מגדל צינון מדברי
מגדל צינון מדברי עקרונות הבנייה התרמית והצינון הפסיבי לא הומצאו במאה הזאת .עוד בימי קדם ,כאשר לא היו מקורות האנרגיה המצויים כיום ,ידעו עמים שונים שחיו במדבר ובאזורים חמים ויבשים )פרסים, נבטים ,אצטקים ועוד( לבנות את בתיהם תוך שימוש נבון בחוקים פיסיקליים אלמנטריים .אופני בנייה עתיקים אלה אפשרו לתושבים ליצור בביתם תנאי חיים נעימים גם באזורי אקלים שהמאפיין שלהם הוא מעברים חדים בין יום ללילה ובין קיץ לחורף. העידן הטכנולוגי יצר נתק בין האדריכלות המודרנית לבין מקורות אנרגיה פשוטים וטבעיים .רק בשנים האחרונות ,בשל משבר האנרגיה של שנות השבעים וגם בשל מגמות שיבה אל הטבע ,החלו מחקרים מעשיים בעניין ,וברחבי העולם נבנו עשרות מבנים על פי עקרונות הבניה התרמית. המבנים התרמיים עשויים קירות עבים שיש להם קיבול חום גדול )עם או בלי בידוד( ובשל כך ממתנים מאד את מעברי הטמפרטורות בין פנים הבית לחוץ הבניין ,יוצרים בידוד ומאפשרים תנאי חימום פסיבי סולרי בחורף וקירור פסיבי בקיץ .בתכנון המבנה יש להביא בחשבון עוד גורמים חשובים :כיוון הקירות ,הפתחים השונים )דלתות ,חלונות( ,סביבת המבנה ומיקומו :אמצעי הצללה, חצרות פנימיות ,צמחייה וכו'. בעולם נעשו מחקרים רבים שהדגש בהם היה על חימום באמצעות אנרגיית השמש .מיעוטם התייחסו לצינון של מבנים מדבריים וגם אז הכיוון היה על פי רוב שיטות קירור אקטיביות ומתוחכמות או פתרונות קיצוניים כגון בנייה תת קרקעית ,איטום לאוויר ובידוד תרמי וכיווני פתחים מוגבלים ביותר ,מחקר זה )מגדל צינון פסיבי למבנה במדבר( מתמקד בעיקר באופני הצינון. אחת הסיבות העיקריות למחקר זה היא תנאי החיים הקשים שיוצר האקלים המדברי .כשהגענו לנאות סמדר התברר לנו שבניני המגורים לא מתאימים לחיים במדבר .בחורף קר מאד בבית ובקיץ החום כבד ויש צורך לצננו באמצעות מזגנים .מתברר שלאורך זמן לא נעים ולא בריא לחיות "בתוך מזגן" וההוצאות על קירור וחימום באמצעות חשמל גבוהות. מגדל הצינון המדברי – עקרונות הפעולה .1עיקרון הצינון על ידי אידוי מים אוויר הבא במגע עם מים מצטנן תוך כדי אידוי חלק מהם .וכך ,לחותו גדלה .בתנאים מסוימים זוהי דרך יעילה לצינון ישיר של מבנים .חום האידוי של המים גבוה מאד ,והאנרגיה הדרושה לאידוי )החום הכמוס( מתקבלת מהסביבה הקרובה ,כלומר מהאוויר. ככל ששטח המגע בין הנוזל האוויר גדול יותר ,יעילות האידוי רבה יותר .שטח פנים גדול זה מושג על ידי ריסוס האוויר במתזי מים דקיקים .בשיטה זו רוב החום נספג מהאוויר עצמו ,שכן המגע עם הדפנות מועט בשל מהירות האוויר. אופן אחר של צינון הוא על ידי אידוי על גבי דופן נקבובית של חומר כגון חרס .במקרה זה אנרגיית החום הנספגת נלקחת בחלקה מהדופן אשר יכולה לקרר ישירות את הסביבה )למשל ,חצר או מרפסת(. צינון על ידי אידוי מים יעיל בעיקר במדבר ובשעות היום .אז ,החום גבוה והלחות היחסית הנמוכה מאפשרים את הורדת הטמפרטורה במעלות רבות) .היעילות גדלה והולכת ככל שהאוויר חם ויבש יותר ,כמו בזמן שרב ,וזאת בהתאם ליחסים הניתנים לחיזוי על ידי הטבלה הפסיכרומטרית (.מעצם פעולת הצינון מתווספת לחות לאוויר ,המשפרת את תנאי האקלים. קירור ישיר על ידי אוויר פנים הבניין ,מוגבל בהספק הקירור שלו על ידי אותו גורם עצמו – הלחות הגבוהה שהוא מוסיף לאוויר בשעות מסוימות .כמו כן ,הקירור הישיר מוגבל על ידי מהירות זרימת האוויר הנעימה לאדם .הזרמת אוויר בתוך חללים בתקרה ובקירות מספקת קירור עקיף ,כאשר הדפנות משמשות כמחליפי חום .