© כל הזכויות בגין כל המפורסם באתר זה שמורות לחברת אסא אהרוני מהנדסים יועצים בע"מ.
אין להעתיקו, לשכפלו, לשנותו או לעשות בו כל שימוש אחר ללא אישור בכתב.

טכנולוגיות מיזוג אוויר חדשות וחסכוניות באנרגיה

מאת: מהנדס רפי אהרוני

מערכות מיזוג האוויר הינן צרכניות אנרגיה גדולות המנצלות כ-70%-50% מחיבור החשמל של מבנה משרדים טיפוסי. עם זאת, מרבית השוכרים במבני המסחר והתעשייה ינהלו מו"מ ארוך בהקשר לשכ"ד אולם לא יבחנו את העלויות הקשורות בהוצאות התפעול כולל עלויות מערכת מיזוג האוויר שהינן 1-3$ למ"ר לחודש.

במדינות המערב נעשו בעשור האחרון מאמצים רבים לפתח ולשפר את יעילות מערכות מיזוג האוויר, להקטין את צריכות החשמל ולממש טכנולוגיות המאפשרות הסטת עומס לשעות השפל. לאחרונה אנו עדים לחדירת טכנולוגיות חסכוניות אלו לפרויקטים המתוכננים בישראל. בסקר שהכין מוסד שמואל נאמן בטכניון בשנת 2004, נמצא כי למעלה מ- 80% מהצריכה הייעודית למיזוג אוויר בשעות השיא, נובעת מצריכה מוסדית ומסחרית.

הטכנולוגיות השונות למזוג אוויר חסכוני ויעיל, אותן אסקור במאמר זה, פותחו תוך ניצול תנאים טופוגרפיים ואקלימיים, שימוש באנרגיה קיימת ומתחדשת ושימוש באנרגיה בשעות צריכת השפל.

מדחסי קירור עם מיסבים מגנטים

טכנולוגיה חסכונית במיוחד המבוססת על שימוש במיסבים מגנטים. בבסיסה ציר המרחף בתוך שדה מגנטי ונמנע מחיכוך ומגע עם התושבת, כך תנועתו הופכת קלה ומהירה ונטולת שימוש בחומרי סיכה ושמנים למיניהם. חוסר המגע מאפשר את הפעלתו על ידי שימוש באנרגיה מועטה וקבלת נצילות גבוהה במיוחד. מתקנים ראשונים כבר הופעלו בטכנולוגיה זו בישראל במפעלי "טכנולוגיות להבים" בתפן.

עיבוי גיאותרמי ושימוש במי ים:

טכנולוגיה העושה שימוש בקור הנובע ממעמקי האדמה או ממי הים. על מנת לשפר את נצילות מערכות מיזוג אוויר יש להוריד את טמפרטורת העיבוי, לדוגמה על ידי שימוש במי ים לקירור או באמצעות חום האדמהGeo-thermal Heat Source. המערכת עושה שימוש בחום או בקור הטבעי הקיים בטבע וכך מרבית מקטינה את האנרגיה הנדרשת למזוג. מתקן ראשון בטכנולוגיה זו הופעל בפרויקט הירוק רמת הנדיב, בו הוטמנה מערכת גיאותרמית. פרויקט זה אף זכה לאחרונה בדירוג "מצטיין" בהתאם לתקן הישראלי לבנייה ירוקה.

אפקט המערה- קירור ריצפה, קירות ותקרה

שימוש בטכנולוגיה המבוססת על מנגנון חבוי המקרין חום או קור – Radiant cooling המאפשרת שימוש במסת המבנה. בטכנולוגיה זו מותקנת ברצפה, בתקרה או בקירות מערכת צינורות. במערכת זורמים מים קרים המצננים בקיץ או מחממים את החלל בחורף (כדוגמת מערכות מקובלות בישראל המשמשות רק לחימום בתים). שיטה זו חוסכת תעלות מיזוג אוויר ומאפשרת תנאי נוחות מרביים תוך חיסכון של עד 30% לעומת מתקן קונבנציונאלי ובעלות ראשונית זהה.

