המגדל הירוק

המגדל הירוק

יחידות קורות קורנות, מערכת קורות קרות וצנרת תת רצפתית היוצרת את “אפקט המערה” הם רק חלק מפתרונות מיזוג האוויר והקירור שהותקנו במגדל האשפוז דוידסון במרכז רפואי הדסה עין כרם, והופכות אותו לאחד מהבניינים המתקדמים והחסכוניים באנרגיה במזרח התיכון

מהנדס רפי אהרוני. צילום מאיר קדוש


במרץ 2013 נחנך במרכז רפואי הדסה עין כרם, מגדל האשפוז על שם שרה וטסמן דוידסון ששידרג בבת אחת את תנאי האשפוז בבית החולים המרכזי של בירת ישראל. המגדל נהנה מתשתית מודרנית המאפשרת לאנשי הסגל הרפואי למצות את יתרונותיהם בכל תחומי הרפואה ובעיקר בתחומים הדורשים רמה טכנולוגית גבוהה כגון ניתוחים מונחי מחשב ורובוטיקה רפואית.
במגדל האשפוז19 קומות מהן 5 מתחת לפני הקרקע,500  מיטות, 20 חדרי ניתוח משוכללים (כולם מתחת לקרקע), ו-50 מיטות טיפול נמרץ. המבנה משתרע על פני כ- 100 אלף מ”ר, כמעט כפול מהבניין הישן שנחנך לפני קרוב ל-60 שנה, והינו מהמתקדמים בעולם. הבניין שעלותו הסופית היא 360 מיליון דולר, מתוכם 318 מיליון דולר לבינוי ו–42 מיליון דולר לציוד - נבנה בהתאם לתקני בנייה ירוקה (בהסתמך בעיקר על תקן LEED) וכלל טכנולוגיות בינוי חדישות. לקחים ראשונים משנת הפעילות הראשונה מראים כי המבנה מאפשר תנאי אשפוז מעולים, יעילות אנרגטית גבוהה, תנאי נוחות משופרים, רמת רעש נמוכה, צמצום משמעותי במרווחי התחזוקה וכן שיפור משמעותי בממדי יעילות רפואיים.

יחידות מים קרים בטמפרטורת מים גבוהה של 14 מעלות
מערכת מיזוג האוויר במבנה מבוססת על מערכת מים קרים ומים חמים (6 צינורות). מערכת המים הקרים בנויה משני מעגלי טמפרטורה שונים - הראשון בטמפרטורות אספקת מים 7 מעלות והשני בטמפרטורה של 14 מעלות צלסיוס.
על גג המבנה מותקנות 10 יחידות לקירור מים. חלק מהיחידות מסחררות את המים ליחידות טיפול באוויר (מחוברות למעגל הראשון של 7 מעלות), ומטפלות בעיקר בחדרי ניתוח ואוויר צח. חלק מהיחידות מסחררות מים בטמפרטורה של 14 מעלות צלסיוס אל יחידות תקרתיות מסוג קורות קורנות (Chilled beams). כמו כן, נעשה שימוש במים הקרים או החמים בצנרת תת קרקעית (מתחת לריצוף) לטיפול אקלימי באזורים הציבוריים (Radiant Cooling). הפרדת מערכות המים לשתי טמפרטורות מאפשרת חיסכון משמעותי, כיוון שצריכת החשמל של יחידות המספקות  14מעלות הינה נמוכה משמעותית מזו של יחידות המספקות  7 מעלות צלסיוס כמקובל במבנים אחרים.

מערכת קורות קרות (BEAMS CHILLED) לחדרי אשפוז ומשרדים
בפרויקט נעשה שימוש ביחידות קצה הפועלות בשיטת אינדוקציה הנקראת כיום קורות קרות (beams  ,(Active chilled המחליפה באירופה ובצפון ארצות הברית את השימוש ביחידות מפוח נחשון) הטכנולוגיה הנפוצה ביותר בישראל בסוג זה של מבנים(. עם תחילת תכנון הפרויקט, לאחר בחינת חלופות שונות ולאור היתרונות המוכרים לשיטה זו, סוכם כי יבנה פיילוט של השיטה במחלקה קיימת באחד המבנים הישנים, אשר הייתה בתהליך שיפוץ. לאור הצלחת הפיילוט, כאשר מעקב אחרי התוצאות נמשך כשלוש שנים, הוחלט על שימוש בשיטה זו בשטחים נרחבים של הפרויקט ובמיוחד בחדרי האשפוז והמשרדים השונים.
בשיטה זו, יחידת הקצה בתקרת החדר כוללת מחליפי חום בהם מסתחררים מים קרים או חמים) בהתאם לצורך) וכן מוחדר אוויר צח דרך נחירים. זרימת האוויר הצח מייצרת זרם אוויר מוגבר מתוך החדר )בדומה לאפקט ונטורי(, המאפשר סחרור אוויר בחדר של מעל 20 פעמים ספיקת האוויר הצח, ללא שימוש במפוח כלל.
היתרונות המרכזיים של חלופה זו הם:
1. אין צורך במפוח לסחרור האוויר;
2. פיזור האוויר בחדר הוא הומוגני ואין כתמים של טמפרטורה גבוהה או נמוכה;
3. טמפרטורת המים הנדרשת לקירור היא 14 מעלות, ומאפשרת חיסכון משמעותי באנרגיה;
4. מחליף החום הינו יבש, כיוון שהוא בטמפרטורה גבוהה מהטמפרטורה הלחה. יתרון זה מונע את הצורך במערכות ניקוז וכן מונע זיהומים וצבירת לכלוך במחליף החום. מכאן שלא נדרשים גם מסנני אוויר. התוצאה הינה מרווח גדול בין זמני תחזוקה )עד שלוש שנים!);
5. המערכת פועלת עם ברזים פרופורציונאליים, מה שמאפשר שמירת רמת לחות נמוכה. נתון זה מאפשר קבלת רמת נוחות מצוינת גם בטמפרטורת חדר גבוהה של 25 מעלות ואפילו יותר.

