hebrew

1. ‫ ‬
‫ ‬
‫ ‬
‫עבודה סמינריונית בנושא:‬
‫מעטפות חכמות ‬
‫498302660‬ ‫רותם אלישע‬
‫סמסטר א' תש"ע 0102-9002‬ ‫|‬ ‫תגית כלימור‬ ‫|‬ ‫ארץ, עיר, חי, צומח – קיימות בראיה כוללת‬

2. ‫תוכן הענינים‬
‫הקדמה - מתודולוגיה......................................................................................................................... 3‬
‫מעטפת המבנה – מבוא ..................................................................................................................... 4‬
‫התפתחות המעטפת החכמה .............................................................................................................. 7‬
‫תכנון המעטפת החכמה ................................................................................................................... 01‬
‫שילוב מערכות סולאריות במעטפת הבניין............................................................................................ 41‬
‫גורם השקיפות במעטפת הבניין ......................................................................................................... 71‬
‫תקדימים- שנות ה-08 ..................................................................................................................... 02‬
‫תקדימים- שנות ה-09 ..................................................................................................................... 72‬
‫תקדימים שנות ה-0002 ................................................................................................................... 43‬
‫לסיכום .......................................................................................................................................... 93‬
‫רשימת מקורות והפניות ................................................................................................................... 14‬
‫רשימה ביבליוגרפית.........................................................................................................................24 ‬
‫2‬ ‫מעטפות חכמות‬
‫ ‬

3. ‫הקדמה - מתודולוגיה‬ ‫0‬
‫רעיון ה"בניין החכם" השיג תוקף מסויים בעשורים האחרונים. יחד עם רעיונות כמו "חומרים חכמים" הוא מתחיל לייצג‬
‫עקרונות עיצוביים של תפיסות הקשורות ל"תיקון עצמי" ויכולת הגבה לסביבה, שנעשו אפשריות ע"י טכנולוגיות חדשות‬
‫בכלל וטכנולוגיות מידע בפרט.‬
‫ה"מעטפת החכמה" היא למעשה מרכיב בבניין החכם, ומתייחסת לאלמנט שמתפקד כעטיפה של הפנים המאוכלס,‬
‫שמעצב ובונה את הסביבה הפנימית במונחים של אור, חום, קול, איוורור ואיכות האוויר.‬
‫המעטפת היא למעשה תת המערכת החשובה ביותר ביצירת איזון אנרגתי בבניין. על מנת ליצור עיצוב יעיל אנרגתית ונכון טכנית‬
‫אשר גם משכנע ברמה האסתטית, דרושה הבנה בסיסית של המערכות ושל טיפולוגיות הבנייה והיכולת לתרגם את הידע הזה‬
‫לעיצוב בפועל.‬
‫רב הבניינים כיום מאובזרים בטכנולוגיות מתקדמות יותר ויותר, אך נראה שמעטים בלבד ממצים את הפוטנציאל‬
‫שיכולה להציע ה"אינטילגנציה הסביבתית".‬
‫הדגש כיום הוא על השליטה ה"אקטיבית" וה"אוטומטית" בתיפקודי המעטפת, באופן שונה מאוד מהגישה‬
‫הקונבנציונלית של האדריכלות הפאסיבית אשר התפתחה כתגובה לחשש מהשפעות של אמצעים מכאניים ומהתלות‬
‫הגוברת בטכנולוגיה. עם זאת, האדריכלות הפאסיבית אינה יכולה לספק תשובות לכל הבעיות של בקרה אקלימית ועל‬
‫כן החל החיפוש אחר אמצעים להפיכת הבניין לדינאמי ומגיב. המבנה המגיב בעצמו צריך טכנולוגיה, והסיבה‬
‫לאבולוציה מפאסיבי לאקטיבי נראית ללא תקדים, כאשר היא משלבת כיום גם את ענייני העלות, הכדאיות ונושאי‬
‫התחזוקה1.‬
‫בדוגמאות המובאות בעבודה ניתן לראות כיצד נעשה שימוש במנגנונים דינאמיים שמגיבים לתנאי סביבתם ע"י שילובם‬
‫בעיצוב המבנה, כאשר מדובר על מבנים משלושת העשורים האחרונים - קונטקסט שבו עלה הצורך ביכולת השתנות‬
‫מעטפת המבנה.‬
‫מתוך הדוגמאות הללו ניתן לנסות ולבחון את האופן בו יושמו הטכנולוגיות החכמות אשר יוצרות את מעטפת הבניין‬
‫החכמה כחלק מן התכנון האדריכלי, כאשר המטרה היא ההבנה של מערכת היחסים בין המעטפת החכמה והתכנון‬
‫האדריכלי. כלומר, האם סוג המעטפת נקבע עפ"י התכנון, או שמא להיפך? או שאולי מערכת היחסים ביניהם היא‬
‫הדדית לחלוטין?‬
‫לצורך כך יש להבין תחילה את משמעות מושג המעטפת החכמה ואופן התפתחותה במהלך ההסטוריה, להכיר )לכל‬
‫הפחות ברמה הבסיסית( את הטכנולוגיות שיוצרות אותה ולבסוף, לבחון את התוצר האדריכלי שמשתמש בה. רק‬
‫מתוך ההבנה הכוללת של השפעת גורמי הטכנולוגיה והזמן על היישום האדריכלי בפועל ניתן יהיה להסיק מסקנות‬
‫אמיתיות ולבקר בצורה "הוגנת" את התוצאות.‬
‫בחירת דוגמאות היישומים נעשתה תוך כוונה לספק מעין סקירה לאורך שלושת העשורים האחרונים, ומתוך הדוגמאות‬
‫שנבדקו במהלך שלב איסוף החומרים נבחרו שתיים מכל עשור אשר יוכלו יחד לספק מגוון התייחסויות לנושא המחקר.‬
‫העבודה תנסה לתת את מירב האינפורמציה הקיימת והרלוונטית על כל אחת מדוגמאות התקדימים המובאות, אך עם‬
‫זאת, לא בכולן המידע שנאסף מקיף באותו האופן, בעיקר בשל העובדה שטרם נכתבו מאמרים או ספרים על‬
‫הפרוייקטים החדשים יותר שביניהם.‬
‫3‬ ‫מעטפות חכמות‬
‫ ‬

4. ‫מעטפת המבנה – מבוא‬ ‫1‬
‫במעבר בין חוץ ופנים- בין הביתהמבנה לסביבה האורבנית- מעטפת המבנה היא בעלת תפקיד חשוב מאוד.‬
‫ראשית היא מספקת הגנה, תוחמת שטח פרטי ויוצרת פרטיות. אך גם תפקידה האסתטי והתרבותי הוא חשוב ביותר.‬
‫מעטפת המבנה, ובייחוד החזית, היא כרטיס הביקור של המבנה ושל המתכנן שלו, ובתוך קונטקסט, היא מאפיינת גם‬
‫את פני העיר. לא בכדי היא מושכת יותר תשומת לב מכל רכיב אחר של המבנה.‬
‫הרעיונות שבאו מן המודרניזם והשפעתם שניכרת גם היום, מציינים שהמראה החיצוני של מבנה צריך לשקף את מה‬
‫שקורה בתוכו. צריכה להיות הרמוניה בין הצורה לפונקציה, בפנים וגם בחוץ.‬
‫עם הזמן, החלה המעטפת "להיפרד" מן הקונסטרוקציות המאסיביות והפכה למעין וילון, או כפי שנהוג לקרוא לו- קיר‬
‫מסך, אשר לעתים משמש כאריזה שכל מטרתה למשוך את תשומת הלב.‬
‫עם היותן של הדרישות הטכניות מורכבות ומאתגרות יותר וההנחיות לבידוד הפכו לנוקשות יותר ויותר, כמעט כל‬
‫מעטפת חיצונית הפכה להיות מערכת רב שכבתית אשר בקושי מאפשרת לקבל מושג לגבי פנים המבנה.‬
‫התגובות האדריכליות לקצב השינויים המהיר בעידן הנוכחי הן שונות ומגוונות. יש שיבחרו לאמץ את אופני השימוש‬
‫בצבעים הרבים, באימג'ים מודפסים, בחזיתות מדיה מהבהבות או במסכים מוארים. אחרים דווקא יאמצו את האיכויות‬
‫שבבנייה הישנה כדי להדגים את נוכחותו של המבנה המוצק והאמיתי בעולם הוירטואלי וישתמשו באבן טבעית, לבנים,‬
‫עץ או בטון חשוף.‬
‫בין שתי הגישות הללו קיימת הגישה של מעטפת המבנה ה'מגיבה', כמרכיב אחד ברעיון בר הקיימא של צריכת אנרגיה‬
‫נמוכה. מעטפת כזו תהיה עשויה החל מתריסים ורפפות ועד לחזיתות רב שכבתיות מזכוכית המאובזרות באמצעי‬
‫הצללה ומגנים מקרינה, סינוור וצבירת חום ואנרגיה.‬
‫ניתן לראות כבר בבניית הבית היפני המסורתי חלקים גדולים מהקיר החיצוני מורכבים מדלתות הזזה שעשויות מנייר‬
‫חדיר לאור עם מסגרות עץ. תריסי הזזה שמחוברים למרפסת מהווים מעטפת דו שכבתית גמישה המשמשת הגנה‬
‫נוספת ממזג האוויר. בחודשי הקיץ, אריגים והצללות מבמבוק נתלים מול החזית ומגנים מפני השמש החזקה.‬
‫המעטפת החיצונית הגמישה של הבית היפני מסוגלת להגיב לטווח רחב של מצבים ומאפשרת יחסים שונים בין הפנים‬
‫לחוץ.‬
‫המעטפות הראשונות אשר משוחררות לגמרי מהסטרוקטורה הנושאת )מאוחר יותר נקראו קירות מסך( נוצרו בבנייני‬
‫תעשייה, ללא התערבות ממשית של אדריכלים, והגיעו מתוך הפונקציה- הצורך באור מירבי הביא לשימוש מירבי‬
‫4‬ ‫מעטפות חכמות‬
‫ ‬