"קורות קרות"- זרם אוויר משני המניע זרם עיקרי (אינדוקציה)

בשנים האחרונות מתרחב השימוש במערכות בשם "קורות קרות" – Chilled Beams. עיקרון הפעולה מבוסס על זרם אוויר קטן ומשני הגורם לתנועה של זרם האוויר המרכזי . ביחידה המותקנת בתקרת החדר. מקור זרם האוויר המשני – באוויר הצח הנדרש לחלל. החיסכון העיקרי הוא בהפחתת הצורך במפוחים להנעת זרם האוויר המרכזי ובשיפור שטחי החלפת החום.

מערכות אלו היו נפוצות בשנות השישים והשבעים. כיום, עם שיפור היכולת הטכנולוגית יצור יחידות אלו נהייה זול וזמין יותר. החיסכון המושג בשימוש בטכנולוגיה זו הוא כ-20%. בארץ כבר הופעלו מספר מתקנים בטכנולוגיה זו לדוגמה במחלקת אשפוז אונקולוגית בית החולים הדסה.

הסטת אנרגיה- אגירת גושי קרח בלילה

מערכת המאפשרת שימוש באנרגיה זולה בלילה ומפחיתה את עומסי החשמל בשעות היום. מדובר במערכות להסטת אנרגיה, באמצעות יצירת מאגרי מים קרים או מאגרי קרח, המאפשרת הסטה של למעלה מ-40% מהספק מתקן מיזוג האוויר משעות השיא ביום לשעות השפל בלילה. בישראל קיימים מספר לא מבוטל של מתקנים כאלו, בעיקר במבנים ציבוריים וממשלתיים. כתוצאה מחוסר תמיכה ממשלתית, במגזר הפרטי מערכות אלו כמעט שלא בוצעו. עידוד מערכות הסטת אנרגיה, כמקובל בעולם המערבי, באמצעות חברת החשמל היה מאפשר צמצום משמעותי של שיאי העומס הנגרמים כיום. עלות התמיכה הנדרשת ליחידת אנרגיה מוסטת היא כמחצית מהעלות הנדרשת להקמת יחידת אנרגיה חדשה . דהינו במידה וניתן יהיה להסיט 500 מגוואט העלות לתמיכה הממשלתית תהיה מחצית מעלות הקמת תחנת כוח בתפוקה זהה ושוב לא נלקח בחישוב העלויות הקשורות בבריאות האוכלוסייה.

אנרגיה ירוקה וממוחזרת

באמצעות חום מקולטים סולריים ניתן לייצר אנרגיה למערכת מיזוג אוויר באמצעות מקררי ספיגה. כמוכן חום שיורי (שנוצר לדוגמה מחדרי מחשבים ומוזרם אל המעבים מחוץ למבנה), יכול להיאסף ולשמש לחימום מים לצריכה סניטרית. במתקנים תעשייתיים בהם תהליך היצור מייצר חום גבוה המשוחרר לסביבה (לדוגמה ביו-גז) ניתן להתקין מערכות ספיגה המייצרות מים קרים למערכת מיזוג האוויר (ללא השקעת חשמל). לאור צניחת מחירי מערכות אלו ובהשוואה לעליה במחירי החשמל, זמן החזר ההשקעה מתקצרים והופכים מערכות מחזור אנרגיה להיות כלכליות.

מחליפי חום אוויר-אוויר

טכנולוגיה העושה שימוש באנרגיה של האוויר הקר הנפלט מהבניין. שימוש במחליפי חום אויר-אויר בין האוויר החיצוני והאוויר הנפלט מהמבנה (מפליטת השירותים לדוגמה) מאפשר להקטין את אובדן האנרגיה ולשפר את היעילות של מתקן מיזוג האוויר. כתוצאה מהחיסכון הנמוך לעומת העלות הראשונית טכנולוגיה זו מיושמת בצורה מוגבלת בישראל ונפוצה מאוד באירופה (אולם גם במדינות חמות מסביבנו כמו במצרים ובמדינות המפרץ).

