איטומן - מומחי איטום ושיקום מבנים
איטום שיקום פרוייקטים פורום מפרטי איטום ושיקום מפת אתר
 
דף הבית
מאגר לקוחות
איטום
שיקום
פרוייקטים
חומרי שיקום
מפרטי איטום ושיקום
מן העיתונות
גלריית תמונות
קישורים
פורום
צור קשר
בידוד קירות

 

המאמר המקצועי המובא להלן הנו פרק נוסף ממדריך "היבטים אנרגטיים בתכנון באזורים מדבריים".

אשר פורסם באתר משרד התשתיות הלאומיות .

 

המדריך נערך ע"י פרופ` יצחק מאיר, פרופ` יאיר עציון ופרופ` דוד פיימן. 

 

התוכן המובא להלן הנו חלק מתוך פרק 2- "הבניין במדבר". חלק זה של הפרק עוסק בנושא בידוד תרמי של קירות. בהמשך מוצג תוכן רלוונטי מתוך פרק 2.7 על  "חומרי גמר וצבע", אשר להם השפעה נוספת על בידוד קירות ועל הנוחות התרמית בחלל המגורים.

 

על אף העובדה שמדריך זה מכוון לאזורים מדבריים, התכנים המוצגים בו בנושאי בידוד ותכנון אנרגטי של מבנים מוצגים בצורה מאוד בהירה והנם בעלי תועלת רבה להבנת נושא בידוד מבנים- בכלל. המדריך מומלץ מאוד לקריאה וניתן להורדה במלואו בקישור המצורף.

 

פרק נוסף ממדריך זה מפורסם כאן באתרנו תחת הכותרת "בידוד גגות". קישורים מתאימים נמצאים בתחתית העמוד.

 

                                                       =============

 

בידוד קירות

 

פרק 2 – "הבניין במדבר" – קירות.

 

קירות מעטפת בניינים באזורים מדבריים חייבים להיות בעלי כושר בידוד מתאים לאזור הבנייה ובעלי מסת אגירה תרמית שתאפשר ניצול אמצעים טבעיים, כגון שמש ואוורור, לשיפור התנאים התרמיים בבניין תוך השקעת כמויות קטנות ככל האפשר של אנרגיה. הבידוד והקיבול התרמי מאפשרים את הקטנת משרעת תנודות הטמפרטורה בתוך הבניין לעומת משרעת תנודות הטמפרטורה מחוצה לו וכן יצירת פיגור זמן בין שינוי טמפרטורה מחוץ למבנה לבין השפעתם בתוך המבנה.

 

באזורים מדבריים על קירות הבניין לענות על שתי דרישות אנרגטיות עיקריות: א. בידוד, ב. קיבול חום וכושר אגירה תרמי (7).

 

2.3.1 בידוד

 

ההפרשים הגדולים שבין טמפרטורת הפנים הרצויה לבין טמפרטורת החוץ גורמים למעבר כמויות גדולות של אנרגיה מהפנים אל החוץ ולהפך, וגורמים להתחממות החלל הפנימי או להתקררותו. אנרגיית חימום או קירור חייבת להיות מושקעת במערכת לצורך החזרת הטמפרטורה הפנימית לתחום הרצוי.

 

יעילות הבידוד נקבעת על פי כמות החומר המבודד ותכונותיו ועל פי מיקומו במעטפת הבניין.

 

א.   כמות הבידוד הדרושה תלויה בהפרשי הטמפרטורה הנמדדים בתוך המבנה (כלומר תנאי הנוחות המבוקשים) ומחוץ לו, ובשיעורי האנרגיה שיש נכונות להשקיע בבניין על מנת לקיים בו תנאי נוחות כמבוקש.

