Baca etkisi

Baca etkisi, hava basıncındaki farklılıklar nedeniyle binalarda bulunan hava ile dışarıdaki hava arasındaki yoğunluk farkından kaynaklanan hava hareketini ifade eder. Bu yoğunluk farkı ise sıcaklık ve nem değişikliklerinden kaynaklanır. Sonuç olarak, olumlu ya da olumsuz yönde bir basınç kuvveti oluşur. Sıcaklık farkı ve yapının yüksekliği ne kadar fazlaysa, basınç kuvveti ve dolayısıyla baca etkisi de o kadar güçlü olur. Baca etkisi, doğal havalandırma, hava sızması ve yangınların (örneğin Grenfell Kulesi yangını) oluşumunda rol oynar.

Binalarda

Binalar tamamen hava geçirmez olmadığı için (en azından her zaman bir girişe sahip olduklarından), baca etkisi hava sızmasına neden olur. Isıtma mevsiminde, daha sıcak iç hava bina boyunca yükselir ve üst kısımdan açık pencereler, havalandırma delikleri veya tavan vantilatörleri gibi tavanlardaki istenmeyen deliklerden dışarı çıkar. Yükselen sıcak hava, binanın tabanındaki basıncı azaltarak, soğuk havayı açık kapı, pencere veya diğer açıklıklardan içeriye çeker. Soğutma mevsiminde baca etkisi tersine döner, ancak daha düşük sıcaklık farkları nedeniyle genellikle daha zayıftır.^[1]

Modern, çok katlı ve iyi yalıtılmış bir binada baca etkisi önemli basınç farklılıkları yaratabilir. Bu nedenle tasarım aşamasında dikkate alınmalı ve mekanik havalandırma ile giderilmesi gerekebilir. Merdiven boşlukları, şaftlar, asansörler gibi etkenler baca etkisini artırırken; iç bölmeler ve yangın duvarları ise azaltıcı etki gösterir. Baca etkisi özellikle yangın durumlarında duman ve ateşin yayılmasını önlemek, bina sakinleri ve itfaiyeciler için elverişli koşulları korumak için kontrol altına alınmalıdır.^[2] Hava çıkışlarının zemine yakın konumlandırılması gibi doğal havalandırma yöntemleri etkili olsa da, daha yüksek yapılarda veya sınırlı alan bulunan binalarda genellikle mekanik havalandırma tercih edilir. Duman tahliyesi, yeni yapılarda önemli bir husustur ve tasarım aşamasında değerlendirilmelidir.^[3]

Grenfell Kulesi yangını, 72 kişinin hayatını kaybetmesine neden olan bir trajediydi^[4] ve bu olayda baca etkisi önemli bir rol oynamıştır. Dış cephedeki alüminyum kaplama ile iç yalıtım arasında kalan boşluk bir baca görevi görmüş ve yangını yukarı doğru çekerek yangının hızla yayılmasına sebep olmuştur.^[5][6]

Normal ve ters baca etkisi

Binalarda iki farklı baca etkisi görülür: normal ve ters. Normal baca etkisi, dış ortamdan daha yüksek sıcaklığa sahip binalarda meydana gelir. Binadaki sıcak hava düşük yoğunluğa (veya yüksek özgül hacme) sahiptir ve daha fazla basınç kuvveti oluşturur. Sonuç olarak, hava daha düşük katlardan yükselerek katlar arası boşluklardan yukarı seviyelere doğru hareket eder. Bu durum, binanın nötr ekseninin altındaki katlarda net negatif basınç, üstündeki katlarda ise net pozitif basınç oluşmasına neden olur. Alt katlardaki net negatif basınç, dış havayı bina içine çekebilir. Bu akış, kapısız veya havalandırma sistemlerinde geri çekiş damperleri olmayan pencerelerden veya kanallardan gerçekleşebilir. Sıcak hava ise binanın nötr eksenin üstündeki katlardan dışarı sızmaya çalışır.

