טור מקצועי: התייעלות אנרגטית כחלק מתהליך תכנון מבני
אייל זילברברג, אוניברסיטת בן גוריון
בשנים האחרונות הולך וגובר השימוש במושג "התייעלות אנרגטית", רבים מקשרים זאת לצורך בהפחתה בשימוש בדלקים מחצביים התורמים להחרפת המשבר האקלימי, אך למושג זה יש תפקיד נוסף והוא בצמצום הביקוש הגואה לאנרגיה זמינה. כתב העת, International Energy Agency (IEA), מצביע על עלייה של פי 2.25 בצריכת האנרגיה הסופית בין השנים 1971 ל- 2016. ומה חלקו של ענף הבנייה אתם שואלים? אז הערכות הן כי במדינות המפותחות ענף זה צורך בממוצע כ- 40% מסך צריכת האנרגיה של המשק.
תהליך ההתייעלות האנרגטית בעולם המבנים, דורש תחילה הסתכלות כוללת על כמות האנרגיה המושקעת לאורך כל שלביו של המבנה, החל משלב הקמתו ועד לשלב פירוקו. תהליך זה מכונה בספרות "הערכת מחזור החיים האנרגטי", והוא מורכב משני שלבים עיקריים - אנרגיה אגורה שהיא האנרגיה המושקעת לייצור, שינוע והרכבה של אלמנטי המבנה, ואנרגיה תפעולית שהיא האנרגיה המושקעת לאורך כל תקופת מחזור חייו של המבנה לצורך סיפוק הדרישות היומיומיות של השוכנים בו (מיזוג אוויר, תאורה, חשמל ועוד).
כיום, שימוש בסימולציות ממוחשבות בעלות יכולות מידול ואנליזה מתקדמות פותח בפנינו מרחב אפשרויות עצום לבדיקת ההשלכות האנרגטיות עקב עריכת שינויים מבניים. כך בעבור כל מבנה ניתן לכמת את ההשפעות האנרגטיות (הן מבחינת אנרגיה אגורה והן מבחינת אנרגיה תפעולית) על ידי הרצת סימולציה ממוחשבת הממדלת את המבנה לפני ואחרי אותו שינוי מוצא שברצוננו לבחון. במצב זה ניתן להגדיר מטרה חדשה והיא חיפוש אחר המבנה האופטימלי- מינימום הוצאות אנרגטיות. לאור חשיבות הנושא והבנת הפוטנציאל הטמון ביכולות לכימות ההוצאות האנרגטיות לאורך מחזור חיי המבנה, החלטתי לחקור את הנושא במסגרת עבודת תזה.
המחקר עוסק בבדיקת היתכנות לחסכון בסך ההוצאות האנרגטיות המושקעות לאורך מחזור חייו של מבנה משרדים וזאת באמצעות שינוי מימדיהם ותכונותיהם התרמיות של אלמנטי מעטפת שלד המבנה. המחקר נערך על מבנה בוחן עשוי בטון מזוין, הנמצא תחת תנאי האקלים המדברי של הנגב.
תהליך הבחינה נעשה באמצעות שימוש בשלוש מערכות שונות -
האחת, מערכת המבצעת סימולציה אנרגטית, בה ממודל מבנה הבוחן בתוכנת אנליזה אנרגטית ייעודית, לתוכה מוזנים נתוני המבנה החל מגאומטריית המבנה וכלה בעומסי החום הפנימיים והחיצוניים הפועלים. שימוש בסימולציה האנרגטית מקנה את האפשרות לקבל תחזית אנרגטית מפורטת, בין היתר את כמות האנרגיה התפעולית המושקעת לצורך חימום וקירור המבנה.
השניה, אנליזה קונסטרוקטיבית, בה ממודל מבנה באמצעות תוכנת אלמנטים סופיים. אשר על בסיס גאומטריית המבנה, עומסיו ורכיביו המבניים ניתן לקבוע את ממדי אלמנטי שלד המבנה וכפועל יוצא את כמויות חומרי הבנייה וזאת על פי דרישות התקינה הרלוונטית.
השלישית, מערכת המבצעת עיבוד לתוצאות הסימולציות המבניות. עיבוד נתונים זה כולל את קליטתם של תוצאות המודלים משתי המערכות להעיל והמרתן ליחידות אנרגטיות אחידות. כך, תוצאות האנליזה הקונסטרוקטיבית מומרות לאנרגיה אגורה ותוצאות האנליזה האנרגטית לאנרגיה תפעולית.
לאחר הגדרת השינויים המבניים הרצויים לתוכנות הסימולציה והרצתן, מועברות התוצאות למערכת העיבוד, אשר מפרשת אותן לערכים אנרגטיים. לבסוף, לאחר השוואת סל התוצאות שמתקבלות, ממידול השינויים המבניים הרצויים, נבחרת החלופה היעילה ביותר מבחינת השקעת האנרגיה.
לסיכום, ניתוח מבני באמצעות שימוש משולב בתוכנות סימולציה ייעודיות מאפשרת הסתכלות מחודשת על תהליך עיצוב המבנה ובחינה אפריורית של המבנה הרצוי והשלכותיו. עבורי, ניתוח זה מתמקד בחיפוש אחר מבנה יעיל אנרגטית, ומה בעבורכם?
אייל זילברברג, אוניברסיטת בן גוריון
פוסטים נוספים שאולי יעניינו אותך
