GÜRÜLTÜ PROBLEMİ
Bu bölümde temel ses ve rezonans bilgisine ve bu konudaki kaynaklara yer verilmektedir. Esas olarak incelediğimiz alan ve daha az bilinen, ısıtma sistemleriyle ilgili gürültü ve rezonans problemleri ve sistemlerin optimazasyonu üzerinde durulacaktır. Bu bağlamda BRÜLÖR – KAZAN – BACA sistemi ayrıntılı olarak ele alınacak, bu sistemde gürültü kaynakları ve absorbe yöntemleri irdelenecektir. Ayrıca kazan dairesi yapısının sese olan etkileri anlatılacak ve kazan dairesinden komsu mekânlara geçen sesin kontrolü tartışılacaktır.
Giriş
Isıtma, havalandırma, klima ve sıhhi tesisat gibi bütün tesisat uygulamalarında ses ve rezonans önemli bir tasarım parametresidir. Buna karşılık her tesisat konusunun ses ve rezonans problemi, kendine özgü tasarım ve karakteristikleri nedeniyle, birbirinden farklıdır. Bir gruplama yapılmak istenirse ısıtma sistemindeki havalandırma, klima ve sıhhi tesisattaki gürültü ve rezonans problemi olarak üç grupta tanımlanabilir. Isıtma sisteminde ana ses ve rezonans kaynağı kazandır. Daha doğrusu, BRÜLÖR – KAZAN – BACA’dan oluşan kombinasyondur. Burada geçerli gürültü ve rezonans kontrolü yöntemleri tamamen kendine özgüdür. Ayrıca bu sistemdeki olayların kuramsal çözümleri zor olduğundan, alınabilecek önlemlerin çoğu deneysel çözümlere, bireysel bilgi ve deneyimlere dayanmaktadır.
Havalandırma ile klima sistemlerindeki ses kaynakları fazla olduğundan tipik problemleri daha faladır. Tipik problemler şöyledir: a) bina dışı ses kaynakları (su soğutma kuleleri, hava soğutmalı chillerler, split klima dış üniteleri gibi); b) bina içi havalandırma kanal sistemi ile taşınan klima veya havalandırma santralı gürültüsü; c) oda içi gürültü kaynakları (fan-coil gibi); d) kanallardan veya duvarlardan komsu, mekânlara ses geçişi sayılabilir. Tipik rezonans problemleriyse, daha çok pompa ve fanlardan kaynaklanır. Klima ve havalandırmadaki gürültü ve rezonans problemleri daha iyi tanımlanmıştır ve çözümleme yöntemleri daha belirgindir, uygulamaya yönelik daha fazla bilgi mevcuttur.
Sıhhi tesisatta ise gürültü kaynağı, daha çok akış kökenli olup akış sırasında meydana gelen sürtünmeden kaynaklanan rahatsızlıklar yüksek düzeylerde gürültüye neden olur. Dolayısı ile sıhhi tesisat gürültü kontrolü nispeten olarak daha kolay olup diğerler gürültü kaynaklarından daha farklıdır.
TEMEL TANIM VE KAVRAMLAR
Ses, atmosfer şartlarında kulak zarı tarafından algılanabilen süreli fark basınç değişimleridir. Fiziksel boyutta sesi şu şekilde tanımlayabiliriz: katı, sıvı veya gaz ortamlarda oluşan vasat bir mekanik düzensizlikler bileşkesidir. Maddelerdeki moleküllerin titreşmesi sonucunda meydana gelen bir enerji biçimidir.
Gürültü: İstenmeyen, rahatsız eden sese kısaca gürültü denir.
Oktav bantları:
Ses kontrolü çalışmalarında herhangi bir karmaşık ses, birleşenlerine ayrılarak incelenebilir. Bu konuda en geçerli yol duyulabilir ses frekanslarını oktav bantlarına bölmektir. İnsan kulağı 20 ile 20.000 Hz arası frekanstaki sesleri algılayabilir. Bir sesin bir oktav üstü ise o sesin frekansının iki katı frekansa denir. Buna göre duyulabilir ses aralığı geleneksel olarak 8 oktav bandına bölünmüştür. Her bir oktav bandı o bandın ortasındaki ses frekansı ile sembolize edilir. Tablo 1’de oktav bantları, frekans aralıkları ve orta frekansları verilmiştir. Tesisat mühendisliği gereksinimleri dışında, örneğin ürün geliştirmede daha hassas inceleme yapılmak istendiğinde 1/3 oktav bantları da kullanılmaktadır
|
Oktav Bandı |
Frekans Aralığı (Hz) |
Orta Frekans (Hz) |
|
1 |
45/90 |
63 |
|
2 |
90/180 |
125 |
|
3 |
180/355 |
250 |
|
4 |
355/710 |
500 |
|
5 |
710/1.400 |
1.000 |
|
6 |
1.400/2.800 |
2.000 |
|
7 |
2.800/5.600 |
4.000 |
|
8 |
5.600/11.200 |
8.000 |
Tablo 1: Frekans Bandları
Desibel:
Sayısal olarak, akustik güç veya enerji gibi iki benzer miktarın oranlarının 10 tabanına göre
Logaritmasının 10 katına Desibel denir. Ses gücü, ses şiddeti veya ses basıncı ile ilişkili olarak düzey(veya seviye) terimi kullanıldığında birimin desibel olduğu anlaşılmalıdır.
Ses güç düzeyi Lw:
Bu düzey esas olarak ses kaynağından yayılan toplam akustik gücü ifade etmektedir. Desibel (dB) cinsinden ses güç düzeyinin matematiksel biçimi: Lw = 10 log W / Wo (dβ) şeklindedir. Wo referans güç düzeyi olup Wo = 10-12 Watt değerindedir. Ses güç düzeyi aslında doğrudan ölçülemez, ancak standart odalarda yapılan ölçümlerde hesapla sonucu bulunur. Tamamen kaynağa bağlı bir değerdir, katledilen yolla değişmez.