מערכת זו מסוגלת לנצל את מלוא הספק הקירור של המגדל בכל שעות היממה. .2עיקרון צניחת האוויר הקר אוויר קר הוא בעל משקל סגולי גבוה משל אוויר חם ,ולכן הוא צונח במגדל כלפי מטה וצובר מהירות )התלויה בשורש הריבועי של הגובה( .מהירות זו מאפשרת לו לעבור במנהרות ,להיכנס למבנים ולדחוף כלפי חוץ את האוויר החם המצטבר בהם מתחת לתקרה ,וזאת דרך פתחים הממוקמים בה. אפקט זה מאפשר את צינון המבנים גם כשאין רוח וללא שימוש במפוחים .הרוח ,בשעות שהיא נושבת ,מצטרפת לתהליך זה על ידי לכידתה בכונס אוויר מתכוונן וצינונה על ידי הזלפת מים) .צירוף שני התהליכים ניתן לחישוב על ידי שקול וקטורי (.הכוונת הרוח לתוך המגדל חשובה למניעת הפעולה של יניקת אוויר מהמגדל החוצה )אפקט ונטורי(. .3עיקרון האוורור על ידי הרוח כמחצית הספק הקירור הנדרש למבנה במדבר יכולה להיות מושגת על ידי אוורור אינטנסיבי בשעות הלילה .עובדה זו מתאפשרת בזכות הפרש הטמפרטורות הגדול בין היום ללילה האופייני לאקלים המדברי. אוורור אינטנסיבי במהירויות גבוהות של אוויר אפשרי בשעות שבהן המבנה ריק מאנשים ועם זאת הוא אינו יכול להיות תלוי בפתיחת חלונות וסגירתם .בקומפלקס בנינים צפוף בעל חצר סגורה מהירות הרוח מופרעת במידה רבה ,וכאן מסייע המגדל בעל כונס הרוח המתכוונן אשר בצירוף לפתחי היציאה המבוקרים בגגות הוא קולט את הרוח החזקה הנושבת בגובה ,שהיא גם נקייה מאבק ,ומתעל אותה למבנים בלי תלות בכיוונה .תחלופת האוויר נעזרת גם בתת לחץ הנוצר על אותה רוח עצמה כשהיא חולפת מעל הגגות )אפקט ונטורי ,הפעם בשימוש רצוי( ,כל זאת בשעות שבהן שככל שהיא גדולה יותר היא ניתנת פחות לתנודות )כמו כל מסה(. הטמפרטורה ,הלחות היחסית והרוח בסביבת המבנה משתנות ללא הרף באופן מחזורי או אקראי. שיטות הצינון הפסיביות תלויות בגורמים אלה הרבה יותר מאשר קירור קונבנציונלי עתיר אנרגיה ומצויד בתרמוסטט. ללא מיתון השינויים בין שעות היממה וגם השינויים בטווח של ימים אחדים )למיתון השפעות שרב( ,לא היו מתאפשרים תנאים של נוחות תרמית במבנה המצונן באופן פסיבי .קירות מסיביים בעובי 60ס"מ אמורים לספק השפעה בעלת טווח של ימים אחדים .יחד עם זאת ,התנודות הנותרות מאפשרות קרבה לאירועים אטמוספיריים כפי שהם ,ללא קוטביות מזיקה .מערכת הזלפת המים אינה מופעלת. .4עיקרון מיתון תנודות הטמפרטורה ואגירת אנרגיה העיקרון הרביעי המשלים את עקרונות הצינון הוא עיקרון המיתון של תנודות הטמפרטורה על ידי מסה תרמית, במופע אחר של אותה תכונה ,המסה היא בעלת יכולת אגירה של אנרגיית החימום או הקירור .כך למשל אוורור על ידי רוח לילית הוא משמעותי לגבי הנוחות התרמית של המשתמשים במבנה בשעות היום רק אם מסת הבניין גדולה )הנוחות התרמית היא במידה רבה תוצאת ההקרנה של טמפרטורת הדפנות כלפי פנים והיחס הנכון שבין טמפרטורת הדפנות לטמפרטורת האוויר ,(.שכן מסה גדולה של מעטפת הבניין גורמת לכך שטמפרטורת הדפנות נשארת כמעט קבועה במשך היממה ומידתה היא תוצאה של צירוף פעולות הצינון במשך היום והלילה .אם מסת המבנה אינה ניכרת, פעולת הצינון בשעות הלילה חסרת משמעות ,במיוחד במבנה ציבור ,שכן היא לא נאגרת ליום הבא. המסה התרמית יכולה להימצא במקום כלשהו במערכת הכוללת את המבנה ואת יחידת הצינון. זמינותה של המסה בטווח היומי או השבועי ניתנת על ידי יחסים ידועים .