Esmatik Rüzgâr Gülü Nedir?

Depo, atölye ve konut çatılarında dönen, gövdesi kavisli dikey kanatlardan oluşan küre biçimli başlıklar piyasada "esmatik" ya da "rüzgâr gülü" adıyla bilinir; teknik literatürde rüzgâr türbinli çatı ventilatörü olarak geçer. Esmatik rüzgâr gülü elektrikle çalışmaz ve motoru yoktur. Alt kısmındaki boğaz bir kanala ya da doğrudan çatı arasına açılır; içerideki havayı iki doğal etkiyle dışarı verir: rüzgârın başlık çevresinde oluşturduğu emme ve ısınan havanın yükselmesi. Bu yazı esmatiğin nasıl çalıştığını, ne kadar hava atabileceğini ve hangi binada yeterli, hangisinde yetersiz kaldığını anlatır. Doğal, mekanik ve karma havalandırmanın genel farkı havalandırma sistemi nedir yazısında ele alınıyor.

Esmatik nasıl çalışır?

Rüzgâr etkisi

Rüzgâr başlığın çevresinden geçerken başlığın rüzgâr almayan tarafında ve kanatların arasında basınç düşer. Boğazdaki basınç dış havanın basıncının altına inince içerideki hava yukarı doğru çekilir. Kanatların dönmesi bu çıkışı yönlendirir ve başlığın, rüzgâr hangi yönden eserse essin aynı biçimde çalışmasını sağlar.

Baca etkisi

Isınan hava hafifler ve yükselir. Çatı arasındaki, atölyedeki ya da depodaki hava dış havadan sıcaksa, rüzgâr olmasa da sıcak hava çatıdaki açıklıktan çıkar; yerini alt kotlardaki açıklıklardan giren daha serin hava alır. Bu etkinin gücü iki şeye bağlıdır: iç ve dış hava arasındaki sıcaklık farkı ile hava girişi ve çıkışı arasındaki yükseklik.

İki etki de binaya bir yerden hava girmesini gerektirir. Hava girişi olmayan kapalı bir hacimde esmatik dönse bile hava atamaz. Alt kotta panjurlu menfez, açılabilir pencere ya da kapı üstü ızgara gibi bir giriş planlanır ve bu girişin net alanı çatıdaki çıkışların toplam alanından küçük tutulmaz.

Kanatların gerçek görevi: dönmek mi, korumak mı?

Esmatiğin kanatları rüzgârla döner ama havayı bir fan gibi itmez; motoru olmadığı için akışa enerji katamaz. Avustralya'da University of Technology Sydney'de yapılan ve 2004'te 15. Avustralasya Akışkanlar Mekaniği Konferansı'nda yayımlanan bir çalışmada (Revel ve Huynh, "Characterising Roof Ventilators") 250 ve 300 mm boğazlı iki türbinli başlık, 300 mm'lik bir venturi başlık ve üstü açık 300 mm'lik bir boru ağzı aynı düzenekte denendi. En çok havayı üstü açık boru attı; fakat yağmura ve kuşlara karşı korumasız olduğu için çatıda kullanılamaz. Yazarlar, denenenler arasında çatıda gerçekten kullanılabilir olanların türbinli başlıklar olduğunu belirtir.

Esmatiğin asıl değeri buradadır: yağmuru, kuşları ve yaprakları dışarıda tutarken çatıdaki çıkışı açık tutar ve rüzgârın yönünden bağımsız çalışır. Bu çalışmanın dayandığı Avustralya/Yeni Zelanda standardı AS/NZS 4740, doğal ventilatörleri rüzgâr yükü, yağmur geçirmezlik, debi ve basınç kaybı bakımından sınıflandırır ve test yöntemini tarif eder. Ürün karşılaştırırken üreticiden bu tür bir test standardına göre ölçülmüş debi eğrisi istenir; "dakikada şu kadar devir" bilgisi debi hakkında bir şey söylemez.

Ne kadar hava atar?

Esmatiğin oluşturabildiği emme basıncı küçüktür. Aynı çalışmada saatte 18 km rüzgârda (yaklaşık 5 m/s), en iyi sonucu veren açık boru ağzının altında, akış sıfırken ölçülen emme yalnızca yaklaşık 6,7 Pa'dır; türbinli başlıkların eğrileri de rüzgâr hızına göre birkaç paskal ile on paskal mertebesinde kalır. Karşılaştırma için: bir restoran davlumbazındaki tek bir yağ filtresi anma debisinde 80–125 Pa basınç kaybı oluşturur; kanallı bir egzoz hattında fanın yendiği toplam basınç çoğu zaman yüzlerce paskaldır. Esmatik bu yüzden yalnız kısa ve dirençsiz bir boğazla çalışır; arkasına kanal, filtre ya da dirsek eklendikçe atabildiği hava hızla düşer.