 

a-   אפקט הבידוד אינו ליניארי: התועלת המושגת מהגדלה ברמת הבידוד הופכת לשולית יותר

     ויותר עם הגדלת עוביו. אפקט הבידוד תלוי במידה רבה בקיבול החום של הקיר ובצבעו  

     החיצוני. בתנאי חוץ חמים יותר מתנאי הפנים (בעיקר בקיץ), ככל שהגוון החיצוני של הקיר

     בהיר יותר וככל שקיבול החום שלו גדול יותר יהיה אפקט הוספת הבידוד קטן יותר. הבידוד

     היעיל ביותר יהיה במקרה של קיר בעל קיבול חום נמוך ובעל גוון חיצוני כהה, אולם מובן   

     שקיר שכזה אינו מומלץ.

 

       b-  בישראל יש תקינה (8) הדורשת מידה מינימלית של בידוד מבנים. דרישות התקן מבוססות  

             על אפיונים אקלימיים של ארבעה אזורי אקלים בשטח המדינה, והן מהוות מינימום חוקי

             נדרש (9).

 

ב.   מיקום הבידוד: מיקומו של הבידוד בחתך הקיר משפיע על כושר הבידוד של הקיר. הוספת שכבת בידוד בצדו החיצוני של הקיר תבטיח יעילות תרמית גבוהה יותר. יעילות זו תתבטא בהקטנת האפקט של קרינת השמש הפוגעת בקיר ובצמצום הפער בין טמפרטורת האוויר החיצוני לבין הטמפרטורה בפנים המבנה. כשהבידוד בחוץ גם תושגנה בתוך המבנה טמפרטורות מקסימום נמוכות יותר וטמפרטורות מינימום גבוהות יותר (10).

 

למיקום הבידוד בצד הפנימי ולא החיצוני של הקירות אפקט שלילי: הורדת כושר ספיגת החום של הקירות והורדת קיבול החום שלהם. הורדת קיבול החום תגרום לתנודות טמפרטורה גדולות בתוך הבניין: בשל חום שנוצר בתוך הבניין, או שמוכנס אליו על ידי חדירת אוויר או קרינת שמש דרך החלונות, הטמפרטורה שלו עולה במהירות. עם חדירת מעט אוויר קר לבניין ואיבוד אנרגיה דרך המעטפת, יתקרר הבניין במהירות. בשל כך יגדל מאוד שיעור תנודת הטמפרטורה היומית (מקסימום-מינימום) (11) גם בחורף וגם בקיץ.

 

_______________

7. ראה סעיפים 1.6 ו-1.7 בנושאים אלה.

8. תקן ישראלי 1045.

9. דיון נרחב בנושא האזורים האקלימיים בנגב ראה סעיף 1.2.

10. בניסויים שנערכו בתחנה לחקר הבנייה בחיפה: פנלים של 5 ס"מ בטון אפור בודדו מבפנים ומבחוץ בידי לוחות של 5 ס"מ פוליסטירן.

11. ראה סעיף 2.3.2 קיבול החום.

 

יש מקרים מיוחדים מאוד שבהם רצוי בכל זאת לשים את הבידוד בצד הפנימי של קירות מעטפת הבניין. כך במקומות שבהם משתמשים בקירור או בחימום אקטיביים ממקורות חום חיצוניים ואשר בהם רוצים זמן תגובה קצר לפעולת החימום או הקירור. דוגמה: אולמות ציבוריים ממוזגים שהשימוש בהם מזדמן יצרכו פעולת קירור ארוכה מאוד אם יהיה להם קיבול חום גדול מאוד, ואנרגיה רבה תלך לאיבוד ב`הכנת` האולם לשימוש.

