מערכת מיזוג תרמו-סולארית היברידית

קולטי שמש - שפופרות ואקום
הדמייה של מערכת מיזוג האוויר
תשתית צנרת מים של המערכת

בבניין בית הספר ללימודי הסביבה ע"ש פורטר הותקנה מערכת מיזוג היברידית (משולבת) המופעלת כמעט ללא חשמל, באמצעות אנרגיית השמש, ומשלבת מגוון טכנולוגיות סביבתיות חדשניות. כל הטכנולוגיות הן ראשונות מסוגן בישראל, ומקדימות את המערכות המקובלות בבנייה המקומית ב-15-10 שנה. על פי התפיסה העומדת בבסיס הקמת הבניין הירוק , משרתת המערכת החדשנית שני יעדים: מטרות פונקציונאליות של חמום וקירור מצד אחד, והדגמה לציבור הרחב ולאנשי המקצוע מצד שני. אנו מקווים ומאמינים שמתכננים של בניינים נוספים יבואו אלינו כדי ללמוד ולהכיר את הטכנולוגיות החדשות, וישלבו אותן במבנים רבים ברחבי הארץ.

 
מערכת סגורה
מערכת המיזוג התרמו-סולארית החדשה היא מערכת סגורה, שבתוכה זורמת כמות קבועה של מים באופן מחזורי: שדה קולטי שמש מסוג שפופרות ואקום, המותקן על האקו-וול שבחזית הדרומית, מחמם מים לטמפרטורה של 100 מעלות; המים החמים זורמים אל  מתקן המכונה 'צ'ילר ספיגה' המותקן על הגג, שמהווה את לב מערכת המיזוג; הצ'ילר, מתקן קירור המופעל באמצעות אנרגיית החום של המים החמים, מייצר מים קרים; במקביל, תוך כדי התהליך, מאבדים המים החמים חלק מחומם, ומגיעים לטמפרטורה של 80 מעלות; המים החמים והמים הקרים זורמים מהצ'ילר אל מתקני המיזוג השונים בחללי הבניין, ויוצרים בהם סביבה נעימה בכל עונות השנה; מהחללים הפנימיים חוזרים המים אל האקו-וול ואל הצ'ילר, וחוזר חלילה. בסופי שבוע, כשאין פעילות במבנה, זורמים המים הקרים אל מרכז האנרגיה של הקמפוס, במטרה לסייע בצינון חללים נוספים, שזקוקים למיזוג בכל ימות השנה – כמו מרכזי מחשבים ומגורים של בעלי חיים. צ'ילר נוסף, הפועל באמצעות חשמל, הוצב לצדו של הצ'ילר התרמו-סולארי, למטרות גיבוי במקרה הצורך. 
 
יחידה לאספקת אוויר צח
המים הקרים המיוצרים על ידי הצ'ילר זורמים למתקן נוסף הממוקם על הגג: היחידה לאספקת אוויר צח. יחידה זו, שכוללת רדיאטור ומפוח, מקררת או מחממת את האוויר הצח בהתאם לעונה, ומשגרת אותו דרך פירים מיוחדים לתוך חדרי הבניין. 
 
האוויר הצח המגיע לחללים מפעיל מערכת לוויסות טמפרטורה, בעלת חיישנים שמזהים כמה אנשים נמצאים בחדר בכל רגע נתון. כך מושגות שתי מטרות:
1. שמירת הנוחות התרמית בחדר, שמוגדרת כ-22 מעלות ו-50% לחות;
2. החלפת האוויר הקיים באוויר צח, כדי להפחית את כמות המזהמים בחלל - כמו חיידקים ואדים של חומרים כימיים – אמצעי יעיל כנגד תופעת 'הבניין החולה'.  
 
כדי לנצל באופן מלא את האנרגיה האצורה באוויר עצמו, מוחזר האוויר 'המשומש' מהבניין אל מתקן נוסף שנמצא על הגג: קופסה בעלת מחיצות, שבה זורמים זה לצד זה (מבלי להתערבב) האוויר שעלה מהבניין והאוויר הטרי שעומד להיכנס לבניין. בדרך זו יכול האוויר 'הישן' להשפיע על הטמפרטורה של האוויר 'החדש', ולחמם או לקרר אותו לפי הצורך. כך לדוגמה, בימות הקיץ, כשהטמפרטורה בחוץ יכולה  להגיע ל-40 מעלות, ובתוך הבניין שוררת טמפרטורה נעימה של 22 מעלות, יכול האוויר היוצא לקרר משמעותית את האוויר הנכנס, ולחסוך עד 40-30% מעבודת הצ'ילר. 
 