סיכום

בהתאם לבקשת חברת החשמל, בנין המשרדים הראשי בחיפה (ששטחו כ-70,000 מ"ר) אשר אוכלס לפני כשנתיים, תוכנן כמבנה מתקדם מבחינת מערכת מיזוג האוויר. הבניין מהווה ציון דרך מבחינת שילוב טכנולוגיות כגון: מאגר קרח, מערכת VAV, שימוש בחום שיורי, Cold air distribution , מחזור מי עיבוי, מערכת בקרה מתקדמת, מעטפת מבנה חכמה ועוד. מערכות אלו מביאות לחיסכון מרבי בעלויות תפעול מערכת מיזוג האוויר לעומת מבנים מקבילים.

לו היה נעשה בשנים האחרונות מאמץ לאומי להקטין את צריכת החשמל במערכות מיזוג אוויר או לפחות להסיט השיא לשעות השפל - אפשר היה לדחות במספר שנים את הקמת תחנת הכוח הבאה בישראל, לצמצם את זיהום האוויר- המקומי והגלובלי, להקטין את התלות בדלק המיובא ולצמצם את התחלואה הקשורה לזיהום האוויר.

הכותב הינו מהנדס מערכות מיזוג אוויר מתקדמות ושותף מנהל במשרד 'אסא אהרוני מהנדסים יועצים בע"מ' המתמחה בתכנון ופקוח על פרויקטים בארץ ובחו"ל בתחומי אנרגיה, מזוג אויר, קירור ובניה ירוקה.
 www.a-aharoni.com

בנייה ירוקה – חמשת אבני היסוד

מאת: מהנדס יהושפט אהרוני

הבניה הירוקה בישראל תופסת תאוצה, שכונות מגורים ומרכזים מסחריים מצהירים על בניה ירוקה ידידותית לסביבה ולאדם. כמו כן משמשת הבניה הירוקה כמנוף שיווקי ופרסומי לפרויקט. עם זאת התקן האמריקאי לבניה ירוקה LEED, המחמיר יותר מזה הישראלי, אינו ניתן עדיין לאף פרויקט בישראל. אם ברצונכם לתכנן את השכונה הירוקה הבאה, לבנות אגף ירוק במפעל או להקים את הקניון הירוק הראשון בישראל, שימו לב מה הן דרישות התקן בדרך להנפת הדגל הירוק.

המושג בניה ירוקה מתייחס לתהליכי תכנון ובניה המקטינים משמעותית או מעלימים את ההשפעות השליליות של הבניין על הסביבה ועל הדיירים. תכנון וביצוע של מבנה המיישם את עקרונות התכנון הירוק, מייצר מבנה חסכוני בהוצאות אנרגיה ומים ופחות מסוכן לבריאות השוהים בו.

תקן בניה ירוקה ה- LEED

המועצה האמריקאית לבניה ירוקה (USGBC) פיתחה תקן בניה המודד באיזו מידה הבניין "ירוק". שיטת המדידה קרויהLEED (leadership in energy environmental design).

בתקן הנ"ל מוגדרות עשרות דרישות שמילוי כל אחת מהן גורר קבלת ניקוד. רק במידה וכמות הדרישות שמוטמעות עובר סף ניקוד מינימאלי, ניתן להגיש את הפרויקט לקבלת דרוג רשמי של מבנה "ירוק" על פי התקן. ניקוד גבוה יותר מראה שהמבנה "ירוק" יותר.

ישנן מספר ואריאציות לתקן ה- LEED בהתאם לסוגי מבנה שונים כגון: בנין חדש, שיפוץ בנין קיים, בית מגורים, שכונת מגורים, שיפוץ פנימי וכו'.

