Giriş

Konfor kişinin çevre şartları ile ilgili bir rahatsızlığının, probleminin olmaması şeklinde tanımlanabilir. Isıl konfor ise bir ortamda bulunan kişinin, sıcaklık ve diğer hava şartlarından kaynaklanan bir sıkıntısının olmaması şeklinde tanımlanabilir. EN ISO 7730 standardında ısıl konfor “Isıl olarak memnuniyet verici ortam koşullarının hazırlanması” olarak tanımlanmıştır. Bu tanım dikkate alınarak memnuniyet kişiden kişiye farklılık gösterebilen bir olgu olduğundan, ısıl konfor kolayca anlaşılabilecek ve ölçülebilecek bir nicelik değildir. Isıl konforun birçok değişkene bağlı karmaşık bir nicelik olması hem anlaşılmasını hem de hesaplanabilmesini zorlaştırmaktadır. Bütün bunlara rağmen enerji tasarrufunu öncelikli tutarak ısıl konfor koşullarını, o ortamı paylaşacak olan kişilerin çoğunluğunun memnuniyetini sağlayacak şekilde, daha konforlu hâle getirmek mümkündür.

Isıl Konfor

İnsan vücudu, tükettiği besin ve solunum sırasında kullandığı oksijen ile düşük sıcaklıklı ısı yayan ve mekanik iş üreten termodinamik bir sistem gibi düşünülebilir. Vücutta üretilen metabolik enerji taşınım ve ışınım yolu ile duyulur ısı olarak buharlaşma yolu ile gizli ısı olarak deriden ve solunum yolu ile ciğerlerden kişinin bulunduğu çevreye atılır. Metabolik enerji, insanların vücudunda biyokimyasal reaksiyonlar ile elde edilen enerji türüdür. Ortamın konforlu hissedilmesi için vücutta üretilen enerjinin, bulunulan çevreye vücuttan atılan enerjiye eşit olması gerekmektedir.

Bir kişinin konforlu bir ortamda bulunmasına sadece havanın kuru olduğu şartlarda termometre sıcaklığı etki etmez. Bunun yanı sıra havanın nemi, hızı, bulunulan ortamın duvar sıcaklığı ve havanın temizliği de ısıl konfora etki eden diğer parametreler arasında sayılabilir.

Bir ortamı kullanan insanlara kabul edilebilir düzeyde konforlu ve temiz iç ortam havası sunmak için çok çeşitli teknolojiler ve sistemler aracılığıyla günümüzde yaygın olarak kullanılan iklimlendirme sistemleri bulunmaktadır.

Isıl konfor bireylerin iş verimini ve üretkenliğini etkileyen önemli parametreler arasındadır. Isıl konfor kişinin boyu, kilosu, yaşı, cinsiyeti gibi pek çok farklı parametreye bağlı olmakla birlikte en genel anlamda ısıl konforu etkileyen değişkenler kişisel ve çevresel değişkenler olarak sınıflandırılabilir.

Isıl Çevreler İçin Konfor Değerlendirilmesi ve Isıl Konforu Etkileyen Değişkenler

Konforun göreceli bir kavram olmasından dolayı herkesi memnun edecek bir ortam yaratmak mümkün değildir. Bu nedenle, istenilen şartlar çoğunluğun kabul ettiği şartlar ile sağlanabilir. Ortam içerisinde insanın yaşam şartlarını koruyabilmesi, ısıl denge hâlinde olmasıyla sağlanır. İnsanın verimli, sağlıklı olabilmesi için çevresel değişkenlerin dışında hava kalitesinin, ısıl, ses, görsel olarak memnun olmanın da sağlanması önemlidir. Bu nedenle söz konusu binanın yapısal konfor standartlarına sahip olması, ısıl konfor ile birlikte işitsel, görsel olarak memnuniyet verici ve kullanım amacına uygun olması gerekir.

İnsan vücudu içinde bulunduğu çevre ile ısıl etkileşim içindedir. İnsan vücudu sürekli olarak enerji üretmekte ve metabolik aktiviteler ile ürettiği bu enerjinin bir kısmı iş yapmak için kullanırken diğer bir kısmı ise çevreye ısı kayıpları olarak verilmektedir. Vücut kaybettiği ısıyı, yaptığı hareketler ve titreme, terleme gibi denetim mekanizmaları ile karşılamaya çalışır.

Genel olarak ısıl konfor şartlarını etkileyen değişkenler çevresel ve kişisel değişkenler olmak üzere iki grupta sınıflandırılır.

