פתרונות פסיביים לניצול אנרגיה סולרית
המאמר עוסק באלמנטים הקולטים את אנרגיית השמש ומעבירים אותה אל חלל המבנה (קליטה עקיפה): קיר אוגר, קיר טרומב, קיר מים, בריכת גג, ומציג שיטה מעניינת - "שיטת הלולאה".
הפתרונות הפסיביים לניצול אנרגיה סולרית מתחלקים לשני סוגים:
1. קליטה ישירה - אנרגיית השמש נקלטת באופן ישיר בחלל ובמסת המבנה. האנרגיה מועברת כקרינה.
קליטה ישירה מתבצעת בעיקר על ידי מרפסת/חממת שמש וצוהר עליון.
2. קליטה עקיפה - אנרגיית השמש נקלטת על ידי אלמנטים כגון קיר אוגר, חללי שמש, בריכת גג ובריכת שמש. היא מועברת אל חלל הבית על ידי הולכה. כלומר בשיטה זו נקלטת אנרגיית השמש במסה לפני שהיא עוברת לחלל המגורים. שיטה זו מתחלקת לשתי צורות: קיר מפריד וקיר אוגר.
קיר מפריד
קיר אוגר
קיר אוגר, על סוגיו השונים, פועל על פי העיקרון הבא: מסה תרמית קולטת את הקרינה
הסולרית, וזו הופכת לאנרגיית חום. אנרגיה זו מועברת אל החלל על ידי הולכה. בעונת
החורף במשך שעות היום נאגרת חלק מהאנרגיה אשר אינה מועברת לחלל, במסת הקיר .
אנרגיה זו משתחררת במשך הלילה. באופן זה נחסכת אנרגיה רבה בחימום המבנה.
בעונת הקיץ יש להצליל את הקיר.
יתרונו של הקיר האוגר הוא בהפרדה המלאה שהוא יוצר בין אזורי מחיה לשטחי קליטה,
במניעת סנוור ובוהק אשר מופיעים בקליטה ישירה ובעיכוב מעבר החום לחלל.
יעילותו של קיר זה גבוהה כאשר הוא פונה לכיוון דרום.
תרשים 1 קיר אוגר | הקיר האוגר הפשוט ביותר הוא קיר בעל מסה תרמית גבוהה, אשר צדו החיצוני צבוע בצבע כהה ומכוסה במשטח שקוף (תרשים 1). אנרגיית השמש נקלטת בקיר ומועברת לחלל בהשהיה ותורמת לנוחות התרמית במבנה. חסרונו העיקרי של הקיר האוגר מסוג זה הוא בעונת הקיץ - אז הקיר מתחמם מאוד. |
פתרון של תריס בהיר משפר מעט את המצב,אך בכל מקרה פתרון זה הוא בעל יעילות נמוכה.
תרשים 2 קיר אוגר משוכלל א'
תרשים 3 קיר אוגר משוכלל ב'
תרשים 4 קיר אוגר "טרומב"
תרשים 5 שיטת הלולאה
תרשים 6 קיר מים במשך היום
תרשים 7 קיר מים בלילה
| וריאציה מעניינת לקיר אוגר פותחה באוניברסיטת בן גוריון בשדה בוקר. מדובר במנסרות משולשות ורטיקליות אשר סובבות על ציר. צלע אחת של כל מנסרה צבועה שחור - מקדם בליעה גבוה, והצלע השנייה מכוסה נייר אלומיניום - מקדם בליעה נמוך מאוד. בעונת החורף במשך היום הצלע השחורה מופנית כלפי חוץ ואוגרת אנרגיה. בלילה מסובבים את המנסרות כך שהצלע השחורה שלהן מופנית לחלל ומשחררת את האנרגיה שנצברה, וזו המכוסה נייר אלומיניום מופנית כלפי חוץ (תרשים 2). בעונת הקיץ הפעולה הפוכה. מתקן זה נוסה בנגב ונמצא יעיל.