 

צבע המשטח החיצוני של הקיר הוא משתנה שיש לו השפעה רבה על מעבר החום דרך הקיר. הדיונים הספרות המקצועית המראים שכמות החום העוברת דרך אלמנט מעטפת הבניין היא יחסית להפרש הטמפרטורה בין אוויר החוץ לבין אוויר הפנים אינם מדויקים. הכוח המניע את מעבר החום דרך הקיר הוא הפרש הטמפרטורה שבין שני משטחיו – הפנימי והחיצוני. בעוד שניתן להניח שטמפרטורת המשטח הפנימי של קיר מעטפת קרובה מאוד לטמפרטורת האוויר הפנימית, הרי שטמפרטורת המשטח החיצוני עלולה להיות גבוהה בהרבה מטמפרטורת האוויר החיצוני, וההפרש בין שני האחרונים תלוי בעיקר בצבע הקיר (כלומר במקדם הבליעה של המשטח החיצוני של הקיר).

 

מבדיקה של אפקט הצבע על טמפרטורת המשטח החיצוני של הקיר אכן מתברר שצבעו של הקיר ישנה במידה רבה את שטף האנרגיה דרכו.

 

המלצה:

 

ברוב המקרים מומלץ למקם את הבידוד בצדו החיצוני של הקיר. במקרים מיוחדים, כגון אולמות ממוזגים, אשר מתפקדים בפרקי זמן קצרים יחסית תחת עומסים פנימיים גדולים (מספר רב של משתמשים) ואשר נעשה בהם שימוש באמצעים אקטיביים למיזוג אוויר, רצוי למקם את הבידוד בצד הפנימי של הקיר. בידוד פנימי מנטרל את מסת הבניין ומאפשר מיזוג מסת האוויר תוך זמן קצר.

 

טבלה 2-2: הורדה בטמפרטורת מקסימום (במעלות צלסיוס) של הצד הפנימי של הקיר בעקבות עובי הבידוד (בסנטימטרים) ומיקומו

 

מיקום

עובי בידוד

עובי בידוד

עובי בידוד

 

0

0.5

5.0

פנימי

חיצוני

0

0

3.2-

7.5-

13.3-

15.5-

 

דוגמה לחישוב הטמפרטורה של המשטח החיצוני של קיר בניין כאשר שטף הקרינה הוא 1000 וואט למ"ר טמפרטורת האוויר החיצונית 32 מעלות צלסיוס (לפי ביטוי [1.8-A] בפרק 1.8)

 

א.         קיר לבן: 0.1 = a    Ts = 1000 * 0.1/20 = 5 DEG.C

 

קרינת השמש תעלה את טמפרטורת המשטח החיצוני ב-5 מעלות צלסיוס בקירוב, והוא יגיע לטמפרטורה של 37 מעלות צלסיוס.

 

ב.         קיר אפור: 0.6 = a   Ts = 1000 * 0.6/20 = 30 DEG.C

 

טמפרטורת המשטח החיצוני של הקיר תגיע ל-62 מעלות צלסיוס.

 

חישוב שטף האנרגיה דרך מטר מרובע קיר לבן וקיר אפור בעובי 20 ס"מ בתנאי הדוגמה הקודמת ובטמפרטורת אוויר פנימית של 18 מעלות צלסיוס:

 

Q = U * A (Tin – Tout)

 

קיר לבן: Q = 10.5 * 1(18 – 37) = 199.5 WATT

 

קיר אפור: Q = 10.5 * 1(18 – 62) = 462 WATT

 

ומכאן חשיבותו הרבה של צבע הקיר.

בהגדלת בידוד הקירות יקטן באופן יחסי שטף החום שיעבור דרך שני הקירות, אך היחס בין מעבר האנרגיה בהם יישמר.

 

2.3.2 קיבול החום

 

קיבול החום של מעטפת הבניין משפיע על אלה:

 

א.   גודל המשרעת (התנודה בין המינימום למקסימום) של תנודות הטמפרטורה היומיות בתוך המבנה בשל שינוי טמפרטורה וקרינה חיצוניים. עם עליית קיבול החום של המעטפת והקטנת המוליכות התרמית שלה משרעת הטמפרטורה תקטן ופיגור הזמן בין טמפרטורת החוץ לבין טמפרטורת הפנים יגדל.

