נטו אפס - מבנים מאופסי אנרגיה

צריכת האנרגיה במדינת ישראל נמצאת במגמת עלייה מתמדת. בין השנים 1970 ל-2010 חל גידול בצריכת החשמל האבסולוטית בישראל בשיעור של כפי עשרה: מ5- לכ50- מיליארד קוט"ש בשנה. גידול זה נובע מסיבות רבות ומגוונות וביניהן: גידול באוכלוסייה, צמיחה כלכלית ועלייה באיכות החיים. על-פי דין וחשבון סטטיסטי שפרסמה חברת החשמל ב-2011, כ-30 אחוזים מצריכת החשמל הכללית בישראל, מקורה במבני מגורים. שטחן של יחידות מגורים בישראל נמצא במגמת עלייה מתמדת: שטחה של יחידת מגורים ממוצעת עלה מכ100- מ"ר ב1970- לכ180-מ"ר (ברוטו) ב-2010. הגידול בשטח יחידות המגורים תרם אף הוא לעלייה בביקוש לאנרגיה, שכן קשה יותר לאקלם יחידות מגורים גדולות, וכמו כן, יש בהן ריכוז גדול יותר של מכשירי חשמל ביתיים. כיוון שמבני מגורים מהווים את עיקר המבנים בישראל, אנו דנים במאמר זה בהפחתת צריכת האנרגיה במבני מגורים בישראל.

מאפייני צריכת אנרגיה במגורים

ככלל, ניתן לחלק את צריכת האנרגיה במגורים לשלושה מרכיבים: תאורה, אקלום ומכשירי חשמל ביתיים. השניים הראשונים (תאורה וצריכת אנרגיה לאקלום וחימום מים) אחראים על חלק ניכר מסך כל צריכת האנרגיה במגורים וכמו כן, עליהם יכולים הרגולטורים והמתכננים להשפיע באמצעות תקנות בנייה וחוקים או על ידי תכנון המתחשב באקלים ובנתוני הבניין. לעומת זאת, יכולת ההשפעה של הרגולטור והמתכננים על מספר מכשירי החשמל הביתיים או על אופן השימוש בהם, היא מצומצמת, אם כי הרגולטור יכול לקבוע הגבלות על איכות המכשירים (כגון דירוג אנרגטי מינימלי, החלפת מכשירים ישנים וכדומה).

מבנה מאופס אנרגיה - וילה בארסוף. אדריכל יוסי קורי, סטודיו גאוטקטורה. צילומים ליאור אביטן.

סוגים שונים של צריכת אנרגיה במבנים

מבנים מאופסי אנרגיה הם מבנים אשר צריכת האנרגיה השנתית בהם היא אפס (לאחר קיזוז האנרגיה המיוצרת בהם) וזאת מבלי לפגוע בתנאי הנוחות בהם. לאופן בו מוגדר המונח יש חשיבות רבה, שכן בהתאם להגדרה נגזרות החלטות אופרטיביות שונות. ההגדרות השונות מתבססות על מאפיינים שונים, והן מכילות מונחים מגוונים הנוגעים לצריכת אנרגיה במבנים: אנרגיה נצרכת (Delivered Energy) היא כל סוג של אנרגיה אשר ניתנת לשימוש בבניין, כולל חשמל, גז, פחם, ביומסה ועוד. אנרגיה ראשונית (Energy Primary) היא כלל האנרגיה שנמצאת בדלק הגולמי המשמש את רשת אספקת האנרגיה. לכל מקור דלקים ולכל רשת לאספקת אנרגיה, ישנם מקדמי המרה המגלמים בתוכם את כמות האנרגיה האובדת בתהליך הייצור וההפצה של האנרגיה ונועדו לחישוב צריכת האנרגיה הכוללת בפועל. אנרגיה ממקורות מתחדשים (Renewable Energy) היא אנרגיה המופקת ממקורות שאינם דלקים מאובניים, ובפרט - מקורות זמינים כמו אנרגיה סולארית, אנרגיית רוח, אנרגיה הידראולית - המתחדשים כל הזמן. אנרגיה מיוצאת (Exported Energy) היא אנרגיה ממקורות מתחדשים, המיוצרת באתר (בתוך גבולות אתר המבנה), מוזרמת חזרה לרשת אספקת האנרגיה (רשת החשמל בדרך כלל) וניתנת לשימוש באתרים אחרים.

