Giriş
REHAU ışımalı serin/sıcak tavan plakaları ile farklı kullanım için tasarlanmış yapılarda yaz ve kış işletimlerinde üstün konfor şartları sağlanabilir. Bu esnada REHAU tavan plakaları farklı iklimlendirme konseptlerinin bir parçası olarak kullanılabilir. Örneğin büro ve ofis binalarında sistem üflemeli iklimlendirme ekipmanları ile oldukça avantaj sağlayıcı şekilde kombine edilebilir.
Alçıpan plakalardan imal edilen REHAU ışımalı serin/sıcak tavan ürünlerinin yapısı sayesinde EN 14240 uyarınca uyarınca 66 W/m2’ye kadar serinletme güçlerine ulaşılabilir. EN 14037 uyarınca kış şartlarında ulaşılabilecek azami ısıtma gücü ise 82,6 W/m2’dir. İçine grafit eklenerek üretilen yüksek güçlü serin tavan plakalarında ise EN 14240 uyarınca uyarınca 75,5 W/m2’ye kadar serinletme güçlerine ulaşılabilirken, EN 14037 uyarınca kış şartlarında 92,7 W//m2’lik ısıtma gücüne ulaşılabilir. Planlama yapılırken serin tavan sisteminin gidiş suyu sıcaklığı mahalin nominal sıcaklığı olan +26ºC sıcaklığa, kışınsa da mahalin nominal sıcaklığı olan +21ºC’ye yakın seçilmelidir. Düşük sıcaklıkla ısıtma, yüksek sıcaklıkla soğutma yapıldığı zaman, yüzeye yakın yer ısısı gibi düşük ekserji payına sahip enerji kaynaklarının kullanımı mümkün hale gelir.
REHAU ışımalı serin/sıcak tavan sistemlerinin kullanımı ile yenilenebilir enerji kaynaklı sistemlerin kullanımı enerji verimliliğinin artışına katkıda bulunacaktır.
Çıkış Noktası
Simülasyonların desteği ile REHAU ışımalı serin/sıcak tavan sistemleri ile kombine edilen iklimlendirme sistemlerinin büro ve ofis binalarındaki konfor üzerindeki etkisinin analiz edilmesine çalışılmıştır.
Dinamik-ısıl bir simülasyon ve üç boyutlu bir akış simülasyonu sonuçlarına göre, bir ekip ofisi olarak kullanılan referans mahalde, oluşan sıcaklık dağılımı, hava hızı dağılımı, ışıma sıcaklığı asimetrisi parametrelerinin incelenmesi ile EN ISO 7730 uyarınca konulan konfor taleplerinin karşılanmasının mümkün olduğu görülmüştür. Simüle edilen sistemlerden birinde REHAU tavan plakaları sadece serinletme işletimi için aktive edilmiş, ısıtma ise parapet bölgesinde konumlandırılan ek statik ısıtma alanları (radyatörler) ile sağlanmıştır. Simüle edilen diğer sistemde ise REHAU tavan plaklaları hem serinletme hem de ısıtma işletiminde kullanılmıştır. Bu sistemde ısıtma için ek statik ısıtma yüzeyleri kullanılmamıştır. Her iki simülasyonda da, döşemeden ısıtma sistemi n=1,5 hava değişim katsayısına sahip bir havalandırma sistemi ile desteklemiştir. Amaç EN ISO 7730 uyarınca tanımlanan ve aşağıda belirtilen konfor taleplerini sağlamak olmuştur
Tablo 1 : EN ISO 7730 uyarınca konfor kriterleri
Operatif sıcaklık Yaz işletimi +23,5ºC - +25,5ºC aralığında
Kış işletimi +21ºC - +23ºC aralığında
Azami ortalama hava hızı
Yaz işletimi 0,12 m/s
Kış işletimi 0,10 m/s
Dikey hava sıcaklığı gradyeni < 2 K/m
Işıma sıcaklığı asimetrisi Sıcak tavan < 5 K
Serin tavan < 14 K
-----------------------------------------------------------------
Referans Bina
Yapılacak simülasyonlara temel oluşturan referans bina, büyüklük, dağılım ve kullanım açısından ortalama bir yönetim binasıdır. Bina Alman Enerji Verimliliği Yönetmeliği’ne göre tasarlanmıştır. Binadaki havalandırma, ısıtma, soğutma sistemilerinin kullanım/işletim saatleri DIN 18599 standartı dikkate alınarak belirlenmiştir.