5. ‫בבניין המפעל לנעליים ב- ‪ ,(1911-25) Alfeld‬וולטר גרופיוס הצליח יחד עם אדולף מייר, לתלות קיר מסך מול אולם‬
‫תעשייתי כמו ריקמה שקופה ומשוחררת לגמרי מהקונסטרוקציה של המבנה. ניכר המאמץ לשחרר את המעטפת‬
‫מתפקידה הקונסטרוקטיבי אך בד בבד היחס אליה הופך להיות כאל אלמנט עצמאי שתפקידו העיקרי הוא בהעברת‬
‫ה"מסר" הטכנולוגי המתקדם.‬
‫‪1.3 Alfeld an der Leine, Germany‬‬
‫עד שנות ה-07 המוקדמות, בהשפעת הסגנון הבינלאומי, השימוש בקירות מסך התפשט ברחבי העולם והפך מפתרון‬
‫יצירתי לשורת משטחים בעלי עיצוב מונוטוני שיוצרים קונטיינרים מזכוכית אשר תלויים באיוורור מלאכותי ובמיזוג אוויר,‬
‫וגורמים לצריכת אנרגיה מוגזמת.‬
‫למרות השינויים התרבותיים, הכלכליים, הטכנולוגיים והאנרגתיים, המשימה הבסיסית של ארכיטקטורה היא ליצור‬
‫"מקלט" נוח המגן מתנאי מזג אוויר חיצוניים, כגון קרינת שמש חזקה, טמפרטורות קיצוניות, משקעים ורוח. המעטפת‬
‫החיצונית של המבנה היא תת המערכת העיקרית והראשונה שיכולה להשפיע על התנאים החיצוניים ולווסת אותם על‬
‫מנת לייצר דרישות נוחות של המשתמש בתוך המבנה. כמו עור ולבוש האדם, גם מעטפת המבנה ממלאת אחר‬
‫דרישות ע"י ביצוע מספר תפקידים אשר מתאפשרים בזכות תכנון ובנייה מתאימים. כל חקירה רצינית בנושא צריכה‬
‫להתעסק בשאלות הבאות שחשובות לתיאוריה, לניתוח, לתכנון ולעיצוב:‬
‫5‬ ‫מעטפות חכמות‬
‫ ‬

6. ‫פונקציה: מה היא המטרה המעשית של המבנה או של מעטפת המבנה?‬
‫בנייה: מהם האלמנטים או הרכיבים של המבנה או של המעטפת? וכיצד הם משולבים לכדי שלם?‬
‫צורה: כיצד נראה המבנה או כיצד נראית המעטפת?‬
‫בעוד שהקטגוריות הללו של התבוננות וניתוח נשארו כמעט ללא שינוי במשך שנים רבות, כמות פליטת הפחמן הדו‬
‫חמצני והמחסור בדלק מאובנים האיצו את העלייה ברמת המודעות האקולוגית. כאשר שאלות שרלוונטיות לבנייה בת‬
‫קיימא מקבלות תפקיד מרכזי בתהליך התכנון, נולד הצורך בבחינה מחודשת של רעיונות תכנוניים, בצורה ובעיצוב של‬
‫מעטפת הבניין. לכן, הפקטור הבא צריך להתווסף לרשימה:‬
‫אקולוגיה: כמה אנרגיה דרושה לצורך הבנייה, השימוש וההריסה של מבנה או של המעטפת שלו?‬
‫במונחים של נוחות, הגדרות פונקציונליות מקבלות עדיפות על פני היבטים קונסטרוקטיביים, אסתטיים ואקולוגיים. אך‬
‫למעשה יש צורך לתת לכל אלה משקל שווה במערכת הכוללת הנקראת בניין, מכיוון שהם תלויים זה בזה ומשפיעים‬
‫באופן ישיר אחד על השני2.‬
‫6‬ ‫מעטפות חכמות‬
‫ ‬

7. ‫התפתחות המעטפת החכמה‬ ‫2‬
‫הקדמה‬
‫השוואה בין בניין משרדים טיפוסי ובית כפרי בתאילנד או בהודו אינה רק ניגוד בין מה שניתן לקרוא לו ארכיטקטורה של‬
‫טכנולוגיה מתקדמת ומבנה פרימיטיבי. היא גם ניגוד בין שימוש בזבזני באנרגיה ובנייה ממקורות חובקי עולם, ובין‬
‫שימוש בחומרים מקומיים ליצירת מבנים שפותרים בעיות של גשם כבד, הצללה מפני השמש ואיוורור טבעי ע"י שימוש‬
‫בשיטות בנייה שצורכות מעט אנרגיה.‬
‫3.2 בית כפרי בהודו‬ ‫2.2 בית כפרי בתאילנד‬ ‫1.2 בנייני משרדים בשיקאגו‬
‫מבחינה הסטורית, מזה שנים רבות קיימת המודעות להשפעת הבניין על הסביבה, החל מכתביו של ויטרוביוס, דרך‬
‫דאגתו של וויליאם מוריס לגבי הנזק הסביבתי שנגרם מקצב העיור והתיעוש בסוף המאה ה-91. הפוטנציאל שבתכנון‬
‫מבנים להפחתת צריכת האנרגיה, ולהכרות עם יתרונות האנרגיה הסולרית )למשל( הפך לממשי בתחילת המאה ה-‬
‫02, והתפתח באופן משמעותי במהלך שנות ה-03. ההיבטים האקולוגיים של השפעת הבניינים הפכו לדיון רחב בשנות‬
‫ה-06 וה-07, אשר גם סימנו את התחלות התכנון האקולוגי כפי שאנחנו מכירים אותו כיום.‬
‫דונלד ווטסון, פרופסור אמריקאי לארכיטקטורה, הבחיןציין שאנחנו כעת ב"עיצומה של תפנית למידה" של אדריכלות‬
‫סביבתית, כפי שאדריכלים חיפשו אותה בתחילת שנות ה-07. בבריטניה זה קיבל פרשנות לגישות תכנון נפוצות, כמו‬
‫שימוש במסה טרמית, איוורור טבעי, הצללה חיצונית והגבלת צבירת חום פאסיבי )ממוצרי חשמל וכד'(.‬
‫ידוע שבניינים מהווים כחצי מצרכני האנרגיה ברוב מדינות העולם המפותח. הצרכנים הדומיננטים האחרים הם‬
‫תחבורה ותעשיה שפעילותם קשורה בבניינים ובמיקומם. בנוסף, גם ייצור החומרים והובלתם לאתרי הבנייה צורכים‬
‫אנרגיה נוספת.‬
‫אמירה מסכמת לגבי תפקיד האדריכלים בעניין המטרה האקולוגית- מתוך הכרזת התלות ההדדית לעתיד בר קיימא,‬
‫הקונגרס העולמי לארכיטקטים של ‪ ,UIA/AIA‬שיקאגו 3991:‬
‫בניינים והסביבה הבנוייה משחקים תפקיד חשוב בהשפעה האנושית על הסביבה הטבעית ועל איכות החיים; תכנון בר‬
‫קיימא משלב התחשבות במקורות, בשימוש יעיל באנרגיה, בניינים בריאים וחומרים, שימוש רגיש מבחינה אקולוגית‬
‫7‬ ‫מעטפות חכמות‬
‫ ‬