Isıl Konfor İçin Çevresel Değişkenler

Isıl konforu etkileyen çevresel faktörler 4 ana grupta toplanmıştır. Bunlar;

• Ortam sıcaklığı,

• Ortalama ışıma sıcaklığı,

• Havanın bağıl hızı,

• Bağıl nem olarak bilinir.

Ortam Sıcaklığı;İnsanla çevresi arasında taşınım ile gerçekleşen ısı alış verişi miktarını belirleyen bir değişkendir. Taşınım; katı yüzey ile hava arasındaki ısı transfer şekillerinden biridir. İnsan ile çevresi arasındaki ısı transferi insan vücudunun yüzey sıcaklığı ile ortam sıcaklığı dengeleninceye kadar devam eder. Denge durumu sağlandığında, insan bulunduğu ortamdan ısısal bakımdan bir rahatsızlık duymaz ve ortamı konforlu olarak kabul eder.

Ortalama ışıma sıcaklığı;insanla çevresi arasında ışıma ile yapılan ısı transferini belirlemek üzere ortamdaki yüzeylerin birleşik sıcaklık etkisini tanımlayan bir niceliktir. İnsanın ortamdaki konumuna, duruş biçimine, ortamdaki yüzeylerin sıcaklığına ve radyasyonla ısı yayan ısı kaynaklarına bağlıdır.

Havanın bağıl hızı;ortamdaki havanın hareketli olması herhangi bir yüzeyle hava arasındaki ısı taşınım katsayısını etkilemesinden dolayı havanın bağıl hızı ısıl konforu etkileyen önemli bir değişkendir. Eğer hareket eden hava, ortam sıcaklığına göre soğuksa insan ortamı daha soğuk hisseder. Diğer yandan ortam sıcaklığı vücut yüzey sıcaklığından daha azsa taşınımla ısı kaybı daha da artış gösterir. Havanın bağıl hızı 0,232 m/s veya daha fazla bir değerde ise ortamın ısıl konfor açısından olumsuz olmasına yol açar.

Bağıl nem;ölçme yapılan koşullarda hava içindeki su buharının gerçek miktarının, aynı şartlarda hava içerisinde doygun hâlde bulunan su buharı miktarına oranıdır. Bağıl nem oranının % 40-70 arasında olması ısıl konfor açısından bir sorun yaratmaz. Birçok modern çalışma ortamında bağıl nemin bu aralıkta tutulması için önlemler alınmıştır. Havadaki nem oranının % 40’tan düşük olmasının insanlarda cilt kuruması, göz kuruluğu ve statik elektrik birikmesi gibi bazı sorunlara neden olduğu bilinmesine rağmen, ısıl konfor standartlarında düşük nemin ısıl konforu olumsuz etkilediği yönünde bir sınırlama yoktur. Yüksek nemlilik ise patojenik ve alerjik organizmaların, özellikle mantar, mikotoksinler ve akarların çoğalmasına yol açar. Bağıl nem oranının %70’ten fazla olması hava basıncının artmasına bu durum da terin buharlaşarak vücuttan atılmasının engellenmesine neden olur.

Isıl Konfor İçin İnsan Faktörleri

Isıl konforu etkileyen kişisel faktörleri aşağıdaki gibi ikiye ayırmak mümkündür:

• Giysi türü

• Aktivite düzeyi

Giysi Türü;Giysilerin ısı yalıtım direnci insanla çevresi arasındaki ısı transferi miktarını etkilediğinden, giysilerin ısıl yalıtım değerlerinin ısıl konfor koşulları belirlenirken bilinmesi önemlidir. Giysiler vücuttan atılan ısının akışını engellediğinden, her giysi türü için bir yalıtım katsayısını ifade etmek gerekir. Isı yalıtım katsayısı “clo” birimiyle verilir. Normal bir iş kıyafeti için clo katsayısı 1 ve çıplak bir insan için clo katsayısı 0’dır.

1 clo = 0,155 Km 2 /W

değerine eşittir.

Aktivite düzeyi,insanın vücuduna aldığı yiyecekleri yakarak birim zamanda ürettiği ve metabolizma düzeyi olarak adlandırılan enerji miktarını etkileyen bir değişkendir. Metabolizma düzeyi insanın yaptığı eylem türü ile diğer bir deyişle aktivite seviyesi ile doğrudan ilişkilidir. Normal koşullarda tüm vücut aktivitelerinin %100’ü ısıya dönüşür. Fakat koşmak, merdiven çıkmak, spor yapmak gibi bazı aktivitelerde yapılan iş sonucu açığa çıkan ısı enerjisinin bir kısmı vücutta potansiyel enerji olarak depolandığı için bu oran % 75’lere kadar düşer. Bu nedenle belirli eylem türlerine göre aktivite düzeylerinin aldığı değerler değişkenlik gösterir. Bu değişkenlik metabolik ısı katsayısı ile verilir ve uygulamada “met” olarak ifade edilir.