Yönetim binası aşağıdaki veriler çerçevesinde planlanmıştır :
Tablo 2 : Referans bina için temel veriler
Yeri Essen/Almanya
Soğutma iklim bölgesi 3/Tdış maks. +32ºC
EN 12831 uyarınca
kış dış hava sıcaklığı -10ºC
Cephe yönü Uzunlamasına cepheler kuzey-güney doğrultusunda
Yapı ağırlığı 876 kg/m2
Kullanım alanı 4 katta 1.340 m2
Pencere U-Değeri 1,12 W/m2K
Dış duvar U-Değeri 0,32 W/m2K
------------------------------------------------------------------
Cepheler boylu boyunca pencerelerden oluşmaktadır. Pencere bantları birbirlerinden 0,7 m yüksekliğinde bir parapet ile ayrılmaktadır.
Şekil 1 : Cephe kesiti
Şekil 2 : Referans bina
Referans mahal
Referans mahalde bulunan ofis cepheye yakın yerleşimlidir. Kat aralarındaki zemin ve tavan 280 mm kalınlığında betondandır. İç duvarlar hafif yapı tarzında imal edilmiştir ve alçıpan plakalardan oluşmaktadır. Dış duvar iç yüzeyinde 20 mm sıva bulunan 180 mm kalınlığında betondan, dışarıda ise yeterli miktarda yalıtımdan oluşmaktadır. Büro kullanımı aşağıdaki çerçevede gerçekleşmektedir:
Genişlik 5,4 m
Derinlik 5,63 m
Net yükseklik 2,9 m
Alan 30,4 m2
Kullanıcı sayısı 3 kişi
Kişi başına ısı yayımı 75 W duyulur
Çalışma ekipmanları 15 W/m2
Aydınlatma 365 W - 500 lx
Kullanım süresi 07 :00 - 18:00
Günlük işletim süresi 05:00 - 18:00
Tablo 3: Referans mahalin sınır şartları
----
Şekil 3: Referans mahal yatay planı
Mahalin ısı kazancı VDI 2078 standartına göre hesaplanmıştır. Dışarıda yer alan ve z=0,25 değerine sahip güneş kırıcıların da dikkate alınması ile mahal için toplam 1.701 W’lık yani 56,0 W/m2’lik bir ısı kazancı hesaplanmıştır. Isı kaybı hesabı ise EN 12831 standartına göre gerçekleştirilmiş ve 21ºC’lik mahal sıcaklığında 2.168 W’lık bir ısı kaybı hesaplanmıştır. Fakat bu değer içinde ek olarak mahalin tekrardan ısıtılması için gerekli olan 1.064 W’lık güç de dahildir. Bu yüzden mahalin net ısı kaybı 1.104 W, veya 36,3 W/m2’dir.
Opsiyon A: REHAU ışımalı serin tavan/ statik ısıtma alanı/ destekleyici havalandırma sistemi
Bu opsiyonda ışımalı serin tavan, asma tavanda uygulanan bir sistem olarak havalandırma sistemi ile kombine edilmiştir. Taze hava, odayı çevreleyen ve hole bakan duvar diplerinden düşük hızlarla üflenmektedir. Üflenen havanın sıcaklığı cereyan oluşumunu engellemek için +20ºC olarak seçilmiştir. REHAU ışımalı serin tavan sisteminin ataleti düşük olduğu için sağlanan gücün oda sıcaklığına etkisi sadece az bir gecikme ile gerçekleşmektedir. REHAU ışımalı serin tavan sisteminin aktif alan oranı simülasyon örneğinde %70 olarak seçilmiştir, yani toplam tavan alanının %70 oranında bu plakalar ile donatıldığı, kalanının ise düz alçıpan plakalar ile kaplandığı varsayılmıştır. Isıtma işletiminde ise taze hava 21ºC ile üflenmektedir; bu sebeple de odada bulunan radyatör kalan ısıtma yükünü karşılamak için gerekli olmaktadır. 
Şekil 4: Opsiyon A mahal kesiti
Hava değişimi İşletim saatleri içinde, tekrar kullanım yok 1,5 h-1
İşletim saatleri dışında 0
Taze hava sıcaklığı 20ºC 21ºC
Serin tavan Aktif alan 21,3 m2
Gidiş suyu sıcaklıkları 16ºC (2K)
Radyatör Mahal sıcaklıklarında aktif <21ºC 17ºC İşletim saatleri dışında
Tablo 4: Opsiyon A sınır şartları
Yaz İşletimi
Yaz işletiminde, taze havanın mahale üflenmesi zemine yakın bir noktadan ve 20ºC ile gerçekleştirilmektedir. Simülasyon, REHAU ışımalı serin tavanın +20ºC - +21ºC mertebesinde yüzey sıcaklıklarına, zeminin ise 23,2ºC’lik sıcaklığa sahip olduğunu göstermektedir.