8. ‫רעיונות האינטליגנציה המלאכותית‬
‫באמצעות האינטיליגנציה המלאכותית ניתנת לאובייקטים היכולת לתפקד בצורה שדומה להתנהגות אנושית, ע"י חיקוי‬
‫של תהליך החשיבה, עיבוד הנתונים, למידה, הסקת מסקנות ופעולה מתוך בחירה. במערכות המתקדמות עיבוד‬
‫המידע נעשה עפ"י מערכת חוקים שנקבעה מראש. למרות התחכום הרב, התהליכים האלה לא מגיעים למורכבות‬
‫האמיתית של אינטיליגנציה אנושית.‬
‫"רשתות עצבים" מלאכותיות מסוגלות להתמודד עם בעיות מורכבות יותר שאינן יכולות להיות מתוארות ע"י חוקים‬
‫מוגדרים מראש או דפוסי התנהגות. הן מנסות לחקות רשתות ביולוגיות של תאי מוח שמעבדות מידע. הרשתות‬
‫העצביות מספקות מערכות מלאכותיות עם יכולות של למידה והכללה, סינון מידע לא רלוונטי, מיומנות להתמודד עם‬
‫טעויות קטנות או אינפוט חסר, והחשוב מכל, לאמץ פתרונות עם הזמן כדי לפצות על נסיבות משתנות.‬
‫סנסורים בבניין שמסוגלים לגלות שריפה ופורצים פועלים כמו מתוך "אינטיליגנציה טבעית" כפי שהגוף שלנו יכול לחוש‬
‫בסכנה ולהגיב; זרימת האוויר במבנה דומה למערכת הנשימה שלנו; מערכות סנסוריות שיכולות למנות את מאפייני‬
‫הסביבה הפיזית שלנו כבר קיימות, ומחקות את חושי בעלי החיים. מבחינות במאפיינים שונים- מעוצמת התאורה ועד‬
‫לרמת זיהום האוויר4.‬
‫הצורך בבניינים חכמים‬
‫בניינים נבנו והעסיקו את האדם במשך אלף שנה גם ללא הרעיונות של "אינטיליגנציה", וניתן לשאול, למה הרעיונות‬
‫האלה רלוונטים עכשיו?‬
‫עניין ה"בניין החכם" מקורו בדרישות ההולכות ונהיות מתוחכמות לנוחות שנלוות לפיתוחם של צורות בניין ותכנים‬
‫מורכבים, בעקבות צריכת האנרגיה הגוברת.‬
‫אינטיליגנציה יכולה לשמש כדי לשפר את תפקוד הבניין ע"י הפיכתו למסוגל להפחית את הצורך באנרגיה מיובאת‬
‫לחימום, קירור, תאורה ואיוורור.‬
‫ישנה גם חשיבות לצורך בשליטה של המשתמש בסביבתו הפרטית.‬
‫שמירה על איזון בין נוחות רגעית של משתמש לבין שמירה על נוחות מתמשכת של כלל המבנה, היא אחת המשימות‬
‫של המעטפת החכמה5.‬
‫6‬
‫מתוך ספרו של ‪intelligent Buildings – Brian Atkin‬‬
‫בניין חכם צריך "לדעת" מה קורה בפנים ובחוץ ‬
‫בניין חכם צריך "להחליט" מהי הדרך היעילה ביותר ליצירת סביבה נוחה ופרודוקטיבית למשתמשים. ‬
‫בניין חכם צריך "להגיב" מהר לדרישות המשתמשים. ‬
‫המעטפת החכמה‬
‫החזית החכמה היא חלק מהותי בבניין החכם, כשמתייחסים לאלמנט העוטף את הסביבה הפנימית המאוכלסת. ניתן‬
‫להתייחס אליו עפ"י הדימוי הביולוגי של מעטפת עור חכמה.‬
‫8‬ ‫מעטפות חכמות‬
‫ ‬

9. ‫המעטפת החכמה כוללת את הרעיון שהמבנה עצמו אינו אדיש אלא דינאמי ומשתנה כדי להקטין את צריכת האנרגיה‬
‫בבניין.‬
‫גרסאות מוקדמות של בניינים כאלה התיחסו לשינויים שהתבצעו באופן ידני. הרעיון של שינוי ידני קיים כבר מאות‬
‫שנים. הרכיבים הפשוטים ביותר הם תריסים, וילונות וחלונות. היכולת התפתחה להיות אוטומטית, מכאנית וממונעת‬
‫ואפילו התאמה עצמאית "אינסטינקטיבית".‬
‫המעטפת החכמה יכולה להיות מוגדרת כחיבור של אלמנטים בנויים אשר מבחינים מן החוץ, איזור מוגן ממזג האוויר,‬
‫אשר מתפקדת בהתאם לצורך על מנת להגיב לשינויים סביבתיים ויוצרת נוחות עם שימוש בכמה שפחות אנרגיה. בכזו‬
‫מעטפת, האדפטביליות של אלמנטי החזית מופעלת בצורה אינסטינקטיבית ע"י וסתים לתצורה המתאימה. מערכת‬
‫חשמלית שתלוייה כמה שפחות באנרגיה חיצונית מפעילה את האלמנטים הללו. המעטפת הינה חלק במערכת הבניין‬
‫ומקושרת לחלקים אחרים בבניין שנמצאים מחוץ לאיזור העטוף, כמו סנסורים שמחוברים ע"י כבלים ונשלטים כולם ע"י‬
‫מערכת ניהול הבניין – המוח7.‬
‫9‬ ‫מעטפות חכמות‬
‫ ‬

10. ‫תכנון המעטפת החכמה‬ ‫3‬
‫גורמים ליצירת נוחות כפרמטרים בתכנון המעטפת‬
‫גורמים אלה קשורים זה לזה ותלויים זה בזה:‬
‫טמפ' האוויר הפנימית; טמפ' המשטחים הפנימיים ; תנועת אוויר ותחלופת אוויר ; לחות פנימית; עוצמת הארה;‬
‫כל הפרמטרים הללו, פרט לפרמטר הלחות הפנימית, יכולים להיות תחת בקרה ישירה וויסות באמצעות תכנון החזית‬
‫והגג, וזהו הגורם המנחה בקונספציה של מעטפת המבנה8.‬
‫1.3 גורמים ליצירת נוחות כפרמטרים בתכנון המעטפת‬
‫השפעת עיצוב החזית והגג על צריכת האנרגיה והנוחות בתוך המבנה‬
‫צריכת אנרגיה לחימום ממשיכה להיות עניין מרכזי בבניית מגורים, בעוד שדרישת האנרגיה לקירור נהיית חשובה יותר‬
‫בהקשר של מבני משרדים. לכן, רכיבים שמגנים מפני הצטברות חום בקיץ ואיבוד חום בחורף, הינם חשובים במיוחד.‬
‫בבנייני משרדים קונבנציונליים, כ-%04 מצריכת האנרגיה מוקדשת לחימום, %04 נוספים להפעלת מערכות מיזוג אוויר‬
‫לאיוורור ולקירור, וכ-%02 נצרכים לטובת תאורה מלאכותית. להעלאת הנוחות ולהפחתת צריכת האנרגיה, יש צורך‬
‫בהפחתת עומסי הקירור בעזרת הגנה אופטימלית מהשמש, שימוש משופר באור טבעי וויסות מערכות התאורה‬
‫המלאכותית באמצעות ווסתים התלויים באור הטבעי. בנוסף, הוצאת חום מצטבר ע"י קירור לילי, תהליך שיכול להיתמך‬
‫ע"י עיצוב מעטפת בניין שמגיבה וחשיפה של מאסות טרמיות בפנים המבנה,שילוב שהוא אפקטיבי גם בהפחתת מעבר‬
‫חום וגם באיבוד חימום רצוי. לצורך כך דרושים אלמנטים גמישים הן בעיצובם והן בשימושם.‬
‫01‬ ‫מעטפות חכמות‬
‫ ‬

