklime ve gün ışığı kullanımının optimizasyonuna uygun olarak mimari çözümlerde sınır tanımayan uygulama örnekleri mevcuttur. Resim 6’de çok aydınlık ve dekoratif cam ve duman tahliye sistemi ile donanmış bir uygulama görülmektedir.

“Çok soğuk iklimlerde enerji verimliliği için ısı köprülerinin olmadığı nispeten daha pahalı üniteler daha uygundur. Çok kar yağan bölgelerde üzerindeki kar yüküne göre kaldırabilecek ve yığılan karı yanlara atabilecek tek kanatlı modeller uygundur.”