תכנון הפתחים במבנה בהתאם לעקרונות בנייה ירוקה

פתחים והצללה:

חשיבות רבה מאוד יש למיקום החלונות ולאלמנט ההצללה במבנה.

על ידי תכנון נכון של הפתחים וההצללה, ניתן לנצל מצד אחד את האנרגיה הסולרית בעונת החורף לחיסכון בחימום המבנה, ומצד שני, את האוורור הטבעי בעונת הקיץ לקירור המבנה.

מיקום פתחים מזוגגים גדולים בחזית הדרומית, מנצל את הקרינה הסולרית בכך שהוא מאפשר לה להיכנס לחלל המבנה ולחמם אותו בחורף. קרינה זו נחסמת בעונת הקיץ על ידי הצללה.

הצללה

חסימת הקרינה על החלונות בעונת הקיץ נעשית בארבע צורות:

1. הצללה חיצונית בנויה פסיבית.

2. הצללה חיצונית אקטיבית.

3. הצללה פנימית אקטיבית.

4. הצללה על ידי צמחייה.

הצללה חיצונית בנויה פסיבית -

הצללה זו נעשית על ידי אלמנטים אדריכליים בנויים אופקיים ואנכיים:

- אלמנט הצללה בנוי.

- קרניז הצללה בנוי.

- מבנה מדורג שיוצר הצללה אופקית.

- מבנה מדורג אנכית.

- חלון שקוע בעובי הקיר.

- סבכות ומשרביות.

הצללה אופקית מעל החלון - (תרשים 1)

הצללה זו יעילה בחזית הפונה לכיוון דרום (גם בסטייה קלה של עד °15). יתרונה בכך שהיא מאפשרת כניסת אור, אך מונעת כניסת קרינה בעונת הקיץ, זאת על ידי התחשבות בזווית השמש המשתנה בין עונות השנה (בקיץ השמש בזווית גבוהה בחורף בזווית נמוכה).

חשוב ליצור חריץ בחיבור שבין אלמנט ההצללה האופקי לקיר המבנה - למניעת כליאת אוויר חם מתחת לאלמנט. ראה תרשימים 2 ו- 3 .

מסלול השמש במשך השנה בקו רוחב °N32 תרשימים A,B,C3

תרשים B3

מסלול השמש בשיא עונות המעבר - קו רוחב °N32

תרשים A3

מסלול השמש בשיא החורף - קו רוחב °N32

תרשים C3

מסלול השמש בשיא הקיץ - קו רוחב °N32

לחישוב זווית השמש ניתן להיעזר בדיאגרמת מסלול השמש. זווית זו תקבע את גודל אלמנט ההצללה.

אלמנט הצללה אופקי אחר הוא רפפות אופקיות קבועות. שלבים אלו מנצלים טוב יותר את הקרינה בחורף (מאלמנט ההצללה האופקית) ומונעים כיס חום.

תוספת אלמנט הצללה אנכי בנוי

בעונת הקיץ, פתחים הפונים למזרח חשופים לקרינה חזקה בבוקר ופתחים הפונים לכיוון מערב חשופים לקרינה חזקה בערב. היות שבשעות אלה השמש נמוכה, לא ניתן לחסום קרינה זו על ידי הצללה אופקית, אלא על ידי אלמנטים אנכיים בנויים. אלמנט הצללה אופקי אטום, מונע את אוורור המבנה בשעות אחר הצהריים ומהווה פתרון בעל יעילות חלקית.

תרשים 7A

הצללה אופקית חזית מערבית

תרשים 7B

הצללה אופקית חזית מזרחית

אלמנט הצללה אנכי בנוי אך לא אטום, פותר בעיה זו ומהווה פתרון יעיל להצללה צידית. יתרונו בעונת הקיץ הוא, בהכנסת אור ללא קרינה ואפשרות אוורור. בעונת החורף הוא מאפשר לנצל אנרגיה סולרית חורפית (ראה תרשימים A7 ו-B7 ). חסרונו הוא בחוסר גמישותו, חיסרון של כל האלמנטים הבנויים.

הצללות אלו חשובות מאוד אך מוגבלות, משום שאינן חוסמות את הקרינה המפוזרת והמוחזרת בעונת הקיץ.

קרינה מפוזרת זו קרינה המוחזרת מהעננים והרקיע. קרינה מוחזרת זו קרינה המוחזרת ממשטחים סמוכים, כמו קרקע, מבנים שכנים וכו'. קרינה זו מהווה מחצית מהקרינה הסולרית בעונת הקיץ.