11. ‫כיום, דרישות בסיסיות לבידוד חום כמו מערכות הצללה והגנה מפני סינוור שהן גם יעילות וגם גמישות אשר נועדו‬
‫למנוע התחממות יתר וסינוור בקיץ, כבר הצליחו להוריד באופן משמעותי את צריכת האנרגיה בבניינים9.‬
‫01‬
‫תפקידי המעטפת החכמה‬
‫מערכות הגנה מהשמש-‬
‫מיקום מערכות ההגנה מהשמש הוא בעל השפעה ברורה ומוכחת על צריכת האנרגיה של בניינים. עם זאת, השפעה‬
‫של הצללה פנימית )מן הצד הפנימי של המעטפת( יעילה הרבה פחות, כיוון שקרינת השמש שנספגת באלמנטים הללו‬
‫מועברת לחלל הפנים. התקנה של מערכות אלה בתוך זיגוג כפול מגנה עליהן מפני אבק ומזהמים ואף מאפשרת‬
‫מניפולציות שונות )לדוגמא: מערכות מיקרו גריד ומערכות פריזמה(, אך התקנה שלהן מחוץ למעטפת עדיין יעילה יותר,‬
‫אם כי לא תמיד מתאימה )מסיבות של רוחות חזקות וכדומה(.‬
‫אלמנטי הגנה מהשמש נדרשים על מנת למנוע התחממות יתרה בכל סוגי המבנים, ובמיוחד בבניינים בעלי זיגוג רב או‬
‫בכאלה שבהם נדרש קירור רב. מערכות דינאמיות לעומת מערכות קבועות ונייחות, מאפשרות התאמה של אלמנטי‬
‫ההצללה למיקום השמש, יכולות לאפשר את שליטת המשתמש בהצללה ומאפשרות שימוש מקסימלי באור טבעי.‬
‫מערכות נגד סינוור-‬
‫מטרתן העיקרית היא למנוע ניגודים קיצוניים בעוצמת האור, נושא רלוונטי במיוחד עבור בנייני משרדים בהם נחוצה‬
‫נוחות ויזואלית. מערכות שונות יכולות לשמש לעמעום ולפיזור האור: וילונות, תריסים הוריזונטליים או ורטיקלים,‬
‫תריסים ונציאנים, מסכים, זיגוג שקוף למחצה, זיגוג אלקטרוכרומי. בשימוש במערכות כאלה חשוב להימנע מהפחתה‬
‫רבה מדי של האור הטבעי. מיקום המערכות ביחס לזיגוג הפנימי קובעות את כמות החום שנאגר בפנים כתוצאה‬
‫מקרינת השמש.‬
‫שימוש באור טבעי-‬
‫השימוש באור טבעי חשוב הן מבחינת נוחות ושביעות רצון המשתמשים והן מבחינת צריכת האור המלאכותי. תאורה‬
‫מלאכותית התלויה בתאורה טבעית מציעה יתרונות נוספים. מערכות שמתאימות את מידת האור האופטימלית הן‬
‫)לדוגמא(: זיגוג בעל ציפוי סלקטיבי, רפלקטורים אשר מסיטים אור טבעי לעומק החדר, מערכות מיקרו-גריד עם ציפוי‬
‫רפלקטיבי גבוה, מערכות פריזמה, זיגוג לפיזור אור, מערכת רפפות זכוכית, מערכות הולוגרפיות )‪.(HDS‬‬
‫בידוד טרמי-‬
‫אפשרות אחת של ויסות העמידות הטרמית של החזית או הגג כתגובה לתנאי החוץ ולדרישות הפנים, היא שימוש‬
‫בחומרים וברכיבים שביכולתם להפחית איבוד חום דרך הולכה.‬
‫מערכות בידוד מתחלקות לשתי קבוצות: מערכות קבועות, כמו למשל מערכות חימום ובידוד משולבות או מערכות‬
‫איוורור אחורי של החזית, והן לא מאפשרות התאמה לתנאי החוץ המשתנים; ומערכות דינאמיות, כמו תריסי הזזה,‬
‫שבהן החומר המבודד נמצא מחוץ או מלפני המעטפת. רכיבים שקופים או שקופים למחצה יכולים לשמש לאגירת חום‬
‫בחורף כדי לחמם את חלל החזית, כאשר בקיץ האוויר החם מפונה ע"י פתיחת החזית.‬
‫איוורור טבעי-‬
‫למעטפת תפקיד חשוב בתחלופת האוויר במבנה, כאשר הדגש הוא על כמות נכונה של איוורור הדרושה כדי להפחית‬
‫למינימום איבוד חום ע"י איוורור, בזמנים שבהם טמפ' החוץ קרירה. הפתרון של פתחים בחזית יכול להצליח עם תכנון‬
‫נכון של אופן הפתיחה ומיקום האלמנטים הנפתחים.‬
‫אספקטים פונקציונליים אחרים-‬
‫11‬ ‫מעטפות חכמות‬
‫ ‬

12. ‫המעטפת צריכה לאפשר בידוד אקוסטי ברמה נוחה מרעשי חוץ ומעשי פנים. ניתן להשיג זאת ע"י שימוש בחומרים‬
‫בעלי יכולת החזרה מתאימה, או ע"י שילוב של בידוד אקוסטי ע"י ספיגת אנרגית הקול והפיכתו לחום.‬
‫על המעטפת גם תפקיד ההגנה מפני אש, עשן וחום, ועל כן בחירת חומרי המעטפת לעתים עשוייה להיות מוגבלת‬
‫כתוצאה מהגדרות הבטיחות הרשמיות.‬
‫11‬
‫מאפיינים חכמים‬
‫תיאור ה"מאפיינים הגנטיים" שיוצרים את המעטפת החכמה בצורתה המפותחת.‬
‫מערכות ניהול הבניין ‪BMS‬‬
‫המוח, יחידת עיבוד הנתונים המרכזית, המקבלת את המידע מסנסורים שונים וקובעת את התגובה המתאימה של‬
‫האלמנטים המבצעים. מסוגלת לנטר שינויי מזג אוויר ולשלוט ולפקח על פעולות של מערכות אקטיביות ופאסיביות‬
‫להבטחת שימוש יעיל באנרגיה. אחד התפקידים החשובים שלה הוא לוסת את הטמפרטורה ע"י הפעלת כל האלמנטים‬
‫הנשלטים בבנייין על מנת להשיג זאת באופן טבעי.‬
‫יכולת למידה‬
‫המעטפת החכמה יכולה להיות בעלת יכולת למידה. למשל, להשתמש במידע על מזג אוויר נתון וצפוי על מנת לחשב‬
‫את החימום האופטימלי, התאורה ורמת ההצללה של הבניין מראש.‬
‫מידע סביבתי‬
‫פרוייקטים רבים מסוגלים לאסוף מידע מפורט שקשור לתנאים סביבתיים מחוץ ובתוך המבנה. המידע הזה חיוני‬
‫בקביעת ההחלטות על השליטה בטכנולוגיות החכמות. מדידות טיפוסיות למשל של מהירות הרוח וכיוונה, טמפ' החוץ,‬
‫טמפ' החזית, לחות חיצונית, בידוד סולארי, אוויר הפנים וטמפ' החדר, כמות האור הטבעי והלחות.‬
‫תאורה מלאכותית מגיבה‬
‫עיקרון חשוב בהשגת המטרה של תאורה טבעית אפקטיבית, היא מערכת תאורה מלאכותית מגיבה, עם יכולת לכבות‬
‫או לעמעם עצמה כתגובה לתאורה טבעית מספיקה. מערכות תאורה חכמות מופעלות ע"י סנסורים שקולטים שימוש‬
‫בחלל ומווסתים כתגובה את רמת התאורה.‬
‫בקרה על אור טבעי‬
‫אחת ממטרות המפתח בתכנון לצריכת אנרגיה נמוכה, הוא מיקסום האור הטבעי. קיימות מערכות שונות שמגיבות‬
‫לזויות השמש, מייצרות פוזיציות אופטימליות לרפלקטורים והצללות. העברת האור יכולה להשתנות ולהתאים לצורך‬
‫בחללי הפנים הקשור לאור ולטמפרטורה, בהתאם למידת האור שנמדד בחוץ.‬
‫בקרה סולארית‬
‫במקרים רבים, השמש כמקור אנרגיה מתחדש, יכולה להוות תורמת מרכזית באנרגיה של הבניין. מערכות חכמות‬
‫מבקרות את המקור החיוני הזה. אלוגריתם ממוחשב קובע את זויות השמש לפי זמנים, ומיקומה. חישובים אלה‬
‫משמשים במעקב אחרי השמש.‬
‫השמש יכולה גם להזיק לתנאי הנוחות בפנים, וככזו לעתים צריך למתן את ההשפעות של חימום יתר, קרינה וסינוור.‬
‫תריסים שנשלטים ע"י מחשב, רפפות והצללות אחרות שגם סופגות אנרגיה רבה מהווים בקרה סולארית. לעתים יכולה‬
‫להיות משולבת מעטפת משנית הכוללת תריסים ונציאניים שניתן להעלות ולהוריד בהתאם לצורך.‬
‫בקרה על שימוש‬
‫21‬ ‫מעטפות חכמות‬
‫ ‬