דרישות הבניה הירוקה מחולקות באופן מעשי לחמש קטגוריות עיקריות המהוות את חמשת אבני היסוד של הבניה הירוקה. כל אחת מהקטגוריות מגדירה דרישות שונות בבניה הירוקה.

הקטגוריה הראשונה, אתר בר קיימא, מתייחסת לאספקטים כגון: ציפוף הבינוי, מזעור הפגיעה בסביבה בזמן הבניה, תכנון חלופות לתחבורה פרטית ונגישות לתחבורה ציבורית ואופניים. נקודות זכות נוספות ניתנות למיקסום שטחי הגינון, טיפול במי הנגר ע"י מערכות ניקוז והשבתם לקרקע ומניעת תופעת "איי חום" באמצעות גינון גג ובחירה נכונה של סוגי המשטחים מסביב למבנה. תופעת "איי חום", יוצרת התחממות בתוך הערים בעקבות חום הנאגר במשטחי האספלט וגגות הבתים במשך היום ונפלט בלילה, חום זה מקשה ומעמיס על פעולת המזגנים וגורם לאי נוחות לשוהים במרחב העירוני. בנוסף נבחן אפקט "זיהום" תאורה. אפקט זה מתייחס לעודף תאורה היוצא ממבנה ומשפיע על הסביבה וקו הרקיע. הקטגוריה השנייה, שימור מים ונצילות הצריכה, כוללות דרישות לחיסכון מקסימאלי בצריכת מים שפירים (מתוקים) לגינון ושימוש בטכנולוגיות למחזור מים. התקן אינו ממליץ או דורש סוגי טכנולוגיות מסוימים לחיסכון במים אלא קובע מדדים לצריכה לפי גודל המבנה ואיכלוסו.

הקטגוריה השלישית, נצילות האנרגיה במבנה ואנרגיה מתחדשת, נחשבת למשמעותית והחשובה ביותר ולכן גם בעלת אפשרות הניקוד הגבוהה ביותר. ישנן דרכים רבות ויצירתיות לחסכון באנרגיה על ידי אמצעים פאסיביים כגון: זוויות העמדת המבנה בהתאם לכיווני הרוח והשמש, הצללת החלונות ובידוד מעטפת משופר מעבר לנדרש בתקני הבנייה הסטנדרטיים. לצד זאת, ישנן דרישות לאמצעים אקטיביים כדוגמת מערכות בקרה וויסות, שימוש בחום שיורי (מחדרי מחשבים לדוגמה) ושימוש באנרגיה מתחדשת כדוגמת תאים פוטו-וולטאיים או אנרגיית רוח.

לאחר מכן מבחן אספקט שימור חומרים ומקורות. הדרישות בקטגוריה זו כוללות דרישות שנועדו להקטין את הצריכה והכרייה של חומרים לצורכי בניה ולאפשר הפרדת האשפה ומחזורה לרבות בזמן הבנייה. התקן הירוק מעודד שימוש בחומרים מקומיים המונע זיהום הנגרם כתוצאה מהובלת חומרים, בנוסף, מעודד שימוש בעץ תעשייתי ובחומרים המתחדשים במהירות כדוגמת במבוק.

הקטגוריה האחרונה בוחנת את איכות הסביבה הפנימית במבנה. קטגוריה זו, כוללת דרישות שנועדו להשגת תנאי נוחות טובים יותר לאנשים החיים בתוך המבנה. בני האדם שוהים 93% מחייהם בתוך מבנים העלולים להזיק לבריאות, מסיבה זו ניתנה חשיבות גדולה לצמצום השימוש בחומרים נדיפים כגון צבעים, דבקים ושאר חומרי הגמר במבנה. בנוסף, נקודות זכות ניתנות ככל שמתאפשרת יותר חדירת אור יום לשטחי המבנה.