פרגולה

אלמנט זה פשוט וקל ליישום ומשמש כמקור הצללה מצוין. פרגולה שניתן להסיר את הכיסוי שלה בעונת החורף, או שניתן לווסתה על ידי רפפות (כדוגמת תריס גלילה אופקי) מהווה פתרון מצוין לניצול קרינת השמש בעונת החורף וכמקור הצללה אפקטיבי בעונת הקיץ. יתרון נוסף של אלמנט זה, הוא האפשרות להוסיפו גם במבנה קיים בעלות נמוכה.

תרשים 8 - התפלגות הקרינה הסולרית

תרשים 9

תרשים 10

תרשים 11

תרשים 12

תרשים 13

תרשים 16

הצללה חוסמת קרינה

ישנם מקרים בעייתיים שבהם הצללה הנוצרת על ידי בניינים שכנים או על ידי עצמים שונים, מונעת הגעת הקרינה לחלונות הדרומיים. הצללה זו ניתנת לחישוב. חישוב נכון מונע מצב שבו ההצללה לא מאפשרת ניצול

של אנרגיה סולרית. צל זה בעייתי בעיקר בעונת החורף, ולכן הוא נמדד ב-21 בדצמבר בשעות הבוקר, בצהרים ובערב. בתאריך זה, השמש נמצאת בנקודה הנמוכה ביותר בשמים (בחצי הכדור הצפוני).

המדידה של גבולות הצל נעשית על ידי חישוב גיאומטרי מקורב: מודדים את ההצללה שיוצר מוט באורך H , המוצב אנכית על פני משטח אופקי בגובה אדן החלון בשעות הבוקר, הצהרים והערב. חיבור גבולות הצל המוטל בשלוש המדידות, מהווה את גבולות הצל של אלמנט נקודתי (לדוגמה צינור אנכי). ראה תרשים 9.

בתרשים 10 אנו רואים נתונים מקורבים, אשר ניתן להשתמש בהם לצורך חישוב מקורב של צל נקודתי וזאת כאשר החזית פונה לכיוון דרום.

בתרשים 11 אנו רואים נתונים מקורבים, אשר ניתן להשתמש בהם לצורך חישוב מקורב של צל נקודתי, וזאת כאשר החזית פונה לכיוון דרום דרום מזרחית.

נתונים אלה נלקחו מחוברת "הצללה", התחנה לחקר הבנייה שליד הטכניון.

כאשר מדובר בבניין או בגוף בעל נפח, ממקמים את המוט H בכל אחת מפינותיו. גובה המוט H: מנקודת סף הפתח ועד קצה גג המבנה המצל. מסמנים את ההצללה שיוצר כל מוט בשלוש המדידות ומחברים את הגבולות. בתרשימים 12 ו-13 מוצגת צורת החישוב של גוף בעל נפח.

הצללה עצמית

בעת תכנון המבנה יש להביא בחשבון את ההצללה העצמית של חלקי המבנה.

הנתונים המופיעים בתרשים 14 מתייחסים לפינה דרומית, תרשים 15 מתייחס לפינה דרום-דרום-מזרחית, ותרשים 16 מתייחס לפינה דרום-מזרחית.

בחישוב ההצללה ביחס לפינות דרום-דרום-מערבית ודרום-מערבית יש להחליף את הנתונים בהתאמה.

תרשים 14

15 תרשים

סבכה (רושן)- אלמנט בנייה מסורתי המאפשר כניסת רוח ואור, ועם זאת יוצר הצללה החוסמת קרינה ישירה ובוהק. אלמנט זה מתאים לאקלים חם ולח. לרוב הסבכה בנויה עץ רך, אשר סופג לחות ומאפשר כניסת אוויר יבש לחלל. ראה תרשים 18.

משרבייה - גם המשרבייה היא אלמנט בנייה מסורתי. במקור אלמנט זה היה בנוי עץ קשה, אך כיום ניתן למצוא משרביות ממגוון חומרים. צורת פעולתה דומה לזו של הסבכה, אך היא מתאימה לאקלים יבש. בעבר היו מניחים בגומחות כלי חרס ובהן מי שתייה, כך שהמים היו מתקררים ומוסיפים לחות לחלל. ראה תרשים 17.

