Tünel Aydınlatma ve Havalandırma Hesabı

1. Giriş ve Kapsam
2. Tünel Aydınlatması — CIE 88:2004
3. Tünel Havalandırması — PIARC 2019
4. Havalandırma Yöntemi Seçim Akışı
5. Türkiye'ye Özgü Bölgesel Koşullar
6. Örnek Problemler
7. Sık Yapılan Hatalar
8. Kaynaklar

Özet

Karayolu tünellerinde sürücü iki kritik sorunla karşılaşır: (1) Dışarıdan içeriye geçişte ani parlaklık farkının yol açtığı "kara delik etkisi" (black hole effect); (2) Araç egzozlarının birikmesiyle oluşan hava kirliliği. Aydınlatma tasarımı CIE 88:2004 standardına göre beş ardışık bölgede ele alınır: erişim, eşik, geçiş, iç bölge ve çıkış. Havalandırma tasarımı PIARC 2019-R02EN teknik raporuna dayandırılır; temel ilke taze hava debisinin $Q = G_{tun} / (C_{adm} - C_{amb})$ bağıntısıyla hesaplanmasıdır. Türkiye'de 500 m'yi aşan Trans-Avrupa Karayolu Ağı (TEN-T) tünellerinde 2004/54/EC direktifine uyum KGM tarafından zorunlu kılınmaktadır. Türkiye'nin en uzun çift tüp tüneli Zigana (14,5 km), havalandırmada dikey şaft yöntemiyle Avrupa'da öncü bir uygulama sunmaktadır.

1. Giriş ve Kapsam

Karayolu tünelleri, inşaat maliyeti yüksek olmakla birlikte arazi engellerini aşmanın tek uygulanabilir çözümü olduğu durumlarda tercih edilir. Tünel işletmesinde sürücü iki kritik sorunla karşılaşır:

1. Kara Delik Etkisi: Gündüz dışarıdan tünele giren sürücü, gözün adaptasyon gecikmesi (birkaç saniye) nedeniyle tünel girişini siyah bir delik olarak algılar. Bu süre boyunca araç yol almaya devam ettiğinden kaza riski doğar.
2. Hava Kirliliği: Kapalı ortamda biriken CO, NO₂ ve partiküller sürücü sağlığını tehdit eder; uzun tünellerde kritik konsantrasyon seviyelerine ulaşılabilir.

Türkiye'de 2004/54/EC Direktifi KGM tarafından TEN-T güzergahındaki tünellerde uygulanmaktadır. 500 m'yi aşan tünellerde aydınlatma, havalandırma, izleme ve acil durum sistemleri standart gereksinimlerini karşılamalıdır. 6331 Sayılı İSG Kanunu uyarınca bakım çalışmalarında CO < 20 ppm sınırı geçerlidir.

2. Tünel Aydınlatması — CIE 88:2004

2.1 Aydınlatma Bölgeleri

CIE 88:2004, tünel aydınlatmasını beş ardışık bölgeye ayırır:

2.2 Lth Hesabı

Eşik bölgesi parlaklığı:

$$L_{th} = k \times L_{20}$$

Burada $k$ katsayısı 0,05–0,15 arasında değişir; counterbeam (karşı ışın) konfigürasyonunda SD = 180 m için $k = 0{,}072$ alınır.

Fren mesafesi (görüş mesafesi):

$$SD = \frac{v^2}{2g(f \pm i)} + \frac{v}{3{,}6} \times t_r$$

2.3 İç Bölge Parlaklığı (Lin)

2.4 Geçiş Bölgesi Formülü

Geçiş bölgesinde parlaklık zamanla (gözün adaptasyon süresine göre):

$$L_{tr}(t) = L_{th} \times (1{,}9 + t)^{-1{,}4} \quad [\text{cd/m}^2]$$

100 km/h tasarım hızı için geçiş bölgesi uzunluğu ≈ 220 m (CIE 88:2004 eğrisinden).

3. Tünel Havalandırması — PIARC 2019

3.1 Havalandırma Sistemleri

3.2 Taze Hava Debisi

Tünel havalandırmasının temel bağıntısı:

$$Q = \frac{G_{tun}}{C_{adm} - C_{amb}} \quad [\text{m}^3/\text{s}]$$

CO Tasarım Değerleri (PIARC 2019-R02EN):

3.3 Emisyon Üretim Hızı

Tünel CO üretim hızı bölüm bazında hesaplanır:

$$G_{tun} = \sum\sum G_{sec,j}$$ $$G_{sec} = \sum g_{fac,i} \times n_{veh,i}$$ $$g_{fac} = g_{cat} \times f_t \times f_m \times f_a + g_{non\text{-}ex}$$

Türkiye Teknoloji Sınıfı: B — Euro emisyon standartları Türkiye'de 2–3 yıl gecikmeli uygulandığından PIARC'ın B sınıfı emisyon faktörleri kullanılmalıdır.