 

א.   הקטנת ההשפעה של החום הנוצר בתוך הבניין (ממכשירים יוצרי חום, אנשים, קרינת שמש, חדירת אוויר חם וכו`). כשקיבול החום הוא גבוה, כמו למשל במקרה של מעטפת בטון, מעטפת הבניין יכולה לספוג חום מהאוויר במהירות תוך הקטנת השינוי בטמפרטורת האוויר שבחדר. כאשר קיבול החום קטן, כמו למשל במקרה של חומר בידוד, כל יצירת חום פנימי בתוך המבנה תגרום לעלייה מהירה וגדולה של טמפרטורת האוויר שבו. לעומת זאת כל איבוד חום מהבניין יגרום לירידת הטמפרטורה בתוכו בצורה מהירה.

 

האפקט הכמותי של קירות מסיביים על הביצועים של בתים סולאריים מסיביים נחקר לאחרונה במכון לחקר המדבר (12). החוקרים הגיעו למסקנה שעובי אפקטיבי של קיר בטון בן 10-7 ס"מ סיפק את כל דרישות האגירה והקטנת משרעת הטמפרטורה בבניין המדומה שאותו הם חקרו. המסקנה המעשית היא שקיר בן 10 ס"מ או לחילופין קיר בלוקי בטון חלולים בעובי 20 ס"מ, השווה לו בערך במשקלו, יספיק לצורכי האגירה.

 

אפיון נוסף של אלמנט המעטפת (קירות, גגות) הנובע מתכונות הבידוד וקיבול החום שלו הוא קבוע הזמן התרמי. תיאורטית מבטא מאפיין זה את הזמן הדרוש לשינוי בטמפרטורת המשטח החיצוני של האלמנט כדי להגיע אל המשטח הפנימי. מעשית מאפשר חישוב קבוע הזמן לבדוק ולהשוות בין אלמנטים כדי לדעת איזה מהם יגיב במהירות לשינוי טמפרטורה ואיזה יהיה יותר איטי. חישוב קבוע הזמן התרמי של בניין בכלל הוא תהליך מסובך הרבה יותר ואינו נדון בפרסום זה. מבדיקת הביטוי של קבוע הזמן התרמי מתברר שיש חשיבות רבה לסדר השכבות בתוך הקיר: שכבות זהות אך מסודרות בסדר שונה בתוך הקיר יתנו קבועי זמן שונים מאוד. למשל: חיבור שכבת בטון בעובי 10 ס"מ עם שכבת פוליסטירן בעובי 5 ס"מ, כאשר הפוליסטירן נמצא בצד החיצוני של הקיר, ייתן לקיר קבוע זמן של 76.5 שעות, וכשהפוליסטירן נמצא בצד הפנימי של הקיר יהיה קבוע הזמן של הקיר 4.5 שעות בלבד. עוד מתברר שקבוע הזמן של הקיר נקבע במידה רבה בידי השכבה החיצונית ביותר של הקיר: כאשר השכבה החיצונית של הקיר היא פוליסטירן ייקבע קבוע הזמן של הקיר בידי הפוליסטירן, וכאשר השכבה החיצונית היא הבטון ייקבע קבוע הזמן בעיקר בידי הבטון (13).

 

_______________

12. לדיון מעמיק יותר בנושא קיבול החום של מעטפת הבניין ראה סעיף 1.6 מסת הבניין. ראה גם Feuermann D., Gordon J.M. & Zarmi, Y., 1985

13. ראה סעיף 1.6 לדיון בנושא קבוע הזמן התרמי וכן תקן ישראלי 1045.

