"יירוק" ראשון של בניין מגורים בישראל

בניין סולרי פאסיבי זה תוכנן באחוזה, חיפה, ומהווה "יירוק" של בניין קיים. הבניין, בן קומה אחת בשטח של 90 מ"ר, נבנה בשנת 1953 ותהליך ה"יירוק" בוצע בשנת 1980, תוך הסבתו לבניין סולרי פאסיבי, חוסך אנרגיה לחימום, קירור ולתאורה.

תנאי האקלים בחיפה על ההר, דורשים מחד חימום בחורף ומאידך קירור בקיץ, בעיקר עקב הלחות הגבוהה המאפיינת את האזור. היות והחורף אינו ארוך ואינו קשה, הוחלט שכל מערכת שתתוכנן לקליטת אנרגיה בחורף, צריכה לאפשר אוורור נוחות בקיץ ותאורה במשך כל השנה, כאשר באורח זה ניתן להשיג מערכות יעילות וכלכליות.

הבניין הקיים נמצא באזור עירוני צפוף, ומרבית חזיתו הדרומית הייתה מוצללת בחורף ע"י הבניין מדרומה לו, הנמצא במרחק של 7 מ' בלבד (תמונה 1). בנוסף, הבניין הקיים נבנה מבטון דבש בעובי 20 ס"מ ללא כל בידוד, כפי שהיה מקובל אז לבנות בכרמל. על מנת לשמר אנרגיה בבניין היה צורך לבודדו, ובנוסף לתכנן מערכות סולריות פאסיביות, שתאפשרנה קבלת אנרגיה סולרית בקומה הקיימת והמוצללת.

 

חידוש הבניין כלל תוספת של קומה בשטח של 60 מ"ר על חלק מהגג (בהתאם לאחוזי הבנייה המותרים), וכן גלריה בשטח של 20 מ"ר. היות וטיח החוץ של הבניין היה במצב גרוע ודרש חידוש, הוחלט להוסיף בידוד חיצוני של לוחות קלקר בעובי של 3 ס"מ, כך שקיר הבטון הקיים ישמש כמסה תרמית המבודדת כלפי חוץ. הניסיון לכסות את בידוד הקלקר ע"י טיח על רשת לא צלח, מאחר שבאותן שנים לא נמצאו קבלנים שהיו מוכנים לעשות זאת במחיר סביר, ובמקום זה הוחלט לבנות שכבת בלוקי איטונג בעובי של 7 ס"מ.

הקיר החדש של הקומה השנייה והגלריה נבנה בצורה דומה לקיר הקיים, אך תוך מספר שינויים: עובי קיר הבטון נקבע ל- 15 ס"מ, שהינו העובי המקסימאלי המומלץ למסה תרמית בקיר חיצוני, ובידוד הקלקר נקבע ל- 5 ס"מ, כאשר בלוקי האיטונג שונו לעובי של 10 ס"מ (לפי דרישת הקונסטרוקטור). סה"כ עובי הקיר הישן והקיר החדש הוא כ-30 ס"מ לא כולל טיח.

שלוש מערכות סולריות פאסיביות שונות תוכננו בבניין והן:
מערכת קרינה ישירה – כולל מערכת של חלון ותריס: חלון הפונה לדרום מאפשר קבלת קרינה ישירה בחורף, אוורור נוחות בקיץ ותאורה כל השנה. הוספת תריסי גלילה לחלון מעניקה הצללה בקיץ, מאפשרת פתיחה מלאה לחשיפת שמש בחורף, ואף תורמת לבידוד לילה של המערכת בחורף.

מערכת חלון חממה מקומי (תמונה 2) - מערכת זו מתפקדת בדומה לקיר טרומב, אבל במקום קיר אטום במקביל לזכוכית, כפי שקיים בקיר טרומב, המסה התרמית תוכננה בניצב לזכוכית, כדי לאפשר תאורת יום ואוורור טבעי, בדומה לכל חלון (זהו למעשה קיר טרומב פתוח). המסה התרמית של מערכת זו הינה העמודים המהווים חלק מהמסגרת הקונסטרוקטיבית הנושאת את הגג ואת הגלריה. המערכת מאפשרת קבלת אוורור נוחות מואץ וכן אוורור של המבנה לקרורו בלילות הקיץ, בהתאם למיקום פתחו של החלון הפנימי שהינו חלון גליוטינה. כאשר הפתח נמצא בחלקו התחתון של החלון, מתקבל אוורור נוחות, היות ומשב הרוח הוא בגובה הימצאות אנשים, ואילו כאשר הפתח הוא בחלקו העליון, החלון קרוב לתקרה, מתקבל אוורור של המבנה.

 

 

 

מערכת חלון חממה עליון מרכזי (תמונה 3) – זוהי המערכת המרכזית והגדולה בבניין, המאפשרת לקלוט אנרגיה סולרית פאסיבית גם עבור הקומה הראשונה המוצללת: האנרגיה הסולרית הנקלטת ע"י חממה זו מועברת ע"י מפוח לכל החדרים המוצללים שבקומה הראשונה. המפוח מופעל אוטומאטית ע"י טרמוסטט דיפרנציאלי רק כאשר הטמפרטורה בחממה גבוהה מטמפרטורת החדרים שבקומה התחתונה. מערכת מסוג זה מאפשרת לבנות בצפיפות גבוהה, כאשר האנרגיה הסולרית הנדרשת לקומות התחתונות והמוצללות מסופקת דרך הגג שאיננו מוצלל. בקיץ ניתן לפתוח את חלונות החממה ואז מתקבלת ארובת רוח היוצרת יניקה, וכתוצאה מכך האוויר מהקומה התחתונה עולה למעלה בצורה מואצת ויוצר אוורור נוחות- בגלל אפקט הארובה, כמו גם בגלל אפקט הריבוד התרמי. בשעות שאין משב רוח מספיק (מצב אופייני למישור החוף, בד"כ בשעות הערב), מתפקדת החממה העליונה כארובת רוח תרמית היוצרת יניקה. מערכת חלון החממה העליון מספקת תאורת יום מצוינת הן לאזור חדר המגורים, והן לאיזור הגלריה בה נמצאים שני חדרי עבודה של בעלי הבית (תמונה 4).

