Isıtma ve Klima
İnsan vücudunun sıcaklığı yaklaşık 36,9°C’dir. Her zaman sıcak bir cisimden soğuk bir cisme ısı aktarımı söz konusu olduğu için, demek ki çevre sıcaklığı bu düzeyde olmadığı sürece ısı kaybederiz. Üstelik insan vücudu bu ısı kaybını önleyecek kalın bir tüy ya da post örtüsüyle korunmuş değildir. Bu yüzden insanın ısınması ya da serinlemesi için yapacağı tek şey çevre sıcaklığını ayarlamaktır. İnsanların kendilerini en rahat hissettikleri çevre sıcaklığı giyinikken 21°C, soyunukken 26°C dolayındadır. Çok çaba gerektiren bir iş yaptığımızda vücut sıcaklığımız yükseleceği için havanın ya da bulunduğumuz yerin daha serin olmasını isteriz. Buna karşılık hızlı bir hava akımında (cereyanda) kaldığımızda vücudumuz daha çok ısı kaybettiği için üşürüz. Isının havaya geçerek kaybolduğu bu sürece konveksiyon (taşınım) yoluyla ısı kaybı denir. Soğuk bir günde pencere yakınında otururken de oda yeterince sıcak olsa bile vücudumuzun pencereye bakan yanı üşüyebilir. Bu, ışıma yoluyla ısı kaybının sonucudur. Eğer ateşe yakın oturursak, aynı nedenle bu kez ateşe dönük olan yanımız ısınır.
Vücudumuzdaki nemin buharlaşması da ısı kaybına yol açan etkenlerden biridir. Ağır bir iş yaparken ya da koşarken terleriz ve terimiz buharlaşarak kururken vücudumuzdan ısı alır. Eğer çevremizdeki havada çok fazla su buharı varsa terimiz kolayca buharlaşmadığı için serinleyemeyiz. Buna karşılık kuru bir havada vücudumuzun nemi çabucak buharlaştığı için bu kez de solunum yollarımızın kurumasından rahatsız oluruz.
Ocak Ateşinden Merkezi Isıtmaya
En eskiçağlarda insanlar açık havada ya da mağaralarda ateş yakarak ısınırlardı. Daha sonra ateşin dumanının çıkması için çatısında bir delik bulunan kulübe ve evler yaptılar; bu ısıtma yöntemi zamanla ocak ve bacaya dönüştü. Havalandırma sorunu yoktu; açık ocakta yanan ateşten yayılan ısının çoğu bacadan çıkıp gider, bunun yol açtığı hava akımı odanın içinde dolaşırdı. Isı kaybını önlemek üzere ateşi kapalı ocaklarda yakma düşüncesi şömine ve sobaların yapımıyla sonuçlandı. Böylece yakıtın yanma hızı ayarlanabiliyor ve sobanın ısısı büyük ölçüde konveksiyon yoluyla yayılarak odanın havasını ısıtıyordu. Isıtma yöntemlerinin gelişmesinde sonraki adım, birden çok odayı tek bir ocaktan ısıtmak oldu. Bu tip merkezi ısıtma sistemini ilk geliştirenler Romalılar’dı. Evin döşemelerinin altından sıcak hava dolaştırmaya dayanan bu sistem 5. yüzyılda Roma İmparatorluğu’nun çöküşünden sonra unutulup gitti ve ortaçağ boyunca Avrupa’da gene eskisi gibi açık ocaklar kullanıldı.