13. ‫מקובל לאפשר שליטה מקסימלית של המשתמש על סביבתו המיידית. לרוב מערכות הבקרה יש אפשרות לביטול ידני.‬
‫עם זאת, לעתים שליטתו של המשתמש עלולה לגרום לפשרה בתנאי הנוחות הכלליים ובאסטרטגיית צריכת האנרגיה,‬
‫וכאן נכנסת לפעולה מערכת ה-‪.BMS‬‬
‫מפיקי אנרגיה‬
‫בניינים שואפים לעצמאות חשמלית ע"י הפקת חשמל עצמית ע"י תאים פוטו-וולטאים, טורבינות רוח, ומערכות חשמל‬
‫וחימום משולבות.‬
‫בקרה על איוורור‬
‫איוורור יכול להיות מווסת בצורה אוטומטית להעלאת האפקטיביות ולשימוש רב יותר ע"י אלמנטים במבנה עצמו, כמו‬
‫גגות שנפתחים, חלונות מתכווננים ומנטרלים פניאומטיים. בקרה חכמה עוזרת להתגבר על בעיות שנגרמות בגלל‬
‫איוורור טבעי, כמו זיהומי רעש ואויר. השימוש באיוורור מכאני הינו רק במצבים קיצוניים.‬
‫קיימות גם מערכות איוורור שמופעלות עפ"י תנאי השימוש ופועלות רק כאשר יש משתמש בחלל.‬
‫בקרה על חימום וטמפרטורה‬
‫טכנולוגיות חכמות משמשות להפחתת עומס האנרגיה שנגרם כתוצאה מגורמים של חימום, קירור ואיוורור. נעשים‬
‫מאמצים להפחתת הצורך בחימום אוויר ומים ע"י שימוש באנרגיה סולארית פאסיבית, שמסופקת ע"י בקרה מוטורית‬
‫מדוייקת יותר. מערכות בקרה מבטיחות את האופטימליות בתהליכי החימום.‬
‫מתקני קירור‬
‫שימוש בבקרה מכאנית של טכניקות קירור פאסיביות, כגון מחליפי חום תת קרקעיים, שימוש במאגרי מים ובמי תהום,‬
‫וקירור לילי של המסה הטרמית ע"י איוורור . הזרמת המים הקרים מתוכננת ביעילות כמו גם מעגלי החימום.‬
‫מעטפת כפולה‬
‫שיטה שכרוכה בהוספת מעטפת זכוכית שנייה אשר יכולה ליצור הזדמנויות למיקסום אור טבעי ושיפור היעילות‬
‫האנרגתית. בקיץ, יכולה החזית הכפולה להפחית הצטברות של חום ע"י איוורור באמצעות חלל הביניים. בחורף,‬
‫החזית הכפולה תתנהג כבאפר בין הבניין לחוץ, תפחית את איבוד החום ותשפר את מעבר החום פנימה. מנגנוני בקרה‬
‫חכמים משמשים לויסות הכנסת האויר לחלל הביניים בצורה אוטומטית, ואף סוגרים אותו ליצירת באפר טרמי.‬
‫31‬ ‫מעטפות חכמות‬
‫ ‬

14. ‫שילוב מערכות סולאריות במעטפת הבניין‬ ‫4‬
‫21‬
‫מעטפת המבנה כתחנת כוח‬
‫לפני התקופה שבה דלקים נהיו זמינים כל כך, השימוש היעיל באנרגיה לחימום ועקרונות של שימוש באנרגיה סולארית‬
‫היו שיקולים חיוניים בעיצוב המבנה והמעטפת שלו. בחירת החומר, אוריינטציה ביחס לשמש, חשיפה, תכנון ועיצוב‬
‫משטחי החזית והגג היו כולם משולבים בצורה הרמונית עם תנאי האתר, כמו למשל האקלים המקומי, הטופוגרפיה‬
‫וזמינות של חומרים לבנייה ולבעירה לתהליך הבניה. במשך מאות שנים התפתחה תרבות בנייה שניתן היה לראות בה‬
‫את הקשר הישיר בין הדרישות הפונקציונליות והמראה החיצוני של המבנה. השינויים הדרסטיים בתחום האנרגיה‬
‫וביחוד בזמינות של דלקים וחשמל זולים השפיעו רבות על הקשר הזה ואפשר לומר אף שגרמו להיעלמותו. הפתרון‬
‫ההגיוני היחידי לתוצאות השינויים הללו, שהם הנזקים הסביבתיים והדלדלות מקורות האנרגיה, טמון בהפחתה ניכרת‬
‫של צריכת האנרגיה ובשימוש באנרגיה סולארית.‬
‫2.4 סכמה המראה את היעלמותו של הקשר בין‬ ‫1.4 סכמה המראה את הקשר שהתפתח בין‬
‫הפונקציה והמראה בעקבות השינויים בתחום האנרגיה‬ ‫הדרישות הפונקציונליות ומראה הבניין‬
‫31‬
‫מעטפת הבניין כגנרטור לחום ואנרגיה‬
‫השילוב של אנרגיה סולרית עם קונספט המבנה הינו באופן טבעי בעל השפעה על צורת הבניין, ומערכת היחסים בין‬
‫הארכיטקטורה והטכנולוגיה הופכת להיות עוד יותר משמעותית. כאשר מערכות טכנולוגיות של אנרגיה סולרית‬
‫משולבות במעטפת הבניין, חשוב להימנע מהסתכלות מבודדת על מערכות אלה מיתר הבניין. למרות שהשוק כיום כבר‬
‫מציע מגוון רב של פתרונות איכותיים, לעתים עדיין קיים פער במפגש בין הארכיטקטורה לפתרונות הטכנולוגיים.‬
‫קרינה הינה מקור חשוב של אנרגיה סולרית עבור בניינים ויעילותה היא כפולה. יש להבדיל בין שימוש ישיר, פאסיבי,‬
‫ובין שימוש בלתי ישיר, אקטיבי.‬
‫41‬ ‫מעטפות חכמות‬
‫ ‬

15. ‫שימוש ישיר )פאסיבי( מתייחס לאמצעים שמיושמים בבנייה לצורך איסוף, אגירה והפצת אנרגיה סולרית זמינה, כמעט‬
‫ללא אמצעים טכניים. הוא תלוי בעיקר באוריינטציה, בתכנית ובעיצוב המבנה בכלל והחזית שלו בפרט. שימוש‬
‫המעטפת באנרגיה סולארית הוא ליצירת איוורור טבעי )משתמשת בהפרשי טמפ' ולחצים להזרמת אוויר(, בהארת‬
‫חללי הפנים באור טבעי ובחימום חללי פנים ע"י יצירת אפקט חממה. קיימות מערכות רבות ומגונות לאיסוף, להפצה‬
‫ולאגירת אנרגיה. חללי ביניים )‪ ,(BUFFER ZONES‬בידוד חום ע"י שקיפות, זיגוג ‪ ,aerogel‬וזכוכית מבודדת במיוחד‬
‫הן דוגמאות המאפשרות שימוש באנרגיה סולרית תוך הפחתת כמות איבוד החום.‬
‫שימוש בלתי ישיר )אקטיבי( מתייחס לאמצעים טכניים נוספים לספיגה, הפצה ובמידת הצורך אגירה של אנרגיה‬
‫סולרית. היישום במקרה זה יהיה באמצעות קולטנים שיכולים להיות משולבים במעטפת הבניין. שימושים לא ישירים‬
‫באנרגיה הסולרית כוללים חימום של מים ואוויר וניתן לשלב אותם גם עם מערכות אנרגיה אחרות לצורך יצירת אנרגיה‬
‫לקירור למשל. שימוש באלמנטים פוטו-וולטאים לייצור חשמל נעשה מקובל מאוד בשנים האחרונות, וניתן ליישם אותם‬
‫במעטפת במגוון רחב של יישומים.‬
‫3.4 שימושים באנרגיה סולארית‬
‫קולטים סולרים הוא מונח כולל למערכות שסופגות קרינה, הופכות אותה לחום ומפיצות אותו דרך הזרמת אוויר או מים.‬
‫הם משמשים בעיקר לחימום מים וחימום החלל ובשילוב עם מערכות בניין רגילות הם יוצרים מערכת אנרגיה שלמה.‬
‫קיימות תצורות שונות למערכת זו וניתן ליישם אותן בהתאם לסוג השימוש. לדוגמא: סופגים סולריים )עשויים לרוב‬
‫מגומי שחור או ממשטחים סינתטיים(, קולטני לוחות שטוחים )עשויים ממתכת וזכוכית(, קולטני צינורות בוואקום.‬
‫51‬ ‫מעטפות חכמות‬
‫ ‬

