הנחיות אוורור לעיצוב

מטרת ההנחיות (Blomsterberg,2000) [Ref 6] היא לתת הדרכה לעוסקים (בעיקר מתכנני HVAC ומנהלי מבנים, אך גם לקוחות ומשתמשי מבנים) כיצד להביא למערכות אוורור עם ביצועים טובים תוך יישום קונבנציונלי וחדשני טכנולוגיות.ההנחיות חלות על מערכות אוורור בבנייני מגורים ומסחר, ובמהלך כל מחזור החיים של בניין, כלומר, תכנון, בנייה, הפעלה, הפעלה, תחזוקה ופירוק.

הדרישות המוקדמות הבאות נחוצות לתכנון מבוסס ביצועים של מערכות אוורור:

• מפרטי ביצועים (בנוגע לאיכות אוויר פנימית, נוחות תרמית, יעילות אנרגטית וכו') צוינו עבור המערכת שתתוכנן.
• מיושמת פרספקטיבה של מחזור חיים.
• מערכת האוורור נחשבת לחלק בלתי נפרד מהמבנה.

המטרה היא לתכנן מערכת אוורור, אשר עומדת במפרטי ביצועים ספציפיים לפרויקט (ראה פרק 7.1), תוך יישום טכנולוגיות קונבנציונליות וחדשניות.יש לתאם את תכנון מערכת האוורור עם עבודת התכנון של האדריכל מהנדס המבנה, מהנדס החשמל ומתכנן מערכת החימום/קירור זאת על מנת להבטיח שהבניין המוגמר עם מערכת חימום, קירור ואוורור מתפקד היטב.אחרון ולא פחות חשוב יש להתייעץ עם מנהל הבניין לגבי רצונותיו המיוחדים.הוא יהיה אחראי על תפעול מערכת האוורור עוד שנים רבות.לפיכך על המעצב לקבוע גורמים (מאפיינים) מסוימים למערכת האוורור, בהתאם למפרטי הביצועים.יש לבחור גורמים (מאפיינים) אלה באופן שלמערכת הכוללת תהיה עלות מחזור החיים הנמוכה ביותר עבור רמת האיכות שצוינה.יש לבצע אופטימיזציה כלכלית תוך התחשבות:

• עלויות השקעה
• עלויות תפעול (אנרגיה)
• עלויות תחזוקה (החלפת מסננים, ניקוי תעלות, ניקוי מכשירי מסוף אוויר וכו')

חלק מהגורמים (מאפיינים) מכסים תחומים שבהם יש להציג דרישות ביצועים או להחמיר בעתיד הקרוב.גורמים אלו הם:

• עיצוב עם פרספקטיבה של מחזור חיים
• עיצוב לשימוש יעיל בחשמל
• עיצוב לרמות צליל נמוכות
• תכנון לשימוש במערכת ניהול אנרגיה בבניין
• עיצוב לתפעול ותחזוקה

עיצוב עם מחזור חיים נקודת מבט 

יש להפוך מבנים לברי קיימא כלומר לבניין חייבת במהלך חייו השפעה קטנה ככל האפשר על הסביבה.אחראיות לכך הן מספר קטגוריות שונות של אנשים כגון מעצבים, מנהלי בניין.יש לשפוט מוצרים מנקודת מבט של מחזור החיים, שבה יש לשים לב לכל ההשפעות על הסביבה במהלך כל מחזור החיים.בשלב מוקדם המעצב, הוא הרוכש והקבלן יכולים לעשות בחירות ידידותיות לסביבה.בניין מורכב מכמה מרכיבים שונים עם תוחלת חיים שונה.בהקשר זה יש לקחת בחשבון את התחזוקה והגמישות, כלומר השימוש בבניין משרדים יכול להשתנות מספר פעמים במהלך טווח הפעילות של הבניין.בחירת מערכת האוורור בדרך כלל מושפעת מאוד מהעלויות, כלומר בדרך כלל עלויות ההשקעה ולא עלויות מחזור החיים.לעתים קרובות משמעות הדבר היא מערכת אוורור שפשוט עומדת בדרישות קוד הבנייה בעלויות ההשקעה הנמוכות ביותר.עלות התפעול של מאוורר למשל יכולה להיות 90% מעלות מחזור החיים.גורמים חשובים הרלוונטיים לפרספקטיבות של מחזור החיים הם:
אורך חיים, משך חיים.

