יעילות אנרגטית בתכנון

התקן הישראלי לבידוד תרמי - ת"י 1045, מגדיר דרישות מינימום לרמת הבידוד התרמי של חלקי מעטפת הבניין בהתאם לאזורי האקלים אותם הגדיר התקן, כלהלן:

אזור א' - רצועת החוף
אזור ב' - השפלה הפנימית, הנגב הצפוני, עמק יזרעאל ודרום רמת הגולן
אזור ג' - אזור ההר, הכולל את צפון רמת הגולן, הרי הגליל, השומרון, יהודה והר הנגב
אזור ד'- עמק הירדן והערבה

מחקר שנעשה בהזמנת המשרד לאיכות סביבה ( מיפוי הפוטנציאל לבניה אקלימית ירוקה באזורי מדינת ישראל- י.עציון, א.אראל, ב.פורטנוב מהמכון לחקר המדבר ע"ש בלאושטיין, אוניברסיטת בן-גוריון, שדה בוקר), מציין כי חלוקה זו אינה עונה על צורכי התכנון של בניה חוסכת אנרגיה, מאחר שאין היא לוקחת בחשבון את גורם הלחות, שיש לו השפעה רבה על עומס החום באזורים כגון מישור החוף.

כמו כן אין התקן מתייחס לגורמים אחרים המשפיעים על צריכת האנרגיה, כגון מעבר חום בקרינה ובהסעה וניצול פסיבי של אנרגית השמש. המחקר הנ"ל ממליץ להגדיל את רמת הבידוד התרמי של המבנים פי 3 מהמומלץ בתקן הישראלי ת"י 1045.

ברוב שיטות הבניה המקובלות, עלות הגדלת רמת הבידוד התרמי נמוכה יחסית והחסכון בעלות האנרגיה לחימום/קירור הבית תכסה את העלות הנוספת תוך תקופה קצרה.

משיקולים של תכנון לניצול פסיבי של אנרגית השמש, ממליץ המחקר על הגדלת שטח החלונות הפונים לדרום ברוב אזורי הארץ, כמפורט להלן, ועל הקטנתם באזורים החמים לכדי 10% ואף פחות, משטח הרצפה.

להלן סיכום ההמלצות:
1. באזור תל אביב, עזה ונתב"ג - הגדלת שטח החלונות הפונים לדרום עד 20% משטח הרצפה.
2. באזור ירושלים, באר שבע, נצרת עילית, דורות, כפר בלום, רכס רמון - הגדלת שטח החלונות הפונים לדרום עד 30% משטח הרצפה.
3. באזור דגניה, יריחו ואילת - הקטנת שטח החלונות הפונים לדרום ל 10% משטח הרצפה ואף פחות מכך.

דרישות התקן הישראלי לבידוד תרמי מפורטות בטבלאות שלהלן, הלקוחות מתוך ת"י 1045:

בתכנון נכון של בניה לחסכון באנרגיה יש להקפיד על מספר גורמים חשובים, כמפורט להלן:

• תכנון קומפקטי ככל האפשר, מתוך מטרה להקטין ככל האפשר את שטח מעטפת המבנה.
  ככל ששטח מעטפת המבנה קטן יותר, כך קטנה השפעת האוויר החיצוני על פנים הבית. לדוגמא: מבנה בעל תוכנית ריבועית הוא בעל שטח המעטפת הקטן ביותר, אך אינו יעיל תמיד כשלוקחים בחשבון היבטים נוספים כגון פונקציונליות של המבנה, ניצול אור יום, ניצול פסיבי של אנרגית השמש ושל רוחות שולטות לאוורור הבית.



• העמדת המבנה.
  העמדת המבנה כך שחזיתו העיקרית תפנה לצד דרום, תאפשר ניצול יעיל של אנרגית השמש לחימום הבית בחורף, אך גם בנושא זה על מתכנני הבית לקחת בחשבון היבטים נוספים כגון פונקציונליות של המבנה, ניצול אור יום וניצול של רוחות שולטות לאוורור הבית.