Mekanik soğutma ekipmanları yaz aylarında hem duyusal hem de gizli soğutma sağlar. Bu sayede bina içindeki havanın kuru ampul sıcaklığı dış ortam havasına göre düşürülür. Aynı zamanda binadaki havanın özgül hacmini de azaltarak basınç kuvvetini düşürür. Sonuç olarak, soğuk hava bina boyunca dikey olarak aşağı doğru hareket eder. Bu hareket asansör boşlukları, merdiven boşlukları ve yalıtımsız tesisat geçişleri (hidronik, elektrik ve su yükselticileri gibi) aracılığıyla gerçekleşir. Soğutulan hava nötr eksenin altındaki en alt katlara ulaştığında, damperler, cam duvarlar gibi yalıtımsız açıklıklardan dışarı sızmaya başlar. Nötr eksenin altındaki katlardan dışarı sızan hava, dış havayı bina zarfına nüfuz etmeye zorlar ve bu da yalıtımsız açıklıklar yoluyla içeri hava girişine neden olur.

Baca gazı bacaları

Sanayi tesislerindeki baca gazı bacalarındaki baca etkisi, binalardaki etkiye benzer, ancak önemli bir farkla: Bu bacalardaki baca gazları çok daha sıcaktır ve dış ortam havasıyla çok büyük sıcaklık farklarına sahiptir. Ayrıca, sanayi bacaları genellikle gaz akışını engelleyen herhangi bir yapı içermez, hatta tersine baca etkisini güçlendirerek fan enerjisi ihtiyacını azaltmak için optimize edilir.

Dış hava ile baca gazları arasındaki büyük sıcaklık farkı, şömineli binalarda güçlü bir baca etkisi yaratır.

Büyük hacimli fanlar geliştirilmeden önce, madenler baca etkisi kullanılarak havalandırılıyordu. Bu sistemde aşağıya inen bir baca şaftı, havayı madene aktarır. Yukarı çıkan baca şaftının dibinde ise sürekli yanan bir fırın bulunurdu. Yüzlerce metre derinlikte olabilen bu şaft, bir baca gibi davranarak içerisindeki havayı yukarı çeker ve bu sayede temiz hava aşağı inen baca sayesinde maden içerisine yayılırdı.

Sebebi

Bina dışındaki hava ile bina içindeki hava arasındaki sıcaklık farkı, aralarında bir basınç farkı (ΔP ) oluşturur. Bu basınç farkı, baca etkisinin itici gücü olarak çalışır ve aşağıdaki denklemlerle hesaplanabilir.^[7][8] Bu denklemler sadece havanın hem bina içinde hem de dışında bulunduğu binalar için geçerlidir. Bir veya iki katlı binalarda, h binanın yüksekliğini temsil eder. Çok katlı, yüksek binalarda ise h, binanın nötr basınç seviyesindeki (NBS) açıklıklardan en üstteki veya en alttaki açıklıklara olan mesafedir.^[7] kaynağı, NBS'nin yüksekliğin baca etkisini nasıl etkilediğini açıklamaktadır.

Baca gazı bacaları ve şömine bacalarında, hava dışarıda yanma gazları ise içeride olduğundan denklemler yalnızca bir tahmin sağlar. Bu durumda h, baca gazı bacası veya şömine bacasının yüksekliğini temsil eder.

${\displaystyle \Delta P=Cah{\bigg (}{\frac {1}{T_{o}}}-{\frac {1}{T_{i}}}{\bigg )}}$

SI birimleri:

İndüklenmiş akım

Baca etkisi ile oluşan hava akış hızı aşağıdaki denklemle hesaplanabilir.^[9][10] Bu denklem yalnızca havanın hem bina içinde hem de dışında bulunduğu binalar için geçerlidir. Bir veya iki katlı binalarda h binanın yüksekliğini, A ise açıklıkların akış alanını temsil eder. Çok katlı, yüksek binalarda ise A açıklıkların akış alanını, h ise binanın nötr basınç seviyesindeki (NBS) açıklıklardan en üstteki veya en alttaki açıklıklara olan mesafeyi temsil eder. Kaynak,^[7] NBS'nin yüksek binalarda baca etkisini nasıl etkilediğini açıklamaktadır.

Şömine bacaları veya baca gazı bacaları gibi hava dışarıda, yanma gazları içeride olduğunda denklem yalnızca yaklaşık bir değer verir. Ayrıca, A baca kesiti boyunca akış alanını, h ise baca gazı bacası veya şöminenin yüksekliğini ifade eder.

${\displaystyle Q=CA{\sqrt {2gh{\frac {T_{i}-T_{o}}{T_{i}}}}}}$

Sı birimleri:

Bu denklem, hava akışının direncinin, deşarj katsayısı C ile tanımlanan bir delikten akan akışın direncine benzediğini varsayar.

Kaynakça

Dış bağlantılar

• YouTube'da baca etkisi simülasyonu