Rüzgârsız bir günde atılacak havanın kaba üst sınırı baca etkisi bağıntısıyla bulunabilir (ASHRAE Fundamentals el kitabının doğal havalandırma bölümündeki bağıntı):

Q = C_D × A × √(2 × g × ΔH × (T_iç − T_dış) / T_iç)

Burada C_D açıklığın akış katsayısı (yaklaşık 0,65), A açıklık alanı (m²), g yerçekimi ivmesi (9,81 m/s²), ΔH hava girişinin ortasından nötr basınç seviyesine yükseklik (giriş ve çıkış alanları eşitse giriş ile çıkış arasındaki yüksekliğin yarısı) ve T mutlak sıcaklıktır (K).

Örnek: 300 mm boğazlı tek bir esmatik (A ≈ 0,071 m²), aynı alanda bir alt giriş, giriş ile çıkış arasında 6 m yükseklik (ΔH = 3 m), içeride 30 °C (303 K), dışarıda 25 °C:

• √(2 × 9,81 × 3 × 5 / 303) = √0,971 ≈ 0,99 m/s
• Q ≈ 0,65 × 0,071 × 0,99 ≈ 0,045 m³/s ≈ 165 m³/h

Bu değer başlığın ve girişin kendi direncini hesaba katmayan bir üst sınırdır; rüzgâr çıktığında debi artar, sıcaklık farkı kapandığında azalır. Sonucun mertebesi önemlidir: 5 °C farkla tek bir esmatik saatte birkaç yüz metreküpten fazlasını atmaz. 20 × 30 m tabanlı, 6 m yüksekliğinde (3.600 m³) bir depoda saatte bir hava değişimi için bile bu koşullarda yirmiden fazla başlık gerekir. Makine ısısı olan bir üretim alanında ihtiyaç bunun birkaç katıdır.

Bir atölye ya da deponun gerçekte ne kadar havaya ihtiyacı olduğunu ısı yükü, kişi sayısı ve hacimden bulmak için havalandırma hesabı aracını kullanabilirsiniz. Bulunan debi doğal yolla karşılanamıyorsa mekanik sistem gerekir.

Nerede yeterli olur, nerede olmaz?

Isıtılan binalarda bir dezavantaj daha vardır: esmatik kışın da açıktır ve ısınan havayı sürekli dışarı verir. Kullanılmadığı mevsimde boğazı kapatan bir kapak ya da ayarlı damper bu yüzden işe yarar.

Montajda dikkat edilecekler

• Çatı geçişi: Çatıda su sızıntısı riski başlıktan çok çatı geçişindedir. Çatının eğimine uygun taban adaptörü kullanılır; kiremit, sandviç panel ya da membran üzerindeki birleşim çatı kaplamasına uygun su yalıtımıyla kapatılır.
• Düşeylik: Başlık düşey monte edilir. Eğik duran bir başlıkta rulman tek taraflı yüklenir, ses yapar ve erken aşınır.
• Boğaz ve giriş alanı: Boğaz çapı hesaplanan debiye göre seçilir; alt kottaki hava girişlerinin toplam net alanı çıkışlardan az olmamalıdır.
• Malzeme: Galvaniz, alüminyum ya da paslanmaz gövde seçimi ortamın nemine ve kimyasal içeriğine göre yapılır; deniz kenarında ve kimyasal buhar olan yerlerde galvaniz gövde çabuk korozyona uğrar.
• Bakım: Yılda bir rulman sesi, kanatların biçimi, bağlantı vidaları ve kuş yuvası kontrol edilir. Bazı üreticiler rüzgârın zayıf olduğu saatlerde devreye giren küçük motorlu (hibrit) başlıklar da üretir; bunlarda motor ve elektrik bağlantısı da bakım listesine girer.

Esmatik mi, çatı fanı mı?

Belirli bir debinin her koşulda sağlanması gerekiyorsa çatı fanı ya da kanallı bir egzoz sistemi kurulur. Kanalsız çatı çıkışında çatı fanı, filtreli ya da uzun kanallı hatlarda salyangoz fan veya ses yalıtımlı kutuya alınmış santrifüj fan (hücreli aspiratör) seçilir; seçimi debi kadar hattın toplam basınç kaybı belirler. Kutu tipi fanların teklif kalemleri hücreli aspiratör fiyatları sayfasında. Fabrika, atölye ve depolarda debiyi hesapla belirleyen sistemler endüstriyel havalandırma sistemleri sayfasında; mevcut çatı fanlarının bakımı ve onarımı havalandırma bakım ve onarım kapsamında. Fan, kanal ve montaj kalemlerinin maliyeti endüstriyel havalandırma fiyatları sayfasında; ihtiyacınızın doğal yolla karşılanıp karşılanamayacağını yerinde görmek için iletişim sayfasından keşif isteyebilirsiniz.