 
מערכת קורות קורנות (Chilled Beams) 
טכנולוגיה ייחודית זו מפזרת את האוויר הצח בתוך חדרי המבנה ללא שימוש בחשמל. הקורות הקורנות, קורות אופקיות שמותקנות על התקרה, קולטות את זרם האוויר הצח המגיע מהגג ומזרימות אותו בלחץ אל תוך החדר. האוויר 'הישן' שבחלל עולה למעלה ומצטרף אל האוויר הטרי על פי עיקרון פיסיקלי המכונה 'אפקט ונטורי': אוויר הנע אופקית קדימה במהירות מושך אליו את האוויר הניצב אליו. בתוך הקורה פוגש האוויר רדיאטור של מים חמים או קרים (על פי העונה והצורך), ומכאן הוא זורם בחזרה אל החדר בטמפרטורה הנכונה, שנקבעה בתרמוסטט. 
 
 
אוורור טבעי
בימים עברו, טרם המצאת מיזוג האוויר, ידעו בני האדם ליצור תחושת נוחות אופטימלית בתוך המבנים, באמצעות תכנון נכון התואם את תנאי הסביבה והאקלים. מתכנני מערכת המיזוג של הבניין הירוק למדו מקודמיהם, והשכילו לחולל זרימה טבעית של אוויר בחללים הפנימיים – גם כשבחוץ לא נושבת רוח כלל. לשם כך הם הסתמכו על הפרשים בלחץ האוויר, הנובעים מהבדלי לחות וטמפרטורה. על גג הבניין נבנו ארובות שפולטות החוצה אוויר חם, ואילו בקומת הקרקע הותקנו פתחים שדרכם חודר לבניין אוויר חדש מבחוץ. פתחים אלה נפתחים ונסגרים באופן אוטומטי, על ידי בקרה ממוחשבת, בהתאם לכמות האוויר שנפלטת מהארובות, והאוויר הטרי זורם כלפי מעלה ומתפזר ברחבי הבניין. 
 
מערכת האוורור הטבעי תוכננה, לראשונה בישראל, באמצעות תוכנת CFD Computational) fluid dynamics). תוכנה זו מדמה את רמת האוורור בחללים הפנימיים על פי מגוון פרמטרים פיזיים, גיאוגרפיים ותכנוניים, כגון: קווי רוחב ואורך, טופוגרפיה, גובה מעל פני הים, אקלים מקומי, תכנון הבניין וכד'. 
 
 
רצפה מופעלת תרמית 
חלל הכניסה המרכזי של הבניין, האטריום, מתנשא לגובה של שלוש קומות – כ-16 מטר – ולכן דרושה אנרגיה רבה כדי לחממו.  מסיבה זו הותקנו ברצפת האטריום צינורות מים חמים, שמחממים את האוויר עד לגובה קומת אדם - כשני מטר. הרצפה הייחודית פועלת על פי עיקרון הקרינה: בחורף היא פולטת חמימות אל החלל, ואילו בקיץ סופגים הצינורות את  הקרינה הנפלטת מגוף האדם (כ-70-60 וואט לאדם), ומסייעים לשמור על טמפרטורה נוחה בחלל האטריום.  
 
 
אלמנטים פסיביים
בנוסף למערכות המיזוג האקטיביות הותקנו במבנה גם אלמנטים פסיביים שתומכים בנוחות בחללי הפנים ללא שימוש באנרגיה:
1. הצללה: האקו-וול שנבנה בחזית הדרומית יוצר הצללה על קירות המסך הגדולים, ומונע חימום יתר מקרני השמש. 
2. בידוד: קירות המבנה והזגוגיות שבקירות המסך, המהווים יחדיו את מעטפת הבניין, עשויים מחומרים בעלי בידוד תרמי ברמה גבוהה, שמשמרים את הטמפרטורה בחלל הפנימי.
 
 
אוניברסיטת תל-אביב, ת.ד. 39040, תל-אביב 6997801
UI/UX Basch_Interactive