16. ‫האוריינטציה והזוית של שטח הקולטן חיוניות כדי להשיג תפוקת חום טובה, וכמו כן ידוע כי עוצמת הקרינה נמוכה יותר‬
‫בחזית ורטיקלית מאשר בגג.‬
‫בחישוב מימדי הקולטים המותקנים, חשוב להתאים את המערכת לצריכת האנרגיה האמיתית ולקחת בחשבון גם את‬
‫מטרת החימום הספציפית.‬
‫41‬
‫תאים פוטו-וולטאים‬
‫תאים פוטו-וולטאים הן מערכות אשר הופכות באופן ישיר קרינת שמש לחשמל. בגרעין ההתקנים הללו ישנם תאי פוטו‬
‫שמשולבים למודולים. מערכות אלה יודעות לאגור חשמל עודף במעין בטריות. קיימים סוגים שונים של תאים פוטו-‬
‫וולטאים אשר מיוצרים מחומרים שונים ועל כן יעילותם שונה. בין הסוגים השונים: תאי סיליקון מונו-קריסטליים,תאי‬
‫סיליקון פולי-קריסטליים, תאי סיליקון אמורפוס ותאי ‪ .CIS‬בדרך כלל, כ-03 עד 04 תאים מחוברים ליחידות גדולות‬
‫יותר )מודולים( המיוצרות מראש, שיכולות להיות ברמות שקיפות שונות ומגיעות בצורות שונות.‬
‫בעוד שתאי אמורפוס ותאים מונו-קריסטליים הם בעלי מראה הומוגני, תאים פולי-קריסטליים מאופיינים בשבירות‬
‫רבות, משטח מובנה עם השתקפויות אור משתנות. בנוסף, תאים מונו-קריסטליים מציעים מגוון רחב של צבעים.‬
‫ניתן לשלב גם אלמנטים דינאמיים במודולים הפוטו-וולטאים במעטפת הבניין אשר יאפשרו הפקה של יותר אנרגיה‬
‫סולרית במהלך השנה, עם השתנות תנאי הקרינה.‬
‫51‬
‫המערכות הסולאריות כחלק מהתכנון האדריכלי‬
‫שילוב מערכות סולאריות במעטפת הבניין משמעו שעל הרכיב להיות חלק בלתי נפרד מהגג וממעטפת הבניין, כאשר‬
‫על הרכיב למלא את התפקיד הפונקציונלי והסטרוקטורלי גם יחד. לכן השילוב הויזואלי והקונסטרוקטיבי של רכיבים‬
‫סולאריים חייב להבטיח שההתקנה שלהם על או בתוך המעטפת החיצונית לא תתנגש עם הדרישות והמאפיינים של‬
‫המעטפת אלא תשלים ותתמוך בהם באופן אופטימלי.‬
‫למימדי המערכת יש השפעה ניכרת על על המראה החיצוני של המבנה ולכן חייבת להתחבר בצורה הרמונית עם‬
‫העקרונות הויזואלים של משטחי הגג והחזית.‬
‫במבנים רבים ניתן לראות חוסר ברגישות וחוסר הבנה של "אופי המבנה" כשזה נוגע לעניין החיבור. קיים צורך ברור‬
‫להתחשב באספקטים אלה של העיצוב בנוסף לדרישות הטכנולוגיות של המערכת ועניינים פרקטיים של בנייה.‬
‫כאשר מדברים על עיצוב בארכיטקטורה, לעתים קיימת נטייה לייחס אותו רק לאסתטיקה. אך צורה וצבע לבדם אינם‬
‫קובעים את מידת ההתאמה של ה"חיבור". חומר וקונסטרוקציה של מעטפת המבנה, כמו גם הגודל והפרופורציות של‬
‫האלמנטים המרכיבים אותה, הם פרמטרים רלוונטים לא פחות. בהקשר זה, לחזית, יותר מאשר לגג, יש חשיבות‬
‫כ"פני" הבניין, אשר חושפת עקרונות עיצוביים, פרמטרים סטרוקטורליים ועקרונות מתווים. תכונות אלה משתקפות גם‬
‫בחזית ובאלמנטים שבונים אותה, והתוצאה היא מגוון רחב של עיצובים שמוגדרים ע"י חומרי הבניה וע"י התקופה שבה‬
‫הם נבנו. לכן, אלמנטים כמו קולטנים ומודולים פוטו-וולטאים אשר מותקנים בחזית מתפקדים גם כאלמנטים עיצוביים‬
‫)אולי בניגוד לאלה הממוקמים על הגג(.‬
‫מגוון רחב של מוצרים הקיימים כיום בשוק מציע אפשרויות עיצוביות רבות, אך עם זאת, לא כל משטח פוטנציאלי‬
‫מתאים לשילוב של מערכות אנרגיה סולאריות. יש לשקול את המאפיינים הטיפולוגיים והסטרוקטורלים של מעטפת‬
‫הבניין ולבדוק את ההתאמה גם לחלקי המבנה האחרים המתחברים למעטפת, מבפנים ומבחוץ.‬
‫61‬ ‫מעטפות חכמות‬
‫ ‬

17. ‫61‬
‫גורם השקיפות במעטפת הבניין‬ ‫5‬
‫מאז מגדל הזכוכית של מיס ואן דה רוה, שמעולם לא נבנה, היה קיים החלום על קירות זכוכית מעוגלים שעוטפים‬
‫בניינים גדולים.‬
‫שקיפות אינה מצב פשוט או סטטי, אלא יכולה לנוע בין אפקט של השתקפות ועד לשקיפות, כתלות במיקום הצופה‬
‫ומזג האוויר. המאמצים לשלוט בהשפעות הפחות רצויות של קירות מסך, בייחוד צבירת חום ואיבוד חום, סינוור,‬
‫החזרת אור ורעש, הובילו לפיתוח עיצובים טכנולוגיים חדשים.‬
‫12-0291 ‪5.1 Glass Skyscraper for Berlin MIES‬‬
‫תפקודה של החזית הפך להיות חשוב לא פחות מן המראה שלה. עיצוב דיגיטלי ומוצרים טכנולוגיים המאפשרים‬
‫הרכבה של גיאומטריות מורכבות ביתר קלות, תוך שילוב של חידושים סביבתיים והנדסיים, יצרו פרדיגמה חדשה.‬
‫ממברנות מזכוכית גמישה, עם מינימום תמיכה, והיכולת להשיג תצורות גיאומטריות מורכבות יחד עם חלל סגור שמגיב‬
‫לסביבתו, הם דוגמא להתקדמות לקראת מעטפת בניין חיצונית נשלטת יותר.‬
‫שקיפות אינה העניין היחיד בפיתוחים של חזיתות וגם לא ההבחנה בין חוץ ופנים. יש גם עניין בתפקוד המעטפת‬
‫כמאפשרת הבחנה סביבתית מבחינה טרמית, ויזואלית ואקוסטית. בבניין גדול אותה המעטפת צריכה גם לתפקד‬
‫באופן שונה בחללים שונים.‬
‫בתכנון של בניינים גבוהים, הרעיון של קירות זכוכית נושמים )מערכות אקטיביות ופאסיביות( הוא חשוב, כיוון ששליטה‬
‫מקומית של המשתמש עשוייה להיות בעייתית. חזיתות זכוכית שמגיבות מסגלות עצמן באופן דינאמי לשינויים של אור‬
‫ותנאי מזג האוויר על מנת להשיג את דרישות המשתמשים ע"י התערבות בהעברת האור, החום, האוויר והקול. חשיבה‬
‫על חומרי השכבות יכולה להניב תוצאות מעניינות, כיוון שפתרון דומה ניתן להשיג באמצעים שונים ובכך ליצור אפקט‬
‫שונה, הן ויזואלית, הן קונסטרוקטיבית והן כלכלית.‬
‫אמצעים דינאמיים, כמו תריסים ורפפות שמופעלים בחללים המאווררים שבין השכבות או אפילו כשכבה בפני עצמה,‬
‫הם דוגמא נפוצה של תגובה דינאמית במערכות החזית, אך קיימים גם חומרים מגיבים, כמו זכוכית )פוטוכרומית(‬
‫71‬ ‫מעטפות חכמות‬
‫ ‬