Ses basınç düzeyi Lp:
Söz konusu bir yerdeki ses basıncını belirler ve desibel metrelerle kolayca ölçülebilir. Herhangi bir yerdeki müsaade edilebilecek ses düzeyleri de ses basınç düzeyleri cinsinden ifade edilir. Desibel (dB) cinsinden ses basınç düzeyinin matematiksel ifadesi söyledir: Lp = 10 log P2Po2 = 20 log P/Po (dB) seklindedir. Po referans basıncı 20 m paskal (m Pa) değerindedir. Yukarıdaki denklemde her iki log ifadesi de 10 tabanına göre logaritmadır.
SES KRİTERLERİ
İnsan kulağı bütün frekanslarda aynı şekilde duyarlı olmadığı için farklı frekanslarda farklı ses düzeyleri aynı etkiyi bırakmaktadır. İnsan kulağı yüksek frekanslara karşı daha duyarlıdır. 1.000 Hz frekansındaki 20 dB düzeyindeki ses, 100 Hz frekansındaki 50 dB düzeyindeki ses ile aynı etkiyi yapmaktadır. Buna karşılık ses basınç düzeyi arttıkça kulak duyarlığı frekansa bağlı olarak düzleşmektedir. 100 dB düzeyindeki sesin etkisi 100 Hz frekans ile 1000 Hz frekans aynıdır.
Ses seviyesi kriterinin oktav bandı esasına göre belirlenmesi durumunda hem ölçüm daha zordur, hem de ilgili hesaplar daha uzun sürmektedir, bu nedenle daha basit ve sınırlı uygulamalarda toplam ses basınç düzeyi kullanılır. Kullanılan toplama yöntemi ağırlıklı toplama olup, kullanılan ağırlık faktörlerine göre değişik adlandırılırlar. Havalandırma ve ısıtma sistemlerinde daha çok A-ağırlıklı toplama kullanılır. A-ağırlıklı toplama veya diğer bir değişle değerlendirme insan kulağının yapısına ve algılamasına daha uygundur. İnsan kulağı da gelen sesi lineer toplam olarak algılamaz. Bazı frekanslardaki sesleri filtreleyerek algılar. A-ağırlıklı değerlendirmede düşük frekanstaki sesler daha fazla filtre edilir. A-ağırlıklı ses düzeyi biriminin gösterimi dB (A) şeklindedir. Tablo 2’de A-ağırlıklı, B-ağırlıklı, C-ağırlıklı ve de D-ağırlıklı değerlendirmede her frekans bandında çıkarılacak veya ilave edilecek ses basınç düzeyi değerleri verilmiştir. Buna göre her frekans bandında ölçülen ses basınç düzeyi değerinden bu tablodaki değerler çıkarılarak bu frekans bandındaki filtre edilmiş (A-ağırlıklı olarak değerlendirilmiş) ses basınç düzeyi değerleri dB (A) veya (B) veya (C) veya (D) olarak bulunur.
Bu değerlerin toplanması ile de A-ağırlıklı toplam ses basınç düzeyi değeri bulunur. Günümüz ortalama ses basınç düzeyi ölçen ölçüm cihazlarında A ve C toplam ağırlıklı değerler ölçülür. Dolayısı ile bir mekânda ses seviyesi 40 dB (A) değerini aşmasın demek, bu hacimdeki sesin frekans bantlarına göre A-ağırlıklı toplamının 40 dB (A) değerini aşmaması anlamına gelmektedir.
Tablo 2 : A, B, C, ve D Değerlendir Filtrelerinin grafik olarak gösterimi
KAZAN DAİRELERİ
Bir kazan dairesinde algılanan ses doğrudan kaynaktan gelen ses ve/veya bacadan ve/veya duvarlardan (şaftlardan), pencereden, çevre binalardan yansıyarak iletilerek gelen ses direkt ve/veya dolaylı olarak iki kısma ayrılabilir. Her iki yolla insan kulağına ulasan sesin basınç düzeyine etkiyen pek çok parametre vardır. Öncelikle etkili olan kazan dairesinin genel şeklidir. Mekânları kübik, uzun ve yassı olarak üç ana sınıfa ayırmak mümkündür. Her üç sınıftaki geçerli sönüm kanunları ve hesap yöntemi farklı olacaktır. Bu çalışmada kazan daireleri kübik veya küpe benzer şekilde dikdörtgenler prizması olarak ele alınmış ve bu formlar için geçerli olan ifadeler kullanılmıştır. Eğer yankılanan sesin difüze olduğu ve kararlı duruma ulaşıldığı kabul edilirse, bu formdaki odalarda dinleyici konumundaki ses basınç düzeyi, Lp= Lw + 10 log (Qo/4p2) + 4/aS) olarak ifade edilebilir.
Burada Lp= Belirlenen konumdaki ses basınç düzeyi,
dB Lw = Kaynağın ses güç düzeyi,
dB Qo= Yön faktörü
r= Kaynakla dinleyici arasındaki mesafe (m)
S= Oda iç yüzey alanı, (m2)
a= Odanın ortalama istatistiksel yutma katsayısı olarak tanımlanmışlardır.
Kazanın ses güç seviyesi profesyonel kazan üreticileri tarafından frekans bantlarında verilmektedir. Yön faktörü, Qo kazanın oda içinde yerleşim seklini göz önüne alan bir terimdir. Bu etken çeşitli haller için aşağıdaki değerleri alır.
Mekân ortasında döşeme üzerindeki kazan için, Qo=2
Döşeme duvara dik yerleştirilmiş kazan için, Qo=4
Köşeye yerleştirilmiş kazan için, Qo=8
Ortalama olarak mekân yutma katsayısı a mekânın duvar, döşeme ve tavanlarında kullanılan malzemelerin sönümleme katsayılarından yararlanılarak aşağıdaki denklemle belirlenir.