• השפעה על הסביבה.
• שינויים במערכת האוורור.
• ניתוח עלויות.

שיטה פשוטה המשמשת לניתוח עלויות במחזור החיים היא חישוב הערך הנוכחי הנקי.השיטה משלבת השקעה, אנרגיה, תחזוקה ועלות סביבתית במהלך חלק או כל שלב התפעול של הבנייה.העלות השנתית עבור אנרגיה, תחזוקה וסביבה מחושבת מחדש על ידי עלות כיום, כיום (Nilson 2000) [Ref 36].עם הליך זה ניתן להשוות מערכות שונות.בדרך כלל קשה מאוד לקבוע את ההשפעה הסביבתית בעלויות, ולכן לרוב נותרת בחוץ.ההשפעה הסביבתית נלקחת במידה מסוימת בחשבון על ידי הכללת אנרגיה.לעתים קרובות חישובי LCC נעשים כדי לייעל את השימוש באנרגיה במהלך תקופת הפעולה.החלק העיקרי של השימוש באנרגיה במחזור החיים של בניין הוא בתקופה זו, כלומר חימום/קירור חלל, אוורור, ייצור מים חמים, חשמל ותאורה (Adalberth 1999) [Ref 25].בהנחה שאורך החיים של בניין הוא 50 שנים, תקופת ההפעלה יכולה להוות 80 - 85% מכלל השימוש באנרגיה.ה-15-20% הנותרים מיועדים לייצור והובלה של חומרי הבניין והבנייה.

עיצוב לשימוש יעיל של חשמל לאוורור 

השימוש בחשמל של מערכת אוורור נקבע בעיקר על ידי הגורמים הבאים: • ירידת לחץ ותנאי זרימת אוויר במערכת התעלות
• יעילות מאוורר
• טכניקת בקרה על זרימת האוויר
• התאמה
על מנת להגביר את יעילות השימוש בחשמל מעניינים את האמצעים הבאים:

• בצע אופטימיזציה של הפריסה הכוללת של מערכת האוורור, למשל צמצם למינימום את מספר הכיפופים, המפזרים, שינויי חתך רוחב, חתיכות T.
• החלף למאוורר בעל יעילות גבוהה יותר (למשל מונע ישירות במקום מונע רצועה, מנוע יעיל יותר, להבים מעוקלים לאחור במקום מעוקלים קדימה).
• הורד את מפל הלחץ במאוורר החיבור - תעלות (כניסה ויציאה של מאוורר).
• הורד את ירידת הלחץ במערכת הצינורות, למשל על פני עיקולים, מפזרים, שינויי חתך, חתיכות T.
• התקן טכניקה יעילה יותר של בקרת זרימת האוויר (בקרת תדר או זווית להב המאוורר במקום בקרת מתח, מנחת או שבשבת מובילה).

חשיבות לשימוש הכולל בחשמל לאוורור היא כמובן גם אטימות התעלות, קצבי זרימת האוויר וזמני הפעולה.

על מנת להראות את ההבדל בין מערכת עם נפילות לחץ נמוכות מאוד למערכת שעד כה נהוגה בה, הושוותה "מערכת יעילה", SFP (הספק מאוורר ספציפי) = 1 קילוואט/מ³/s ל"מערכת רגילה ", SFP = בין 5.5 - 13 קילוואט/מ"ר לשנייה (ראהטבלה 9).מערכת יעילה מאוד יכולה להיות בעלת ערך של 0.5 (ראה פרק 6.3.5).

טבלה 9: ירידות לחץ מחושבות ו-SFP ערכים עבור "מערכת יעילה" ו"זרם מערכת". 