Günümüzde konut ve işyerlerinin ısıtılmasında en yaygın yöntem kalorifer dediğimiz merkezi ısıtma sistemidir. Bu sistemde, kalorifer kazanında üretilen ısı, borulardan geçen bir akışkanla taşınarak evin bütün bölümlerine yerleştirilmiş olan radyatörlere iletilir. Isıyı taşıyan akışkan ya sıcak hava ya sıcak su ya da sıcak buhardır. Sıcak havalı merkezi ısıtmada, bir sıcak hava fırınında ateşin yakınından geçen hava konveksiyon yoluyla ısınır ve yapının her yanma borularla taşınarak odaların tabanında ya da duvarında bulunan panjurlu hava pencerelerinden içeri üflenir. Isısını odaya vererek soğuyan hava başka kanallardan firma geri döner ve yeniden ısınır. Havanın bu dolaşımı yalnızca sıcaklık farkından kaynaklanan doğal hava akımına bırakılmaz, vantilatörlerle hızlandırılır.
Ülkemizde çok daha yaygın olan sıcak sulu merkezi ısıtmada, genellikle yapının bodrumuna yerleştirilmiş bir kalorifer kazanında ısıtılan su odalardaki radyatörlere giden borulara pompalanır. Kaynakla birleştirilmiş çelik levhalardan ya da dökme demirden yapılan radyatörlerin içi boştur ve dış yüzeyinin geniş olması için oluklu olarak yapılmıştır. Sistemde sürekli olarak dolaşan sıcak su radyatörlerin içinden geçerken ısısını vererek soğur ve kazana dönerek yeniden ısınır. Radyatör adı ışıma anlamındaki radyasyon sözcüğünden türetilmiştir; oysa radyatördeki ısının yarıdan çoğu konveksiyonla, geri kalanı ışıma yoluyla yayılır.
Birçok ülkede büyük iş hanlarını ısıtmak için daha çok sıcak buharlı merkezi ısıtma sistemi uygulanır. Çünkü, elektrik sandallarındaki buhar türbinlerini besleyen kullanılmış buhardan yararlanıldığında bu sistem çok daha ekonomiktir. Her yapıda ayrıca buhar üretmektense, santralların atık (“çürük”) buharı kentin geniş bölgelerinin merkezi ısıtmasında kullanılabilir.
Sıcak sulu ısıtma sistemlerinde, banyoda kullanılan sıcak su da kalorifer kazanında ısıtılır, ama ayrı bir boru sistemiyle dağıtılır. Sıcak havayla ısıtılan yapılarda ise sıcak su için ayrı bir kazan vardır.
Eskiden kalorifer kazanlarında yakıt olarak yalnızca kömür kullanılırdı. Bugün fueloil ya da doğal gaz büyük ölçüde kömürün yerini almıştır; çünkü bu yakıtlar daha temizdir ve dağıtımı daha kolaydır.
Merkezi ısıtma sistemlerinde mutlaka sıcaklığı denetleyen bir termostat bulunur. Böylece yaşanan ya da çalışılan yerin sıcaklığı isteğe göre ayarlanabilir. Termostatın başka bir yararı da, daha çok ısı gerektiğinde kazanı otomatik olarak devreye sokup, sıcaklık yükseldiğinde gene otomatik olarak devreden çıkararak sistemin en ekonomik biçimde çalışmasını sağlamaktır.
Öbür Isıtma Yöntemleri
Kalorifer ya da merkezi ısıtma kuşkusuz konutları ısıtmanın tek yolu değildir. Birçok evde hâlâ odun, kömür, gaz ya da elektrik sobaları kullanılır. Bazı insanlar da kocaman kütüklerin ya da issiz kömürün şöminede yanışını seyrederek ısınmayı sever. Hatta bir gaz brülorünün aleviyle gerçekten odun ya da kömür yanıyormuş izlenimini veren “taklit” şömineler bile yapılmıştır. Tek bir odayı ısıtmak için elektrikli radyatör ya da konvektörler yeterlidir. Gene bu amaçla tasarlanan ısı depolayıcı elektrikli ısıtıcılar, adından da anlaşılacağı gibi ısıyı önce depolayıp sonra yayar. Bu ısıtıcıların en büyük üstünlüğü, fabrika, mağaza ve işyerleri çalışmadığı için elektrik tüketiminin daha az olduğu gece saatlerinde depolanan ısının ertesi gün kullanılabilmesidir. Bütün gece elektrik prizine takılı bırakılan aygıtın içindeki ısıtıcı elemanlar tuğlaya benzeyen blokları ısıtır; böylece bu bloklar bütün gün yetecek kadar ısı depolayabilir.
