שיטות מיזוג אוויר חוסכות אנרגיה
שיטות לתכנון מיזוג אוויר החוסכות באנרגיה
בשנים האחרונות חלו עלייה ברמת החיים, שינויים אקלימיים וירידה בעלויות הייצור. כל אלה הפכו את מערכות הקירור ומיזוג האוויר למוצר בסיסי והכרחי בסל הצריכה המשפחתי. היא מספקת תנאי נוחות בסביבת המגורים, בסביבת העבודה ובכל סביבה סגורה אחרת שבה שוהה האדם בעולם המודרני. לאור זאת מעניין לציין, כי במקורן נועדו מערכות אלה לשימושים תעשייתיים בכלל, ולתעשיית הרכב בפרט.
לפני התקנתה של מערכת מיזוג אוויר מושקעת מחשבה רבה בתכנון ובלמידה של אפיוני הביצוע הנדרשים ביחס לאופי הפעילות ולנתוני המבנה במגמה לאתר צרכים ואפיוני ביצוע אופטימליים.
בהליך התכנון משולבות שיטות וטכניקות רבות שנועדו להעלות את נצילות המערכת, תוך שימת דגש מרבית על חיסכון באנרגיה ועל הקטנת עלות האחזקה והתפעול בהתאם לדרישות הלקוח.
מיזוג אוויר מרכזי :
שיטת המיזוג המרכזית נולדה למעשה בשנות החמישים של המאה העשרים על ידי דוקטור וויליס אווילנד קרייר, שהתבסס על ניסיונו הרב בשימוש באמצעי קירור לתעשיית הרכב ולתעשייה בכלל אם כי הבסיס הטכנולוגי לקירור תעשייתי הומצא כבר בראשית המאה העשרים, עד היום אנו עושים שימוש בשיטות המתבססות עליו. ההבדל המשמעותי בין היום לפעם אינו בשינוי השיטה, אלא בשיפור של מערך הפיקוד ושל האביזרים הנלווים.
בישראל החל השימוש במערכות מיזוג אוויר מרכזיות באמצע שנות השישים במאה הקודמת, אולם הן נעשו נפוצות רק באמצע שנות השבעים: בתחילה הותקנו בבנייני משרדים חדשים, לאחר מכן במבני ציבור, ורק לבסוף בבתים ובדירות פרטיות.
תכנון המתקן:
בטרם ניגש למלאכות התכנון, יש להביא בחשבון את המשתנים הבאים: מיקומו הגיאוגרפי של המבנה ותנאי הלחות שבהם תצטרך מערכת מיזוג האוויר לתפקד, כיוון שהתפוקה והאפשרות להשתמש באוויר צח במטולה שונה לחלוטין מאשר באילת למשל; תפוקת קירור; רמת רעש; מידת החיסכון באנרגיה: זמני הפעלת המערכת; רמות לחות; ייעודו של המבנה (תעשייתי, משרדי, מסחרי, רפואי, ומיועד להשכרה או מכירה).
יש להתייחס באופן פרטני לדרישות הבסיסיות ממערכת מיזוג האוויר (צורכי נוחות, רפואה או תעשייה), ובהתאם לכך, לתכנן תוך הקפדה על הכלים המתאימים לכל אפיון ביצוע. כיום, מסיבות חיסכון, ברוב הפרויקטים בתחום הביתי ההקפדה היא על תנאי הטמפרטורה, ולא בהכרח על רמת הלחות היחסית, המחייבת התקנת מערכת משוכללת יותר. במקומות כמו בתי חולים או תעשיית היי-טק, לעומת זאת, קיימת הדרישה לשמירה על תנאי טמפרטורה ולחות, על לחץ (בחדרים נקיים, לדוגמה) ועל רמה גבוהה של סינון אוויר. מבין כל הגורמים הללו, מושם דגש מיוחד על ויסותה של רמת הלחות, עקב הרגישות הגבוהה לנושא בהליכי ייצור שונים.