לאחר בחירת הספק, נבנה מודל בגודל אמיתי של חדר אשפוז בתוך מעבדה המאפשר דימוי תנאי הפנים והחוץ הקיימים, לצורך אישור התכנון ומיקום יחידות הקצה בתקרת החדר. במהלך הבדיקה נבחנו גם מהירות הזרימה והטמפרטורות בנקודות שונות במבנה, וכן רמות הרעש המתקבלות.

צנרת תת קרקעית (מתחת לריצוף) לטיפול אקלימי באזורים הציבוריים - אפקט המערה (Radiant Cooling) 
מערכת מיזוג האוויר בשטחים הציבוריים, כמו לובי הכניסה והגנים הרפואיים, מבוססת על שימוש בצנרת תת רצפתית. חלופה זו עושה שימוש בעיקרון הפיסיקלי של משטחים קורנים אנרגטית. בדומה לשהייה בתוך מערה, בה מורגשת תחושה של קור גם כשאין זרימת אוויר אלא רק מהדפנות הקרים, ובדומה לחימום רצפתי המוכר לכולם ,שימוש במשטחים קרים מאפשר להעניק לשוהים תחושה נוחה. מנגנון החלפת החום בין גוף האדם והסביבה המבוסס על קרינה, הינו היעיל והנוח ביותר לגוף האדם. בשיטה זו הותקנה צנרת תת רצפתית ובה מוזרמים מים ב15- מעלות צלסיוס במצב קירור על מנת להביא את טמפרטורת המשטח ל- -19-20 מעלות. שיטה זו הינה זולה במיוחד, לא נדרשות כמעט תעלות אוויר) למעט אוויר צח הנדרש לכל חלל). השיטה יעילה במיוחד, כיוון שהיא משתמשת במים ב-14 מעלות צלסיוס ומביאה להרגשת נוחות משופרת. השיטה מתאימה במיוחד לחללים גבוהים והיא מטפלת בנוחות בחלק הקרוב לרצפה, בטווח של כשני מטרים.

אמצעים נוספים לחיסכון באנרגיה
תפעול בית חולים מאופיין בשינויים משמעותיים באופי הצריכה במהלך היום ובמהלך השנה. לצורך התאמת הצריכה לעומס בפועל נעשה שימוש נרחב בווסתי מהירות ביחידות הטיפול באוויר לצורך התאמת ספיקות האוויר ובמיוחד במעגלי המים, בהתאם לשינוי אופי הצריכה. הקטנת הספיקה עלולה לשבש את איזון הזרימה בענפי הצנרת. כפיתרון לבעיה זו הותקנו במערכת ברזים אוטומטיים המאפשרים בקרת ספיקה ללא תלות בלחץ  (Pressure Independent). לאור ריבוי הקומות ובגלל הפרשי גובה והשימושים השונים של הקומות (קומות טכניות וקומות אשפוז) קיים לחץ שונה בכניסה לכל קומה הדורש איזון. בנוסף, נעשה שימוש בברזי ויסות ברמת הקומה, והותקנו ברזים בכניסה לכל חלל ממוזג )חדר אשפוז, חדר רופאים וכדומה). התקנת ברזי הוויסות כמתואר, מאפשרת פעולה תקינה ואיזון הידראולי של כל מערכת המים הקרים, החמים והמקוררים לקורות הקורנות בכל מצבי הפעולה השונים.
כל המערכות האלקטרו מכאניות מחוברות למערכת בקרה מרכזית מתוצרת TAC, המאפשרת ניטור של המערכות לצורכי תחזוקה וגם לצורך הפעלה מתוחכמת המבוססת על גילוי נוכחות, לוחות זמנים ודרישות השוהה .מערכת הבקרה מבוססת על פרוטוקול LON כך שמרבית יחידות הקצה כמו לוחיות הפעלה, ברזים, רגשים ורכיבי הבקרה מדברים ביניהם בתקשורת נתונים. לאור כמויות המידע המועברות ברשת התפעול של משק האנרגיה ,הוקמה רשת נתונים עצמאית מבוססת סיבים אופטיים, המגשרת בין הבקרים השונים ומרכזי התפעול הקיימים במרחב הקמפוס.

