Performans değerlendirmesi için laboratuvar deney yöntemi tanımlayan standartlar, rüzgarla itilen yağmurun dış duvarda meydana getirdiği etkilerin simule edildiği deney yöntemini tanımlar. Deney yöntemi, rüzgarın duvara çarpması sonucunda duvarda oluşan etkilerin simulasyonuna bağlı olarak üniform statik basınç, devirli statik basınç ve dinamik basınç olmak üzere üç deney yöntemine ayrılır. Yöntemler, deney parametreleri, deney protokolü, deney numunesi ve deney aleti bileşenlerinden oluşur. Deney sonuçlarını etkileyen en önemli bileşenlerden biri de deney aletinin fiziksel özellikleri ve bu özelliklere bağlı olarak oluşturulan deney şartlarıdır. Bu çalışmanın amacı, rüzgarla itilen yağmurun dış duvarda meydana getirdiği etkilerin simule edilmesinde kullanılan çeşitli deney aletlerini tanıtmaktır. İlk olarak, standartlarda verilen deney aletleri tanımlanmıştır. Daha sonra, sözkonusu standartları uygulayan uluslararası kurumların adları verilmiş, bazı kurumlarda standartlarda tanımlanan deney aletlerinden kısmen veya tümüyle farklı olarak kullanılan deney aletleri detaylı olarak ele alınmıştır. Standartlarda tanımlanan deney yöntemlerine bağlı olarak deney aletlerinin çeşitliliği ve standartlarda tanımlanan deney aletlerinden farklı fiziksel özelliklere sahip deney aletlerinin de mevcut olması nedeniyle dünyada performans değerlendirmesinde çok çeşitli aletlerinin kullanıldığı belirlenmiştir.

1. GİRİŞ

Bina dış duvar sisteminde hasara neden olan en önemli etmenlerden biri rüzgarla itilen yağmurdur. Dış duvar sisteminde oluşabilecek yağmur suyu kaynaklı hasarların önlenebilmesi için, yağmur etkisinde sistemin su geçirimlilik performansının, yapım sürecinden önce, laboratuvarda deneysel olarak değerlendirilmesi gerekir. Şahal [1], rüzgarla itilen yağmur etkisinde dış duvar sisteminin gerçek hizmet şartlarını tanımlamış ve gerçek hizmet şartlarını simule eden laboratuvar deney yönteminin nasıl olması gerektiğini tarif etmiştir. Bir deney yönteminin açık alanda rüzgarla itilen yağmurun durumunu veya rüzgarla itilen yağmurun dış duvara çarptığında duvarda meydana gelen etkileri simule etmesi gerektiği sonucuna varmıştır. Ayrıca, rüzgarla itilen yağmur etkisinde dış duvar sisteminin su geçirimlilik performansının değerlendirilmesi için laboratuvar deney yöntemi tanımlayan standartların, rüzgarla itilen yağmurun dış duvarda meydana getirdiği etkilerin simule edildiği deney yöntemini tanımlandığı belirlemiştir.

Gerçek hizmet şartlarında, rüzgarla itilen yağmurun dış duvarda meydana getirdiği etkiler şöyle açıklanabilir. Bir yağışta, yağmur damlalarının boyutu, damla boyutlarının yağış içinde dağılım yüzdeleri, damlaların son düşme hızı, rüzgar hızı, rüzgar yönü, bina cephesinin rüzgar yönüne olan açısı, bina geometrisi (yükseklik, genişlik, saçak genişliği, cephe elemanlarının tipleri) ve yağışın süresi gibi parametrelere bağlı olarak dış duvar yüzeyine farklı değerlerde yağmur şiddeti gelir. Dış kaplamanın su emme özelliğine bağlı olarak yüzeyde su tabakası oluşur ve su tabakası dış kaplamanın yüzeyinden yerçekimi kuvveti etkisiyle aşağıya doğru akar ve/veya eşzamanlı rüzgarın etkisiyle yanlara ve yukarı doğru hareket eder. Rüzgarın, bina cephesine çarpması sonucunda duvarın dış yüzeyi boyunca değişken basınç gradyanları ve duvarın iç ile dış yüzeyleri arasında basınç farkları oluşur; ayrıca basınç gradyanları ile basınç farkları zamana bağlı olarak olarak değişir. Sözkonusu etkilerin laboratuvar ortamında simule edilmesi oldukça zor bir işlemdir. Öncelikle deney parametreleri, diğer bir anlatımla, su püskürtme oranı, uygulanacak basınç tipi ve buna bağlı olarak basınç değerleri hesaplanır. Su püskürtme oranı, duvara gelen yağış şiddetini simule eder. Su püskürtme oranı için, duvarın yapılacağı iklim bölgesinde duvarın yüzeyinde 1, 5, 10 veya 30 yıl boyunca oluşabilecek en yüksek yağmur şiddeti hesaplanır.