Konutların ısıtılmasında en yeni yöntemlerden biri güneş enerjisiyle ısıtmadır. Çatıların üzerine yerleştirilen güneş panoları ya da toplayıcıları çok bulutlu ve soğuk kış aylarında bile bir evi ısıtmaya yetecek kadar güneş enerjisi toplayabilir.
Hangi yöntem uygulanırsa uygulansın, ısı kaybını azaltmak için etkili bir yalıtım çok önemlidir. Çift camlı pencereler, duvar ve çatı boşluklarına döşenen camyünü gibi gereçler ısıyı tutan bir “ceket” işlevi görerek ısı yalıtımında etkili olur. Merkezi ısıtmada ayrıca su boruları ile tankların da yalıtılması gerekir.
Havalandırma
Havalandırmanın amacı, yaşanan kapalı yerlerdeki kirli havayı dışarının taze havasıyla değiştirmektir. Bunun için de havanın dışarıdan içeriye ve içeriden dışarıya sürekli olarak akmasını sağlamak gerekir. Evlerde ve küçük işyerlerinde genellikle havalandırma düzenekleri yoktur; ara sıra kapı ve pencerelerin açılmasıyla doğal yoldan havalandırma yapılır. Üstelik kapı ve pencerelerin çevresindeki aralıklardan her zaman gereğinden çok daha fazla hava girer. Bu nedenle yapıların çoğunda çerçevelerdeki çatlak ve aralıkların tıkanarak gereksiz hava akımlarının önlenmesinde yarar vardır. Bu önlemlerin alınmasıyla yalnız soğuk havanın değil gürültünün de içeri girmesi engellenmiş olur. Evlerde kullandığımız vantilatörlere benzeyen havalandırıcılar ise dönen kanatlarıyla hava akımlarını hızlandırır ve tam gerektiği kadar temiz havanın içeri girmesini sağlar. Dışarıdan emilen temiz hava kanallardan geçerek odalardaki hava girişlerine gelir; içerinin kirli havası da duvarlardaki çıkış deliklerinden dışarı atılır.
Klima
Klima terimi “iklim” anlamındaki Fransızca bir sözcükten dilimize geçmiştir ve kapalı yerlerdeki havanın fiziksel koşullarını değiştirme yöntemlerini tanımlar. Bu fiziksel koşullar havanın sıcaklığı, temizliği, nemliliği ve hareketidir. Bunlardan en az ikisi denetlenebiliyorsa, örneğin sıcak bir yaz günü kapalı bir ortamdaki havanın serin ve temiz ya da soğuk bir günde nemli ve sıcak olması sağlanabiliyorsa o ortamda klima uygulandığından söz edilebilir.
Klima sistemlerinde havayı ısıtmak ve soğutmak için uygulanan yöntemlerin temeli aynıdır. Soğuk hava sıcak bir yüzeye değerek geçtiğinde bu yüzeyden ısı alacağı için sıcaklığı yükselir. Buna karşılık sıcak hava soğuk bir yüzeyden geçirildiğinde ısısını bu yüzeye aktaracağı için soğur. Hava soğutma sistemlerinde bildiğimiz buzdolaplarına çok benzeyen, ama genellikle daha büyük olan soğutma makineleri kullanılır. Bu makinelerde, düşük sıcaklıkta kaynayan soğutucu bir akışkan, borular, kompresör ve genleşme valfinden oluşan bir sistemin içinde dolaşır. Bu akışkan önce ılık bir gaz halinde kompresöre gelir; kompresör bu gazı büyük bir basınçla sıkıştırarak sıcak bir gaz halinde yoğunlaştırma borularına basar. Suyla soğutulan bu borulardan geçerken ısısını suya aktaran gaz ılık bir sıvıya dönüşür ve bir tankın içine akar. Hâlâ basınç altında olan bu sıvı küçük bir delikten geçerek daha geniş bir kaba aktığında genleşir ve genleşirken soğuyarak düşük basınçlı, soğuk bir sıvıya dönüşür.