a = ΣSiai/S Burada ai her bir farklı malzemenin yutma katsayısı, Si bu malzemelerin yüzey alanıdır. Çeşitli malzemeler için ai sönümleme katsayıları kaynaklarda verilmiştir. Sönümleme malzemelerinin sönümleme katsayıları için malzemenin kendi kataloglarına bakılmalıdır. Buna göre bir kazan dairesindeki ses basınç düzeyi kazan dairesi büyüklüğüne, kazan dairesinin yüzeyinde kullanılan malzeme cinsine ve kazanın kazan dairesinde yerleştirilme biçimine bağlı olmaktadır. Bu şekilde dinleyici pozisyonunda ölçülen ses basınç düzeyi ile kazan ses gücü düzeyi arasındaki fark (Lp Lw).r/(Qo) ½ değerine bağlı olarak ve R parametre olmak üzere verilmiştir. Burada R oda sabiti olarak bilinir ve R= S a / (1-a) seklinde tanımlanır. Özel sönümleyici maddesi kullanılmamış kazan dairelerinde ses yutulması çok yok anlamına gelmektedir. Kullanılan normal inşaat malzemeleri beton, sıva, fayans, tuğla duvar sönümleme özellikleri açısından birbirine benzer ve bu malzemelerin absorbe katsayıları çok düşüktür. Söz konusu malzemeler için kaynaklardan alınan oktav frekans bantlarındaki sönümleme katsayıları değeri Tablo 3’te verilmiştir.
|
Yapı Elemanı |
Oktav Frekans Bandı |
|||||
|
125 Hz |
250 Hz |
500 Hz |
1 kHz |
2 kHz |
4 kHz |
|
|
Tuğla üzeri sıva |
0.013 |
0.015 |
0.02 |
0.03 |
0.04 |
0.05 |
|
Beton üzeri sıva |
0.012 |
0.09 |
0.07 |
0.05 |
0.05 |
0.04 |
|
Fayans |
0.01 |
0.01 |
0.01 |
0.02 |
0.02 |
0.02 |
|
Beton |
0.01 |
0.01 |
0.015 |
0.02 |
0.02 |
0.02 |
|
Ahşap kapı |
0.28 |
0.22 |
0.17 |
0.09 |
0.10 |
0.11 |
|
Pencere |
0.38 |
0.25 |
0.18 |
0.12 |
0.08 |
0.04 |
|
Akustik Fayans |
0.04 |
0.12 |
0.80 |
0.98 |
0.68 |
0.35 |
Tablo 3
Tek katmanlı duvarlarda ses sönümü esas olarak duvar kütlesi ile ilişkilidir. Duvar kütlesi ne kadar fazla ise sönüm de o kadar fazla olur. Bu nedenle ses geçirimsiz duvarların yoğun malzemeden ve kalın olması gerekmektedir. Duvarda ses sönümü için diğer seçenekse çok katmanlı duvar oluşturmaktır. Burada ses geçiş yönünde iki katı duvar arasında ses sönümleyici yapı malzeme kullanılır. İki katı yüzey arasındaki mesafe yani lifli yün malzeme gibi ses yutucu malzemenin cinsi ve kalınlığı absorbe edilmek istenen sesin dalga boyu düzeyinde olmalıdır. İki katı yüzey arasında yansıtılan ses aradaki sönümleyici malzeme taraflından gürültünün frekanslarına göre absorbe edilir. Özellikle sönümleyici olması istenen duvarlar çok katmanlı yapılır. İlk katman yoğun malzemedir, bu malzemenin kendi doğal frekansına karsı gelen frekansta sönüm etkisi çok azdır. Dolayısıyla bu frekansa karsı gelen dalga boyunda kalınlıkta ikinci katman hafif ve ses absorbe malzemesidir. Son katman ise ses yansıtıcı katı bir malzemeden seçilir.
CİHAZLARIN HÜCRE İÇİNE ALINMASI
Ses yayan cihazlar akustik bir hücre içine alınarak, fonksiyonları etkilenmeden sessizleştirilebilirler. Hücre içindeki Lw1 ses basınç düzeyi ile dışındaki Lw2 ses basınç düzeyi arasındaki azalma aşağıdaki üç faktöre bağlıdır.
1. Hücre duvarlarının formuna ve malzemesine bağlı olan ses sönüm R değeri,
2. Hücre iç yüzeylerinin a absorbsiyon katsayısı,
3. Makina veya brülörün ses spektrumu.
Buna göre hücre içine alarak ses basınç düzeyinde meydana gelen azalma
DL = Lw1 – Lw2 = R – 10 log 1/a (dB) Alman standartlarında (VDI 2711) akustik hücre konstrüksiyonları üç grupta sınıflandırılır. Hücrenin ses yutuculuğunda içteki yutucu mantonun büyük bir etkisi vardır.
Yukarıdaki denkleme göre beklenen R hücre etkisi değerine ulaşabilmesi hücre duvarının konstrüksiyonunda aşağıdaki şartların yerine getirilmesiyle sağlanır.
• Hücre cihazı her tarafından gerekli sızdırmazlığı sağlayacak biçimde bohçalanmış olmalıdır. En küçük sızıntı hücre etkisini önemli ölçüde azaltır.
• Hücrenin kendisi yeterli gövde ses sönüm değerine sahip olmalıdır.
• Hücre yapıya ses geçimini önleyecek yalıtkanlarla bağlanmalıdır.
Yukarıda tarif edelin çeşitli hücre konstrüksiyonlarının oluşturduğu ses basınç düşümünden, şu sonuçlar çıkarılmaktadır:
1. Hücrenin sızdırmazlığına bağlı olarak tek katmanlı yapılarda %0,5 sızdırmazlığa kadar (hücre dış yüzeyine kadar tariflenmiş), en fazla 25 dBA ses basınç düşümü hedeflenir. Bu şekildeki duvar konstrüksiyonları tipik olarak klima cihazları için kullanılır. Bu konstrüksiyonlarda sızdırmazlığı %0,5 değerinin altına indirmek zor olduğundan 25 dBA değerinin üzerinde sönümleme elde edilemez. Pratikteki uygulamalarda elde edilen sonuçlar 15-20 dBA aralarında değişmektedir. Brülör hücrelerinde gerekli olan yanma havası giriş açıklıkları nedeniyle, hücre sızdırmazlığı göreceli olarak daha iyi olmadığından, ses sönümleme verimi daha yüksek olan hücreler kullanılmalıdır. Bu hücrelerde labirent tarzı hava giriş kanalları oluşturmak suretiyle sönümlemeyi optimize etmek gerekmektedir.
2. Hücre duvarlarının ses geçirimsizliği açısından ağır malzemeden olması hücrenin yapıya oturduğu noktalarda yapıya ses iletmeyecek yalıtım önlemlerinin alınmış olması, hücre gövdesinin kendisinin hücre gövdesinin kendisinin titreşmeyecek şekilde rijit olması diğer önemli konulardır. Hücre konstrüksiyonunda bunlara mutlaka dikkat edilmelidir.