18. ‫למרות שניתן להשתמש בזכוכית אקטיבית בעיצוב המעטפת החיצונית, המשקל הוא גורם מגביל ואף יקר. זכוכית‬
‫פוטוכרומית, לדוגמא, העשוייה משכבות של נוזל קריסטלי וציפויים נוספים בין שתי שכבות הזכוכית, היא עבה ועל כן‬
‫כבדה. מערכות ‪ suspended-particle‬הן פתרון אפשרי נוסף לשליטה מהירה וטובה בהעברת אור עם עובי קטן יותר‬
‫של החומר.‬
‫71‬
‫זכוכיות חכמות – דוגמאות‬
‫‪LC SmartGlassTM‬‬
‫זכוכית חכמה שמאפשרת פרטיות בהפעלת מתג. מדובר בפאנלים המיוצרים עפ"י דרישה ומשתמשים בלמינציה אשר‬
‫סוגרת את הפילם המיוחד בין שתי שכבות או יותר של זכוכית. ע"י שימוש בזרם חשמלי חלש ביותר, משתמשים יכולים‬
‫להדליק או לכבות את הזכוכית החכמה ולהפוך אותה משקופה לאטומה ולהיפך. הזכוכית קלה להתקנה וניתן‬
‫להשתמש בה ביישומים רבים ושונים. הזכוכית החכמה יכולה להגיע גם בתצורות שונות הכוללות מגוון צבעים, עמידות‬
‫באש, זיגוג כפול, מעוגלת ובצורות שונות.‬
‫עיקרון הפעולה של הזכוכית החכמה הוא, כאשר מופעל הזרם החשמלי, מולקולות הקריסטל הנוזלי מתיישרות ואור‬
‫עובר ישירות דרך הזכוכית השקופה. כאשר החשמל כבוי, מולקולות הקריסטל הנוזלי מאורגנות באופן רנדומלי ובכך‬
‫מונעות מעבר של אור והזכוכית הופכת לאטומה.‬
‫יתרונות זכוכית ה-‪ LC‬החכמה:‬
‫שליטה מיידית בפרטיות‬
‫שימוש יעיל בחלל בסביבה בנוייה‬
‫חוסמת כ-%5.99 מקרינת שמש מזיקה‬
‫ידידותית לסביבה‬
‫איכויות אופטיות שמפחיתות סינוור‬
‫קיום לטווח ארוך‬
‫ניתנת לייצור בגדלים גדולים‬
‫נדרשת תחזוקה נמוכה‬
‫צריכת חשמל נמוכה‬
‫מאפשרת הקרנה על גבי המשטח כמסך ‬
‫2.5 אופן פעולת הזכוכית החכמה‬
‫81‬ ‫מעטפות חכמות‬
‫ ‬

19. ‫4.5 דוגמא ליישום זכוכית ה-‪ LC‬בבניין משרדים‬ ‫3.5 דוגמא ליישום זכוכית ה-‪ LC‬בתצוגת רכבים‬
‫‪SPD-SmartGlassTM‬‬
‫הזכוכית החכמה יכולה להתכוונן בצורה ידנית או אוטומטית לשליטה מדוייקת בכמות האור, הסינוור והחום שעוברים‬
‫דרך החלון. כאשר יש העדפה אדריכלית לשימוש בזכוכית בחזית הבניין יש צורך להתמודד עם בעיות הסינוור, צבירת‬
‫חום שמש וחשיפה לקרינת ‪ .UV‬השימוש בפטנט הזכוכית החכמה הזו בחזית מפחית את הצורך במיזוג אוויר ובחימום.‬
‫היכולת המיידית להפעיל את הזכוכית לקבלת אור שמש בעת הצורך ולספק הצללה מבוקרת בתנאי אור רב מדי היא‬
‫בעלת ערך. הפאנלים מיוצרים עפ"י דרישה ומשתמשים בלמינציה אשר סוגרת את הפילם המיוחד‬
‫)‪ (Suspended Particle Device‬בין שתי שכבות או יותר של זכוכית.‬
‫העיקרון על פיו פועלת טכנולוגיית הזכוכית החכמה מסוג זה למעשה זהה לקודמתה אך התוצאה המתקבלת היא‬
‫זכוכית שיכולה לשנות את רמת כהותה ע"י שליטה בזרם החשמלי העובר בה ויכולה לחסום עד %4.99 מכמות האור.‬
‫יתרונות זכוכית ה-‪ SPD‬החכמה:‬
‫שליטה מיידית ומדוייקת בחדירת האור הטבעי.‬
‫חסכון באנרגיה הדרושה לקירור ולתאורה מלאכותית.‬
‫ידידותית לסביבה, מפחיתה את פליטת הפחמן במבנה‬
‫איכויות אופטיות אשר מפחיתות סינוור‬
‫מבטלת את הצורך באלמנטי הצללה‬
‫קיום לטווח ארוך‬
‫אפשרות לייצור בגדלים גדולים‬
‫מתאימה לשימוש בתנאי טמפרטורה חיצונית שנעה בין 02- ל-07+ מעלות.‬
‫בקרה מקיפה על טמפרטורה‬
‫דורשת תנאי תחזוקה נמוכים‬
‫צריכת חשמל נמוכה‬
‫חוסמת אור אך לא חוסמת מבט.‬
‫5.5 דוגמא ליישום זכוכית ה- ‪SPD‬‬
‫91‬ ‫מעטפות חכמות‬
‫ ‬

20. ‫תקדימים- שנות ה-08‬ ‫6‬
‫ ‬
‫81‬
‫‪Occidental chemical center Cannon Design‬‬
‫מפלי הניאגרה, ניו-יורק, 0891.‬
‫מבנה זה הוא אחד הבניינים ה"חכמים" הראשונים שתוכננו לחיסכון באנרגיה וזכו לתארים מרשימים. הוא תוכנן בשנות‬
‫ה-08 המוקדמות ועד היום הוא במקום גבוה בעולם מבחינת היעילות האנרגתית שלו. הוא דוגמא לשילוב בין חדשנות‬
‫הנדסית )לתקופתו( ותכנון איכותי.‬
‫המרכז הכימי במפלי הניאגרה בניו יורק היה הבניין הראשון באמריקה הצפונית שנבנה עם חזית כפולה. הוא נבנה‬
‫סמוך לתקופת משבר הנפט של שנות ה-07 והלקוח רצה בניין שיהיה גם בעל מודעות אנרגתית וגם מוביל באופן ברור,‬
‫אשר ינצל את המיקום החשוב שלו על קצה ערוץ הניאגרה עם הנופים שלו, וגם יחייה את מרכז העיר הדועך בזכות‬
‫מיקומו על צומת הדרכים בין קנדה וארה"ב.‬
‫ ‬
‫ ‬
‫ ‬
‫ ‬
‫ ‬
‫ ‬
‫ ‬
‫2.6 חזית מערבית‬ ‫ 1.6 חזית מערבית‬
‫ ‬
‫ ‬
‫כוונות תכנוניות‬
‫כדי להפיק את המירב מנוף ערוץ הנהר שנשקף מכיווני צפון, מערב ודרום, בחרו האדריכלים להשתמש בזיגוג‬
‫מהרצפה ועד התקרה בבניין הקובייתי הקונבנציונלי לכאורה הכולל 9 קומות וגרעין שירות אשר מוקף בחללי משרדים.‬
‫כדי לענות על הדרישה השנייה של הלקוח )עניין המודעות האנרגתית( החליטו האדריכלים ללמוד את נושא החזית‬
‫הכפולה הכוללת חלל ביניים המשכי שעובר לאורך כל אורכה ומשלב אמצעים מוטוריים בקצהו העליון ובקצהו התחתון.‬
‫המבנה כולל שתי מערכות איוורור: אחת לחזית והשנייה למיזוג האוויר של חללי הפנים.‬
‫02‬ ‫מעטפות חכמות‬
‫ ‬