בעת תכנון פרויקט חדש יש לבחון את דרישות התקן ולבדוק התכנות של בניה ירוקה. בסיוע יועצי הפרויקט השונים, ניתן ליצור "טבלת שליטה" המאפשרת לתמחר את העלות, החיסכון ואת החזר ההשקעה. באמצעות "טבלת שליטה" זו, יכולים היזם וצוות התכנון לקבל החלטות מבוססות כלכלית ולהגדיר את הדרישות "הירוקות" שיוטמעו בתכנון ובביצוע.

הפרויקט הירוק הראשון בישראל הצפוי לקבל את הסמכת תקן ה-LEED כמרכז ירוק הנו מרכז המבקרים של גני רמת הנדיב, בזיכרון יעקב. הפרויקט קיבל הוכתר כמצטיין על ידי התקן הישראלי לבניה ירוקה. במהלך ביצוע הפרויקט יושמו דגשים ירוקים על פי הקטגוריות שצוינו. בבחינת הגדרתו כאתר בר קיימא נבנה מרכז המבקרים החדש, בשטח של כ-3,000 מ"ר, על מגרש אשר שימש בעבר כמגרש חנייה. כמו כן, הפרויקט ממוקם בקרבת תחבורה ציבורית. בנושא שימור המים, באתר מבוצע מחזור מלא של כל השפכים על ידי מכון טיהור. על מנת לצמצם את צריכת האנרגיה במבנה כוסה הגג באדמה המצלה אותו ומסייעת להפחתת חדירת חום למבנה.באתר הותקנה מערכת מיזוג גיאותרמית העושה שימוש באדמה כמקור אנרגיה לקירור המבנה בקיץ וחימום בחורף. כמו כן, בוצע פיקוח צמוד על המערכות האלקטרו מכאניות. הטמעת הפתרונות השונים השיג 30% חיסכון בצריכת האנרגיה בהשוואה לבנין בגודל זהה.

תחת קטגוריית חומרים ומקורות בוצע ניצול מקסימאלי של פסולת הבנייה. באתר הוקמה מערכת להפרדת אשפה ונעשה שימוש בחומרים ממוחזרים. באשר לאיכות תנאי פנים, אושרו לשימוש רק צבעים, חומרי איטום ודבקים העומדים בדרישות התקן לפליטה מינימאלית של תרכובות אורגניות (VOC ).

הכותב הינו מהנדס יועץ לבנייה ירוקה ושותף מנהל במשרד 'אסא אהרוני מהנדסים יועצים בע"מ' המתמחה בתכנון ופקוח על פרויקטים בארץ ובחו"ל בתחומי אנרגיה, מזוג אויר, קירור ובניה ירוקה. www.a-aharoni.com

בתי החולים זקוקים לתקינה ירוקה

יהושפט אהרוני

בתי החולים הוכרו לפני שנים כיעד לייעול צריכת אנרגיה ומים. עלות צריכת החשמל המוערכת של מרכז רפואי ממוצע בישראל הנה כ-15 מיליון שקל בשנה. בכימות הצריכה לפליטת גזי חממה, מדובר בגורם בעל השפעה בלתי מבוטלת על זיהום האוויר ובריאות התושבים.

הייתכן שבתי החולים לוקחים חלק בגרימת החולי בציבור? תקן הבנייה הירוקה העולמי LEED מייחד קטגוריה נפרדת לבתי חולים, מתוך הכרה בנזק שהם עלול להסב לציבור. לצורך כך הוקם ה-GGHC (Green Guide for Health Care) שגיבש תובנות ומסקנות וחיבר את המדריך הירוק המלא להקמת בתי חולים.

דרישת הסף הראשונה על-פי תקן ה-LEED בדרך לבית חולים ירוק הינה תכנון משולב. בית חולים הינו מבנה עתיר מערכות ופונקציות, כגון מכשירי קרינה, מיזוג ותאורה. על תהליך התכנון להיות קבוצתי.

