Merdiven Basınçlandırma Nedir, Nasıl Çalışır?

Merdiven basınçlandırma, yangında kaçış merdivenine fanla dış hava basarak merdiveni katlardan biraz daha yüksek basınçta tutan sistemdir. Hava basıncı yüksek hacimden düşük hacme doğru akar; kapı aralıklarından ve açılan kapılardan hava merdivenden kata doğru aktıkça duman merdiven yuvasına giremez. Böylece binadaki herkesin kullandığı dikey kaçış yolu, itfaiyenin yukarı çıkacağı yol da olarak dumansız kalır.

Duman tahliyesinden farkı akışın yönündedir. Duman tahliyesi dumanı bulunduğu hacimden dışarı çeker ve o hacmi negatif basınca götürür; basınçlandırma korunacak hacmi pozitif basınçta tutup dumanı dışarıda bırakır. İkisi aynı binada birlikte çalışabilir: koridordan duman çekilirken merdiven basınçlandırılır ve aradaki basınç farkı iki sistemle birlikte büyür. Tahliye tarafının mantığı duman tahliye sistemi nedir yazısında, hangi merdivenin basınçlandırılmasının zorunlu olduğu ise merdiven basınçlandırma yönetmeliği yazısında. Bu yazı sistemin nasıl çalıştığını ve parçalarının ne iş gördüğünü açıklıyor.

İki durum, iki ölçüt

Basınçlandırılmış bir merdiven yangın boyunca iki farklı durum arasında gidip gelir ve sistem ikisini de karşılamak zorundadır.

Kapılar kapalıyken ölçüt basınç farkıdır. Bütün kapılar kapalıyken havanın kaçabildiği yer yalnız kapı aralıkları ile duvar ve döşeme sızıntılarıdır. Bu durumda merdiven ile kullanım alanları arasında en az 50 Pa fark istenir (Binaların Yangından Korunması Hakkında Yönetmelik, BYKHY 89/5). 50 Pa metrekareye yaklaşık 5 kilogramlık yük demektir; küçük görünür, ama kapı aralığından sızmaya çalışan dumanı geri itmeye yeter.

Kapı açıkken ölçüt hava hızıdır. İnsanlar merdivene girerken kapılar açılır ve basınç farkı hızla düşer. Bu anda dumanı durduran şey, açık kapıdan kata doğru akan havanın hızıdır. Yönetmelik, birbirini izleyen iki katın kapıları ve dışarıya tahliye kapısı tam açıkken her açık kapıda ortalama en az 1 m/s hız ister (89/8); açık kapı durumunda basınç farkı da 15 Pa'nın altına inmemelidir (89/5).

Sistemin büyüklüğünü ikinci ölçüt belirler. 0,90 m × 2,10 m'lik bir kapı yaklaşık 1,89 m² açıklıktır; 1 m/s hızla bu açıklıktan saniyede 1,89 m³, saatte yaklaşık 6.800 m³ hava geçer. Hesapta en az iki iç kapı ile bir dış kapı açık kabul edildiği ve kapalı kapıların sızıntıları eklendiği için (89/9) fan debisi çoğu binada on binlerce m³/h mertebesine çıkar. Açık kapıdan kata geçen havanın da kattan bir yolla çıkabilmesi gerekir: koridor duman tahliyesi, cephe açıklığı ya da tahliye şaftı. Çıkış yolu olmayan katta hava birikir ve kapıdaki hız düşer.

Basıncın üst sınırı: kapı açma kuvveti

Basınç farkı büyüdükçe duman daha iyi durur, ama kapı da o kadar zor açılır. Kaçan bir çocuğun ya da yaşlının kapıyı açabilmesi için yönetmelik, basınçlı hava ile kapı kapatıcının birlikte kapı koluna yüklediği kuvveti 110 N ile sınırlar (89/7). Basıncın kola eklediği kuvvet şu bağıntıyla tahmin edilir:

F_ΔP = (W × A × ΔP) / (2 × (W − d))  (W: kanat genişliği, m; A: kanat alanı, m²; ΔP: basınç farkı, Pa; d: kolun kanat kenarına uzaklığı, m)

0,90 m × 2,10 m kanatta, kol kenardan 7,5 cm içerideyken 50 Pa fark kola (0,90 × 1,89 × 50) / (2 × 0,825) ≈ 52 N ekler. 110 N sınırından kapı kapatıcı ve menteşe sürtünmesine yaklaşık 58 N kalır. Basınç 80 Pa'ya çıkarsa basıncın payı yaklaşık 82 N olur ve sıradan bir kapı kapatıcıyla sınır aşılır. Bu yüzden basınçlandırma sistemi yalnız basınç üretmez, fazlasını da boşaltır: aşırı basınç damperi ya da basınca göre devir ayarlayan frekans kontrollü fan gibi düzenler istenir (89/11).