3.4 Kritik Hız (Kennedy Formülü)

Yangın senaryosunda duman kontrolü için gereken minimum hava hızı:

$$V_{cr} = K_g \times \left(\frac{\dot{Q} \times g \times A}{k_f \times \rho \times c_p \times T_f}\right)^{1/3}$$

2004/54/EC Ek I: $V_{cr} \geq 3\text{ m/s}$ hedeflenmeli.

3.5 Yangın Senaryosu

4. Havalandırma Yöntemi Seçim Akışı

Aşağıdaki akış diyagramı, PIARC 2019 ve 2004/54/EC direktifi kapsamında tünel uzunluğu, trafik yönü ve kentsel/kırsal konuma göre havalandırma yöntemi seçimini göstermektedir.

5. Türkiye'ye Özgü Bölgesel Koşullar

İlgili Mevzuat:

• 3194 Sayılı İmar Kanunu — yapı ruhsatı ve kullanım izni
• 4708 Sayılı Yapı Denetimi Hakkında Kanun — bağımsız denetim
• 6331 Sayılı İSG Kanunu — işçi sağlığı CO sınırı
• 2004/54/EC Direktifi — KGM kanalıyla TEN-T tünellerine zorunlu uyum

6. Örnek Problemler

Problem 1 — Kolay

Veriler: $v = 100\text{ km/h}$; $L_{20} = 3500\text{ cd/m}^2$; $SD = 180\text{ m}$; Counterbeam konfigürasyonu

Çözüm:

CIE 88:2004 tablosundan: $k = 0{,}072$ (counterbeam, SD = 180 m)

$$L_{th} = 0{,}072 \times 3500 = \mathbf{252 \text{ cd/m}^2}$$

Kontrol: $L_{in} = 10\text{ cd/m}^2 = 4\%\times L_{th}$ → tipik oran aralığı %4–10 ✓

Problem 2 — Orta

Veriler: $L = 2000\text{ m}$; $v = 60\text{ km/h}$; $M = 1500\text{ PCU/h}$; %85 PC benzin + %15 TIR; rakım ≤ 1000 m; Teknoloji Sınıfı B; 2025

Çözüm:

Yoğunluk: $D = 1500/60 = 25\text{ PCU/km}$

Araç sayısı: $D_{veh} = 25/1{,}15 = 21{,}7\text{ araç/km}$ → $n_{veh} = 21{,}7 \times 2 = 44$ araç (37 PC + 7 TIR)

Emisyon faktörleri:

$$g_{fac,PC} = 42 \times 0{,}78 = 32{,}8\text{ g/h} = 9{,}1\times10^{-3}\text{ g/(s}\cdot\text{araç)}$$ $$g_{fac,TIR} = 75 \times 0{,}76 \times 1{,}04 = 59{,}3\text{ g/h} = 16{,}5\times10^{-3}\text{ g/(s}\cdot\text{araç)}$$

Toplam üretim: $G_{tun} = 37\times9{,}1\times10^{-3} + 7\times16{,}5\times10^{-3} = 0{,}453\text{ g/s}$

$$C_{adm} = 70\text{ ppm} = 0{,}08155\text{ g/m}^3$$ $$\mathbf{Q = \frac{0{,}453}{0{,}08155} \approx 5{,}6\text{ m}^3/\text{s} \approx 20.000\text{ m}^3/\text{h}}$$

Problem 3 — Zor

Veriler:

• $L = 3500\text{ m}$; $A = 55\text{ m}^2$; boy eğimi %3; rakım 900 m
• Serbest akış: $v = 80\text{ km/h}$; $M = 1200\text{ PCU/h}$; %12 TIR; $f_{t,PC} = 0{,}75$; $f_{t,TIR} = 0{,}73$
• Tıkanıklık: $v = 10\text{ km/h}$; $M = 750\text{ PCU/h}$
• Yangın: $\dot{Q} = 20\text{ MW}$

Çözüm:

Bölüm A — Serbest Akış:

$D_{veh} = 15/1{,}12 = 13{,}4\text{ araç/km}$ → $n = 47$ araç (41 PC + 6 TIR)

