קירור סולארי

המצב כיום

בענף הבנייה העולמי כיום ישנם 3 שיטות עיקריות להתמודדות עם אנרגיית השמש או עם עומס חום בכלל:

1. מיזוג אוויר היא הדרך הנפוצה ביותר להתמודדות עם עומסי חום. כבר למעלה מ-100 שנה, מערכות מיזוג אוויר הן האמצעי החשמלי האמין והיעיל ביותר לפינוי חום ממבנים. עם זאת, ועל אף היעילות הגבוהה, מיזוג האוויר הוא צרכן האנרגיה הגדול ביותר בעולם (!). עפ"י דו"ח של ארגון האנרגיה העולמי (IEA), עד שנת 2030 40% מצריכת האנרגיה העולמית תהא עבור קירור מבנים ⁽¹⁾.

2. בידוד תרמי היא הדרך היעילה ביותר להתמודדות עם עומסי החום. שימוש בחומרי גלם אטומים, בלתי-שקופים ורפלקטיביים יצמצמו משמעותית חדירה של קרינת שמש וחום אל המבנה או מתוך המבנה החוצה. עם זאת, ועל אף היעילות הגבוהה, אפקטיביות הבידוד התרמי מוגבלת שכן היא מושפעת מאוד מכמות הפתחים והחלונות השקופים בבניין. [לשם השוואה, ניקח לדוגמא תרמוס של מים חמים. התרמוס עטוף בשכבות בידוד מעולות השומרות על 'בריחת' החום לאורך זמן. אולם, מספיק שנפתח מעט את הפקק וכבר כל החום ייצא…] בניית מבנים עם מעטפת שלמה בלתי-שקופה וללא פתחים כלל היא כמובן לא ישימה למבנים מאוישים ולכן גם לא קיימת. אם כן, בידוד תרמי הוא חשוב מאוד בתכנון מבנים אך ממש לא מספיק.

3. תכנון סולארי פאסיבי היא הדרך הטובה ביותר להתמודדות עם עומסי החום. שילוב של פתרונות בידוד תרמי (ת"י 1045 ואחרים), לצד "טיפול שורש" במקור החום החיצוני, יבטיחו את ההגנה היעילה והאפקטיבית ביותר. "הטיפול" במקור החום הוא למעשה תכנון של אופן כניסת החום אל המבנה, זמני הכניסה, קצב, תדירות, אפשרויות אגירה של החום, נתיבי יציאה, ואף המרה של החום לאנרגיות שימושיות אחרות.

עקרונות התכנון הסולארי

התכנון הסולארי "תוקף" את הבעיה התרמית מארבעה היבטים שונים. כולן יחד מרכיבות את הפתרון ההנדסי למבנה:

1. צמצום / הגברת החשיפה לקרינת שמש בהתאם למאפייני הפרויקט. אנליזות קרינה, ניתוחי אקלים, תכנון גודל פתחים ומיקומים, שטחי זיגוג, ועוד.
2. מניעה / הגברת כניסת חום למבנה. זוויות חדירת אור / שמש, תכנון מערכת זיגוג, פתרונות הצללה, המרת החום לצורות אנרגיה אחרות, אגירה תרמית בבטון, שינויים יזומים באנרגיה הפנימית, ועוד.
3. שיפור ההתנגדות התרמית הכוללת. תכנון רפלקטיביות, שימוש באפקטים פיזיקאליים שונים (כמו אפקט ארובה, אפקט ונטורי, אוורור מפולש), בחירת חומרי גלם, בידוד תרמי, תכנון פתחי כניסה ויציאת אוויר, אנליזות CFD, הצללה חכמה (עקיבה אחר השמש), חומרי ספיגה, דחיסת אוויר, הרטבת אוויר, ועוד.
4. העברת חום לאזורים אחרים או לזמנים אחרים. קליטה מוגברת של חום השמש בתקופת החורף (או למבנים בבניה 'קלה'), אגירת חום ופריקתו בלילה, הקרנת חום מן המבנה החוצה ולהיפך, פיזור טוב יותר של חום / קור בחללים פתוחים, שיפור האפקטיביות של מערכות מיזוג אוויר, ועוד.

לפרטים נוספים:

שלבי התכנון הסולארי-פאסיבי לפרויקטי בינוי בישראל

תכנון סולארי – עולם של יתרונות

• בנייה מאופסת אנרגיה
• תכנון סולארי מצמצם משמעותית את צריכת החשמל למיזוג אוויר ותאורה, זאת בנוסף לצמצום פליטות החום עצמן מן המבנה אל הסביבה. תכנון סולארי טוב אף יביא אותנו ל"בנייה מאופסת אנרגיה" Zero-energy) building), כלומר: איזון אנרגטי מושלם בין המבנה לסביבתו.

• בריאות (ביו-אקלים)
• תכנון סולארי מאפשר תנאי נוחות אופטימליים לדיירים במגוון תחומים: טמפרטורה, לחות, סנוור, אור טבעי, אקוסטיקה, שקיפות הזיגוג, ואוויר צח. מחקרים מראים כי גורמים אלה משפיעים מאוד על בריאות הדיירים ותפוקות העבודה לאורך זמן.