מבנים מאופסי אנרגיית אתר נטו

במבנים אלו כמות האנרגיה הנצרכת מן הרשת, במאזן שנתי, מתאזנת עם כמות האנרגיה המתחדשת המיוצרת בהם או בסמיכות אליהם, וזאת מבלי לפגוע בתנאי הנוחות השוררים בהם. הגדרה זו תהיה בשימוש בעיקר על ידי מתכננים המעוניינים למקסם את הביצועים האנרגטיים של המבנה אותו הם מתכננים, והיא תושג לרוב על ידי שימוש באמצעי תכנון פאסיביים ובטכנולוגיות המתאימות לייצור אנרגיה מתחדשת באתר, כגון: תאים פוטוולטאים על גג המבנה או על גגות חניונים, דודי שמש לחימום מים או שבשבות רוח קטנות המתאימות להתקנה על גבי מבנים.

היתרונות של הגדרה זו: היא קלה להבנה, הנחות היסוד שמרניות יחסית ויישום המסקנות מתמקד בשיפור הבניין ופחות בשיפור התשתיות החיצוניות.

החסרונות: ההגדרה מתייחסת לאנרגיה בלבד. עלויות עקיפות לצריכת האנרגיה וכמות הזיהום הנפלט כתוצאה מצריכת האנרגיה, אינן נלקחות בחשבון.

מבנים מאופסי אנרגיה ראשונית נטו

במבנים אלו כמות האנרגיה המתחדשת המיוצאת, שווה לכמות האנרגיה הראשונית הנצרכת בבניין במשך שנה (כולל איבודים הנובעים מייצור האנרגיה והעברתה מתחנת הכוח אל הבניין). חישוב זה כרוך בהכפלת ערכי צריכת האנרגיה במקדמי המרת אנרגיית מקור-אתר.

הגדרה זו תהיה בשימוש לרוב על ידי רשויות וגופים רגולטוריים - גופים בעלי זווית מבט מערכתית וכוללת. נוסף לשימוש באסטרטגיות לאיפוס אנרגיית אתר, מבנים מאופסי אנרגיית מקור יחייבו בחינה של יעילות מערכות ייצור ואספקת האנרגיה - תחנות הכוח והרשת - על מנת להביא לאיבודים מינימאליים של אנרגיה במהלך ייצורה והעברתה מתחנת הכוח אל הבניין.

זוהי הגדרה מדויקת יותר (כיוון שהיא לוקחת בחשבון איבודי אנרגיה), המתאימה לחישובי צריכת אנרגיה ואספקת אנרגיה ברמה הלאומית. חסרונות ההגדרה טמונים בעובדה שהיא מתייחסת לאנרגיה בלבד. עלויות צריכת האנרגיה וכמות הזיהום הנפלט כתוצאה מצריכת האנרגיה אינן נלקחות בחשבון.

מבנים מאופסי עלות אנרגיה נטו

במבנים אלה, סכום הכסף עליו מזוכה בעל הנכס כתוצאה מייצור אנרגיה באתר והזרמתה חזרה לרשת, שווה לפחות לעלות השנתית אותה משלם בעל הנכס על האנרגיה הנצרכת. הגדרה זו מחייבת פיתוח של מנגנון כלכלי וזיכוי כספי של ייצור אנרגיה עבור לקוחות פרטיים.

הגדרה זו תהיה בשימוש בעיקר על ידי לקוחות קטנים ובעלי נכסים אשר ידאגו בעיקר לעלות מינימאלית הנובעת מתפעול הבניין. כמו כן, הגדרה זו עשויה להיות בשימוש על ידי רשויות גופים רגולטיביים, המבקשים לתמרץ לקוחות פרטיים לאמץ טכניקות להפחתה בצריכת האנרגיה ומעודדים שימוש בטכנולוגיות לייצור אנרגיה מתחדשת.