לצורך חיסכון באנרגיה נדרש לבדוק את נצילות האנרגיה של ציוד רפואי. יש להתקין מערכות לאספקת אנרגיה מתחדשת בהיקף של לפחות 1% מצריכת האנרגיה של המבנה, ולתכנן מעטפת מבנה עם ביצועיים אנרגטיים משופרים. בנוסף יש לדאוג למינוי מפקח מערכות אלקטרו-מכאניות, והצבת מערכות למעקב ממוחשב אחר החיסכון באנרגיה.

חיבור לעולם הטבע זוכה להתייחסות משמעותית בתקן ה-LEED על-ידי יצירת אזורי טבע וגנים בתוך המבנים ומחוצה להם, תוך שימוש מקסימאלי באור השמש. יש למנוע מעבר זיהומים באוויר ולדאוג לחיטוי האוויר, וזאת על מנת להקטין את תפוצת המזהמים דרך מערכת המיזוג. התקן דורש התקנת מערכת התראה על ירידה באיכות האוויר והזרמת אוויר צח לחלל החדר. בגזרת החומרים יש להפסיק את השימוש בכספית נוזלית המצויה בתרמוסטטים, מדי חום ופלואורסנטים. יש לדאוג לחסכון ב-50% בשימוש במים מתוקים על-ידי גינון בצמחיה מתאימה, שימוש במערכות סגורות, מי מזגנים וטכנולוגיות לחסכון במים.

בתי החולים זקוקים לתקינה ירוקה

זיהום אור? יש דבר כזה

                                  (יהושפט אהרוני, מהנדס יועץ לבנייה ירוקה (פורסם בטור בגלובס

בתל אביב אין כוכבים. חוסר היכולת לראות כוכבים בסמוך למרכזי ערים, ותאורת רחוב המאירה לפנים הבית, נוצרו עקב "זיהום אור". לבנייה הירוקה יש פתרונות לכך.

"זיהום אור" מוגדר כעודף תאורה הנפלט ממבנה לכיוון השמיים או לסביבת האתר, וגורם לבוהק וסנוור. עודפי התאורה גורמים לצריכת אנרגיה מוגברת ובעיות אקולוגיות, סכסוכי שכנים והסתרת הכוכבים בשמי הלילה. הזיהום נובע מתאורה מלאכותית כגון פרסום חוצות, תאורת בניינים, תאורת רחוב ותאורת מגרשי ספורט, שאינה ממוקדת וגורמת להפצת אור מיותר.

תקן הבנייה הירוקה העולמי LEED מייחד דרישה ספציפית להקטנת זיהום התאורה. כוונת הדרישה להקטין למינימום את "הסגת הגבול" של התאורה מעבר לגבולות המגרש. המדידה נעשית על-ידי לוקס, יחידות הארת שטח למ"ר.

התקן מגדיר את הדרישות לטיפול בזיהום אור מהמבנה לפי סוג האזור שבו הוא ממוקם. באזור חשוך, כדוגמת פארקים ואזורים כפריים, יש לתכנן תאורה חיצונית שתייצר עוצמת תאורה מקסימלית של עד 0.1 לוקס בגבול המגרש ומעבר לו. באזור מגורים המגבלה היא 1 לוקס; באזור מסחרי או מגורים רווי עד 2.1 לוקס; באזור מרכזי ערים ובידור עד 6.5 לוקס. בכל המקרים מדובר בגבול המגרש ובמרחק של חמישה מטרים מעבר לו מותר עד 0.1 לוקס.

בתוך המבנה יש לבחור בגופי תאורה עם מעטפת מתאימה, כך שתימנע "זליגת" אור דרך החלונות החוצה. מחוץ למבנה יש להשתמש בתאורה המכוונת אל פני הקרקע, ולא בתאורה בעלת סימטריה כדורית.