Daha sonra bu soğuk sıvı buharlaştırıcı denen bir boru düzeninden geçirilir. Bir yandan da boruların dışına bir vantilatörle sıcak hava gönderilir. Boruların soğuk yüzeyine değen sıcak hava soğurken, içeride dolaşan sıvı da bu sıcak havanın etkisiyle ısınarak gaz haline geçer. Buradan kompresöre gider ve çevrim yeniden başlar.
Yoğunlaştırıcıda gazı sıvılaştırmak için su kullanılıyorsa sisteme “su soğutmalı” , hava kullanılıyorsa “hava soğutmalı” denir.
Nemlendirme ve Nem Giderme
Hava, belirli bir sıcaklıkta ancak belirli miktarda su buharı tutabilir. Daha fazla nem tutamayacak duruma gelen doymuş havanın bağıl nemi yüzde 100’dür. Havanın sıcaklığı yükseldikçe tutabileceği su buharı miktarı artar, sıcaklığı düştükçe bu miktar azalır. Çünkü hava soğudukça taşıdığı buharın bir bölümü yoğunlaşarak suya dönüşecektir. Demek ki, doymamış hava belirli bir dereceye kadar soğutulduğunda doyma noktasına ulaşır; daha da soğutulduğunda içindeki nem su damlacıkları halinde havadan ayrılır. Bu sıcaklığa “çiy noktası” denir.
Görüldüğü gibi, havadaki fazla nemi gidermenin bir yolu havayı çiy noktasının altına düşecek kadar soğutmaktır. Havayı kolayca nem tutan maddelerin üzerinden geçirmek de ikinci bir yöntemdir. Bildiğiniz gibi yazın mutfaktaki tuz nemlenir ve tuzluktan akması güçleşir. Çünkü sofra tuzu (sodyum klorür) çok kolay nem tutan bir maddedir. Ama metalleri aşındırdığı için nem giderici olarak kullanmaya elverişli değildir; bu amaçla en çok silis jeli (silikajel) ve lityum klorür kullanılır. Böyle bir madde, örneğin silis jeli bir tepsiye yayılıp üzerinden nemli hava geçirildiğinde, doyma noktasına gelinceye kadar havanın bütün nemini soğurur. Daha sonra bu tepsi otomatik olarak dışarı sürülür ve yerine kuru jel dolu yeni bir tepsi geçer; bu arada nemli jel de ısıtılarak kuruduğunda yeniden devreye girer.
Çok kuru havayı nemlendirmek için de havayı bir su haznesinin üzerinden geçirmek ya da duşa benzeyen incecik deliklerden üzerine su püskürtmek gibi birkaç yöntem uygulanabilir.
Havadaki nem oranının denetlenmesi öncelikle insanların rahatı açısından önem taşır. Bunun dışında bazı fabrikalarda üretilen ürünlerin niteliği, de büyük ölçüde havanın nemlilik derecesine bağlıdır. Yazın sıcak ve nemli havalarda bazı yiyecek maddeleri öylesine nemlenir ve yapış yapış duruma gelir ki ürünü paketlemek bile güçleşir. Özellikle şekerleme, makarna, ilaç, fotoğraf filmi ve kâğıt fabrikalarında nem ve sıcaklık koşullarının denetlenmesi çok önemlidir.