 

 

יש חוקרים הסבורים כי בשיטת הבנייה הכבדה המקובלת בארץ למסה של המעטפת השפעה מועטה על מהלך הטמפרטורה הפנימית של המבנה. חוקרים אלה מתבססים על מחקר שנערך בתחנה לחקר הבנייה שבטכניון (14). במהלכו של מחקר זה נבדקו מספר תאי ניסוי בעלי מרכיבי מעטפת משתנים. התוצאות שנתקבלו במקרים שנבדקו מעידות על כך שלכמות מסת המעטפת כמעט לא  הייתה השפעה על צריכת האנרגיה לחימום במשך החורף, הן כאשר פנים המבנה חומם באופן רציף והן כאשר הוא חומם לסירוגין. כמו כן התברר שההשפעה על הטמפרטורה של המשטח הפנימי של הקיר קטנה יחסית. כל התופעות הללו מוסברות בכך שבשיטת הבנייה הנפוצה בארץ המסה הפנימית (קורות, עמודים, מחיצות) גדולה בהרבה מזו של המעטפת, ולכן היא גם בעלת יכולת אגירה הגדולה מזו של המעטפת. בגלל סיבות אלו מומלץ באותו המחקר כי בחישוב המסה התרמית של המבנה יילקח בחשבון עובי מעטפת עד 10 ס"מ – המלצה דומה לזו שהמליצו החוקרים במכון לחקר המדבר. יחד עם זאת יש לזכור כי המדידות שעליהן התבססו המסקנות הנ"ל נעשו בחיפה שבה הטמפרטורות מתונות בהרבה מאלו שברוב אזורי הנגב.

 

המלצה:

 

תכונות הבידוד וקיבול החום הן מנוגדות מטבען בכל חומר יחיד: בידוד טוב הוא כמובן בעל קיבול חום נמוך ולהפך. קבלת קיר בעל התכונות המומלצות אפשרית רק על ידי שילוב נכון של חומרים אשר כשלעצמם הם בעלי תכונות מנוגדות, אך ביחד הם נותנים את התוצאות הרצויות. קיר מומלץ הוא קיר בטון בעובי של 20 ס"מ (הנדרשים לאו דווקא בגלל סיבות אנרגטיות!) או קיר בלוק בטון בעובי 20 ס"מ, מכוסה בשכבת בידוד טובה מצדו החיצוני. שכבת הבידוד יכולה להיות מוגנת פיסית על ידי לוחות אסבסט, טיח מיוחד וכד`. כל המוצרים הנ"ל זמינים בשוק. הבטון מספק את האגירה התרמית הדרושה הבידוד מקטין את מעבר החום דרך הקיר. קיבול החום של המעטפת הוא בעל חשיבות עליונה במבנים קלים. חשיבותו קטנה יותר במבנים מסיביים שבהם מסת המעטפת מהווה חלק קטן מהמסה הכוללת שלהם.

 

_______________

14. חסיד ש`, וגנר ד`, פורה מ`, 1987.

 

 

                                                           ==========

 

בידוד קירות – המשך מפרק  2.7 –

 

חומרי גמר וצבע :

 

לצבע ולחומרי הגמר השפעה על הנוחות התרמית בבניין בשל ההיבטים התרמיים הקשורים במקדמי הבליעה וההחזרה של החומרים והצבעים השונים. ככלל, בניינים לבנים יתפקדו מבחינה אקלימית טוב יותר באזורים חמים, בייחוד בקיץ. לצבע ולחומרי הגמר גם היבטים פסיכולוגיים הקשורים בתפיסת הסובב. מגוון צבעים על הבניין ובתוכו יעזור לשבור את המונוטוניות הסביבתית הקיימת באזורים צחיחים חסרי צמחייה ועתירי קרינה.

 

לחומרי הגמר ולצבע החיצוני של מבנים (ואבזרי רחוב בנויים) משמעות, הן באספקטים האנרגטיים והן באספקטים הפסיכולוגיים.

