השקעה יעילה

השקעה יעילה

עקרונות ויישומים מתקדמים בהתייעלות אנרגטית במערכות מיזוג אוויר

אבי אובליגנהרץ
בעידן המתאפיין בהתגברות פליטת גזי החממה ובשימוש במקורות אנרגיה קונבנציונאליים, בניינים הצורכים אפס אנרגיה, קרי- חישוב צריכת האנרגיה ופליטת הפחמן שלהם ניצבת על אפס בחישוב שנתי, הולכים וצוברים תאוצה לאור הנתונים המעידים על כך שבניינים צורכים כ-40% מכלל צריכת האנרגיה.
על מנת להגיע למצב שבו המבנים לא רק שאינם צורכים אנרגיה מרשת החשמל אלא אפילו מפיקים חשמל עבור הרשת בחלק ניכר מהזמן, הם חייבים להיות יעילים להפליא מבחינה אנרגטית. הפופולאריות הגוברת של מבנים מסוג זה יצרה מציאות של "מוצר מדף" לפתרונות שכאלה ברמות גבוהות של יעילות. 
החוכמה בתכנון והקמת מבנים כיום ובנייני "אפס אנרגיה" בפרט, לדברי מהנדס יוני מלאכי, סמנכ"ל תפעול בחברת משב הנדסת קירור ומיזוג אוויר, היא לשלב בין שלשה מרכיבים - מבנה חכם ויעיל (בידוד משופר, אוורור ותאורה טבעיים וכו'), ייצור אנרגיה מתחדשת במבנה עצמו וכן מערכות היעילות במיוחד מבחינה אנרגטית. לצורך הגברת היעילות האנרגטית יש לתת את הדעת על שלושת האלמנטים הבאים: שימור אנרגיה, שיפור היעילות האנרגטית ושימוש במקורות אנרגיה מתחדשת כמאגרי חום/קור טבעיים.

שימור אנרגיה

שימור או מיחזור אנרגיה מתייחסים לניצול אנרגיה זמינה הנפלטת אל מחוץ למבנה מבלי שנעשה בה שימוש חוזר. שתי הטכנולוגיות הבולטות בשימוש בשימור אנרגיה כיום הן: אוורור משמר אנרגיה (Energy Recovery Ventilation) וניצול חום שיורי (Recovery Heat). בשיטת אוורור משמר אנרגיה מוחלף החום בין האוויר הצח המוזרם למבנה ובין האוויר הנפלט ממנו וזאת על ידי מחליף חום או גלגל תרמי המותקנים ביח' הטיפול באוויר. במרכז המחקר והפיתוח של חברת טבע בכפר סבא למשל, הותקנו לאחרונה יחידות הטיפול באוויר צח הכוללות מחליפי חום מטיפוס אוויר-אוויר, בין מחזור אספקת האוויר למחזור פליטת האוויר. באופן זה מתבצע קירור מוקדם בקיץ או חימום מוקדם בחורף של האוויר הצח באמצעות האוויר הנפלט מן הבניין ובכך מושג חיסכון ניכר בצריכת האנרגיה של מערכות מיזוג האוויר. 
מיזם ייחודי וחדשני נוסף בו נעשה שימוש בטכנולוגיית אוורור משמר אנרגיה הינו מגדל הבנק הבינלאומי בתל אביב. הייחודיות באה לידי ביטוי בשילוב של עקרונות הטכנולוגיה עם קיר מסך כפול -  Double Skin Façade. מלאכי מסביר כי למרות שמדובר בבניין עם קירות
מזכוכית שקופה, ניתן להקטין את צריכת האנרגיה של מערכות מיזוג האוויר שלו באמצעות מערכת מפוחים היונקת את האוויר הממוזג המיועד לפליטה באופן מבוקר דרך החלל שבין הזכוכיות ופולטת אותו אל מחוץ למבנה. "במקום לפלוט את האוויר הממוזג מהבניין בצורה לא מבוקרת, הוא מועבר בין החלונות וכתוצאה מכך מקרר את התווך שבין שתי הזכוכיות. כך שלמרות שהבניין שקוף לגמרי המבנה שומר על רמת טמפרטורה נוחה למשתמש".
בטכנולוגיית ניצול חום שיורי לעומת זאת, ממוחזר החום שנפלט מחוץ למבנה דרך המעבים, שיטה הנפוצה בעיקר לצורך אספקת מים חמים למטרות חימום מי צריכה או לתהליך, ואשר תופסת תאוצה בשנים האחרונות בקרב מפעלים, בתי מלון, בתי אבות ומוסדות נוספים הזקוקים לצד פעולת קירור גם לפעולת חימום. עד היום רווח השימוש בטכנולוגיית ניצול  החום השיורי בשיטת המעבה המוקדם, שחסרונה הגדול טמון בכך שלא ניתן לקבל תפוקת חימום ללא הפעלת המערכת במצב קירור. בשנים האחרונות הוכנסו לשימוש מכונות מתקדמות מסוג Full Heat Pump/Heat Recovery המאפשרות קבלת מים חמים ו/או מים קרים ללא כל מגבלה.

