תכנון חכם של מערכות מיזוג אוויר

תכנון חכם של מערכות מיזוג אוויר

יש להן השפעה אדירה על עלויות ההקמה והתפעול של מבני התעשייה והמסחר שהן משרתות ולכן חשוב לדעת שבמרבית מערכות מיזוג האוויר ניתן לשפר את הנצילות האנרגטית ב- 15%-10% תוך השקעה כספית זניחה

מהנדס רפי אהרוני
מערכות מיזוג האוויר בבתי עסק ובנייני משרדים הינן צרכניות גדולות של אנרגיה. בחירת ותכנון המערכות וכן דרך הפעלתן משפיע על עלויות ההקמה ועלויות תפעול המבנה. תכנון משולב עם ראייה כוללת מביא לחיסכון מרבי והקטנת הוצאות התפעול.
 
ההיגיון הכלכלי
מערכות מיזוג האוויר והקירור מנצלות כ-70%-50% מחיבור החשמל של מבנה מסחרי ומשרדי טיפוסי. ההוצאה הראשונית של הקמת המתקנים היא 15%-10% מערך המבנה, בהתאם לסוג המבנה. אולם, בחישוב עלויות לאורך חיים (Life Cycle) של 40-20 שנה עולה, כי משקל הוצאות התפעול בעלות הכוללת הינו משמעותי ועלול להשפיע בצורה רבה על הרווחיות. מאידך, הדיירים לא נותנים תמיד את דעתם לנושא הנצילות האנרגטית של המתקנים ולהקטנת עלויות תפעול. 
 
עם עליית מחירי הדלק, מחיר החשמל עולה וצפוי לעלות אף יותר. העלאת מחיר החשמל תגרום להגדלה ישירה בעלויות התפעול ולהקטנת התחרותיות מול המתחרים. 
עם עליית המודעות לאיכות הסביבה, יש הנותנים כיום העדפה לפתרונות "ירוקים" המשפרים את תדמית החברה המאכלסת את המבנה. מערכות חוסכות אנרגיה נחשבות כמערכות "ירוקות" מכיוון שהן מקטינות את פליטת ה-CO2  בתחנות הכוח, המהווה מקור זיהום עיקרי לסביבה.
 
תכנון לשיפור הנצילות האנרגטית
במרבית מערכות מיזוג האוויר ניתן לשפר את הנצילות האנרגטית ב- 15%-10% תוך השקעה כספית זניחה. במבנה  בשטח 10,000 מ"ר החיסכון מתבטא בכ- 36,000 דולר ויותר לשנה. בתכנון מתקדם הכולל שימוש בטכנולוגיות חדשות שרובם טרם בוצעו בארץ ניתן לחסוך עד 40% באנרגיה, דהיינו כ-100,000 אלף דולרים לשנה. במבנים גדולים יותר ניתן אף להגדיל את החיסכון יותר. 
תכנון מערכת מיזוג האוויר והקירור צריך להתבסס על חישוב עלות למחזור חיים של 40-20 שנה. יש לבחון חלופות שונות תוך בדיקת ROI - החזר ההשקעה ורגישויות. הכנת הדו"ח צריכה להתבסס על תוכנות סימולציה מתאימות הלוקחות בחשבון את תנאי מזג האוויר, מיקום המבנה, עלויות תפעול, עלויות מים וחשמל ועלויות תחזוקה ולא חישוב מקורב.
75% מהעלויות לאורך חיי המתקן נקבעות עם קבלת ההחלטות הראשוניות הנוגעות לשיטות המוצעות. תכנון מערכות חסכוניות יצמצם הוצאות החשמל. תכנון המאפשר תחזוקה קלה ויעילה יצמצם הוצאות התחזוקה ומכאן שיקטין גם הוצאות תפעול. תכנון הלוקח בחשבון ראייה סביבתית יחזק את תדמית היזם ומביא ערך מוסף בשיווק המבנה. הנזק הכלכלי לבעלי החברה כתוצאה מבחירת שיטות לא יעילות ותכנון שאינו מאפשר תחזוקה יעילה הוא עצום ויכול להביא לעלויות יצור בלתי סבירות.
 
שיטות מקובלות
קיימות מספר שיטות למיזוג האוויר בבנייני משרדים, מסחר ותעשייה. ההחלטה לגבי השיטה הינה מכריעה לגבי עלויות התפעול. ההחלטה תלויה בגודל המבנה, החלוקה לחללים שונים, מכירה/השכרה, מיקום גיאוגרפי ועוד.
השיטות המקובלות כוללות מזגנים מפוצלים ומיני מרכזיים (בדרך כלל למבנים קטנים) וכן מערכות מרכזיות עם 2 צינורות מים (2 pipe system) או ארבע צינורות מים (4 pipe system). שיטות החימום כוללות חימום חשמלי מקומי, חימום באמצעות דודי החימום וכן שימוש במשאבות חום.
 