1 met = 58,2 W/m 2

değerine eşittir.

Isıl Konforun Ölçülmesi

Bir ortamdaki ısıl konfor seviyesinin belirlenmesindeki basit yöntemlerden biri o ortamda bulunanlara ortamın ısıl durumundan memnun olup olmadıklarını sormaktır. Ortamın ısıl rahatsızlık riskinin olup olmadığını tanımlamak için en basit yöntem ise bir anket uygulamaktır. Uygulanılan anket sonuçları ortamda ısıl rahatsızlık olabileceğini gösteriyorsa daha ayrıntılı bir risk değerlendirmesi yapılması gerekir.

Isıl Konfor Hesabı İçin Modeller

Yaygın olarak kullanılan iki ısıl konfor modeli vardır. Bunlar iki bölmeli anlık enerji dengesi ve sürekli rejim enerji dengesi modelleridir. Her iki modelde de deri sıcaklığının ve deri yüzeyinden ısı geçişinin vücut üzerinde homojen dağılımlı oldukları varsayılmıştır ve vücut bir bütün olarak düşünülmüştür.

İki Bölmeli Anlık Enerji Dengesi Modeli

Geçici rejim için geliştirilen ve Gagge modeli olarak da bilinen bu model, insan vücudunun tümünü iç içe iki silindir olarak ele alır. İçteki silindir vücudun iç kısmını (iskelet, kaslar, iç organlar), dıştaki silindir ise deri tabakasını temsil eder. Gagge modelinde iki silindir arasında ısı ve kütle transferi olduğu gibi dış silindirden ortama da duyulur ve gizli ısı transferi olmaktadır. Bu model aşağıda belirtilen kabuller üzerine kurulu bir modeldir;

1.Her bölmenin (kor ve deri) sıcaklığı aynıdır.

2.Metabolik ısı üretimi, yapılan iş ve nefes yolu ile oluşan ısı kaybı iç bölme yani kor tabakası ile ilişkilidir.

3.Deriden iletimle ısı geçişi ihmal edilebilir.

4.İki bölme arasında iletim ve kan akışı yoluyla enerji alışverişi olur.

Sürekli Rejim Enerji Dengesi

İnsan vücudunun ısıl denge durumunda olduğu ve enerji depolamasının ihmal edilebileceği varsayımına dayanan sürekli rejim enerji dengesi modeli Fanger tarafından geliştirilmiştir. Bu modelde, vücut deri ile sınırlandırılmış tek bir sıcaklığa sahip bir kontrol hacmi olarak ele alınır. Vücut tek bölme olarak ele alındığından dolayı, bu modelde titreme ve kan akışı ile denetim göz önünde bulundurulmaz ve sıcaklık zamana göre sabit kabul edilir. Sürekli rejimde ısı depolaması yoksa vücut tarafından üretilen ısı vücuttan olan ısı kayıplarına eşit olmalıdır.

Bir kişinin ter veya su nedeniyle derisinin ıslak olması durumu o kişinin konforunu olumsuz yönde etkiler. Fanger bu eşitliği türetirken bu gibi durumları dikkate almayarak eşitliği sadece ıslak olmayan deri için geliştirmiştir.

İnsan ve Çevre Arasındaki Isıl Etkileşim

Konfor uygulamaları insanlar içindir ve bu nedenle de öncelikle insan ile çevre arasındaki etkileşimin iyi tanımlanması ve bu ilişkiyi oluşturan değişkenlerin belirlenmesi gerekir. İnsanlar çalışırken veya dinlenirken yani yaşamlarını devam ettirirken bu faaliyetleri için enerji harcarlar. Bu enerjilerini tükettikleri gıdalardan alırlar. Ancak alınan bu enerjinin tümü fiziksel etkinlikler için harcanamadığından bir kısmı ısı enerjisi olarak çevreye atılır. Bu ısı transferleri duyulur ve gizli olmak üzere iki şekilde gerçekleşmektedir.

Duyulur ısı transferi;kişinin vücut sıcaklığı ile onu çevreleyen ortam sıcaklığı arasında fark olması nedeniyle ortaya çıkan ısı transferi olarak tanımlanır. Bu transfer üç şekilde gerçekleşir. İletimle ısı transferi; vücudun katı yüzeyler ile teması esnasında oluşan ısı transferidir. Taşınımla ısı transferi; doğal ve zorlanmış taşınım olmak üzere iki şekilde gerçekleşmektedir. Doğal taşınımda, havanın yoğunluk farkından dolayı, zorlanmış taşınımda ise hava hızı gibi faktörlerin etkisiyle bir ısı transferi oluşur.