• מידות ומיקום של פתחים.
  גודל פתחים, מיקומם וסוגם משפיע על כמות אור יום שתכנס לבית, על האוורור של הבית, מידת חדירת חום לתוכו ע"י קרינה ועל המראה הנשקף דרך החלונות. גם כאן הדרישות השונות עלולות לסתור זו את זו, לדוגמא - חלון שמטרתו הכנסת אור יום, רצוי שיהיה בחלקו העליון של הקיר ובכך יאפשר הכנסת אור יום פנימה יותר לתוך הבית, אך מחלון כזה לא ניתן להשקיף לנוף!
  
  חלונות הפונים למערב מאפשרים כניסת קרינה ישירה של השמש לתוך הבית בשעות אחה"צ, שעות שבקיץ יש בהן דרישה רבה למיזוג אוויר. לפיכך רצוי להקטין את שטח החלונות האלה, אפילו עד למקסימום של 5% משטח הרצפה. אך אם מחלונות אלו נשקף נוף לים, היה מקום להגדיל את שטחם- שוב דרישות העומדות בסתירה זו לזו. במקרה כזה, על מתכנני הבית למצוא את הפתרון האופטימלי.
  
  שימוש בחלונות בעלי התנגדות תרמית גבוהה (בעלי זיגוג בן שתים או שלוש שכבות) ובזכוכית המונעת כניסה של חלק מתחום אורכי הגל של האור הגורמים לחימום (תחום הקרוב לאינפרא-אדום) ולדהייה של צבעים (תחום האולטרא סגול), יכול לפתור חלק מקונפליקטים אלו.



• הצללה.
  תכנון נכון של הצללה על החלונות, יבטיח מניעת חימום יתר של הבית עקב חדירה ישירה של קרינת השמש בקיץ, אך יבטיח חימום הבית בחורף על ידי קרינת השמש ויאפשר לדיירי הבית להינות מהנוף הנשקף מהחלונות.
  תכנון נבון של צמחייה סביב הבית ונטיעת עצים נשירים במקומות הנכונים, יבטיחו הצללה על קירות הבית בתקופת הקיץ החם מחד, כאשר עלוותם משתרעת במלוא תפארתה, ויאפשרו קליטת קרינה של השמש בחורף- עת הנשירה.

"בריחה" של אוויר דרך סדקים ומרווחים בפתחים, גורמת לאיבוד משמעותי של אנרגית חימום או קירור. לפיכך יש להקפיד על אטמים סביב דלתות וחלונות ולתכנן פרטי חיבור שיבטיחו אטימות מרבית של חיבור המשקופים לקירות.

מוקד נוסף של "בריחת" אוויר הוא סביב פתחי צנרת, החודרים דרך הקירות או הגג וגם בהם יש לטפל באמצעות איטום יעיל.

הגג וקירות המבנה, המהווים את השטח העיקרי של מעטפת המבנה, תופסים מקום חשוב בתכנון השואף לחיסכון באנרגיה. באזורים חמים בהם יש צורך בקירור הבית במשך תקופה ארוכה, שימוש בחומרי מעטפת בעלי כושר החזרה גבוה (Reflectivity High) יקטין במידה ניכרת את כמות החום שיספוג הבית דרך המעטפת. כתוצאה מכך - יקטנו ההוצאות על קירור הבית.

לחומרים בעלי צבע לבן, או גוון בהיר, כושר החזרה גבוה יותר מאשר לאותם חומרים בעלי גוון כהה. בשנים האחרונות פותחו לוחות חיפוי לגגות וחומרים לציפוי גגות בעלי כושר החזרה גבוה מאד, המכונים "גגות קרים" (ראה מאמר נפרד). הטמפרטורה אליה מגיעים חומרים אלו בשיא הקיץ, נמוכה בכ-20 (!) מעלות צלסיוס לערך מחומרים מקובלים.

בתכנון מעטפת הבית יש להמנע מיצירת גשרי קור המהווים גורם חשוב בהפחתת היעילות התרמית של הבית, ובהגדלת הוצאות האנרגיה לחימום ולקירור. שימוש בחומרי מעטפת בעלי מוליכות חום נמוכה (כושר בידוד תרמי גבוה) או בקיר דו שכבתי (ראה מאמר נפרד) מבטיח הקטנת השפעתם של גשרי הקור במבנה.