חידושים ביעילות אנרגטית

יעילות אנרגטית בפועל הינה קבלת תפוקה דומה בתשומה נמוכה יותר, מה גם ששיפור היעילות האנרגטית לא רק תורם להורדת העלויות אלא גם להפחתת הנזק הסביבתי.
הדור הנוכחי של הצ'ילרים נחשב ליעיל ומתקדם בהרבה מקודמיו. מדובר בצ'ילרים עם מדחס המונע על ידי וסת מהירות, צ'ילרים עם מדחס בעל מיסבים מגנטיים וצ'ילרים עם מחליפי חום יעילים להפליא מקודמיהם. כמו כן, מערכת בקרת ההתפשטות בצ'ילרים המודרניים נחשבת למאוד יעילה ומשלבת בתוכה טכנולוגיות שיפור תפוקה יעילות כדוגמת Flash Tank Economizer.
בנוסף, ההתייעלות האנרגטית באה לידי ביטוי גם במערכות הקצה. במגדל האשפוז ע"ש דווידסון, שנחנך לאחרונה במרכז הרפואי הדסה, נעשה שימוש מעניין בשיטת קירור מורגש מעל לנקודת הטל (Sensible Cooling). לראשונה בארץ, בהיקף שכזה, הותקנו בחדרי האשפוז קורות קורנות. בניגוד ליחידת המפוח נחשון (Fan Coil), הקורה הפועלת בשיטת האינדוקציה אינה זקוקה למפוח ולכן היא יותר סטרילית וחסכונית מאוד בחשמל. "את המים מזרימים במקום ב-7 מעלות, בסביבות 15 מעלות וכתוצאה מכך נמנעת 'הזעה'. היות והצ'ילרים עובדים בטמפרטורות מים קרים גבוהות יחסית הרי שזה חוסך בהמון אנרגיה". 
טכנולוגיה חשובה נוספת וחסכונית באנרגיה היא הקירור והמיזוג הנקודתי: Spot Cooling, יחידת קצה מסוג In Row המיועדת בעיקר לחדרי שרתים בהם ממוקמים ארונות מסד רבים הפולטים כמות אדירה של חום. את ה- Spot Coolingמשלימה Ventilation Spot  המבוססת על מנדפים יעילים אנרגטית אליהם מוזרם האוויר הצח באמצעות הזרקה מיוחדת, וכתוצאה מכך שיעור איבוד האנרגיה יורד פלאים.
ה- Displacement Cooling/Ventilation הינה טכנולוגיית קירור ואוורור נוספת שהולכת ותופסת תאוצה בעיקר בחו"ל, ואשר מבוססת על קירור ומיזוג תת רצפתי תוך חיסכון ניכר בהוצאות החשמל.