ניתן להגביר את יכולת המיתון והאגירה במערכת פסיבית על ידי מגע מוגבר של זרם האוויר המשמש לצינון עם קרקע עמוקה )ורצוי לחה( וכן על ידי מאגר של אבנים או חצץ גס המשמש מסה זמינה. סיכום ארבעת עקרונות הפעולה הללו מאפשרים לצנן מבנים באופן פסיבי ונקי לחלוטין ,ללא השקעת אנרגיה יקרה ,ללא רעש של מפוחים ותוך הגדלת הלחות היחסית לרמה נוחה ונשלטת. מגדל הצינון של בית האומנויות רכיבי מערכת הצינון .1גוף המגדל ומערכת תעלות\מנהרות האוויר. זה החלק הבנוי ,הבלתי משתנה של המערכת .בתכנון החלק הזה נקבעים היחסים שבין גובה המגדל ובין שטח החתך שלו והיחס בין אלה ,לחתך ואורך המנהרות .נתונים אלה נקבעים בהתאם לספיקת האוויר הנדרשת לצינון חלל בממדים נתונים וכן בהתאם למהירות זרימת האוויר הנדרשת למעבר האוויר לאורך מערכת המנהרות והתעלות עד לכניסתו לחלל המבנה. במקומות שונים לאורך מערכת התעלות והמנהרות ניתן למקם תריסים ובעזרתם לכוון את זרימת האוויר, להגבירה במקומות מסוימים ואף להפסיק את כניסת האוויר הקר במקומות שבהם אינה רצויה בזמן נתון. פתחי יציאת האוויר החם מתוך המבנה ,שאף הם ניתנים לוויסות על ידי תריסים ,הם חלק חיוני ממרכיב זה במערכת הצינון. .2מעטפת הגנה תרמית למגדל מעטפת זו נועדה להגדיל את יעילות פעולת מערכת הצינון .זהו אלמנט שמגן על המגדל )בדרך כלל בטון חשוף( מחימום יתר על ידי השפעת הקרינה הישירה של השמש ,לה הוא נתון במשך כל שעות היום. ניתן להגן על המגדל על ידי עיבויו )הגדלת המסה התרמית( בחומר בעל מוליכות חום נמוכה משל הבטון כגון לבני בוץ או בעזרת מעטפת הצללה .מעטפת ההצללה מונעת קרינת חום ישירה ואף עשויה ,בתכנון נכון ליצור שכבת אויר כלוא בינה לבין גוף המגדל ,המבודדת את גוף המגדל מפני עומס החום החיצוני. .3כונס אוויר ורוח. מרכיב זה הוא חיוני לצורך פעולת המערכת כולה .לכונס שני תפקידים עיקריים: א .למנוע שאיבת אוויר מתוך חלל המבנה דרך המגדל )אפקט ונטורי( .שאיבת אוויר החוצה ,דרך המגדל עצמו ,סותרת ותבטל לחלוטין את פעולת מערכת הצינון. ב .קליטת הרוח והפנייתה אל תוך המגדל .דבר זה מאפשר ניצול נכון של אנרגית הרוח כתוספת משמעותית להאצת תנועת האוויר במגדל במנהרות ובתעלות האוויר .תנועה מואצת זו מסייעת לאוורור פנים המבנים גם בשעות הלילה כאשר מערכת הצינון עצמה אינה בפעולה. כונס האוויר יכול להיות כונס בעל פתח שמתכוונן לעבר הרוח .כונס מתכוונן יכול להיות מונע בכוח הרוח עצמה על ידי פעולת הרוח על זנב מפרש ,או מכוח מנוע הניזון מחשמל המיוצר בפנלים סולריים ואשר פעולתו מבוקרת על ידי חיישנים לרוח .כונס מתכוונן הוא בעל יעילות מקסימלית. הכונס יכול להיות בעל פתחי אוויר סטטיים שבהם מותקנים תריסים חד כווניים .תריסים אלה מאפשרים כניסת אוויר אל תוך המגדל ומונעים שאיבתו החוצה .כמו כן מכוונים התריסים את משבי הרוח לכוון זרימה נכון במגדל ומונעים הפרעות העשויות לנבוע ממערבולות אוויר. הכונס בעל פתחי כניסה סטטיים מתאים למגדלים בקוטר גדול ,העלויות הקשורות בבנייתו והצבתו נמוכות יותר וגם אחזקתו השוטפת פשוטה יותר. .4משאבות ומערכת התזת מים מערכת התזת המים מורכבת ממספר מתזים המותקנים בראש המגדל .ניתן לקבוע את ספיקת המים הרצויה לאידוי מים אופטימלי על ידי בחירת מתזים תואמים .ניתן להביא להתזה בלחץ מים רגיל, אך במידה ויש צורך להתיז מים בערפול נדרשת משאבה להעלאת לחץ המים .בנוסף לאלה ,יש צורך במשאבה טבולה על מנת לנקז את עודפי המים מתחתית המגדל .המשאבה הטבולה מופעלת מידי פעם כאשר מצטברים מים מעל גובה מסוים והיא מופעלת על ידי חשמל המוזן מפנלים סולריים.
© Copyright 2024