תרשים 18 - סבכה-רושן

תרשים 17 משרבייה

הצללה של צמחייה -

צמחייה יכולה להוות אלמנט הצללה מעולה וזאת על ידי שימוש בעצים נשירים. בעונת החורף, כאשר העצים נמצאים במצב של שלכת, קרני שמש מגיעות לחלונות הדרומיים, ואילו בעונת הקיץ, כאשר העצים נמצאים במצב של פריחה, נעצרות הקרניים בעצים.

במקרה שהעצים אינם נשירים, הם יכולים למנוע הגעת קרינה חשובה בעונת החורף לפתחי המבנה הדרומיים. ניתן למנוע הצללה זו על ידי חישוב. התרשים מראה שכדי לחשב זאת יש לשמור על יחס של 1:2 בין שתי הצלעות האנכיות של המשולש הנוצר. הצלע התחתונה של המשולש היא בגובה המפלס התחתון של החלון הנמוך ביותר במבנה.

תרשים 21- הצללה חיצונית

תרשים 22- הצללה פנימית

תרשים 23- החזר חום בהצללה פנימית

תרשים 24

הצללה על ידי תריס פנימי בין שכבות הזכוכית

תרשים 25

הצללה על ידי תריס פנימי בין שכבות הזכוכית

הצללה חיצונית אקטיבית

הצללה זו מהווה פתרון טוב, בכך שהיא

עוצרת את הקרינה קצרת הגל

לפני משטח הזכוכית. חסרונה הוא החלל שבין הזכוכית לתריס/בד, הלוכד אוויר חם, שבהמשך עובר לחלל. ראה תרשים 21.

- תריס גלילה - אלמנט זה יכול לתרום לבידוד

ולאיטום, בעיקר כאשר משתמשים ברפפות עם מילוי חומר מבודד (מחייב אישור מכון התקנים הישראלי). הפעלתו אינה מחייבת את פתיחת החלון, דבר המהווה יתרון. חסרונותיו: (א) הוא מגביל מאוד את מעבר האור והאוויר; (ב) ארגז התריס מהווה נקודת תורפה מבחינת איטום המבנה ובידודו.

- תריס גרירה - יתרונו של אלמנט זה בכך שניתן לווסת את אטימותו וכך לנצלו לאוורור טבעי.

חסרונו: הוא אינו מאפשר פתיחה מלאה, דבר

שמקטין את ניצול האנרגיה הסולרית בחורף

(גרירה לתוך כיס בעייתית מבחינת איטום ואינה מומלצת).

- תריס רפפות דו כנפי - תריס זה נפתח כלפי חוץ וכך מאפשר פתיחה מלאה. בנוסף, הוא מאפשר אוורור - על ידי כוונון הרפפות. חסרונו הוא בנוחות התפעול.

- סוכך בד חיצוני - מקנה גמישות באופן השימוש, הן במישור האופקי והן במישור האנכי. אם הוא מצויד במנוע, הפעלתו אינה מחייבת את פתיחת החלון. כאשר נעזרים בחיישן חיצוני - מתאפשרת סגירה אוטומטית במזג אוויר סוער ופתיחה אוטומטית כאשר הפתח נחשף לקרינה סולרית.

חסרונו: אורך חיים קצר יחסית.

גוון התריס או הסוכך הוא בעל השפעה מכרעת -מומלץ לבחור בגוון בהיר, שכן הוא מחזיר יותר קרינה ולכן מתחמם פחות בעונת הקיץ.

הצללה פנימית אקטיבית - הצללה זו

אפקטיבית פחות משתי השיטות שצוינו לעיל. אלמנט ההצללה מצליח לחסום רק חלק מהקרינה שעוברת דרך הזיגוג, והחלק שנבלע בתריס/וילון מועבר לחלל, שכן הזכוכית חדירה לקרניים קצרות.

כיוון שהזכוכית אינה מעבירה קרניים ארוכות,

נוצר אפקט החממה בחלל שבין התריס לזיגוג, מצב שגורם להעברת חום לא רצוי לחלל. ראה תרשים.22

תריס/וילון פנימי אפקטיבי רק אם הוא בגוון בהיר.

חיסרון נוסף הוא שקרני השמש מגיעות ישירות אל הזכוכית והיא בולעת את הקרינה ויוצרת אלמנט אשר מחמם גם הוא את החלל.

שילוב של זכוכית אשר אינה בולעת קרינה (ראה מאמר "זיגוג") עם הצללה פנימית בגוון

בהיר, יכול להיות פתרון סביר.

הצללה זו למרות יעילותה הנמוכה יחסית מונעת מעבר קרינה ישירה ובכך משפרת את ההרגשה בחלל (נוחות תרמית). ראה תרשים 24.