SUSTURUCULAR
Akustik susturucular gaz akış yollarında ilerleyen ses dalgalarının sönümlenmesi amacıyla kullanılırlar. Pratikte kullanılan susturucuları, yutuculu (disipatif) ve reaktif olarak iki grupta toplamak mümkündür.
• Disipatif Susturucular ses yutucu malzeme ile kaplanmış akış kanallarından oluşur.
• Reaktif Susturucular ise yutucu içermeyen bir veya birden fazla elemandan oluşur. Birden fazla sayıda eleman bulunduğunda bu elemanlar paralel veya seri bağlanabilir. Tipik reaktif susturucu elemanları olarak ani genişleme odaları, yan-kol (Helmholtz[1]) rezonatörleri ve perfore (delikli) borular sayılabilir.
Disipatif susturucularda adından da anlaşılabileceği gibi akustik enerji dispasyonla ısıya dönüştürülür. Ses dalgaları yutucu malzemeye çarptıklarında burada sönümlenirler, buna karşılık reaktif susturucularda temel işlev ses dalgalarını kaynağa doğru geri yansıtmaktır. Bu yansıtma sırasındaki kayıplar önemsizdir. Akustik enerjinin sönümlenmesi iç yansımalar sonucu uzayan akış yolu ve kaynaktaki yutulma sayesinde gerçekleşir. Bu tip susturucuların performansı kaynak ve terminal tarafının empedanslarına büyük ölçüde bağlıdır. Bu nedenle, bu tip susturucuların sistemde yerleştirilecekleri nokta kritik bir öneme sahiptir.
Disipatif Susturucular
Disipatif susturucular daha çok yüksek frekanslarda etkindirler. Bu tip susturucularda belirli sınırlayıcı şartların yerine getirilmesi halinde meydana getirilebilecek sönümleme Sabin tarafından ortaya atılan aşağıdaki ifade ile yaklaşık olarak hesaplanabilir.
Burada;
A = Sönüm (dB/m)
P = Akış kesintisinin çevresi (m)
S = Akış kesit alanı (m2)
a = frekans bandında verilmiş yutucu malzemenin absorbsiyon katsayısıdır. Bu tip susturucularda susturucu boyu en az geçiş kanal ölçüsünün 2 katı uzunlukta olmalıdır. Gaz akış hızları 20 m/s değerinin üzerinde olmamalı ve akısın kendisi ses kaynağı olmamalıdır. En önemlisi de özellikle yüksek frekanslardaki ses dalgalarının yutucu malzeme üzerine çarpmadan doğrudan geçebilme olasılığını önleyebilecek şekilde geçiş kanalları ölçülerinin küçük tutulmasıdır. Geçiş kanalı ölçüsü söz konusu frekanstaki dalga boyunun 7 mislinden büyük olmamalıdır. Bu şartın yerine getirilebilmesi için piyasaya sunulan susturucularda gaz geçiş yolları kimi üreticiler tarafından dalgalı yapılmaktadır.
Bu tip susturucuların seçiminde ilgili üretici firmaların ürün teknik bilgi broşürlerinden yararlanılabilir. İstenilen sönümlemeyi oluşturacak susturucu bu kataloglardan belirlenebilir. Disipatif susturucu tasarımı yukarıdaki benzeri formüller veya hazır diyagramlar yardımı ile yapılabilirse de, sonuçtaki ürünün sönümleme etkisi mutlaka ölçüm cihazlarıyla ölçülmeli ve broşürlerde bu ölçülen değerlere yer verilmelidir. Disipatif susturucuların en önemli tasarım parametrelerinden biri de oluşturdukları akış direncidir. Özellikle kazanlara ait duman kanallarına (yatay bacaya) yerleştirilen bu tip susturucuların oluşturduğu ilave direnç mutlaka dikkate alınmalı ve yerleştirilen susturucunun kazan çalışmasında bir problem oluşmadığı baca hesaplarıyla, çekiş ölçümü ve gaz analiz cihazlarıyla kontrol edilmelidir.
İçten akustik kaplı kanallar, dirsekler ve plenumlar da bir çeşit disipatif susturucu olarak görev yaparlar. (Plenumlar aynı zamanda reaktif susturucu fonksiyonuna da sahiptirler). Ancak bu tip uygulamalar daha çok klima ve havalandırma kanallarında geçerlidir.
Reaktif Susturucular
Reaktif susturucular, disiptatif susturucuların fazla etkin olamadığı düşük frekans uygulamalarında ve sönümleyici malzemenin dayanmadığı uygulamalarda kullanılırlar. Reaktif susturucuların tasarımı güç ve karmaşıktır, deneysel verilere dayanır. Sönümlemede başarılı olunabilmesi için pek çok faktörün dikkate alınması gerekmektedir. Bu tip susturucuların seçimi ve kullanımı mutlaka bilgili ve uzman firma ve kişiler tarafından yapılmalıdır. Reaktif susturucuların oluşturduğu gürültü sönümleme etkisi frekansla ve sistemde yerleştirildikleri nokta ile çok büyük ölçüde değişir. Halbuki disipatif susturucular frekansa göre daha tipik ve tahmin edilebilir sönümleme karakterine sahiptir ve yerleştirildikleri noktanın Reaktif Susturuculara göre çok önemi yoktur. Reaktif susturucuların tipik kullanma yeri örnekleri otomobil egzost susturucuları, jeneratör susturucuları, modern işyerleri, gelişmiş konutlar ve endüstriyel proseslerdir.
En çok kullanılan reaktif elemanlar genişleme odaları ve yan-kol veya yan kanal olarak adlandırılan (Helmholtz) rezonatörleridir. Bu iki temel eleman performans verileri Tablo 4’ün a ve b kısımlarında görülmektedir. Kısım a’da basit genleşme odası performansı görülmektedir, burada frekansa bağlı olarak susturucuya gelen ses ile çıkan ses şiddetleri oranı olan ses geçirgenlik kaybı, TL değerleri verilmiştir. Susturucunun oluşturduğu kaybın belirli frekanslarda maksimum ve belirli frekanslarda sıfır olduğu görülmektedir. Aynı şekilde Helmholtz rezonatöründe de sönümlemenin belirli bir frekansta keskin bir şekilde maksimuma ulaştığı görülmektedir. Dolayısıyla reaktif susturucular eğer özellikle sönümlemesi istenilen belirli bir frekans değeri varsa, buna göre tasarlanırlar. Eğer daha geniş bir frekans aralığında sönümleme isteniyorsa, bu elemanlar seri ve paralel bağlanarak belirli karakterde, maksimum düzeyde sönümleme kombinasyonu oluşturulabilir.