Yağmur şiddetinin hesabında yer alan değişkenler, kısa süreli (1, 5, 10, 60dk) düşey yağmur şiddeti, eşzamanlı rüzgar hızı, rüzgar yönünün duvara olan açışı, düşey yağmur şiddetinde en yüksek oranda bulunan damla boyutu, bu boyuttaki damlanın son düşme hızı ve bina geometrisidir. Üniform statik basınç deney yönteminde, duvarın dış ve iç yüzeyleri arasındaki basınç farkı; devirli statik basınç deney yönteminde duvarın dış ve iç yüzeyleri arasındaki basınç farkı ile basınç farkının zamansal değişimi ve dinamik basınç deney yönteminde ise rüzgarın tüm etkileri, diğer bir anlatımla basınç farkı, basınç gradyanı ve bunların zamansal değişimi ile suyun tüm yönlere doğru hareketi simule edilmeye çalışılır. Binanın cephesine 1, 5, 10 veya 30 yıl içerisinde ğelebilecek yağışla eşzamanlı en yüksek rüzgar hızı tespit edilip, duvarda neden olduğu basınç değeri hesaplanır. Söz konusu hesap, üniform statik basınç deney yöntemi için geçerlidir. Devirli statik ve dinamik basınç deney yöntemleri için de basınç değeri ve frekansı hesaplama yöntemleri vardır. Deney numunesi, en az bir kat yüksekliğinde dış duvar sistemidir. Deney protokolünde ise, ilk olarak, hesaplanan oranda su duvar yüzeyine püskürtülür. Belirli bir süre sonra, su püskürtme işlemi devam ederken belirlenen basınç değeri ve tipi duvar numunesine uygulanır. Sözkonusu simülasyon yönteminde en önemli bileşen ise deney aletidir. Bu çalışmanın amacı, rüzgarla itilen yağmurun dış duvarda meydana getirdiği etkilerin simule edilmesinde kullanılan çeşitli deney aletlerini tanıtmaktır.

İlk olarak, standartlarda verilen deney aletleri tanımlanmıştır. Daha sonra, sözkonusu standartları uygulayan uluslararası kurumların adları verilmiş, ve bazı kurumlarda standartlarda tanımlanan deney aletlerinden kısmen veya tümüyle farklı olarak kullanılan deney aletleri detaylı olarak ele alınmıştır.

2. STANDARTLAR

ASTM E 331 [2], ASTM 547 [3], AAMA 501 [4], SS 381 [5], CWCT [6], AS/NZS 4284 [7], BS EN 12155 [8], DD ENV 13050 [9] ve NT BUILT 421 [10], rüzgarla itilen yağmur simülasyonunda kullanılan çeşitli deney aletlerini tarif eden standartlardır. Standartlara göre deney aletini oluşturan bileşenler, deney numunesinin tespit edildiği deney odası, hava sistemi, su püskürtme sistemi ve basınç ölçme aletidir. Deney aletinin genel düzeneği şematik olarak Şekil l'de verilmiştir.