בעונת החורף ניתן להשתמש בהצללה פנימית בגוון כהה, כאלמנט המנצל אנרגיה סולרית. בשל מקדם הבליעה הגבוה של הגוון הכהה, נוצר אפקט החממהבין התריס הפנימי לזיגוג. כדי לנצל אפקט זה,

על התריס/וילון להיות מרוחק מהזיגוג וכן

לאפשר מעבר אוויר בינו לבין החלל באמצעות

חריצים בחלקו העליון והתחתון. כך, האוויר אשר מתחמם בחלל שנוצר בין הזיגוג לתריס, עולה כלפי מעלה ויוצא דרך החריץ העליון, ואוויר מהחלל נכנס במקומו דרך החריץ התחתון. אוויר זה מתחמם גם הוא, עולה למעלה וחוזר חלילה.

יתרון נוסף של פתרון זה בחורף: הוא מאפשר

מעבר אנרגיה סולרית לחלל תוך מניעת בוהק

וסנוור.

הצללה על ידי תריס פנימי בין שכבות הזכוכית:

פיתוח זה הוא שילוב של שתי צורות ההצללה:

הפנימית והחיצונית. מבחינה תרמית הוא יעיל

בשני מובנים: גם כהצללה וגם כבידוד תרמי (שכן התריס נמצא בתוך זכוכית כפולה המהווה בידוד תרמי יעיל). (ראה מאמר - "זיגוג").

יתרונות נוספים: מהבחינה התפעולית והתרמית - נחסך הצורך בארגז תריס, ומהבחינה הוויזואלית:

מדובר באלמנט אסתטי שאינו פוגם במראה המבנה.

ראה תרשימים 24 ו-25 .

סוגי פתחים

צוהר עילי - שילוב חלון עליון (צוהר עילי) בתכנון המבנה, יכול להיות גורם בעל ערך מוסף משמעותי מאוד בניצול האנרגיה הסולרית.

בתכנון נכון, אלמנט זה יחדיר קרינה סולרית ואור טבעי בעונת החורף, ואילו בעונת הקיץ יחדיר אור טבעי לא ישיר בלבד.

אלמנט סולרי זה יכול להיות ממוקם בכל מקום במבנה ולא רק בחזית הדרומית, ולהחדיר אור טבעי לא בוהק ולא מסנוור לחללים פנימיים במבנה.

יתרון משמעותי נוסף של אלמנט זה, שהוא יכול לשמש כפתח עליון ליציאת אוויר חם מהמבנה בעונת הקיץ (כאשר הוא ניתן לפתיחה).

סקיי-לייט - בדרך כלל לא ניתן להוסיף לו הצללה בשום צורה (פסיבית או אקטיבית). חיסרון זה גורם לכך שהוא אינו מהווה אלמנט שתורם לניצול אנרגיה סולרית. תכנון נכון של אלמנט זה ייעשה על ידי בחירת זיגוג, אשר יחסום מעבר קרינה בכל עונות השנה, אך יאפשר מעבר של אור טבעי תוך מניעת בוהק מסנוור שיוצר הרגשה של אי נוחות. ניצול נכון של האנרגיה הסולרית, ייעשה על ידי החדרתה לחלל רק בעונת החורף וזאת על ידי הצללה מתאימה. (פירוט במאמר "זיגוג").

מרפסת שמש, קליטה ישירה -27 תרשים

תרשים 82- מרפסת שמש, קליטה עקיפה

תרשים29-

מרפסת שמש, שחרור האנרגיה במשך הלילה

תרשים 30 א'

חממת שמש, תפקוד זהה לזה של מרפסת

שמש

חממת שמש - מרפסת שמש -

אלמנט סולרי זה, מהווה פתרון מעולה לניצול אנרגיית השמש לחימום המבנה, כאשר הוא פונה לכיוון דרום וקרוב לדרום

( °20 מהדרום). האנרגיה יכולה להיות מנוצלת בשני אופנים:

1. קליטה ישירה.

2. קליטה עקיפה על ידי שימוש בקיר אוגר חום .

אלמנט זה יכול להיות פסיבי, אז הוא משפיע על החללים הסמוכים לו, והוא יכול להיות אקטיבי, אם משתמשים במפוח ובתעלות המעבירות את האוויר לחללים המרוחקים.

בעונת הקיץ בשעות הערב, משמשת המרפסת לאוורור טבעי של המבנה. בשעות היום בעונה זו, יש להוסיף לה הצללה.