Gizli ısı transferi;deri yüzeyinden nemin (terin) buharlaşması ve solunum yoluyla ciğerlerimizden ortam havasına karışan nemle transfer edilen ısı olarak tanımlanır. İnsan vücudu sürekli olarak enerji üreten bir kaynaktır ve normal vücut sıcaklığı 36,8°C’dir. Kişinin vücudundan çevreye hava hızı ve hareketlerinden dolayı taşınım yoluyla ısı akışı olur. Bu sırada aynı zamanda kişinin vücuduna temas eden elbise, koltuk, yatak gibi malzemelerle iletim yoluyla da ısı geçişi olur. Bunlara ilave olarak vücut bulunduğu ortamda cisimlere ve yüzeylere ışınım yoluyla da ısı kaybeder. Işınımla ısı transferi; kişinin vücut deri sıcaklığı ile kişiyi çevreleyen yüzeylerin sıcaklıkları arasındaki fark nedeniyle ışınım yoluyla gerçekleşen ısı transferleridir.

Etkin sıcaklık;kişinin derisinden olan ısı kaybına eş değer bir ısı kaybına yol açan %50 bağıl neme sahip ortamın sıcaklığıdır.

Çalışma sıcaklığı indisi,yaygın olarak kullanılan indislerden bir diğeridir. Çalışma sıcaklığı indisi, ortalama ışınım ve çevre havası sıcaklıklarının karşılıklı ısı geçiş katsayılarına göre ağırlıklı ortalaması alınarak hesaplanır.

Isıl Konforun Kontrolü

Isıl konforun kontrol edilmesi için birçok yöntem vardır. Bunlardan bazılarını şöyle sıralayabiliriz:

• Yönetimsel kontrol :Yönetime ilişkin kontroller çalışma saatlerinin, şeklinin ve dinlenme saatlerinin planlanması

• Mühendislik kontrolleri :Mühendisliğe yönelik kontroller tehlikenin azaltılması veya ortadan kaldırılması için ilk tercih olmalıdır.

• Isıtma:Sıcak hava kullanılan ısıtma sistemleri, sıcak su ve radyatör kullanılan merkezî sistemler, elektrikli ısıtma sistemleri, klimalı sistemler, yerden ısıtmalı sistemler, üremeli ısıtma sistemleri gibi çeşitli ısıtma sistemleri kullanılabilir.

• Havalandırma:Havalandırma için de çok ve çeşitli yöntemler vardır. Küçük kişisel fanlar kullanılabileceği gibi büyük fanlar da havalandırmada kullanılabilir.

• İklimlendirme:İklimlendirme için klima sistemi kullanılır. Bu sistemler bazı üniteler için düşünülebileceği gibi, tüm çalışma yeri için merkezî olarak da düşünülebilir.

• Isıl yalıtım:Isı yalıtımı için strafor, cam yünü, tas yünü gibi birçok malzeme kullanmak mümkündür

Isıl konforun kontrolünde kullanılabilecek bazı kapsamlı kontrol yöntemleri vardır. Bunlar;

• Isı kaynaklarının kontrolü,

• Çevre koşullarının kontrolü,

• Soğuk veya sıcak ısı kaynaklarıyla çalışanların ayrılması,

• Çalışma koşul ve zamanlarının kontrolü,

• Gerekiyorsa iş elbiselerinin kontrolü,

• Çalışanların davranışsal uyumlarına izin vermek,

• Çalışanları korumak ve çalışanları izlemek olarak sıralanabilir.

Isıl konfor için kabul edilebilir aralıklar ASHRAE Standart 55 – 2004 ve ISO 7730 gibi uluslararası standartlarda verilmektedir. Bu standart, belirli bir ortamda bulunan insanların önemli bir kısmının, bahsedilen çevreyi ısıl olarak kabul edilebilir bulduğu şartları açıkça ortaya koymaktadır. Nem, hava hızı, metabolik oran ve giysi yalıtımı parametrelerinin verilen değerleri için konfor aralığı belirlenebilmektedir.

İklimlendirme Sistemlerinde Enerji Yönetimi

Günümüzde özellikle büyük binalar, iş merkezleri ve endüstriyel tesislerde takip edilmesi gereken en önemli kullanım “enerji kullanımı” dır. Bu amaçla görevlendirilen enerji yöneticilerinin olması gereklidir. Bu yöneticilerin temel amaçları enerjiyi bilinçli, yerinde kullanmak yani yönetmektir.