Bazı klima sistemleri yalnızca havayı ısıtmak, nemlendirmek ve temizlemek için tasarlanmıştır; dolayısıyla yalnız kış mevsiminde ya da soğuk havalarda kullanılabilir. Buna karşılık havayı soğutmak, nemini gidermek ve temizlemek için tasarlanmış bir klima sistemi de yalnızca yazın ya da sıcak havalarda kullanılabilir. Ama hemen hemen bütün klima sistemlerinde havadaki toz, kül, kıl, çiçektozu gibi yabancı maddeleri tutan bir hava filtresi vardır. Evin içinde dolaşıp gelen hava önce bu filtreden geçer, sonra ısıtılarak ya da soğutularak yeniden odalara gönderilir. Havadaki tozlar ya da öbür yabancı maddeler, genellikle yapışkan olan filtre kâğıdına yapışıp kaldığı için filtrelerin zaman zaman temizlenmesi ya da yenilenmesi gerekir. Bazı klimalar tütün dumanındaki en küçük parçacıkları bile tutabilen elektrostatik filtrelerle donatılmıştır. Bu aygıtlar toz parçacığına bir elektrik yükü verir; sonra, karşıt elektrik yüklü bir levha bu parçacıkları kendine çekerek havadan ayırır. Bu levhalar yıkanarak temizlenebilir.
Her klima sisteminde ya da aygıtında, havayı ısıtma ve soğutma borularının üzerinden, filtrelerden ve odalara giden kanallardan geçirmek için bir ya da daha çok sayıda vantilatör vardır. Bu vantilatörler elektrik motorlarıyla çalıştırılır. Isıtılmış ya da soğutulmuş, temizlenmiş ve nemlendirilmiş ya da kurutulmuş havayı odalara taşıyan kanallar hafif metal levhalardan ya da borulardan yapılır. Kanalın odaya açılan ağzında genellikle bir panjur ya da ızgaralı bir çerçeve bulunur.
İlk kez Willis H. Carrier’in (1876-1950) tasarladığı klima sistemi birçok araştırmacının katkısıyla gelişerek bugünkü biçimine ulaşmıştır. Yüzyıllık bir geçmişi olan bu aygıt bugün günlük yaşamın ayrılmaz bir parçasıdır. Özellikle sıcak ülkelerde yaşayanların geceleri rahat uyuyarak yeni bir güne dinlenmiş başlamalarını, işyerlerinin boğucu ve nemli havasından rahatsız olmadan çalışabilmelerini sağlayan klima sistemleri hastane, otel, lokanta, sinema, tiyatro gibi kalabalık yerleri yaşanabilir birer ortama dönüştürmüştür.
Enerji Tasarrufu
Bütün dünyada tüketilen yakıtın neredeyse yarısı yapıların ısıtılması ya da soğutulması için kullanılır. Yeryüzündeki kömür, petrol ve doğal gaz yataklarının büyük bölümü daha şimdiden tükenmiş durumda; oysa bu “fosil” yakıtların oluşması milyonlarca yıl alır. Bu yüzden, yakıtımızı tüketmek pahasına elde ettiğimiz ısıdan birkaç kez yararlanmanın yollarını bulmak gerekir. Havadan havaya ısı aktaran “ısı eşanjörleri”nin amacı da budur. En basitinden bir ısı eşanjörü yapmak için, bir yapının pis hava çıkış kanalı ile temiz hava giriş kanalına incecik borulardan oluşan birer petek yerleştirilir. Bu iki petek borularla birbirine bağlanır ve otomobil radyatörlerinde kullanılan antifriz gibi donma noktası düşük bir sıvıyı boruların içinde dolaştırmakla, çıkış kanalındaki havanın ısısı giriş kanalındaki havaya aktarılabilir.
Değerli “fosil yakıtlar”dan tasarruf etmenin başka bir yolu da bu yakıtları ısınma amacıyla kullanmamaktır. Bunların yerine rüzgâr, dalga, gelgit ve güneş enerjisi gibi sürekli yenilenen, tükenmez enerji kaynaklarından yararlanabiliriz. Mimarlara düşen görev de bir yapının tasarımında ısıtma, havalandırma ve klima sistemlerine gereken önemi vererek hem insanların rahatını sağlayan, hem de enerji savurganlığını önleyen yapılar kurmaktır.