חיסכון באנרגיה
 
לשם השגת חיסכון באנרגיה יש לטפל בכל מרכיבי המערכת:
1. ברמת המבנה (טיפול במעטפת המבנה, חלונות, קירות, קירות מסך, תקרות זכוכית וכו')
2. ברמת מרכז האנרגיה (חדר המכונות או "היחידה החיצונית")
3. ברמת החדר ("היחידה הפנימית")
 
בזמן תכנון וביצוע המבנה יש לקבל החלטות משמעותיות לגבי רמת הבידוד של הקירות והתקרות. על המבנה לעמוד לפחות בדרישות התקן הישראלי לבידוד תרמי 1045 המהוות סף תחתון. בחירת החלונות, קירות המסך ותקרות מסך צריכה להתבצע בשילוב מהנדס מזוג אוויר מנוסה שיציג את המשמעויות בשיפור הבידוד בחיסכון לאורך חיי המבנה. לעיתים קרובות ומשיקולי עלות ראשונית נבחרת מעטפת זולה, אולם התשלום הוא בהגדלת מתקן מיזוג האוויר, חיבור החשמל והעלאת עלויות התפעול. כיום ניתן להציע גם ביצוע חישובים (באמצעות תוכנותCFD  המבוססות על שיטת אלמנטים סופיים) המאפשרים חיזוי מדוייק של פילוג הטמפרטורה בכל נקודה במרחב המבנה.
 
החיסכון במערך יצור האנרגיה ייעשה באמצעות הפעולות הבאות:
חישוב העומס התרמי המכסימלי הינו שלב ראשוני בתכנון המערכת. החלטה לגבי גיבוי ויתירות וכן מקדמי שימוש (כמה פועל בו זמנית) הינה מכרעת לגבי העלות הראשונית של המערכת.
בחירה נבונה של טכנולוגית המדחסים ומחליפי החום וכן בחינת שימוש במאגרי אנרגיה (מים, קרח ותמיסות אוטקטיות).
בחירה נבונה של טכנולוגית העיבוי. במחיר המים והחשמל כיום בחירה בעיבוי אוויר אינה תמיד הפיתרון הנכון מבחינה כלכלית ויש לבצע בחינה טכנו-כלכלית לכל מתקן בנפרד. כיום ניתן להציע גם חלופות עיבוי אחרות מאוויר ומים. לחלופות אילו עלויות תפעול נמוכות מאד אולם ההשקעה הראשונית בד"כ גבוהה יותר. במבנים הקרובים לחוף הים חלופות אלו מאפשרות חיסכון משמעותי בעלויות התפעול.
תכנון מדויק של פעולת חדר המכונות בעומס משתנה. מרבית שעות פעולת המתקן הינה בעומס חלקי (עקב עומס נמוך או טמפרטורה חיצונית נמוכה). תכנון והפעלת המערכת צריך להביא לנצילות מרבית בכל נקודת זמן.
תחזוקה נאותה (כגון ניקוי משטחי מעבר חום) הינה גורם מכריע בחיסכון באנרגיה. חוסר בתחזוקה יכול לגרום לעלייה בצריכת האנרגיה בכ-15%. תכנון נכון יאפשר גישה לתחזוקה נוחה.
מערכת בקרה נאותה לתפעול המתקן יכולה להביא לחיסכון של 30%, על ידי התאמת הטמפרטורות השונות ולחצי העבודה בהתאם לצורך.
ניצול חום שיורי או חום סולרי – ניצול פליטת חום ממעבי מערכת קירור חדרי המחשב לחימום אוויר צח או ניצול חום שיורי מהאוויר הנפלט מהמבנה על ידי מחליפי חום אוויר/אוויר. טכנולוגיות אלו מקובלות בעולם אולם מטעמים שונים שולבו במידה מועטה בארץ.
 
חיסכון באנרגיה במערך ניצול האנרגיה (החדר או שטחים ציבוריים) ייעשה בדרכים הבאות:
מערכות פיקוד חדר - הינן גורם מכריע בחיסכון באנרגיה. מבנים בהם הותקנו מערכות חדר המחוברות לבקרת המבנה, מציגים חיסכון של עד 50% בצריכת האנרגיה של המבנה. בחירת סוג המערכת צריך לקחת בחשבון כי הדיירים מכירים כיום את מערכות הבקרה ונוטים לשבש פעולתן.
הפעלה נכונה של מערכות מיזוג אוויר כולל שימוש באוורור טבעי בחלק מהזמן ובהתאם לתנאי החוץ. בירושלים לדוגמה מספר רב של שעות פעולה בהם ניתן להשתמש באוורור טבעי.
הפעלה לפי לוחות זמנים של מפוחים שונים כולל מפוחי אוורור שירותים.
 
החזר השקעה בזמן קצר יחסית
נראה כי תכנון מדויק הוא שלב קריטי בתכנון מערכת חסכונית באנרגיה. ניתן לראות בארץ דוגמאות רבות של מבני משרדים דומים מבחינת המיקום, סוג הדיירים והגודל אשר עלויות התפעול הינן שונות. לצורך שיפור המערכת יש להתמקד בכל אחד מחלקי המערכת בנפרד – הן במערך יצור האנרגיה והן במערך ניצול האנרגיה. ניתן לשפר מערכות קיימות בכ- 15% תוך השקעה נמוכה. החזרי השקעה לשיפורים אלו היא בתחום של 4-2 שנים ופחות.
לבחירת צוות התכנון השפעה דרמטית על עלויות ההקמה והתפעול של המבנה. יש לזכור כי תכנון המאפשר קבלת מבנה חסכוני באנרגיה דורש בד"כ יותר עבודה מהמתכננים השונים. כיום אין תמריץ כלכלי לצוות התכנון לפעול בכיוון הפחתת עלויות התפעול מעבר ליושרה המקצועית. בחירת הצוות הינה בד"כ על פי הצעת מחיר התכנון הזולה ולא על פי מדדים של הצלחה דהינו - עלות נמוכה לחיי המתקן (עלות ראשונית ועלות תפעול). 
 
 
*הכותב הנו מבעלי משרד אסא אהרוני מהנדסים ויועצים בע"מ 
 










פי.סי.חץ