Deney odası, bir yüzeyine deney numunesinin tespit edildiği bir kutudur. Deney numunesi odanın bir yüzeyine tespit edildikten sonra, numunenin tüm çevresi, hava ve su sızıntısını önlemek için sızdırmaz hale getirilir. Deney numunesinin dış yüzeyi, dış ortama bakacak şekilde odaya tespit edildiği durumda su püskürtme aleti odanın dışında yer alır, Şekil 1. Deney numunesinin dış yüzeyi, deney odası iç ortamına bakacak şekilde odaya tespit edildiği durumda ise su püskürtme aleti odanın içinde yer alır. Deney odasının çeperlerinin basınç dayanımı, deney sırasında, numunenin oda iç ortamına bakan yüzeyinde oluşacak basınç değerinden yüksektir. Deney numunesi oda yüzeyine tespit edildikten sonra oda içerisinden numunede gerekli düzenlemelerin yapılabilmesi için odanın içine giriş olanağı sağlayan bir geçit vardır.

AAMA 501, AS/NZS 4284, SS 381, CWCT, ASTM E 331, ve BS EN 12155, dış duvar yüzeyleri arasında üniform statik basınç farkı; NT BUILT 421, AS/NZS 4284 ve ASTM E 547 ise dış duvar yüzeyleri arasında devirli statik basınç farkı uygulayan deney yöntemlerini tanımlayan standartlardır. Standartlar, hava sistemi olarak kontrollü ve tersinebilir vantilatör, egzoz fanı vb. özellikte bir cihazın kullanılmasını önerir. Hava sistemi, üniform statik basınç deney yönteminde, deney süresi boyunca numunenin dış ve iç yüzeyleri arasında belirlenen pozitif veya negatif basınç farkı değerini oluşturacak şekilde oda içindeki hava akımını düzenler. Ayrıca, devirli statik basınç deney yöntemi için numunenin dış ve iç yüzeyleri arasında belirlenen basınç farkı değerinin hızla değişmesini sağlar. Basınç ölçme aleti, deney süresi boyunca numunenin dış ve iç yüzeyleri arasında belirlenen basınç farkı değerini ölçer.

AAMA 501, SS 381, CWCT standarlarmda ayrıca ve DD ENV 13050 standardında ise sadece dinamik basınç deney yöntemi tanımlanır. Standartlar, deney numunesinin dış yüzeyine türbülanslı hava akımı uygulanması için rüzgar oluşturan bir aletin kullanılmasını önerir. AAMA 501, SS 381 ve CWCT standartları uçak pervanesi (Şekil 2) veya fan, DD ENV 13050 standardı ise düşeyde ve yatayda hareketli kanallı fan kullanılmasını önerir, Şekil 3. Su püskürtme sistemi, eşit aralıklı bir ızgara sistemin üzerine yerleştirilmiş nozıllardan oluşur, Şekil 4. İki nozılın düşeyde ve yatayda birbirlerine olan mesafesi, bir nozılın püskürtme açısı, şekli, basıncı ve su püskürtme sisteminin deney numunesine olan mesafesi, numunenin dış yüzeyinin birim alanına birim zamanda püskürtülecek su miktarına bağlı olarak belirlenir.

3. ULUSLARARASI KURUMLAR

Standartlarda tanımlanan deney aletlerini kullanan bazı uluslararası kurumlar ve uyguladıkları standartlar, Tablo l'de verilmiştir [11]. Tablo 1 incelendiğinde, çoğu kurumun yer aldıkları bölgede geçerli olan standartları uyguladıkları görülmektedir. Ayrıca, çoğu kurumun Kuzey Amerika bölgesinde yer aldıkları ve ASTM E 331, ASTM E 547 ve AAMA 501 standartlarında tanımlanan deney aletlerini kullandıkları anlaşılmaktadır. AAMA 501 standardının, Avrupa bölgesinde yer alan bazı kurumlarda da kullanıldığı belirlenmektedir. AAMA 501 standardı, dinamik basınç deneyini tanımlayan ve 1994 yılında yürürlüğe girmiş bir standarttır. SS 381 (1996) ve CWCT (1996) standartları ise, dinamik basınç deneyleri için, AAMA 501 (1994) standardında verilen deney aletinin kullanılmasını önerir. Dinamik basınç deneyinde farklı bir deney aleti tanımlayan Dİ) ENV13050 (2001) standardı ise nispeten yeni bir standarttır ve standartta tanımlanan deney aletinin kullanımı henüz Avrupa bölgesinde yaygınlaşmamıştır.