$G_{tun,sf} = 41\times7{,}92\times10^{-3} + 6\times20{,}0\times10^{-3} = 0{,}445\text{ g/s}$ → $Q_{sf} = 5{,}5\text{ m}^3/\text{s}$

Bölüm A — Tıkanıklık (Boyutlandırıcı Senaryo):

$D_{veh} = 75/1{,}24 = 60{,}5\text{ araç/km}$ → $n = 211$ araç (186 PC + 25 TIR)

$$G_{tun,tık} = 186\times17{,}7\times10^{-3} + 25\times29{,}6\times10^{-3} = 4{,}032\text{ g/s}$$ $$\mathbf{Q_{tık} = \frac{4{,}032}{0{,}08155} \approx 49{,}4\text{ m}^3/\text{s} \approx 177.800\text{ m}^3/\text{h} \rightarrow \text{BOYUTLANDIRICI}}$$

Bölüm B — Kritik Hız ve Jet Fan Sayısı:

İlk iterasyon: $V_{cr} \approx 1{,}43\text{ m/s}$ < 3 m/s (yeterli değil)

Tasarım değeri: $V_{cr} = 3\text{ m/s}$ (2004/54/EC Ek I zorunluluğu)

Yangın senaryosu hava debisi: $Q_{yangın} = 3{,}0 \times 55 = 165\text{ m}^3/\text{s}$

Fan hız artışı: $\Delta V = F/(\rho \times A \times v_t) = 550/(1{,}2\times55\times3) = 2{,}78\text{ m/s}$

Minimum fan sayısı: $n_{fan} \geq 165/(55\times2{,}78) \approx 1{,}08$ → %25 güvenlik marjıyla → n = 3 jet fan

Sonuç: Normal işletme: $Q = 5{,}5\text{ m}^3/\text{s}$; boyutlandırıcı: $Q = 49{,}4\text{ m}^3/\text{s}$; yangın: 3 jet fan ✓

7. Sık Yapılan Hatalar

9. Kaynaklar

1. CIE 88:2004 — Guide for the Lighting of Road Tunnels and Underpasses, Commission Internationale de l'Éclairage.
2. PIARC 2019-R02EN — Road Tunnels: Vehicle Emissions and Air Demand for Ventilation, World Road Association.
3. 2004/54/EC — Directive on minimum safety requirements for tunnels in the Trans-European Road Network, European Parliament.
4. KGM (2016) — Karayolu Teknik Şartnamesi, Karayolları Genel Müdürlüğü, Ankara.
5. 6331 Sayılı İş Sağlığı ve Güvenliği Kanunu, T.C. Resmî Gazete, 30.06.2012.
6. Kennedy, W.D. (1996) — "Critical Velocity: Past, Present and Future", Proceedings of the One Day Seminar on Smoke and Critical Velocity in Tunnels, ITC, London.
7. Dinler, N. & Kaçan, M. (2020) — "Karayolu Tünellerinde Havalandırma Tasarımı: Türkiye Uygulamaları", Teknik Dergi, TMMOB İnşaat Mühendisleri Odası.
8. Thorn Lighting (2019) — Tunnel Lighting Guide: Technical Solutions and Case Studies, Zumtobel Group.
9. TS EN 13201-3 — Yol Aydınlatması — Bölüm 3: Performans Hesabı, Türk Standartları Enstitüsü.

Kaynakça

1. İlgili Türk Standartları (TS) ve Avrupa Normları (EN)
2. TBDY 2018 — Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği
3. İlgili ders kitapları ve teknik kaynaklar

Not: Bu makale eğitim amaçlıdır. Projelerde güncel yönetmelik ve standartlara başvurunuz.

Önemli Mühendislik Uyarısı: Bu içerik yalnızca bilgilendirme amaçlıdır; nihai tasarım, hesap ve uygulama kararları, güncel yönetmelikler ile proje koşulları çerçevesinde yetkili bir inşaat mühendisinin denetiminde alınmalıdır. Sayısal örnekler ve formüller genel mühendislik pratiğini yansıtır; her projenin kendine özgü zemin, yük ve çevre koşulları proje müellifince ayrıca değerlendirilmelidir.

bilgiportali (2026). Tünel Aydınlatma ve Havalandırma Hesabı. Yapıdan — İnşaat Mühendisliği Bilgi Portalı. https://yapidan.com/kategoriler/ul/tunel-aydinlatma-havalandirma-hesabi