İnsan konforunun enerji Yöntemi açısından değerlendirilmesi

Hava sıcaklığına karşı, doğal olarak insan tepki gösterir. Ancak bu tepkiyi etkileyen başka faktörler de vardır. En dikkate değer konfor tepkisi hava sıcaklığındaki zamanla olan değişime karşı oluşan tepkidir.

En güncel kontrol sistemleri “işletme sıcaklığını” ölçebilir. İşletme sıcaklığı gerçek çevre ortamının ışınım ve taşınım etkilerini dikkate alan hava sıcaklığı olarak tanımlanır. Diğer bir faydalı büyüklük ise “efektif sıcaklık” olup, nemlilik ve ışınım etkilerini dikkate alarak hesaplanan sıcaklık değeridir.

Genel olarak ifade edilirse ısıl konfora hava sıcaklığının 20°C ile 26,67°C arasında olduğu ve bağıl nemliliğin % 20 ile % 70 arasında olduğu ve değişen hava hızları ve ışınım yüzey sıcaklıkları altında ulaşılmış olabilir.

Herhangi bir enerji yönetim programının temel amacı “enerji tasarrufu olanakları” nın gösterilmesi ve HVAC sisteminin temel amacının insan ısıl konforunun veya bazı özel prosesler için eş değer çevre koşullarının sağlanmasıdır. HVAC sistemleri; ısıtma, havalandırma ve iklimlendirme sistemlerini tanımlar.

Isıtma ve soğutma mevsimlerinde ısıl konforun sağlanmasında en önemli etkenin kuru termometre sıcaklığı olmadığı bilinmelidir. Soğutma mevsiminde ısıl konfor daha çok doğrudan hava hareketinden etkilenir ve bulunulan ortamda artan hava akışı veya hava hareketinin artırılması ile soğutma için gereken enerji azalır. Isıtma mevsiminde ise ısıl konfor daha çok ışınımla ısınma etkileriyle ilişkilidir.

İklimlendirme sistemlerinde, enerji tasarrufu sağlamanın en önemli koşullarından biri ısı yalıtımının yapılmasıdır. Yalıtım yapılması sayesinde, ısı kayıpları azaltılarak enerji tasarrufunun sağlanması, çevrenin korunması, ısıl konfor ve gürültü denetiminin sağlanması, yapı elemanlarında ve yüzeylerinde yoğuşmanın önlenmesi ve yapı elemanlarının dış etkilerden korunması mümkün olabilmektedir. Isı yalıtımı, binaların daha az yakıtla ısıtılmasına imkân sağlayacağı için atmosfere yayılan karbondioksit, kükürt dioksit ve diğer zararlı gazlar azalacaktır. Böylelikle atmosferde oluşan sera etkisi, küresel ısınma ve iklim değişikliği gibi önemli sorunlar ile mücadele edilmesine katkı sağlanmış olunacaktır.

Isıl Konforun Sağlanması ve Enerji Tasarrufu

Isıtılan bir iç mekânda sıcak hava, soğuk bölgelere doğru yönelmektedir. Bu hareket nedeni ile mekân içerisinde hava akımı meydana gelmektedir. Böyle bir durumda çözüm, ısı yalıtımı yapılarak duvar iç yüzey sıcaklığının artırılmasıdır.

Çalışma ortamının ısıl şartları, insanların fiziksel ve zihinsel üretim hızına da etki etmektedir. İnsan sağlığını ve iş verimini, doğrudan havanın hızı ve nem miktarı gibi faktörler direkt olarak etkilemektedir.

Yapıların ısıl konfor ortamı dikkate alınarak yapılması önemli bir enerji tasarrufuna ve buna bağlı olarak daha az çevre kirliliğine neden olur. Doğru yalıtımın yapılması ticari, endüstriyel ve halka açık binalarda yetkili kişilerin yapacağı en iyi yatırımlardan biridir.

Isı yalıtımının sağladığı diğer bir faydalı sonuç, daha az yakıt ve daha az baca gazı nedeniyle çevre kirliliğini azaltıcı yöndeki etkisidir. Fosil yakıtların kullanılması çevreye çok ciddi zararlar verir ve sera etkisinin yani atmosferde biriken gazların sıcaklığının yeryüzünden geri ışınımı engellemesiyle oluşan küresel tehdidin temel nedenidir. Sera etkisine neden olan en temel gaz karbondioksittir ve bu gaz büyük ölçüde fosil yakıtların yanmasıyla oluşur.