הגדרה זו קלה למדידה וליישום, והיא ניתנת לפיקוח על ידי מעקב אחר חשבונות האנרגיה. כמו כן, היא מונעת מכוחות השוק ופועלת לרווחת הכלל. החיסרון בהגדרה זו הוא היותה מחייבת הסכם זיכוי בין ספקית האנרגיה לבין לקוחות פרטיים, אשר מספקים כמויות קטנות, יחסית, של אנרגיה. נוסף לכך, הגדרה זו רגישה מאוד לשינויים בתעריפי האנרגיה.

מבנים מאופסי פליטות אנרגיה נטו

(Net Zero Carbon Buildings) הם מבנים אשר בהם כמות הפחמן הדו-חמצני הנחסכת (כתוצאה מייצור אנרגיה ממקורות מתחדשים) שווה לפחות לכמות הפחמן הדו-חמצני הנפלט כתוצאה מצריכת אנרגיה שמקורה בדלקים מאובנים.

הגדרה זו תהיה בשימוש בעיקר על ידי גופים סביבתיים, רגולטוריים, או על ידי אנשים פרטיים אשר יבקשו להתמקד בהפחתת פליטות הפחמן הדו -חמצני. מבנים מאופסי פליטות אנרגיה, יתמקדו בחיבור לרשתות אספקת אנרגיה בעלות פליטות מינימאליות (למשל: תחנות כוח הידראוליות, תחנות כוח סולאריות, שבשבות רוח מחוץ לאתר וכו'). הגדרה זו מדויקת יותר מבחינת הערכת נזקים סביבתית וכאשר שינוי בתשתיות הוא אופציה אפשרית (למשל, הקמת תחנות כוח המתבססות על אנרגיות מתחדשות), קל יחסית להגיע לאיפוס פליטות. עם זאת, השימוש בהגדרה זו מחייב פיתוח של מקדמי המרה מדויקים בין ייצור יחידת אנרגיה וכמות הפליטות הנובעות כתוצאה מייצור זה.

כיום, שתי ההגדרות הראשונות (מבנים מאופסי אנרגיית אתר נטו ומבנים מאופסי אנרגיה ראשונית נטו) הן ההגדרות הנפוצות ביותר בתכנון מבנים מאופסי אנרגיה ובמדיניות הקשורה בהם, אולם, יש לציין כי בין כל ההגדרות הנ"ל אין בהכרח הגדרה "טובה יותר" מרעותה. לכל הגדרה יש יתרונות וחסרונות שכן הן תלויות פרויקט. על ההגדרה הנבחרת להתאים למטרות הפרויקט ולציפיותיהם של המתכננים והלקוחות.

אמצעי תכנון למבנים בעלי צריכת אנרגיה נמוכה

נהוג להשתמש בשלושה אמצעים במשולב על מנת לצמצם את צריכה האנרגיה במבנים:

אמצעים פאסיביים: אמצעי תכנון אשר אינם דורשים כל פעולה המצריכה השקעת אנרגיה בכדי לייצר נוחות אקלימית בתוך הבניין (הפניית הבניין וארגון החללים הפנימיים לאוריינטציה אופטימלית, התקנת אמצעי הצללה, שימוש במסה תרמית ועוד).

אמצעים אקטיביים: אמצעי מיזוג ואוורור המייצרים סביבה בעלת נוחות תרמית באופן מלאכותי ותוך שימוש באנרגיה. מכשירים בעלי יעילות גבוהה יכולים להביא לצמצום צריכה זו, למשל: מערכות מיזוג בעלות יעילות גבוהה, מערכות בקרת אנרגיה במבנים (BEMS - Building Energy Management Systems), מערכות "שחזור חום" (MVHR), משאבות חום קרקע (Ground Source Heat Pump) ועוד.

ייצור אנרגיה מתחדשת: שימוש בטכנולוגיות המסוגלות לרתום תהליכים שאינם מתכלים מהטבע בכדי לייצר אנרגיה (למשל: תאים פוטוולטאים, שבשבות רוח, טכנולוגיות לאגירת אנרגיה ועוד).

פנינו למשרד האנרגיה, כדי לשמוע על פעילותו להטמעת תכנית שתגדיל את מספר המבנים מאופסי אנרגיה בארץ והמלצותיו בנושא. על כך בכתבה "הטכנולוגיה כבר כאן".

לכתבה "הטכנולוגיה כבר כאן"

הכותבים הינם אנשי מחלקת מחקר ופיתוח, המועצה הישראלית לבניה ירוקה.