באירופה קיים מתקן המבוסס על אותו רעיון: מדובר במנסרה קובייתית ורטיקלית צרה ומאורכת אשר צלעותיה הרחבות "מטופלות" כמו המנסרות ומתפקדות כמוהן. יתרונה של המנסרה הקובייתית בהשוואה למנסרות המשולשות הוא שהיא מאפשרת מעבר חופשי יותר של אור ורוח (כאשר הצלע הצרה של המנסרה מופנית כלפי החלון), וחסרונה במסה התרמית המוגבלת שלה (תרשים 3). שכלול של הקיר האוגר הפשוט נקרא קיר "טרומב". קיר זה זהה לקיר האוגר הפשוט מלבד זאת שיש בו פתחים (ערוצים). בשיטה זו מלבד העברת אנרגיה בהולכה מועברת אנרגיה דרך הפתחים בהסעה חופשית. ערוצים אלו מאפשרים שליטה על מעבר החום. סגירת הפתחים בשעות הלילה מונעת בריחת אנרגיה. פתחים אלו מורידים את נצילות הקיר (תרשים 4). חסרונות השימוש בקיר אוגר: יעילות ניצול האנרגיה שלו נמוכה ולכן דרושים שטחי קליטה גדולים. בעיה נוספת היא בעונת הקיץ שבה דרוש כיסוי מלא של הקיר למניעת קליטת קרינה ישירה, מוחזרת ומפוזרת. חסרונות אלו מעמידים בספק את כדאיות השימוש בו באקלים הישראלי, אך בהחלט כדאי לבדוק זאת נקודתית בכל פרויקט. שיטה מעניינת מאוד המבוססת על עקרון האגירה פותחה בניו מקסיקו על ידי Steve Baerונקראת "שיטת הלולאה" (Convective Loops). שיטה זו מתאימה לבתים הממוקמים על מדרון הפונה לכיוון דרום. בשיטה זו ממקמים בצמוד למבנה מצבור אבנים אשר חלקו העליון מזוגג ומופנה לכיוון דרום, ויוצרים תעלות המחברות את אזור הקליטה (האזור המזוגג) עם המבנה דרך מצבור האבנים ושני פתחים ברצפת המבנה. הפתח הראשון קרוב למצבור האבנים והשני מרוחק ממנו. פתחים אלו שולטים על כניסת האוויר למבנה. כשהפתחים פתוחים, האוויר החם מאזור הקליטה עולה דרך הפתח הקרוב וחוזר דרך הפתח המרוחק (תרשים 5 א) בצורה כזו של לולאה זורם האוויר החם מאזור הקליטה לחלל המגורים. במשך היום, כאשר אין צורך בחימום החלל, נסגרים הפתחים ברצפה והאוויר החם מחמם את מצבור האבנים שמהווה מסה תרמית אשר אוגרת את החום (תרשים 5 ב). בשעות הערב מנתקים את אזור הקליטה המזוגג ממצבור האבנים באמצעות משטח חוצץ. בכך נמנעת בריחת חום חזרה החוצה ממצבור האבנים. הפתחים ברצפת המבנה נפתחים, וכך נוצרת לולאה של זרימת אוויר שמחממת את חלל המגורים (תרשים 5 ג). בשיטה זו מועבר החום בהסעה טבעית ויש שליטה מלאה על המעבר. מערכת זו נפרדת מהמבנה, ולכן היא אינה סובלת מחסרונות הקליטה הישירה. ניתן לומר כי שיטה זו היא שכלול שיטת הקיר האוגר. יתרונה של שיטה זו הוא בעונת החורף. בעונת הקיץ מכוסה אזור הקליטה בתריס. קיר אוגר מסוג שונה אך מעניין הוא "קיר מים". המים מאוחסנים במכלים. היות שהחום הסגולי של המים גבוה פי ארבעה מזה של חומרים צמנטיים, הם מהווים אלמנט אגירה יעיל. מעבר החום במים נעשה בהסעה טבעית. מעבר החום דרך המים מהיר, ולכן נמנעת ההשהיה של קיר אוגר רגיל (שיטה זו מתאימה לשימוש בחללים שאין צורך בהשהיית מעבר החום בהם). לעיתים אף ניתן לנצל בשיטה זו קרינת שמש מפוזרת שעוברת ישירות לחלל דרך מכלי המים, וזאת בתנאי שמכלי המים שקופים. כדי לנצל בצורה נכונה את האנרגיה שנאגרה בקיר המים, בשעות הערב יש ליצור הפרדה בין הזיגוג למכלים באמצעות תריס. כך האנרגיה שנאגרה במים תשתחרר לתוך החלל ולא החוצה (תרשימים ,7,6ו-8 ).
תרשים 8 וריאציה נוספת לקיר מים |
תרשים 9 בית שרווד הכולל בריכת גג
תרשים 10 בריכת גג פרט מוגדל | פתרון מעניין נוסף העושה שימוש במים הוא בריכת גג. בשיטה זו ניתן להשתמש בבתים חד קומתיים בעלי גג שטוח. על גג המבנה בונים בריכת מים רדודה אשר יכולה להיות פתוחה או סגורה בזכוכית. בחורף במשך היום הבריכה פתוחה ואנרגיית השמש נקלטת במים. במשך הלילה היא מכוסה על ידי יריעה מבודדת ואנרגיה שנאגרה במים מועברת לחלל הבית על ידי הולכה. בקיץ התהליך הוא הפוך: ביום הבריכה מכוסה, בלילה- פתוחה, המים מתקררים במשך הלילה ומקררים את המבנה במשך היום. שיטה זו יושמה בהצלחה רבה בבית שרווד בקרולינה ארה"ב (קו רוחב 38). החיסכון באנרגיה היה גדול (יש לציין שהאקלים באזור זה קר מהאקלים בארצנו). (תרשימים 9 ו-10 ). בעולם ישנן וריאציות רבות לאלמנטים המופיעים במאמר זה. לכל מבנה יש להתאים את השיטה המתאימה לו, בהתאם למאפייניו ולמיקומו. |