Tablo l'de verilen kurumlardan Norvegian Building Research Institute ve Institute for Research in Construction, standartlarda tanımlanan rüzgarla itilen yağmurun dış duvarda meydana getirdiği etkilerin simule edilmesinde kullanılan deney aletlerinden kısmen veya tümüyle farklı aletleri kullanırlar. Sekuisi House ise açık alanda rüzgarla itilen yağmurun simule edileceği deney yöntemini geliştirmeye çalışmaktadır. Kurumlar ve deney aletleri, aşağıda detaylı olarak tanımlanmıştır.

Nonvegian Building Research Institute (NBRI), Norveç [12] Araştırma enstitüsünde, üniform statik ve devirli statik basınç deney yöntemleri uygulanmaktadır. Deney yönteminde RAWIBOX adı verilen deney aleti kullanılmaktadır, Şekil 5. Deney aletinin en önemli özelliği, deney odasının düşey eksen üzerinde çevrilebilmesi ve deney numunesinin çeşitli açılarda konumlandırılabilmesidir. Deney odasının yüksekliği ve genişliği, sırasıyla, 5.3m ve 4.6m'dir. Derinliği, 3.2m ile 3.7m arasında değişebilmektedir. 2.45m yüksekliğe ve genişliğe kadar çeşitli boyuttaki deney numuneleri, numunenin ön yüzeyi oda iç ortamına bakacak şekilde, odanın ön yüzeyine monte edilir.

Su püskürtme sistemi, deney odası içinde yer alır. Su püskürtme sistemi, standartlarda tanımlanan sistemin yanı sıra deney numunesinin üstünde yatay bir boru üzerinde eşit mesafede yer alan nozılların oluşturduğu diğer bir püskürtme sistemini de kapsar. Su püskürtme sistemi ile deney numunesi arasındaki mesafe 400mm ± 0.10m'dir. Nozıllar, yatay ve düşeyde birbirlerinden 820mm mesafede yer alır. Bir nozılın su püskürtme açısı 120° ve şekli dairesel koniktir.

Institute for Research in Construction (IRCNRCC), Kanada [13]

Araştırma enstitüsünde, üniform statik ve devirli statik basınç deney yöntemleri için Dynamic Wind and Wall Testing Facility adlı deney aleti kullanılmaktadır. 2.44m x 2.44m boyutlarındaki deney aleti, deney numunesinin yer aldığı bir çerçeve, su püskürtme sisteminin yer aldığı bir çerçeve, pistonun yer aldığı bir çerçeve ve vantilatörden meydana gelir, Şekil 6. Deney numunesinin ön yüzeyi, su püskürtme sistemine ve pistona bakacak şekilde yerleştirilir. Deney öncesinde, deney numunesi ve su püskürtme sisteminin yer aldıkları çerçeveler, piston çerçevesi ile birleştirilir. Üniform statik basınç deneyinde, vantilatörden sağlanan sabit hava akımı ile numunenin iç ve dış yüzeyleri arasında istenilen basınç farkı değeri elde edilir. Devirli statik basınç deneyinde ise pistonun ileri ve geri hareket ettirilmesi, diğer bir anlatım ile, pistonun yer değiştirmesi sonucunda numunenin iç ve dış yüzeyleri arasında sinuzoidal basınç farkı değerleri elde edilir. Su püskürtme sistemi, standartlarda tanımlanan sistemin yanı sıra deney numunesinin üstünde yatay bir boru üzerinde eşit mesafede yer alan nozılların oluşturduğu diğer bir püskürtme sistemini de kapsar.