אוויר, מים, אדמה ואש

אנרגיה מתחדשת נתפסת בעולמנו כאנרגיה ירוקה שמקורה בתהליכי טבע מתמשכים שאינם מתכלים כתוצאה מרתימת האנרגיה האצורה בהם. רבים מאתנו רואים באנרגיה המתחדשת כמקור לייצור חשמל בלבד, בעיקר באמצעות פנלים סולאריים וטורבינות רוח. מלאכי לעומת זאת, רואה באנרגיה המתחדשת כאמצעי לייצור אנרגיה מארבעת היסודות המרכזיים בטבע: אוויר, מים, אדמה ואש.
אוויר - האקונומייזר (אוויר צח שאינו מטופל) למשל, מאפשר קירור חללים באמצעות ניצול מקסימאלי של האווירהחיצוני בעונות שבהן העומס התרמי החיצוני (האנתלפיה) נמוך דיו.
משאבת חום הינה התקן להסעת אנרגיית החום מהסביבה (מהאוויר החיצוני) והעברתה אל תוך המבנה. 
הסעת החום מתבצעת על ידי מחזור סגור של דחיסה והתפשטות גז הקירור, בדיוק כמו במזגן הפועל במצב מיזוג אך במחזור הפוך, כלומר- מחממים את פנים המבנה ו"מקררים" את חוץ המבנה. במחזור פעולה שכזה ניתן לקבל נצילות של 400% (!) כלומר, ניתן להכניס כשלוש יחידות אנרגית חום מבחוץ, עליהן נוספת יחידת חום אחת של עבודת המדחס ומתקבלות ארבע יחידות חום בתוך הבניין אותו מחממים.
מים - השימוש במערכות מיזוג אוויר המבוססות על עיבוי מי ים או מאגרי מים אחרים, כמו האקוויפר, נהר, אגם וכדומה, נעשה נפוץ בשנים האחרונות בעולם הרחב, היות והוא מבטל את הצורך בשימוש במגדלי קירור ומאפשר חסכון אנרגטי וחיסכון ניכר בצריכת מי רשת. אגב, שיטה זו יושמה זה מכבר במלון הילטון בתל אביב- תוך ניצול הטמפרטורה הנמוכה יחסית של אקוויפר החוף (כ-22 מעלות) ביחס לטמפ' האוויר בקיץ (כ-35 מעלות).
אדמה - האדמה הינה מקור לא אכזב לאנרגיה ירוקה ויכולה לשמש כמאגר לקליטת חום העיבוי הנפלט מן המבנה בקיץ או לחילופין הסעת חום מן האדמה אל תוך המבנה בחורף. בישראל קיימים כיום מס' מועט של מבני ציבור בהם הותקנה מערכת קירור הפועלת בשיטת עיבוי גיאותרמי, כדוגמת זו שהותקנה ופועלת בהצלחה במרכז המבקרים שברמת הנדיב.
אש - את אלמנט האש בשימוש במקורות האנרגיה המתחדשת מייצג המיזוג הסולארי בעזרתה של השמש כמובן. השימוש באנרגיה סולארית לצורכי קירור החל בראשית המאה ועשרים, וכיום נחשבת יפן למובילה עולמית בקטגוריה זו. מערכת המיזוג הסולארית הראשונה מסוגה בארץ מתוכננת להקמה בפרויקט ההולך ומוקם של בנין בית הספר למדעי הסביבה ע"ש פורטר באוניברסיטת תל-אביב. מיזם רחב היקף בתחום המיזוג הסולארי שייעד משרד התשתיות לאילת, לא יצא בסופו של דבר אל הפועל בשל העלויות הגבוהות.
מדינת ישראל, עשתה כברת דרך ארוכה בכל הקשור להתייעלות אנרגטית במערכות מיזוג אוויר ובדרך ליישר קו עם הסטנדרטים המקובלים כיום במדינות המפותחות. "בכל הקשור לשימור אנרגיה" אומר מלאכי, "אנחנו רואים בארץ יותר ויותר מגמות של שימוש בחום הקיים בתוך הבניין, כמו שממחזרים כיום נייר, פלסטיק וחומרים אחרים, הרי שבבתי מלון, בתי אבות ופרויקטים רבים נוספים ממחזרים כיום את החום הנפלט מן הבניין בתהליך העיבוי. גם טכנולוגיית אוורור משמר אנרגיה הולכת ותופסת תאוצה בישראל. בכל הקשור בהתייעלות אנרגטית ניכר השימוש הנרחב בווסתי מהירות ומערכות בקרה מתקדמות היכן שרק ניתן. באשר למקורות אנרגיה מתחדשת, נראה כי המגמה בעשורים הקרובים בעולם תהיה במעבר ממקורות אוויר ומים למקורות אדמה ואש קרי אנרגיה גיאותרמית ומיזוג סולארי" מסכם מלאכי. 










פי.סי.חץ