תכנון אופטימלי יאפשר חדירת אור לתוך הבית מבלי לאפשר חדירת קרינת שמש ישירה לתוך הבית בתקופת הקיץ. השאיפה היא להחדיר את אור היום באופן שיתפזר בתוך הבית ולא יהיה מרוכז במקום אחד.
החדרת האור פנימה ע"י החזרה של האור הפוגע בקיר לבן, בחלקו העליון, תגרום לפיזור נעים של האור בחדר, ללא חשש לסנוור ומבלי לגרום לחימום הבית.

שיטה נוספת להכנסת אור יום לחדרים פנימיים היא באמצעות צינורות תאורה, המאפשרים הכנסת אור יום רך ונעים מהגג לחדרים פנימיים. הצינורות הללו עשויים מאלומיניום מלוטש, בעל מקדם החזרה של 98%, והם מחוברים לכיפה שקופה מחומר פלסטי המותקנת על הגג.

הכיפה קולטת את אור השמש ומעבירה אותו באמצעים רפלקטים אל מפזר פלסטי המותקן על תקרת החדר הפנימי.

נושאים אלו נידונים במאמר נפרד

מסה תרמית של חלקי בניין מהווה מעין "מצבר" האוגר בתוכו חום (או קור), ומשחרר אותו לחלל הבית בשעות בהן הוא נדרש.

ניצול יעיל של תכונה זו, יכול לחסוך בהוצאות האנרגיה של הבית לחימום או לקירור, ובתכנון יעיל, להביא לביטול הצורך בחימום או בקירור מלאכותי של הבית.

המסה תרמית של חומרי בניה שונים גבוהה יותר ככל שהם בעלי דחיסות רבה יותר ואינם מכילים חללי אוויר.

להלן טבלה המפרטת את המסה התרמית של מספר חומרים נפוצים:

פעולת המסה התרמית וניצול פסיבי של אנרגית השמש לחימום בחורף:

משעות אחה"צ ועד הלילה, לאחר שקיעת השמש, החום שנאגר במסה התרמית שבבית משתחרר לחלל הבית ושומר על טמפרטורה נעימה.

בשעות הקטנות של הלילה משתחררת יתרת החום שנאגר במסה התרמית ומאפשרת שמירה על טמפרטורה נמוכה מעט יותר, אך המתאימה לשינה.

פעולת המסה התרמית וניצול ההצללה בקיץ:

מניעת חדירת חום לבית ביום:

הקור שנאגר ברצפה ובקירות במשך הלילה, משתחרר לחלל הבית.

איוורור הבית וקירורו במהלך הלילה:

אוויר הלילה מקרר את הרצפה והקירות ונאגר בהם.

בחדרים בהם יש חלונות הפונים לדרום מומלץ שרצפת הקומה התחתונה תהיה רצפת בטון המונחת ישירות על גבי הקרקע ( ללא בידוד תרמי בין הרצפה לקרקע) ובכך גדלה המסה התרמית המשתתפת באגירת החום בשעות היום, בחורף, ובשחרורו לחלל הבית לאחר שקיעת השמש, כך שיעילות הניצול של אנרגית השמש גבוהה יותר. בקיץ יש לבצע הצללה על החלונות הדרומיים.

בחדרים אלה מומלץ להשתמש בחיפויי רצפה שאינם מבודדים תרמית, כגון טרצו, קרמיקה ושיש ולהימנע משימוש בשטיחים.

קירות בטון וקירות מבניית בלוקי בטון, הם בעלי מסה תרמית גבוהה אך כדי שניצולה יהיה מקסימלי, יש להימנע מלהתקין בצידם הפנימי ציפויי פנים מבודדים, כגון ציפוי עץ או שטיחים.

מיקום המסה התרמית בבית:

למיקום של המסה התרמית בבית ולמיקום הבידוד התרמי, השפעה מכריעה על היעילות האנרגטית. על המסה התרמית להיות בתוך המעטפת המבודדת של הבית, כדי להבטיח שהחום (או הקור) שנאגר בקירות, ישתחרר פנימה לתוך הבית ולא החוצה.

בקירות הפונים לדרום, יש לדאוג להצללה ולבידוד חיצוני, כדי שלא יספגו חום רב מקרינה ישירה של השמש, חום שישתחרר במהלך היום והלילה לתוך הבית ויצור אי נוחות רבה.
בתוך הבית רצוי למקם קירות בעלי מסה תרמית בסמוך לתנורי חימום או לאח.