Sekilisi House, Japonya [11]

Bu bölüme kadar, rüzgarla itilen yağmurun dış duvara çarptığında duvarda meydana gelen etkileri simule eden deney aletleri tanıtılmıştır. Rüzgarla itilen yağmur etkisinde bir dış duvar sisteminin su geçirimlilik performansının değerlendirilmesinde kullanılacak diğer bir deney yöntemi ise açık alanda rüzgarla itilen yağmur durumunun simule edilmesidir [1]. Bu deney yönteminde, verilen gerçek bir yağıştaki yağmur damlalarının boyutları ile damlaların yağış içinde dağılım yüzdeleri hesaplanır ve rüzgarın yönü, frekansı ile hızı belirlenir. Deney aleti, rüzgarın hızı, yönü ile frekansını simule eden bir alet ve su püskürtme sisteminden oluşur. Deney numunesi ise bire bir ölçekte bina cephesidir. Deney protokolünde, verilen hızda, frekansta ve yönde rüzgar oluşturulur ve oluşturulan rüzgar alanının üst seviyesinden, su püskürtme aleti ile verilen gerçek yağıştaki damla boyutları ve damla boyutlarının yağıştaki dağılım yüzdeleri püskürtülür. Böylece, simule edilen açık alandaki rüzgarla itilen yağmur, bire bir ölçekteki bina cephesine çarpar. Bu yöntemde iki zorluk vardır; bunlardan bir tanesi, püskürtülen yağmur damlalarının rüzgar alanına girmeden evvel son düşme hızlarına ulaştırılmasıdır. Örneğin, 6mm yağmur damlasının son düşme hızına erişmesi için yağmur damlasının rüzgar alanının üst seviyesinden yaklaşık 20m yukarıdan bırakılması gerekir. Diğeri ise, bina cephesinin tüm ayrıntıları ile bire bir ölçekte yapılmasıdır. Bu durum, tek veya iki katlı binalar için bazen sorun olmayabilir, ancak yüksek katlı binalar için önemli bir sorundur.

Japonya'da yer alan Sekuisi House, açık alanda rüzgarla itilen yağmurun simule edilen deney yöntemini geliştirmeye çalışmaktadır. Şekil 7, çalışmaların ilk aşamasını göstermektedir, diğer bir anlatımla bina cephe ölçeği dikkate alınmadan, verilen hızda, frekans ile yönde rüzgar oluşturulması ve oluşturulan rüzgar alanının üst seviyesinden, su püskürtme sistemi ile verilen gerçek yağıştaki damla boyutları ve damla boyutlarının yağıştaki dağılım yüzdelerinin püskürtülme çalışmasını göstermektedir. Sekuisi House'da çalışmalar halen devam etmektedir.

3. SONUÇ

Rüzgarla itilen yağmur etkisinde dış duvar sisteminin su geçirimlilik performansının değerlendirilmesi için laboratuvar deney yöntemi tanımlayan çeşitli standartların ortak noktası rüzgarla itilen yağmurun dış duvarda meydana getirdiği etkileri simule eden deney aletlerini tarif etmeleridir.

Standartlar, rüzgarla itilen yağmurun dış duvar sisteminin dış yüzeyine gelen yağmur şiddetini simule etmek için deney aleti bileşeni olarak su püskürtme sistemi kullanılmasını önerir. Bu sisteme ek olarak, duvarın üst yüzeyinden duvara su püskürten sistemin kullanıldığı deney aletleri de bulunmaktadır. Standartlar, rüzgarın bina cephesine çarpması sonucunda duvarın dış yüzeyi boyunca oluşan değişken basınç gradyanları ve duvarın iç ile dış yüzeyleri arasında basınç farkları; basınç gradyanları ile basınç farklarının zamansal değişimini simule etmek için üniform statik, devirli statik veya dinamik basınç deney yöntemlerini tanımlar. Üniform statik basınç deney yönteminde, duvarın dış ve iç yüzeyleri arasındaki basınç farkı simule edilmekte, basınç farkının zamansal değişimi, basınç gradyanı ile zamansal değişimi ve suyun tüm yönlere hareketi simule edilmemektedir. Devirli statik basınç deney yönteminde duvarın dış ile iç yüzeyleri arasındaki basınç farkı ve basınç farkının zamansal değişimi basit bir şekilde simule edilmektedir. Yöntemde, basınç gradyanı ile zamansal değişimi ve suyun tüm yönlere doğru hareketi simule edilmemektedir. Dinamik basınç deney yönteminde ise rüzgarın tüm etkileri, diğer bir anlatımla basınç farkı, basınç gradyanı ve bunların zamansal değişimi ile suyun tüm yönlere doğru hareketi simule edilmeye çalışılmaktadır. Standartlar, üniform ve devirli statik basınç deney yöntemleri için hava sistemi olarak vantilatör vb. bir cihazın, dinamik basınç deney yöntemi için uçak pervanesi veya kanallı fanın kullanılması önerirler.