הערכת תפקוד הבניין נעשתה תוך כדי תהליך תכנון הבניין באמצעות מודל סימולציה שעתי. נבדקו כ-50 חלופות תכנון שונות ונבחרה חלופת תכנון שחוסכת 95% מצריכת האנרגיה ביחס לבניין הקיים בן הקומה האחת.  במהלך השנה הראשונה נערכו מדידות, והשוואת ביצועי הבניין בפועל תאמה את החיזוי.

למרות שבעת תכנון הבניין לא היה קיים המושג של בניין ירוק, ייושמו בבניין מספר רב של אלמנטים "ירוקים" שמקנים נקודות ירוקות גם לפי התקן הישראלי 5281, וגם לפי התקן האמריקאי LEED. אלמנטים אלו כוללים (בנוסף לנושא האנרגיה שתואר כאן בהרחבה):

קרקע (Sustainable Site): בנייה באזור בעל צפיפות גבוהה וקישוריות להרבה פונקציות ציבוריות, תחבורה ציבורית, ללא חניה, מחסן אופניים, החדרת מי גשם לקרקע, השארת כל שטח האדמה ללא תוספת בנייה, הפחתת זיהום אורי ע"י תאורת חוץ המופעלת אוטומאטית באמצעות תא פוטואלקטרי רק בשעות החשיכה, ובאמצעות חיישן נוכחות המופעל רק כאשר נמצא אדם בשביל הכניסה לבית.

 

מים (Water Efficiency): השקיית הגינה והאדניות במרפסות נעשית ע"י טפטפות ובקרת ההשקיה ע"י מחשב, שטח הדשא הוא מינימאלי (פחות מ- 4 מ"ר),  הצמחייה המקומית דורשת השקיה מעטה- עצי פרי בוגרים שנטעו ב-1953 ועצים חדשים המצלים בקיץ ועומדים בשלכת בחורף (תמונה 5).

 

  

חומרים (Material & Resources): שימוש בקומת הבניין הקיימת חוסך בחומרי בנייה ותורם גם להפחתת פסולת, הפחתת היווצרות אבק ורעש שהיו נגרמים ע"י הריסת הבניין, שימוש בחומרים מקומיים.

 

איכות אויר פנים (Indoor Environmental Quality): אוורור טבעי עבור אוורור איכות, נוחות, ואוורור המבנה בלילות קיץ לקירור המסה התרמית. שימוש בחומרים טבעיים ובצבעים שאינם פולטים חומרים רעילים, בקרת תאורה ותנאי נוחות תרמית, תכנון לתנאי נוחות מרביים, תאורת יום (תמונה 4) ומבט החוצה מכל החדרים, אימות התנאים המושגים בבניין ע"י מדידות.

 

חדשנות (Innovation & Design Process): בניית בניין ירוק סולארי פאסיבי בשנת 1980היא לכשעצמה חדשנות, וכך גם המערכות הסולריות הפאסיביות לחימום, לקרור ולתאורה שתוארו לעיל, הן מערכות חדשניות. במהלך השנים בהן שימשה פרופסור שביב כמרצה בטכניון בנושא תכנון אקלימי סולרי, עשו הסטודנטים שלימדה שימוש ברעיונות שיושמו על ידה בבניין זה על מנת לתכנן שכונות מגורים בצפיפות גבוהה, תוך השגת האנרגיה הסולרית פאסיבית הנדרשת למבנים. מעבר לכך, אין ספק שאילו בתקופה בה תוכנן הבניין היה קיים דירוג ירוק ודירוג אנרגטי של בניינים, הוא היה מקבל דירוג של בניין ירוק מצטיין.

נתוני הבניין ומערכותיו:
ימי מעלה: 750 מ"צ
שטח הבניין: 170 מ"ר

 

קירות חוץ:

קומה ראשונה (קיימת):

טיח חוץ 1.5 ס"מ

בלוק איטונג 7.0 ס"מ
קלקר 3.0 ס"מ
בטון דבש 20.0 ס"מ (קיים)
טיח פנים 1.2 ס"מ (קיים)

קומה שנייה וגלריה (חדש):

טיח חוץ 1.5 ס"מ

בלוק איטונג 10.0 ס"מ
מרוח אויר - משתנה
קלקר  5.0 ס"מ
בטון 15.0 ס"מ
טיח פנים 1.2 ס"מ

 

מקדם עבירות תרמית כוללת של קיר חוץ:

קומה ראשונה (קיר קיים+תוספת בידוד): U=0.64  ווט/מ"ר למ"צ
קומה שנייה וגלריה (קיר חדש): U= 0.49 ווט/מ"ר למ"צ
גג: U=0.45 ווט/מ"ר למ"צ

מערכות סולריות פאסיביות:
חלונות הפונים לדרום: 9.5 מ"ר
חלון חממה מקומי (ראה תמונה 2) 2.0 מ"ר
חלון חממה מרכזי (ראה תמונה 3) 13.5 מ"ר
סה"כ % שטח חלונות דרומיים ביחס לשטח הרצפה כ- 15%
חיסכון ע"י הבידוד וע"י המערכת הסולרית פסיבית לחימום בחורף: 92%.

מתוך חוברת כנס בנייה ירוקה 2010