Kazanlara ait duman kanalı (yatay baca) bağlantılarında disipatif tip susturucular genellikle kullanılmaktadır; gürültünün alçak frekansta ve şiddetinin çok olması durumunda reaktif susturucular, hatta profesyonel firmalar tarafından Disipatif ve Reaktif Susturucular kombine olarak kullanılmaktadır. Ancak böyle uygulamalarda efektif yüksek verim elde edebilmek için, konu alanında bilgili ve deneyimli personel ve firmalarla işbirliğine gereksinim vardır. Yapılacak uygulamadan daha önemlisi, gürültünün kaynağı, nedenleri, yansımaları, iletkenleri tespit edilmeli, şiddeti hakkında ölçümler yapılmalı ve sistem hakkında kriter bilgiler toplanılmalıdır; ancak çok iyi bir gözlem ve çok hassas bir kulak ile dinleyerek, gürültü problemine efektif çözümler sunulabilir.
ISITMA TESİSATINDA GÜRÜLTÜ PROBLEMİ
Isıtma tesisatında ses problemi esas olarak kazan dairesi kaynaklıdır. Burada asıl problem birden fazla bileşenden kaynaklanmaktadır. Her ne kadar ana ses kaynağı brülör gibi görünse de ortada bir ısıtma sistemi vardır ve bu sistemin koponentleri tek tek farklı üreticilerin ürünüdür. Brülör, kazan, baca, duman bağlantıları ve baca ekipmanları üreticileri veya uygulayıcıları farklı farklıdır. Ekipmanların birbirleriyle bağlantısında çok sayıda kombinasyon ortaya çıkmaktadır. Isıtma sisteminde aslında gürültü probleminin tek bir sorumlusu, tek bir kaynağı yoktur; ısıtma sisteminde tüm komponentler bir kaynak oldukları gibi, birer iletken, birer yansıtıcı ve birer amfi görevi görürler. Sonuçta problemin efektif çözümü için binayı, çevreyi, ısıtma sisteminin tasarımını ve tek tek ekipmanların birbiriyle olan uyumu ele alınması gerekmektedir.
Bir kazan dairesinde açığa çıkan gürültü iletimi tesisat aracılığı, baca aracılığı, bina (şaft) aracılığı, hava (kapı-pencere) aracılığı ve çevre binalardan yansıma aracılığı ile gerçekleşir.
Bizim konumuz olan kazan dairesi kaynaklı gürültü üzerinde yoğunlaşacağız, komşu mekânlara hava aracılığı ile ileten gürültü ve baca aracılığı ile komsu mekânlara iletilen gürültü üzerinde duracağız.
Kazan dairelerinde standartlara göre ölçülen gürültü düzeyi DIN 4109’a göre konutlarda 85 dBA değerini aşmamalıdır.
KAZAN – BRÜLÖR UYUMU
Bir ısıtma sisteminde ortaya çıkan gürültü kazan-brülör kombinasyonu tarafından belirlenir. Kazan tek başına gürültünün ana kaynağı değildir, gürültü brülörün çalışmasından, oluşan yanmadan ve yanma ürünlerinin duman yollarındaki akışından kaynaklanmaktadır. Bir sıcak su, buhar kazanı ve kızgın su kazanından yayılan ses kaynakları şöyle sıralanabilir:
a) brülör sesi,
b) yanma odasındaki yanma sesi,
c) yanmanın ocak sonrası duman kanalı ve baca akış yollarındaki yapı ile akuple olmasından doğan ses olarak sayılabilir.
Brülör sesi karakterini esas olarak motor devir sayısı, fan kanat sayısı ve pompa dişli sayıları belirler.
Örneğin motor devir sayısı 2800 d/d ve fan kanat sayısı 36 olduğunda brülör için dominant frekans (2800 . 36/60 = 1700 Hz) düzeylerindedir.
Yanma odasındaki yanma sesi yanma odası boyutları ve şekli, duman borularının adeti, boyu ve şekli, yakıt cinsi, türbülans boyutları ve seviyesiyle karışma biçimine bağlıdır. Bu gürültü daha çok düşük frekans karakterli uğultu biçiminde (roaring) kendisini göstermektedir.
Üçüncü tip ses ise tamamen duman kanalları ve baca kanalları ve doğal frekansları ile ilgilidir.
1. Yanma esnasında meydana gelen belirli kararsızlıkların bu doğal frekansları tahrik etmesiyle ortaya çıkabilir. Bu ses belirli karakteristik frekanslarda pikler seklinde kendini gösterir ve çoğu zaman ekstrem koşullar altında oluşur.
2. Baca ve baca bağlantılarındaki yüksek dirençleri, kesit şekli, malzeme cinsi, yanlış boyutlandırılma, yalıtım yapılmaması, montaj hataları, imalat hataları ve baca gazı hızı-miktarı-debisi-sıcaklığı; dolaylı olarak yanmanın etkilenmesi ve akışta oluşan sürtünmeler nedeniyle gürültü ortaya çıkmaktadır. Bu oluşan gürültü baca sesinin doğal frekanslarını tahrik etmesi ile düşük frekanslarda kuvvetli pikler meydana getirir.
Bütün bu gürültü aslında en iyi kaynakta yani kazan – brülör uyumu ile, tekniğine-standartlarına uygun baca imalatı ve sistematik montajı ile azaltılabilir, hatta önlenebilir. Ancak yukarıda ifade edildiği gibi gürültünün meydana gelmesini etkileyen pek çok kritik faktör vardır. Dolayısı ile tamamen teorik olarak doğru çözümleri üretmek mümkünmüş gibi görünse bile, pratikte karşılan çeşitli güçlükleri yenmek, yerine özgü çözümler sunmak, bilgi-deneyim-gözlem gerektirir.