Sistemin parçaları

Merdiven basınçlandırma fanı nedir?

Merdiven basınçlandırma fanı, dışarıdan temiz hava alıp merdiven yuvasına basan aksiyal ya da radyal fandır; sahada çoğunlukla hücreli kutu tipi radyal fan kullanılır. Çatıya, teknik kata ya da dış hava alabilen bir bodrum mahaline yerleştirilir. Dumanı değil temiz havayı taşıdığı için duman tahliye fanlarındaki F300 gibi sıcaklık sınıfı genellikle aranmaz; yönetmeliğin bu fan için koyduğu asıl şartlar emişteki duman dedektörü, yangına dayanıklı besleme ve kumanda düzenidir. Debi açık kapı durumundan, basınç şaft ve menfez kayıplarından gelir. Kapıların durumu sürekli değiştiği için merdivendeki basınç sensörüne bağlı, frekans konvertörlü fan yaygın bir çözümdür. Kutu tipi fanın yapısı hücreli aspiratör nedir yazısında.

Şaft ve menfez neden bu kadar önemli?

Yüksek bir merdivene tek noktadan hava basıldığında basınç fana yakın katlarda yüksek, uzak katlarda düşük olur. Baca etkisi de iç ve dış hava arasındaki sıcaklık farkına bağlı olarak bu dağılımı mevsimden mevsime değiştirir; kışın ve yazın aynı katta farklı basınç farkı ölçülebilir. Bu yüzden yüksek merdivenlerde hava, merdiven boyunca ilerleyen bir şaftla katlara dağılmış menfezlerden verilir. Menfez, kaçan insanların yüzüne doğrudan hava üflemeyecek ve kapı önündeki akışı bozmayacak konumda seçilir; şaft kesiti de en uzaktaki menfezde yeterli hava kalacak şekilde boyutlandırılır.

Yangın anında çalışma döngüsü

1. Yangın algılama sistemi alarm verir ve basınçlandırma fanı otomatik başlar (89/14); fan elle de çalıştırılıp durdurulabilir (89/15).
2. Kapılar kapalıyken fan merdiveni hedef basınç farkına çıkarır; fazlası aşırı basınç damperinden atılır ya da fan devri düşürülür.
3. Bir kat kapısı açılınca basınç düşer; frekans kontrollü sistemde fan devrini artırır, damperli sistemde damper kapanarak fazla havayı merdivende tutar.
4. Kapı kapanınca basınç yeniden yükselir ve döngü tekrarlanır.
5. Emiş ağzında duman algılanırsa fan durur; aksi hâlde merdivene duman basılmış olur.

Yangın güvenlik holü de basınçlandırılıyorsa merdivenin basıncı holünkinden yüksek tutulur (89/6); acil durum asansörü kuyusu ayrıca basınçlandırılır (89/4). Basınçlandırılmayan kaçış merdivenlerinde ise yönetmelik açılabilir pencere ya da sürekli havalandırma sağlayan tepe penceresi ister (89/16).

Tasarımdan kabule

Hesapta kapalı kapı durumu ile açık kapı durumu ayrı ayrı çözülür: önce kapı aralıkları ile duvar ve döşeme geçirgenliğinden kaçan hava, sonra açık kapılardan geçmesi gereken hava bulunur. Sonuç fan debisi, şaft ve menfez ölçüleri ile aşırı basınç damperinin boyutudur. Avrupa'da bu tasarımın yöntemi EN 12101-13:2022'de toplanmıştır; Türkiye'de bağlayıcı olan değerler BYKHY 89. maddedekilerdir. Kabulde kapılar kapalıyken her katta basınç farkı, belirlenen kapılar açıkken kapı kesitinde hava hızı ve kapı açma kuvveti ölçülür, sonuçlar rapora işlenir; aynı ölçümler işletme süresince periyodik olarak tekrarlanır.

Kapı ve sızıntı verilerinizle fan debisini ve kapı açma kuvvetini merdiven basınçlandırma hesabı aracıyla kontrol edebilirsiniz.

Uygulama adımları, bina tiplerine göre farklar ve örnek bir mertebe hesabı merdiven basınçlandırma sistemi sayfasında; aynı binadaki duman tahliye tarafı duman tahliye sistemi sayfasında. Fan ve aşırı basınç damperi kalemlerinin teklife etkisi hücreli aspiratör fiyatları sayfasında; ölçüm ve bakım havalandırma bakım onarım kapsamında yapılır. İstanbul ve Kocaeli'deki yüksek binalarda mevcut sistemin ölçümü ya da yenilenmesi için iletişim sayfasından ulaşabilirsiniz.