 

מהבחינה האנרגטית ההבדל בין חומרי גמר וצבעים שונים טמון במקדמי הבליעה וההחזרה שלהם. כשקרינת שמש פוגעת בקיר, חלקה מוחזר וחלקה האחר נבלע בקיר. אחוז הקרינה המוחזרת המחולק במאה נקרא מקדם ההחזרה של החומר, ומשלימו לאחד נקרא מקדם הבליעה של החומר. צביעת בניין בצבע בהיר תגרום לכך שפנים הבניין יהיה קריר יותר גם בקיץ וגם בחורף, וזאת משום שלמשטח החיצוני של הקיר מקדם בליעה נמוך יותר והוא יספוג פחות קרינת שמש ויתחמם פחות (26).

 

השפעת הצבע החיצוני על טמפרטורת הפנים תהיה כמובן גדולה יותר, כאשר אין הקיר מבודד היטב (27). בתחום אורכי גל מסוים, מקדם הבליעה של שכבת חומר [a] יהיה דומה למקדם הפליטה [e] של אותם אורכי גלים. אין הדבר נכון בהכרח, כאשר מדובר באורכי גלים שונים. כך ייתכן שחומר יבלע חלק גדול יותר מהקרינה קצרת הגל של השמש, אך יפלוט חלק קטן יותר מהקרינה ארוכת הגל הנפלטת מהחומר כשהוא מתחמם. בשל תכונה זו יתחמם החומר יותר ויותר. ניתן לומר שלחומרים מסוימים תכונה של `לכידת חום` – הם בולעים הרבה קרינה קצרת גל המחממת אותם, אך מתקשים בפליטת החום החודר (28).

 

פני חומרי הגמר חשובים מאוד מבחינת התנהגות החומרים לאורך זמן. חומרים מחוספסים (טיח גס, טיח `שפריץ`, גרנולית וכו`) לוכדים חלקיקי אבק וחול וגונם משתנה במהרה. מעבר להשלכות האסתטיות יש לתהליך זה השפעה על שינוי מקדם ההחזרה של החומר. חומרים מבריקים פותרים במידה רבה את בעיית האבק, אך בהיותם בעלי מקדם החזרה גבוה הם גורמים לסנוור.

 

 

המלצה:

 

כדאי שהקירות החיצוניים יהיו לבנים או בהירים. רצוי ליצור שטחי צל על גבי הקירות למניעת סנוור במקרה של קירות לבנים ולמניעת התחממות במקרה של תוספת פיגמנטים. רצוי להימנע מחומרי גמר מחוספסים מאוד הלוכדים אבק וחול. מומלץ להשתמש בטיח חלק. יחד עם זאת מומלץ להימנע משימוש בחומרי גמר מבריקים במיוחד העלולים לגרום סנוור (כגון אריחים מסוגים שונים). שימוש בחומרים בצבעם הטבעי ימנע את דהייתם.

 

          

                                                      ===============

                                                                                                                         

תודתנו לד"ר אברהם ארביב, מנהל האגף למחקר ופיתוח במשרד התשתיות הלאומיות ולגב` יסמין סיאני – הממונה על יישום חוק חופש המידע, על תמיכתם ועזרתם בפירסום התכנים באתר זה.

 

                                                           ------------------

 

מומלץ להוריד מכאן את הפרק השלם והמקורי של "הבניין במדבר" . המדריך מכיל מידע בעל ערך רב בנושא בידוד קירות, בידוד מבנים, תצורת המבנה, תכנון פתחים- ועוד. המידע במדריך מלווה באיורים.

 

מאמר נוסף מתוך מדריך זה מוצג באתרנו תחת הכותרת – "בידוד גגות".

 

מאמרים נוספים רלוונטים לנושא:

בידוד גגות בשיטת גג "הפוך".

עיבוי – איתור ומניעה.

 

מאמרים נוספים ראה במדור מפרטי איטום ושיקום.

 

נשמח לעזור בכל שאלה באמצעות פורום איטום ושיקום מבנים.

 

 

בברכה,

 

איטומן-

מומחי איטום ושיקום מבנים

 

   © כל הזכויות שמורות לחברת איטומן 2005.                                                                                                                                      www.ZYwebs.com     Dvirs