Serin tavan plakalarının kullanımı sebebiyle mahalde sıcaklık katmanları oluşmaktadır. Yaşam bölgesindeki dikey hava sıcaklığı gradyeni baş ve ayak arasında 0,7 K/m ile EN ISO 7730 uyarınca müsaade edilen aralığın oldukça aşağısında kalmaktadır. Yaşam bölgesinde +24,3ºC’lik hissedilen sıcaklık ve ortalama 0,1 m/s altında hava hızları oluşmaktadır. Böylece EN ISO 7730 uyarınca tanımlanan tüm konfor kriterlerine uyulmaktadır. 
Şekil 5: Yaz işletimi - Opsiyon A
REHAU ışımalı serin tavan / destekleyici havalandırma
Kış işletimi
Kış işletiminde, taze havanın mahale üflenmesi zemine yakın bir noktadan +21ºC ile gerçekleştirilmektedir, çıkış noktasının çevresinde yerel olarak +20ºC’lik sıcaklıklar görülmektedir. Kişilerden ve cihazlardan yayılan ısı ile çalışma bölgelerinde +21,5ºC’lik sıcaklıklara rastlanmaktadır. Bu esnada tavan sıcaklığı 22,2ºC, zemin sıcaklığı ise 20,8ºC olarak simüle edilmiştir.
Pencerenin altında konumlandırılmış radyatör cephe ile soğuk hava düşüşünü engellemiştir ve parapet bölgesinde ısıl konfor sağlamaktadır.
Yaşam bölgesindeki dikey hava sıcaklığı gradyeni baş ve ayak arasında 0,7 K/m ile konfor aralığında kalmaktadır. Hava hızları 0,1 m/s değerinin altındadır ve bu yüzden kritik değildir. 
Şekil 6: Kış işletimi - Opsiyon A
Radyatörle ısıtma / destekleyici havalandırma
Opsiyon B: REHAU-ışımalı sıcak/serin tavan/destekleyici havalandırma
Opsiyon A’dan farklı olarak bu uygulamada parapet bölgesindeki radyatör kullanılmamaktadır. Onun yerine ışımalı sıcak tavan ısıtma periyodunda kayıpları karşılayacaktır. Sıcak tavanın görevi EN 12831 uyarınca hesaplanan ısı kaybını karşılamaktır. REHAU ışımalı serin tavan sisteminin aktif alan oranı bu durumda da %70’dir. Taze hava bu sistemde de zemine yakın noktalardan düşük hızlarda üflenmektedir. Üfleme sıcaklığı, soğutma işletiminde +20ºC, ısıtma işletiminde 21ºC’dir. 
Şekil 6: Opsiyon B Mahal Kesiti
Hava değişimi İşletim saatleri içinde, tekrar kullanım yok 1,5 h-1
İşletim saatleri dışında 0
Taze hava sıcaklığı 20ºC 21ºC
Serin tavan Aktif alan 21,3 m2
Gidiş suyu sıcaklıkları 16ºC (2K) 32ºC (5K)
Yaz İşletimi
Yaz işletiminde Opsiyon A’daki ile aynı sıcaklıklar, hava hızları ve yüzey sıcaklıkları oluşmaktadır. EN ISO 7730 uyarınca konfor şartları yine sağlanmaktadır.
Kış İşletimi
Opsiyon A ile karşılaştırıldığında neredeyse homojen bir mahal sıcaklık dağılımına ulaşıldığı görülmektedir. Yaşam bölgesinde + 22°C’lik sıcaklıklar meydana gelmektedir; tüm konfor kriterlerine uyulmaktadır.
Isıtma durumunda tavan sıcaklığı + 21 - 22ºC aralığında, zemin sıcaklığı ise + 21,8°C olmaktadır. Opsiyon A ile karşılaştırıldığında neredeyse homojen bir mahal sıcaklık dağılımı oluştuğu görülmektedir. Görülebilen diğer bir husus, radyatör olmaksızın da parapet bölgesinde çalışma alanlarının olduğu noktalarda konfor açısından müsaade edilebilir hava hızlarının oluştuğudur. Bu bölgelerde oluşan hava hızları 0,1 m/s altındadır. Çalışma alanları bölgesinde oluşan dikey sıcaklık gradyeni ise 0,7 K/m mertebesindedir. Radyatörün eksikliği sebebiyle cepheye yakın parapet bölgesinde 0,2 m/s’lik hava hızları oluşmaktadır. Bu durumun iyileştirilmesi için pencere bölgesinde örneğin yapısal bir iyileştirme yapılabilir veya camın U-değeri < 1,0 W/(m²K) değerinin altına çekilebilir. 