קליטה ישירה - (תרשים 27,30) בשיטה זו

מועברת האנרגיה הסולרית ישירות לחלל (ללא אלמנט מתווך), דרך משטחי הזכוכית. הזכוכית גם מחדירה אור טבעי. חלל המרפסת משמש המשך של חלל המגורים. שיטה זו היא הפשוטה והקלה ביותר ליישום.

במרפסת שמש נוצר מצב של "חממה". מצב זה נוצר עקב כך שקרני השמש באורך גל קצר, חודרות דרך הזיגוג פנימה אל החלל, אך אינן עושות זאת בכיוון ההפוך (מתוך החלל החוצה), וזאת משום שלאחר קליטת הקרניים במסת הבניין, הגלים הופכים לגלים ארוכים שאותם הזכוכית אינה

.מעבירה

בקיץ חיסרון משמעותי של אלמנט זה, הוא שדרכו נכנסת קרינה ישירה, מפוזרת ומוחזרת, אשר מחממת מאוד את החלל ומגבירה את השימוש בקירור מכני לקבלת נוחות תרמית. הפתרון לכך הוא שימוש בהצללה. ההצללה פותרת גם את בעיית הבוהק והסנוור. פתיחת חלון עליון בחממה פותר חלקית את הבעיה. חיסרון נוסף בקיץ הוא הקטנת המסה התרמית של .מעטפת המבנה

בחורף קרינה קצרת גל מהשמש מועברת על ידי הזכוכית, ישירות לתוך החלל ומהווה מקור לאנרגיה סולרית במשך שעות היום. אנרגיה זו אף נקלטת ונאגרת באופן חלקי במסת מעטפת המבנה ומשתחררת בשעות הלילה (יעילות נמוכת מקיר אוגר). סגירת התריסים בלילה משפרת את החיסכון .באנרגיה

תרשים 30 ב

חממת שמש, תפקוד זהה לזה של מרפסת שמש

תרשים 31א'

חממת שמש, קליטה עקיפה

קליטה עקיפה - (תרשימים 28,31) בשיטה זו נקלטת האנרגיה במסה לפני שהיא עוברת לחלל המגורים.

כמו כן, יש שליטה על מעבר האנרגיה בין החלל

המזוגג לבין חלל המגורים.

ויסות המעבר נעשה על ידי חלונות ודלתות אשר מממוקמים בקיר המפריד, המהווה את המסה הקולטת.

כדי לנצל בצורה מקסימלית את המערכת, מומלץ למקם חלונות בחלק העליון והתחתון של הקיר.

במשך שעות היום נאגרת האנרגיה במסת הקיר, ובמשך הלילה היא משתחררת ביעילות גבוהה.

האנרגיה הדרושה במשך היום מועברת דרך הפתחים, אשר נסגרים בשעות הערב והלילה למניעת מעבר חוזר של אנרגיה. בעונת הקיץ, יש להצליל את חלונות מרפסת השמש למניעת קליטת אנרגיה סולרית ישירה, עקיפה ומוחזרת. בנוסף, יש למקם פתח בחלקו העליון של זיגוג המרפסת לשחרור אוויר חם בכל שעות היום, ולהקפיד על סגירת פתחים אלה בעונת החורף.

חסרונות שיטה זו הם:

(א) מתאפשר מעבר חלקי בלבד של אור.

(ב) יש הפרדה פיזית של חלל המגורים מהחלל המזוגג וניצול חלקי של חלל זה כאזור למגורים.

מסגרת הפתחים-

מסגרת החלון היא פרט שיש לתת עליו את הדעת: אף על פי שחלקה היחסי בשטח החלון קטן,

היא יכולה להוות גשר קור, במידה והחומר שממנו עשוי החלון הוא בעל מוליכות חום גבוה (כלומר בעל יכולת בידוד תרמי נמוכה).

ישנן כמה מסגרות בעלות רמת בידוד גבוהה יותר:

מסגרות עץ.

מסגרות מעץ המשולב עם אלומיניום.

מסגרות אלומיניום מבודדות.

מסגרות .P.V.C.

תכנון הפתחים במבנה בהתאם לעקרונות בנייה ירוקה

המאמר מציג סוגי פתחים ופתרונות הצללה, דרכים לניצול אנרגיה סולרית ולחיסכון באנרגיה בחימום הבית.

מבצעים ועודפים ישירות למייל

הירשמו עכשיו

תודה רבה!

אוהבים את אתר הדירה?