BRÜLÖR AYARI
Yukarıda ifade edildiği gibi brülörün kendisinin oluşturduğu mekanik ses, motor, yataklar, fan ve pompadan kaynaklanır, hava ve gövde yolu ile yayılır. Ama asıl dengesiz (aşırı) üflemeden kaynaklanan gürültü önemlidir. Yakıt pompaları filtre ve pompa gövdesinde hafif tortu birikimi ile çalıştığında, istenmeyen gürültü oluşur.
Akış (debi) sesi brülör gövdesi ile fan çarkı arasındaki hava akışındaki düzensizliklere bağlıdır. Burada fanın konstrüksiyonu, akışkanlar mekaniği açısından en uygun kanat profili yapılıp yapılmadığı çok önemlidir. Aynı şekilde brülörün yanma odasına bağlantısı önemlidir. Uygun olmayan hava regülatörleri ve klapeleri ses kaynağıdır. Emme tarafındaki kuvvetli kısılmalar ve buna bağlı dar kesitlerdeki yüksek hava hızları, brülörden ıslık sesi gelmesine neden olur.
Brülör fanının basınç tarafında ocak kombinasyonunda, türbülatör, elektrotlar, yakıt boruları veya alev gözleyici kontrol elemanları gibi direnç yaratan elemanlar hava akımında kuvvetli girdaplara (vortex) neden olurlar ve bu da her seferinde gürültü oluşumuyla sonuçlanır. Eğer motor veya fandan kaynaklanan bir akış bozukluğu özel bir doğal frekansı tahrik ederse, üfleme doğrudan gürültü de üretebilir.
Gaz veya sıvı yakıtlı bir yakma sisteminde ilk devreye girişte yakıtın tutuşması sırasında yanma odasında önemli bir ivmelenme ve basınç artısı oluşur. Bu ilk yanma ve tutuşma olayları sırasında ses düzeyi normal yanma ses düzeyinin yaklaşık 10 dBA kadar üzerine çıkar. Ani basınç yükselmesine bağlı olarak aynı zamanda kazanın başka bölümlerinde de, örneğin ateşleme klapeleri, temizleme kapakları, patlama kapakları sac dış kılıflarda gürültü oluşur. İlk ateşleme gürültülerinin azaltılması için hava fazlalık sayısının, yani artık oksijen seviyesinin uygun seviyelere getirilmesi, ateşleme elektrot aralıklarının değiştirilmesi, yakıt püskürtme karakterlerinin değiştirilmesi (meme çapı, meme açısı veya püskürtme formu değişimi), yakıt pompası basıncının ayarlanması öngörülmektedir. Doğal olarak kademeli yanma bu yöndeki en uygun önlemlerden biridir. Bütün üflemeli sıvı ve gaz yakıt brülörleri için ses absorbe edici Brülör Susturucu Kabinleri kullanmak, brülör gürültüsünü kazan dairesinden, içinde bulunduğu mekâna ve komşu mekânlara yayılmasını önlemek için en etkili önlemlerden birisidir. Ancak brülör susturucu kabinleri tasarlanırken, yanma havası girişi kesinlikle daraltılmamalı, fan motorunun hava alması ve sıcaklığının artacağı göz ününde bulundurularak hesaba katılmalı, brülörün servis ve bakım ekibinin brülör susturucu kabinini kolaylıkla açıp kapatabilecek özellikte olmalı ve kesinlikle doğalgaz-likit gaz girişleri tehlike oluşturmamalıdır.
Brülör susturucu kabinleri, brülör ve kazan marka-modeline, kapasitesine kesinlikle uygun olmalıdır. Doğru tasarlanmamış brülör susturucu kabini, gürültüyü brülör bağlantısından ve yansıma ile kazan dış kabuğuna geçerek buradan da içinde bulunduğu mekâna ve diğer komşu mekânlara yansıtabilir. Brülör susturucu kabinleri, tamamen hava sızdırmaz şekilde yapılmalı, ses köprüleri kesinlikle önlenmiş olmalıdır. Özellikle kazan ile kabin bağlantı birleşim noktaları tamamen sızdırmaz ve sönümleyici yapılmalıdır.
İyi bir brülör susturucu kabininde kullanılan malzemenin cinsi, formu, kalınlığı ve sağlanan sızdırmazlığa bağlı olarak gerçekleştirebilecek gürültü düzey düşümü 7 ile 15 dB arasındadır. Yanma havası temini için gerekli açıklıklarda meydana getirilecek bir azaltma ve iyileştirme, ses düşümüne ilave olarak 10 kez daha azaltılabilir, yani ilave 10 dB kadar bir indirim daha sağlanabilir.
Brülör susturucu kabinleri tasarlanıp imal edilirken, yangına karsı dayanıklı, gövdesi ve sönümleyici malzemesi yanmaz olmalıdır. Olası bir yangında kolay açılıp müdahale edilebilmeli, yangın kolaylıkla söndürülebilmelidir.
Diğer başka önemli nokta ise kabinin yerleşebilmesi ve demonte edilebilmesi için kazan önünde yeterli yerin bulunması gerekmektedir. Brülörden hava yolu ile kazan dairesinin dikkate alınan yüzeylerine önemli ölçüde gürültü yayımı söz konusu ise kabin yapmak yararlı ve gereklidir. Buna karşılık komsu mekânlara bina aracılığı ile gürültü iletimi söz konusu ise bir brülör susturucu kabini kullanımının problemin çözümüne fazla yararı olmaz, teşhisi ve hedefi doğru seçmek gerekmektedir.
KAZAN
Daha önce de belirttiğimiz gibi, yanlış bir kanı olarak kazanlar gürültü kaynağı olarak bilinirler. Aslında akustik olarak kazanlar gürültü kaynağı değildir, ancak cehennemlikte ve duman borularında rezonans ortamı oluşturabilirler ve böylece brülörün çalışması ve yanma yoluyla oluşan belirli frekanstaki gürültü dalgaları burada kuvvetlendirilebilirler.
Kazandan yayılan gürültünün esas kaynağı birinci derecede cehennemlikteki yanma reaksiyonudur. Yanlış regüle edilen veya kötü kurulan kazanlarda oluşan uygun olmayan kazan iç debi gürültüsü veya sekonder gürültüler istisnai durumlardır.