אדריכלות

• מרחב פתרונות גדול יותר
• מחקר הנדסי אודות אזורים חמים / קרים יותר במעטפת הבניין, ותכנון מעבר החום בין האזורים הללו, מאפשר ליזמים ולאדריכלים לממש עיצובים שלא היו אפשריים קודם לכן. מרחב פתרונות גדול יותר להגשמת החזון האדריכלי של מעטפת הבניין.

• טכנולוגיה מתקדמת
• שימוש בפתרונות מהשורה הראשונה של חזית הטכנולוגיה: אוורור טבעי בתוך קיר מסך, הזרמת אוויר יבש, אפקט ארובה, הצללה דינאמית, אגירה בחומרי ספיחה, הרטבת אוויר, סינון וטיפול באוויר בתוך הקיר, ייצור אנרגיה ועוד.

• ניטור ובקרה
• שימוש במערכות אלקטרוניות מתקדמות לטובת ניטור ובקרה של ערכים תרמיים ממעטפת הבניין, מערכת עקיבה אחר השמש (הצללה דינאמית), בקרת אש / עשן ועוד. מסייע בניהול אנרגטי יעיל יותר של הבניין וטיפול בתקלות.

ניהול פרויקט

• עלויות פיתוח נמוכות
• על פי רוב, תכנון סולארי אינו גורר אחריו תוספת תכנון מערכות של חשמליות מורכבות, עבודה של יועצים נוספים, או שימוש בחומרי גלם 'חכמים' ויקרים. עלויות הפיתוח יסתכמו בדר"כ במחקר הנדסי בלבד תוך שימוש בחומרי מבנה סטנדרטיים נפוצים בענף הבנייה.

• עלויות הקמה נמוכות
• קירור / חימום המבנה באמצעים פאסיביים מצמצם את הצורך באמצעי מיזוג אוויר או בתפוקות קירור גדולות. כפועל יוצא יותקנו בפרויקט פחות אמצעי מז"א, מפוחים, תעלות אוורור, ארונות חשמל, פילטרים וכו'. צמצום משמעותי בעלויות התקנה של תשתיות מיזוג אוויר.

• הגדלת שטחים פרטיים לשיווק
• כאמור, תכנון הסולארי מצמצם את הצורך בהתקנת אמצעי מיזוג אוויר, ומכאן שגם מתפנים שטחים בבניין. יתרה מכך, ובייחוד במקרה של קירות מסך, התכנון הסולארי אף מאפשר התקנה של מערכות מבנה בתוך הקיר כמו: צלונים, פילטרים, צינורות, תעלות ואף מפוחים עצמם. כל אלה מביאים לצמצום משמעותי באזורי תפעול לטובת שימושים אחרים, ובמיוחד על גגות הבניינים.

• מקורות מימון נוספים
• תכנון תרמי-סולארי עם שימוש בטכנולוגיות חדשניות מאפשר ביצוע פרויקטים בהשתתפות פיננסית של הרשות לחדשנות (תכנית מופ"ת) במשרד הכלכלה, תכניות מימון במשרד האנרגיה, וארגוני מחקר ופיתוח נוספים.

אחזקת בניין

• חסכון משמעותי באנרגיה
• תכנון סולארי מצמצם משמעותית את שעות העבודה של מערכות מיזוג אוויר ותאורה. חסכון של עשרות אחוזים בהוצאות החשמל (!).

• צמצום עלויות תחזוקה
• צמצום שעות עבודה של מערכות חשמל מגדיל גם את "הזמן בין תקלות" (MTBF) שלהם, כלומר: פחות הוצאות שנתיות על תחזוקה של פילטרים, מפוחים, מדפים מפוקדים, בלאי שוטף ועוד. יתר על כן, התכנון התרמי מצמצם את כמות האבק המצטבר על גבי מחיצות הזיגוג (פחות צורך בניקוי חלונות), מצמצם בעיות של רטיבות וריח, שריקות אוויר ועוד.

• אורך חיים גבוהה למערכות מבנה
• תכנון התרמי-סולארי מאפשר שליטה ב'סביבת העבודה' המתפתחת בתוך קיר המסך או בחדרים הסמוכים לו. תנאי טמפ' ולחות נמוכים תורמים משמעותית לשמירה על אורך חיים גבוהה לחיישנים וציוד אלקטרוני, צמצום בעיות קורוזיה, מניעת תקלות מנועים (של תריסים חשמליים למשל), דהיית צבע (רהיטים סמוכים לקיר, שלבי צלונים, ציפויים, טקסטיל), התכווצות וילונות טקסטיל ועוד.

תכנון סולארי פאסיבי יביא לדירוג אנרגטי גבוהה עפ"י תקני בנייה ירוקה, חסכון משמעותי בעלויות הפיתוח וההקמה של פרויקט הבינוי, חסכון משמעותי בעלויות למיזוג אוויר ותאורה, אורך חיים גבוה של חומרי המבנה והציוד האלקטרוני, וחוויית נוחות מעולה לדיירים.

(1) Space Colling, IEA report, 09/2022