לאחר שלב הגדרת המשתנים, אפשר לעבור לתכנון פרטני של המערכת ולבצע את חישוב התפוקה. החישוב נעשה במידה רבה על פי סוג המבנה: קירות, סוג החלונות ורמת הצללתם, בידוד, רמת הקרינה, דלתות (סוג וכמות), תקרה, רצפה וכדומה. כמו כן, יש להביא בחשבון את אפיוני הביצוע של החלל שרוצים למזג (קירורחימום), ובכללם: כמות האנשים המאכלסים אותו; תדירות פתיחתן של הדלתות; אופי העבודה המתבצעת בו; סוג הריחות שנפלטים ממנו; התאורה; הציוד והמכונות הפולטים חום.
בכל מהלך התכנון על המתכנן לתת את הדעת לאופי הפעילות במבנה, לאופן פיזור האוויר, לסוג התעלות שדרכן יוזרם האוויר, לרמת הרעש, לנוחות ההפעלה של המערכת (פיזור מנגנוני ההפעלהתרמוסטטיים במבנה) ולזמני ההפעלה של המתקן. יש ללמוד את צורכי השימוש, ולתת להם מענה בהתאם. דוגמה לכך היא התקנתה של מערכת מיזוג אוויר נפרדת מהמערכת המרכזית בחדרי ישיבות, בהם מתבצעת פעילות מעבר לשעות המקובלות.
בחירת השיטה של מיזוג האוויר:
בחירת השיטה היא לרוב צעד מורכב, בשל מגוון השיטות הקיימות והצורך להתאימן ליישום במבנה, מתוך התייחסות לעלויות ולצורך לתת תשובות לפתרונות אדריכליים. פעמים רבות קיים קונפליקט בין מתכנן מיזוג האוויר לאדריכל. דוגמה למקור אפשרי לעימות כזה הנו השימוש ההולך וגובר הנעשה בבנייני משרדים בקירות מסך, שפירושם אלמנט תכנוני חדשני בעיני האדריכל, ומקור בלתי אכזב לבזבוז אנרגיה ולצורך במתן פתרונות בתכנון האנרגטי, בעיני המתכנן של מערכת המיזוג. קיים כאן קונפליקט ברור בין צורכי האדריכלות לצורכי מיזוג האוויר, שכן אי אפשר לחסום כליל את חדירת הקרינה לתוך המבנה, גם אם משתמשים בזכוכית מיוחדת. כיום קיימות שיטות בדיקה ספציפיות להתאמת מקדם הבידוד של הזכוכית. מטעמי חיסכון, מומלץ למזמינים לעשות את הבדיקות הללו לפני בחירת הסוג, העובי והצבע של קירות המסך ושל הזכוכיות שבתוכם.
בבתי חולים ובמבני ציבור גדולים כדוגמת אוניברסיטאות, מקובל להתקין מערכות מיזוג המבוססות על מרכזי אנרגיה שבהם מיוצר קור או חום, המסוחררים באמצעות מערכת מים סגורה ליחידות הקצה. את המתקן אפשר למקם באופן חשוף על גג המבנה או בחדר מכונות סגור במבנה עצמו או מחוצה לו, בהתאם לאופי המתקן ולגודלו.
בכל מקרה תכנוני לגופו, קיימת שאיפה לספק למשתמש אפשרות שליטה מרבית בכל אזור, חדר או משרד שבו הוא נמצא. בפועל, המטרה היא לתת (במידת האפשר) למשתמש את היכולת לקבוע את הטמפרטורה הרצויה מבחינתו, בלי להיות תלוי בחדר סמוך או במשתמשים אחרים מחוץ לחדרו. שליטה אינדיבידואלית זו ניתנת להשגה אם תותקן בכל משרד יחידת מפוח נחשון, המחוברת למתקן מיזוג אוויר המקבל אנרגיה מהמתקן המרכזי. כל יחידה ניתנת להפעלה, להפסקה ולכיוון כללי של הטמפרטורה גם על ידי הנהלת המבנה.
מערכות מרכזיות אמורות להיבנות כך שאפשר יהיה להפעילן גם על פי חלוקה לקומות, לאזורים ועד לרמה של משרדים ספורים, לטובת עובדים הנותרים בבניין מעבר לשעות העבודה המקובלות. זאת, בהתאם להגדרות מובנות מראש.