Yanma prosesi fiziksel-kimyasal bir tepkimedir, bu tepkime şiddetli patlama ve genleşme şeklinde oluşmakta, kaçınılmaz sonuç olarak da gürültü oluşturmaktadır. Reaksiyon bölgesinde alevde ısı enerjisi ve akustik enerji yani ses dalgaları açığa çıkar. Bu ses dalgaları kazan ateşliği ve duman boruları boyunca taşınır ve kazan dış yüzeylerinden kazan dairesine gürültü olarak yayılır. Kazan aracılığı ile kazan dairesine yayılan gürültü azdır ve komşu mekânlara pek rahatsız edici düzeylerde ulaşmaz.
Günümüz sıvı ve gaz yakıt yakıcılarında (brülörlerinde) reaksiyon esnasında türbülanslı alev oluşur, böylece yakıcı (yanma havası) ve yakıtın mükemmel karışımı, göreceli olarak küçük bir hacimde tam yanması mümkün olur. Bu yöntemle yoğun yanma biçimi aynı zamanda gürültü düzeyini de arttırır. Yanma odası ve kazan kaynaklı gürültünün sönümünde en akıllıca yöntem yanmanın tamamını bir bütün olarak ele almak yerine bunu ikiye ayırmak daha rasyonel olacaktır.
Sürecin primer tarafında brülör vardır sekonder tarafında da ısıtma ve duman kanalı-baca bulunmaktadır. Rezonans oluşması halinde yanma gürültüsü şiddetini artırır. Rezonansa yanma odasındaki basınç dalgalanmaları eşlik eder ve (pulsating) titreşen bir alev meydana gelir. Pulsasyon uygun olmayan bir yanma durumudur ve akustik olarak çok yüksek ses düzeylerine ulaşılmasına neden olur. Pulsasyon gürültüsünün görülmesi ancak brülör yanma odası ve sonrasındaki duman yollarının, uygun bir biçimde arka arkaya denk düşmesiyle mümkündür. Özellikle brülör sisteminin düzeni, ayarı ve seçimi böyle bir sürecin oluşmaması için son derece önemlidir.
Pulsasyon brülör modifikasyonunun oluşumu, örneğin ateşleme elektrot aralığının değiştirilmesi veya püskürtme karakteristiğinin değiştirilmesi (meme büyüklüğü, açısı veya pompa basıncı veya gaz basıncı değiştirilerek) yardımı ile önlenebilir.
DUMAN KANALLARI ve BACA
Yanma odasında, duman borularında ve ısıtma yüzeylerinde yankılanarak artan gürültü kazan ile duman kanalı bağlantısında ve bacada açığa çıkar. Bu gürültü baca ve baca bağlantı kanalı dış yüzeylerinden hava yolu ile baca ağzından, pencereden-kapıdan, şaft yolu ve duvarlardan çevreye yayılır.
Bu gürültü aynen otomobillerde olduğu gibi, kazan çıkısında duman kanalı baca bağlantısına yerleştirilecek doğru tasarlanmış, profesyonel firma tarafından üretilmiş bir susturucu ile sönümlenerek, bacaya ve baca aracılığı ile binaya aktarılması önlenir.
Baca susturucuları ses absorbsiyonu (yutumu) esasına göre çalışır ve kazan serilerine paralel olarak üretilir. Her özel kazan tipi için ona uygun bir susturucu dizayn etmek gerekir, aynı zamanda deneysel olarak da susturucu ölçümlerle test edilerek uygunluğu verimliliği görülmelidir. Susturucular uzman firmalar tarafından genellikle silindirik olarak üretilmektedir. Doğalgaz yakıtlı sistemlerde kondenzasyona karsı, drenaj gideri yapılmalıdır. Bağlantılarında titreşim yalıtıcılı flanş kullanılarak veya tamamen esnek, baca gazı sıcaklığına, yoğuşmalara dayanıklı, sızdırmaz bağlantıyla kompansatörler kullanılmalıdır. Baca susturucuları yaklaşık 10 ile 50 Pa aralarında bir basınç kaybına neden olurlar. Bu direnç baca en kesit hesabında ve/veya brülör fanı seçiminde veya zorlanmış çekişte baca fanı hesabında göz önünde bulundurulması gerekmektedir. Susturucu montajından sonra baca çekişindeki değişimler, öncesi ve sonrası olarak çekiş ölçümü yapılarak tespit edilmelidir.
VDI 2715 esaslarına göre 100 kW gücün altında bir rezonans yalıtımı gerekli değildir. Buna rağmen problemler çıkabilir. Bu özellikle kazan baca sistemi, doğal frekansı 15-40 Hz arasında bulunan bir titreşim oluşturduğunda geçerlidir. Duman yolu ne kadar uzunsa ve baca ne kadar yüksekse, doğal frekans aynı oranda düşüktür. Sistemin doğal frekansı yaklaşık olarak,
TA= (K) gazın çıkısı ile baca ağzı arasındaki ortalama mutlak baca gazı sıcaklığıdır.
A = (m2) baca kesiti
V = (m3) yanma odası hacmi
h = (m) bağlantı kanalı dahil baca yüksekliğidir.
5 Hz bölgesinde ise ses dalgalanmaları kazana monte edilen ekipmanlar ve duman gazı kanallarında kuvvetli mekanik rezonanslara neden olur.
Bunun dışında yanma odasının doğal frekansı tahrik edilebilir. Bu durumda yanma odası içinde durağan dalga oluşur ve bu aynı zamanda duyulan en düşük kazan sesine karsı gelir.
Bu gibi durumlarda baca susturucusu, susturucunun ön ve arka bağlantılarında kompansatörler kullanılması, durumu her zaman istenen biçimde düzeltmez. Bu gibi durumlarda öncelikle aşağıdaki belirtilenleri yaparak daha iyi sonuç alınabilir :
• Baca yüksekliğini ve/veya baca bağlantı kanalı uzunluğunu değiştirmek!
• Veya kazan-baca-sistem tahrikinin nedenlerini araştırmak gerekir: örneğin ocağa hava veya gaz besleme biçimi tahriki nedeni olabilir. Atıkgaz akışında oluşan bir karma girdap yolu yanma odasındaki durağan dalganın nedeni olabilir.