עיצוב לרמות צליל נמוכות 

נקודת מוצא בעת תכנון לרמות קול נמוכות היא תכנון לרמות לחץ נמוכות.כך ניתן לבחור מאוורר הפועל בתדר סיבוב נמוך.ניתן להשיג נפילות לחץ נמוכות באמצעים הבאים:

• מהירות אוויר נמוכה כלומר ממדי תעלה גדולים
• צמצם למינימום את מספר הרכיבים עם נפילות לחץ, למשל שינויים בכיוון התעלה או בגודלו, בולמים.
• צמצם את ירידת הלחץ על פני הרכיבים הדרושים
• תנאי זרימה טובים בכניסות ויציאות אוויר

הטכניקות הבאות לשליטה בזרימות האוויר מתאימות, תוך התחשבות בקול:

• שליטה על תדר הסיבוב של המנוע
• שינוי זווית להבי המאוורר של מאווררים צירים
• סוג והרכבת המאוורר חשובים גם לרמת הקול.

אם מערכת האוורור שתוכננה כך אינה עומדת בדרישות הקול, סביר להניח שיש לכלול בתכנון מנחתי קול.אל תשכח שרעש יכול להיכנס דרך מערכת האוורור, למשל רעשי רוח דרך פתחי אוורור חיצוניים.
7.3.4 עיצוב לשימוש ב-BMS
מערכת ניהול הבניין (BMS) של בניין והשגרה למעקב אחר מדידות ואזעקות, קובעות את האפשרויות לקבל הפעלה תקינה של מערכת החימום/קירור והאוורור.פעולה אופטימלית של מערכת HVAC דורשת שניתן יהיה לנטר את תהליכי המשנה בנפרד.לעתים קרובות זוהי גם הגישה היחידה לגילוי אי התאמות קטנות במערכת אשר כשלעצמן אינן מגדילות את צריכת האנרגיה מספיק כדי להפעיל אזעקה לשימוש באנרגיה (על ידי רמות מקסימליות או נהלי מעקב).דוגמה אחת היא בעיות עם מנוע מאוורר, שאינו מופיע על סך השימוש באנרגיה חשמלית להפעלת בניין.

זה לא אומר שכל מערכת אוורור צריכה להיות מפוקחת על ידי BMS.עבור כל המערכות הקטנות והפשוטות ביותר יש לשקול BMS.עבור מערכת אוורור מורכבת וגדולה מאוד, כנראה יש צורך ב-BMS.

רמת התחכום של BMS צריכה להתאים לרמת הידע של הצוות התפעולי.הגישה הטובה ביותר היא להרכיב מפרטי ביצועים מפורטים עבור ה-BMS.

7.3.5 תכנון לתפעול ו תחזוקה
על מנת לאפשר תפעול ותחזוקה תקינים יש לכתוב הוראות תפעול ותחזוקה מתאימות.כדי שהוראות אלו יהיו שימושיות יש לעמוד בקריטריונים מסוימים במהלך תכנון מערכת האוורור:

• המערכות הטכניות ורכיביהן חייבים להיות נגישים לתחזוקה, החלפה וכו'. חדרי מאווררים חייבים להיות גדולים מספיק ומצוידים בתאורה טובה.הרכיבים הבודדים (מאווררים, בולמים וכו') של מערכת האוורור חייבים להיות נגישים בקלות.
• יש לסמן את המערכות במידע על המדיום בצינורות ובתעלות, כיוון זרימה וכו'. • יש לכלול נקודת בדיקה לפרמטרים חשובים

יש להכין את הוראות התפעול והתחזוקה בשלב התכנון ולסיים בשלב הבנייה.

ראה דיונים, נתונים סטטיסטיים ופרופילי מחבר עבור פרסום זה בכתובת: https://www.researchgate.net/publication/313573886
לקראת ביצועים משופרים של מערכות אוורור מכניות
מחברים, כולל: פיטר ווטרס, פייר ברלס, כריסטוף דלמוטה, אקה בלומסטרברג
חלק מהמחברים של פרסום זה עובדים גם על פרויקטים קשורים אלה:
אטימות של מבנים
אקלים פסיבי: FCT PTDC/ENR/73657/2006