מסקנות ראשוניות מתפעול המבנה
לאחר הפעלה של למעלה משנה (קיץ וחורף מלאים), ובהתייחס לנתוני התפעול של מבנים אחרים בקמפוס הדסה, ניתן לקבוע בוודאות את הדברים הבאים:
1. צריכת האנרגיה של המבנה נמוכה משמעותית ממבנים דומים אחרים בקמפוס ונמוכה משמעותית מבתי חולים אחרים בארץ.
2. רמת הנוחות המתקבלת בחדרים הינה גבוהה. אמנם ניתן לכוון טמפרטורה בטווח רחב של 18-25 מעלות בכל חדר, אך כיוון שהמערכת מאפשרת רמת נוחות גבוהה ולחות נמוכה יחסית ,טיפוסי לראות בחדרים טמפרטורה של 24-25 מעלות. העלאת נקודת העבודה תורמת כמובן גם להקטנת עלויות התפעול.
3. צריכת תרופות ההרגעה וסמי השינה נמוכה משמעותית ממחלקות במבנים אחרים. נתון זה מצביע על רמת הנוחות והאקוסטיקה הטובה, שהינם חלק מיתרונות מערכת מיזוג האוויר) בשילוב עם חדרים של שני חולים לכל היותר).
4. בשנה הראשונה לא נדרשה תחזוקה בחדרי האשפוז. בדיקות מדגמיות העידו על ניקיון של מערכות האוויר. תקלות בודדות נרשמו כתוצאה מנזילות קלות במערכות המים (נתון טיפוסי למבנים חדשים).
לסיכום, ניתן לראות כי בחינת חלופות למערכות מיזוג האוויר מאפשרת חיסכון כלכלי משמעותי, שיפור איכותי ברמת הנוחות והחזרי השקעה מהירים, תוך מתן יתרון משמעותי לעומת מבנים דומים במרכזי רפואה מתחרים.
הכותב הינו מנהל שותף במשרד ‘אסא אהרוני מהנדסים יועצים’ שהופקד על תכנון מערכות מיזוג אוויר, קירור ויעוץ בנייה ירוקה בפרויקט.

קורות קורנות במגדל דווידסון
קורות קורנות (Chilled Beams) הינה שיטת מיזוג אוויר לחימום או קירור בניינים גדולים. צנרות עם מים עוברות דרך קורות (מחליף חום), התלויות קרוב לתקרת החדר. הקורות מקררות את האוויר סביבן שהופך להיות כבד יותר ויורד למטה לכיוון הרצפה. האוויר הקר מתחלף עם האוויר החם שנע למעלה, מה שגורם לזרם קבוע ומקרר את החדר. חימום החדר מתבצע באופן דומה. 
היתרון המרכזי של שיטת הקורות הקורנות טמון בעלות ההפעלה הנמוכה. העלות,  בהשוואה עם מערכות מיזוג אוויר סטנדרטיות עם אותה יכולת קירור, נמוכה כי: טמפרטורת המים הקרים המסופקות לקורות קורנות, גבוהה יותר; כמות האוויר המטופל המסופק לקורות קורנות, נמוכה; יט”אות מצוידות במפוחים קטנים יותר, דורשות פחות אנרגיה; קורות קורנות שקטות יותר מפני שאין בהן מפוחים; דורשות פחות נפח בתקרה ודורשות אחזקה מינימאלית.
יחד עם זאת, קורות קורנות יעילות יותר בקירור מאשר בחימום. בנוסף, הן לא יעילות בחדרים עם גובה תקרה של יותר מ-2.7 מטר כי האוויר לא זורם כמו שצריך; עם טמפרטורת מים נמוכה או לחות אוויר גבוהה, יתכן עיבוי על צנרת המים וטפטוף מהקורה קורנת; וקורות קורנות דורשות מערכות בקרה מיוחדות.
הקורות הקורנות מותקנות במשרדים, חדרי סמינרים וחדרי החולים במגדל האשפוז. בכל חדר מותקן תרמוסטט מסוג START/STOP. מדובר ביחידות מדגם “Parsol” תוצרת חברת Swegon. דגם זה בנוי עם חלוקת אוויר לארבעה כיוונים, שמאפשר לספק אוויר לחדר במהירות נמוכה. העיצוב המיוחד של הנקבים ליציאת אוויר יוצר זרימה טורבולנטית, הגורמת לערבוב מהיר עם האוויר של החדר. העיצוב של שכבת אוויר חוזר בחזית ה-“Parsol” גם תורם לערבוב יעיל. כמו כן ניתן לווסת את הנקבים לפי הצורך ובכך לשנות את כמות האוויר המסופק מכל צד.  

* מאיר קדוש, מהנדס מערכות אלקטרומכאניות וממונה בטיחות אש מוסדי המרכז הרפואי הדסה










פי.סי.חץ