Bir baca susturucusunun gerekliliği proje aşamasında ortaya konamaz. Kazan üreticileri kendi
kazanları için bacadaki gürültü düzeyini veremezler, bu önceden hesaplanamayan pek çok faktöre bağlıdır. Montajın son aşaması bitip, kesin durum ortaya çıkmadan gürültü şiddetine etki eden pek çok faktör olabilir. Bu nedenle uygulama projesi sırasında baca susturucu kullanılması öngörülmez, ısıtma sisteminin kullanımıyla birlikte gürültü şiddeti zamanla artabilir, şikâyetler o zaman ortaya çıkar.
Ancak kazan yerleşimi, duman kanalı ve baca boyutları bu bölümde verilen sistem doğal frekansını uygun değerlere çekmek üzere planlanabilir. Genel kural olarak sönümleyici tip baca susturucularında 10-15 dBA gürültü düzeyi düşümü hedeflenir. Ancak düşük frekanslı gürültüler bu tip susturucularda daha az sönümlendiğinden ek tedbirler almak gerekir. Burada A-ağırlıklı ses düzeylerinde daha önce anlatıldığı gibi özellikle düşük frekanslarda fazla olmak üzere (örneğin 31.5 Hz’de – 39 dB) sönümleme yapıldığı göz önünde bulundurulmalıdır. Doğal olarak susturucu konstürüksiyonuna bağlı olarak sönüm karakteri farklı farklı olacaktır.
Duman kanalları ve baca üzerinden komşu mekânlara gürültü geçişi olur. Burada duman kanallarının bacaya bağlantısı ve bacanın duvarlara bağlantısı veya teması, döşeme ve çatı geçişleri ve baca şapkasının tasarımı büyük önem taşır. Büyük kazanlar bir kaideye oturmalıdır. Kazanın kaideye oturmasında rezonans ve ses yalıtımı yapılmalıdır. Bacanın dıştan akustik yalıtımı, özellikle havalandırma boşluklarından veya yaşanan mekânlara komsu şaftlardan geçen bacalarda büyük önem taşır. Bacanın sadece taş yünü ile sarılması bir akustik yatılım değildir, yalıtım standartlara ve tekniğine uygun yapılması gerekir, baca yalıtıldıktan sonra dış etkilere karşı dışı cidar ile kaplanmalıdır.
Bütün alınan önlemlerde ses köprülerine özellikle dikkat edilmelidir. Örneğin baca bağlantı kanalı ile baca bağlantısında bir ses sönümleyici kullanılmalıdır.
Ayrıca unutulmaması gereken bir başka önemli konu, tekniğine uygun olarak yapılmış, iyi dizayn edilmiş sistemlerin gürültü açısından da sorun oluşturma olasılığının daha az olmasıdır. Bir kazan eğer uygun çapta, uygun eğimde ve uygun uzunlukta yalıtımlı bir duman kanalıyla; mümkün olduğunca az dirsek kullanarak bacaya bağlanırsa, baca çapı ve yapısı yeterli ve hesap standartlarına (TS EN 13.384-1/2) uygun ise, kazana uygun bir brülör seçilmişse ve kazan yanma odası tekniğine uygun konstrükte edilmiş ve boyutlandırılmışsa normal şartlarda böyle bir sistemde aşırı ve rahatsız edici bir gürültü oluşmaz. Genellikle şikâyet konusu olan kazan daireleri, dönüşümü yapılan kazan daireleridir, dönüşüm yapılan kazan dairelerinde doğru olmayan çapta baca kullanılan, baca bağlantı kanallarının çok dar bir alanda keskin dirseklerle büyük direnç oluşturacak şekilde bacaya bağlandığı kazan daireleri olmaktadır. Aynı şekilde bacanın apartman aydınlıklarından geçirildiği veya mevcut tuğla baca içine zorla geçirilen çelik kılıfın eğilip büküldüğü veya daraltıldığı yerlerde veya kat geçişlerinde gürültü sorunları yoğunlaşmaktadır. Bu gibi uygulama açısından sorunlu yerlerde baca kanalına rast gele bir susturucu yerleştirmek sorunu tam olarak çözmez. Bu gibi dönüşüm yapılan yerlerde sorunun teşhisi doğru yapılmalıdır.
Özellikle eski kömürlü sistemlerin üflemeli brülörü doğalgaz sistemlerine dönüştürülmesinde karşılaşılan gürültü problemlerinde, işinin ehli olmayan usta sıfatlı kişilerin yaptığı, hiçbir teknik temellere istinat etmeyen gelişigüzel brülör kabini ve gelişigüzel baca susturucusu kullanarak çözüm aramak, görme özürlü insana sağır muamelesi yapmağa benzemektedir.
SONUÇ:
1. Öncelikle doğalgaz dönüşümlerinde gürültü açısından rahatsız edici bir durum varsa, kazan dairesi ve baca şaftı uygun ebatta ise atmosferik brülörlü kazanlar tercih edilebilir
2. Eğer kapasiteler büyük ve ancak üflemeli brülörlü kazanlar kullanılmak zorunda ise, ısıtma sistemi KAZAN-BRÜLÖR-BACA kombinasyonu sistemin tekniğine uygun tasarlanması ve yapılması çok önemlidir.
3. Mevcut bir ısıtma sisteminde gürültü şikayeti varsa, öncelikle sistem bir uzman kurum ve kişiler tarafından detaylı bir şekilde araştırılmalı ve gürültü kaynağı veya kaynakları modern metodlarla ölçülüp belirlenmelidir.
4. Isıtma sisteminin öncelikle, KAZAN-BRÜLÖR-BACA bileşenlerinin şekli ve yapısı standartlara göre sistematik olarak düzeltilerek önlemler alınmalıdır.
5. Isıtma sisteminde sönümleme yapılması gerekiyorsa, en azından 1/1 oktav bantlarında ölçüm yapılarak amaca uygun maksimum verimli susturucu tasarımları ve yüksek düzeyde sönümleme özellikli malzeme seçimi ve asedik korozyona mukavemetli malzemeden imalatı yapılmalıdır.
-
German physicist Hermann Von Helmholtz (1821 – 1894), ↑