Şekil 7: Kış işletimi - Opsiyon B
REHAU ışımalı sıcak tavan / destekleyici havalandırma
Parapet bölgesinde aktive edilecek ek bir duvardan ısıtma alanı ile pencere bölgesindeki hava hızları önemli miktarda düşürülebilir ve konforda ek bir iyileştirme sağlanabilir. Gidiş suyu sıcaklığı tavan plakası ile aynı seçilecek 3,6 m2 aktif REHAU duvardan ısıtma plakasında, pencere kenarında parapetin üst bölgesinde oluşan sıcak hava düşüşü kompanse edilebilir. Çalışma alanlarının cepheye yakın bölgede konumlandırılmasına ise müsaade edilebilir. 
Şekil 8: Kış işletimi - Opsiyon B - Ek olarak duvardan ısıtma ile
Sonuç
Yapılan çalışma, REHAU ışımalı serin/sıcak tavan plakalarının kullanımı ile EnEV standartlarında yalıtıma sahip bir ofis/yönetim binasında ısıtma ve serinletme işletimlerine yönelik EN ISO 7730 uyarınca öngörülen konfor koşullarının sağlanabildiğini göstermektedir. Bu, gösterilen kullanım durumu için ek radyatörlerin kullanımına gerek duymadan da mümkündür. En büyük avantajı sunan sistemin, asgari taze hava değişimine göre boyutlandırılmış bir klima sistemi ile kombine edilmesi olduğu görülmektedir. Parapet bölgesinde kullanılacak ek bir duvardan ısıtma sistemi ile konforun daha da iyileştirilebileceği görülmüştür. Ayrıca yapılacak bir duvardan ısıtma sistemi parapet yakınında çalışma alanları kurulmasına bir engel teşkil etmemektedir.
Simülasyonu yapılan her iki sistemde de 0,7 K’lik dikey hava sıcaklığı gradyen değeri ile < 2,0 K olan sınır koşulu rahatlıkla yerine getirilmiştir. Özellikle ek radyatör olmayan alternatifte oldukça homojen bir mahal sıcaklığı dağılımı söz konusu olmaktadır. Yaz şartlarında oluşan +24,3ºC’lik operatif mahal sıcaklığı EN ISO 7730 uyarınca tanımlanan +23,5 - +25,5ºC sıcaklık aralığında kalmaktadır. Ek radyatör kullanımı olmayan sistem alternatifinde ısıtma için oluşan 0,1 m/s’lik hava hızı ile müsaade edilen azami değerin altında kalınmıştır. Yapının EnEV standartı uyarınca yalıtılmış olması sayesinde REHAU ışımalı tavandan ısıtma plakalarının yüzey sıcaklığı sadece +22,5ºC olarak gerçekleşmiştir. Bu durumda oluşan ışıma asimetrisi değeri 0,2 K mertebesinde kalmış ve EN ISO 7730 uyarınca tanımlanmış azami 5 K’lik değerin oldukça aşağısında gerçekleşmiştir.
İncelenen kullanım durumları, uygun yalıtım koşullarına sahip yapıda, REHAU ışımalı tavandan serinletme/ısıtma plakalarının kullanımı ile cepheye yakın parapet bölgelerinde ek radyatör önlemlerinin alınmasına gerek olmadan konfor ihtiyaçlarının karşılanabildiğini göstermektedir. Böylece sistemin ilk yatırım giderleri radyatör ve borulama maliyetleri kadar düşürülebilir.
EN ISO 7730 uyarınca konfor şartları Opsiyon AREHAU ışımalı serin/sıcak tavan,
statik ısıtma yüzeyi ve klima sistemi Opsiyon BREHAU ışımalı serin/sıcak tavan
ve klima sistemi
Operatif mahal sıcaklığı Yaz +24,3ºC +24,3ºC
Kış +21,5ºC +22ºC
REHAU ışımalı serin/sıcak tavan yüzey sıcaklığı
Yaz +20ºC - +21ºC arasında +20ºC - +21ºC arasında
Kış +21ºC - +22ºC arasında +22,5ºC
Yaşam bölgesinde azami ortalama hava hızı
Yaz <0,1 m/s <0,1 m/s
Kış <0,1 m/s <0,1 m/s
Dikey hava sıcaklığı gradyeni Yaz 0,7 K 0,7 K
Kış 0,7 K 0,7 K
Işıma sıcaklığı asimetrisi Yaz 2,6 K - 3,6 K arasında 2,6 K - 3,6 K arasında
Kış 0,2 K - 1,2 K arasında 0,2 K
Hazırlayan : Yoni ALTARAS, Makine Mühendisi
REHAU Polimeri Kimya San. A.Ş, Teknik Planlama Takım Lideri