התקנה של מרכז אנרגיה היא אחת השיטות המקובלות כיום למיזוג בנייני משרדים גבוהים, המתנשאים לגובה של עשרים קומות בממוצע. מרכז האנרגיה מותקן בדרך כלל על גג המבנה, וממנו מוזרמים מים קרים בקיץ וגם בחורף. החימום מתבצע באמצעות גופי חימום חשמליים או מערכת מים חמים המקבילה למערכת המים הקרים (שניים או ארבעה צינורות, בהתאם לאפליקציה). כך אפשר להפעיל את המערכת על בסיס אישי בקירור או בחימום במשך השנה כולה.
מערכת מיזוג המיועדת לבניין משרדים, אמורה להכיל כסטנדרט מגוון פונקציות קבועות, וביניהן:
אספקת אוויר טרי (צח) לרענון האוויר פנימי ולהחלפתו; אוורור שירותים, פליטת עשן לשם בטיחות המשתמשים למקרה של שריפה; מניעה של מעבר עשן ושל חדירתו; יצירת על-לחץ (לחץ חיובי גבוה) בחדרי מילוט; ואוורור חניונים תת-קרקעיים שערוכים גם הם לפינוי עשן.
חיסכון באנרגיה:
לאור המגמה המתמשכת של הקמת מבני משרדים גבוהים, כמות יחידות מפוח נחשון המותקנים בבניינים אלה הולכת וגדלה, עד כדי אלפי יחידות במבנה. נתון זה כשלעצמו מצביע על צורך באחזקה אינטנסיבית, ולשם כך יש צורך בהיערכות בלתי מתפשרת לנושא ובמעבר לשיטות מיזוג אוויר חסכניות יותר. השיטות שיפורטו להלן טובות גם לבתים פרטיים.
בין השיטות המקובלות בנושא:
מערכות Variable Air Volume)) VAV))
בשיטה זו, המבוססת גם היא על מרכז אנרגיה להפעלת המערכת, מתבצע שינוי בספיקות האוויר על בסיס טמפרטורות נדרשות ולחצי אוויר בתעלות. המערכת גמישה יותר ביחס לתנאי חוץ ופנים. באמצעותה מגיע מיחידת פיזור אוויר אחת (יט"א) אוויר מטופל למספר רב של חדרים, כאשר בכל חדר מותקן אמצעי פיקוד ובקרה המאפשר שליטה על הטמפרטורה, ובהתאם לדרישה גם על רמת הלחות בחלל החדר. בשיטה זו אפשר לייצר אנרגיה בשעות שבהן תעריף החשמל נמוך, ובכך להקטין את כמות החשמל הנצרכת על ידי המתקנים, ולהוזיל בכך את עלות השימוש השוטף. הדבר ניתן לביצוע באמצעות מים קרים או קרח, ובתנאי שאופי המבנה והפעילות שבו ובסביבתו מאפשר זאת.
מערכות Variable Refrigerant Volume)) VRV))
השיטה מבוססת על התפשטות קרר ישירה, ונתפסת כמערכת חדשנית ומתקדמת. עקרון פעולתה מבוסס על סחרור גז למגוון נרחב של אזורים. בפועל, המערכת מחולקת לכמה מערכות משנה פרטניות מטעמי חיסכון באנרגיה. לאור גמישותה הרבה של המערכת, נראה על פניו כי שיטה זו תתפוס בעתיד מקום נכבד בקרב מתכננים ואדריכלים.
מערכות Variable Refrigerant Flow)) VRF))
השיטה מבוססת על טכנולוגיה מתקדמת הפועלת על פי עקרון ההתפשטות הישירה. היא מאפשרת תזמון מדויק של התנעת המדחסים, שליטה על נפח הקרר הזורם בצנרת (עד 100 מטר אורך באישור היצרן), וניטור כמות השמן במערכת. כל זאת, באמצעות מערכת פיקוד חכמה המשולבת גם ביחידות הקצה. נצילות המערכת גבוהה, וחל בה מיצוי אנרגטי מרבי של מעגל הקירור.
המערכת מורכבת מיחידת עיבוי אחת, המיועדת לספק קרר לאשכולות של עד שמונה יחידות פנים (מתצורה עילית, קסטה, מיני מרכזי ואו רצפתי) לענף. היא מיועדת לתפקד בתנאי חוץ קיצוניים במצב קירור בלבד ואו כמשאבת חום לחימום ולקירור בו זמנית (Heat Recovery) ועוד.