Standartlarda tanımlanan deney yöntemlerine bağlı olarak deney aletlerinin çeşitliliği ve standartlarda tanımlanan deney aletlerinden farklı fiziksel özelliklere sahip aletlerinin de mevcut olması nedeniyle dünyada performans değerlendirmesi için çok çeşitli deney aletleri kullanılmaktadır. Rüzgarla itilen yağmur etkisinde bir dış duvar sisteminin su geçirimlilik performansı değerlendirilirken, uygulanan deney yöntemine bağlı olarak kullanılan deney aletinin özellikleri ve bu özelliklere bağlı olarak oluşturulan deney şartlarının iyi bilinmesi, performans değerlendirilmesinden elde edilen sonuçların sağlıklı yorumlanabilmesi için gereklidir.

KAYNAKLAR

[1] Şahal AN. Rüzgarla itilen yağmur etkisinde dış duvar sisteminin su geçirimlilik performansının değerlendirilmesinde kullanılan laboratuvar deney yöntemleri. Yalıtım Yapı ve Yalıtım Teknolojileri Dergisi, MartNisan 2005, Yıl 9, Sayı 53, s. 8794.

[2] ASTM E 331: 2000. Standard test method for water penetration of exterior windows, skylights, doors and curtain walls by üniform static air pressure difference. American Society for Testing and Materials, USA.

[3] ASTM E 547: 2000. Standard test method for water penetration of exterior windows, skylights, doors and curtain walls by cyclic static air pressure difference. American Society for Testing and Materials, USA.

[4] AAMA 501: 1994. Methods of test for exterior walls. American Architectural Manufacturers Association, USA.

[5] SS 381: 1996: Materials and performance tests for aluminum curtain vvalls, Singapore Standard, Singapore.

[6] CWCT: 1996. Standard and good practice for curtain walling Standard test method for watertightness using static pressure. Centre for Window and Cladding Technology, UK.

[7] AS/NZS 4284: 1995. Testing of building facades. Standards Australia & Standards New Zealand.

[8] BS EN 12155: 2000. Curtain wallingwatertightnesslaboratory test under static pressure. British Standard, UK.

[9] DD ENV 13050: 2001, Curtain wallingwatertightnesslaboratory test under dynamic conditions of air pressure and water spray. Draft Standard.

[10] NORDTEST STANDARD NT BUILD 421: 1993. Roofs: watertightness under pulsating air pressure.

[11] Sahal AN, Lacasse MA. VVater penetration of wall claddingoverview of climatic parameters, related test standards, and test and research facilities. Internal Report, Institute for Research in Construction, National Research Council Canada, 863; 2004, (IRCIR863).

[12] Uvslokk S. RAWIBOXTurnable box for rain and wind tightness testing of sloping building surfaces. Proceedings of the 2nd Symposium on Building Physics in the Nordic Countries; 1990, p. 259262.

[13] Lacasse M. The Dynamic Wind and Wall Testing Facility. Internal Report, Institute for Research in Construction, National Research Council Canada. 2004.

Y. Doç. Dr. Nil ŞAHAL

İstanbul Teknik Üniversitesi, Mimarlık Fakültesi