21. ‫בעקבות רעיון המודעות האנרגתית באותה העת, נבחרה המערכת הזו כיוון שלא אפשרה למשתמשים גישה ישירה‬
‫לשליטה על האיוורור הטבעי. התכנון גם מאפשר לאוויר החם שבחלל הקיר למזג את האוויר החיצוני שבמעטפת‬
‫החיצונית ולשמש כבאפר כלפי השכבות הפנימיות של הזכוכית.‬
‫מעטפת הבניין מורכבת משתי שכבות של זכוכית מבודדת ירוקה שמאפשרת חדירה סולארית של כ-%08 כאשר‬
‫השכבה החיצונית כוללת חלל בעומק 0021 מ"מ של אוויר עם רפפות, ושכבה אחת של זכוכית שקופה כמעטפת‬
‫פנימית.‬
‫משיקולים כלכליים החליטו האדריכלים שעל מרכיבי החזית להיות עצמאיים ללא צורך בבקרה צמודה. לצורך כך‬
‫השתמשו ברפפות שמופעלות ע"י סנסורים "חכמים" של אור ומגיבים בהתאם למזג האוויר, השעה והעונה, כאשר לכל‬
‫חזית מערכת הפעלה משלה. הרפפות יכולות להיסגר לגמרי ולהוות שכבת בידוד נוספת בחורף.‬
‫ 3.6 תוכניות המבנה‬
‫ ‬
‫ ‬
‫בעיות התחלתיות‬
‫הצרכים המקצועיים של הבניין כבניין מעבדות העלו את צריכת האנרגיה הדרושה לקירור, אך מאידך, לא היה כלל צורך‬
‫בחימום.‬
‫בעיות עדכניות‬
‫הבניין עבר שיפוץ רציני. הכיכר בכניסה המזרחית המקורית של הבניין שופצה לכדי אקווריום גדול שכולל מנהרות עם‬
‫חנויות ומסעדות.‬
‫כיום הבניין מופעל רק בשלוש מתוך תשע הקומות שלו, ובעקבות כך, תכנון הקירור אינו מתאים וכתוצאה מכך הקומות‬
‫התחתונות קרות מדי.‬
‫בעיות נוספות של תחזוקה הביאו גם להזנחה וחוסר תפקוד של מערכת הרפפות וכתוצאה מכך נפגעה הבקרה על‬
‫כניסה מתאימה של קרינת השמש.‬
‫שיקולים‬
‫השימוש בחזית כ"באפר" היה על מנת להשיג את המטרות האקלימיות של הפחתת הצורך בקירור בקיץ והצורך‬
‫בחימום בחורף. אך ההתעסקות בחסכון באנרגיה הביאה את המתכננים להתעלם מהתוצאות שיכולות להיגרם מכשלון‬
‫של תפקוד המעטפת. למרות כל הפרסים שבהם זכה הבניין, מערכות השליטה שלו נכשלו והבניין הפך ללא נוח ולא‬
‫יעיל אנרגתית. באופן אירוני, )נכון לשנת 1002(, החלקים היחידים שעדיין עובדים הם דווקא אלה המיושנים יותר‬
‫מבחינה טכנולוגית ולא אלה המופעלים דרך אמצעי בקרה משוכללים יותר.‬
‫12‬ ‫מעטפות חכמות‬
‫ ‬

22. ‫הבעיות שעומדות בפני הבניין כיום קשורות באופן ישיר לחוסר היכולת ההסתגלותית של החזית. בהשוואה בין חזית‬
‫ה"באפר" לחזית כפולה שמשלבת חלונות שנפתחים ומאפשרים איוורור טבעי, הרי שעדיפה האפשרות השנייה שבה‬
‫האוויר עדיין יכול להיכנס לחללים הפנימיים, בניגוד לחזית הסטטית שכשמערכת האיוורור כושלת אינה מצליחה‬
‫לתפקד כלל. התלות במערכות "חכמות" בלבד יכולה לשתק את הבניין לחלוטין, דבר שיכול לקרות כתוצאה מחוסר‬
‫תחזוקה הולם של המערכות הללו.‬
‫ ‬
‫ ‬
‫ ‬
‫ ‬
‫ ‬
‫ ‬
‫ ‬
‫ ‬
‫ ‬
‫ ‬
‫6.6 כשל החזית החכמה‬ ‫5.6 חלל הביניים בחזית‬ ‫4.6 חזית דרומית‬
‫ ‬
‫ ‬
‫ ‬
‫ ‬
‫ ‬
‫7.6 חתך ותוכנית חזית ה"באפר"‬
‫22‬ ‫מעטפות חכמות‬
‫ ‬

23. ‫ ‬
‫8.6 החלוקה הסכמתית לאיזורים טרמיים, לאיזורים‬
‫המוארים באור טבעי ולאיזורים ממוזגים.‬
‫דיון ומסקנות - מערכת היחסים בין המעטפת החכמה ותכנון הבניין:‬
‫מעבר לדגש הברור שנלקח מבחינה של תקדים זה שממחיש את הצורך בשילוב מערכות הבקרה האוטומטיות יחד עם‬
‫אפשרות שליטה של המשתמש, ניתן לבחון את הבניין גם ללא התייחסות לתוצאה הסופית של תיפקוד הבניין כיום,‬
‫אשר נכשל מסיבות שונות שגם אינן קשורות לתכנון האדריכלי בלבד, ומתוך הנחה שבאמצעות תחזוקה הולמת ייתכן‬
‫והבניין היה יכול לתפקד בצורה טובה גם מבחינה אנרגתית וגם מבחינות אחרות. לצורך הניתוח, נצא מתוך נקודת‬
‫הנחה זו ונבודד את מרכיבי התכנון האדריכלי ותכנון המעטפת.‬
‫התכנון האדריכלי, כאמור, החל מהרצון לחשוף את רוב חללי הפנים לנוף הנהר. לשם כך הוחלט על מעטפת שקופה.‬
‫יחד עם דרישת הלקוח לבניין מתקדם מבחינה טכנולוגית, שאולי באה לידי ביטוי בצורה מעט יומרנית לזמנה, הוחלט‬
‫על שימוש בטכנולוגיה שתאפשר יעילות אנרגתית. השילוב בין שתי החלטות בסיסיות אלה הביא לרעיון של השימוש‬
‫בטכנולוגיה המסויימת הזו של חזית ה"באפר". במקביל לכך, פותחה הסכימה הכללית של המבנה, של שכבות, אשר‬
‫נובעת הן מהרצון האדריכלי לאפשר מבטים אל הנוף מרוב חלקי הבניין, והן מבחינה תפקודית של המערכות‬
‫האקלימיות והשירותיות. נראה כי הסכימה שנבחרה היא זו שלמעשה מגבשת את הרעיון האדריכלי עם הדרישה‬
‫הטכנולוגית בצורה פשוטה ונכונה.‬
‫למרות האמצעים הטכנולוגיים הפחות מפותחים שהיו קיימים בשנים אלו, ולמרות אופן השימוש הפשוט לכאורה‬
‫במעטפת, ניתן להבין את הרעיון שעומד מאחורי בחירתה של המעטפת הזו ולהעריך את האומץ שנעשה בבחירה זו.‬
‫ככל הנראה, את החסרונות הטכניים הרבים שהובילו לכשלון התפקודי של המעטפת, וכתוצאה מכך גם לכשלון תפקודי‬
‫של הבניין, היה ניתן למנוע באמצעות הטכנולוגיות המפותחות שקיימות היום ובעזרת הידע והנסיון הרבים שנצברו‬
‫במהלך עשרות השנים שעברו מאז. לכן, בחינת הבניין תהיה הוגנת יותר ללא התחשבות בתוצאה הסופית כאשר‬
‫מדובר בנסיון לבחון את מערכת היחסים בין התכנון האדריכלי ובחירת המעטפת.‬
‫עם זאת, ניתן לומר שבדוגמא זו בחירת המעטפת בעיקר הושפעה מהרעיון התכנוני והיא אכן משרתת אותו, אך מעט‬
‫קשה להבחין בהשפעת המעטפת על תכנון חללי הפנים של המבנה, פרט להיותה שקופה ומאפשרת מבט אל הנוף‬
‫החיצוני ותרומתה לתנאי הנוחות בבניין לא נראה כי היא מייצרת איזושהי איכות חללית משמעותית אחרת.‬
‫32‬ ‫מעטפות חכמות‬
‫ ‬

24. ‫9.6 הכניסה המזרחית המקורית‬
‫91‬
‫‪Arab world Institute Jean Nouvel and Architecture Studio‬‬
‫המבנה שנמצא בפריז נבנה בין השנים 7891-1891, מכיל פונקציות של מוזיאון, ספריה, אודיטוריום, מסעדה‬
‫ומשרדים. הפרוייקט זכה בתחרות עיצוב עם הפרוייקט שלקח סיכונים בהצעת הפתרונות שלו, שעם השנים הוכיחו את‬
‫הסיכונים הללו.‬
‫המבנה מתנהג כמעין באפר בין הקמפוס הכולל בלוקים ובין נהר הסיין. חזית הבניין מותאמת לפיתול הנהר ומרככת‬
‫את מראה הבלוקים. בניגוד לכך, החזית ההפוכה הינה מלבנית לחלוטין, ואליה פונה חלל ציבורי מרובע. מעל ציפוי‬
‫הזכוכית של החזית קיים מסך מתכתי בעל מוטיבים גיאומטריים דינאמיים. המוטיבים הללו הם למעשה 042 צמצמים‬
‫מוטוריים שנפתחים ונסגרים כל שעה. הם מתפקדים כשוברי שמש על מנת לשלוט בכמות האור שנכנסת לבניין.‬
‫המנגנון הזה יוצר חללי פנים עם אור מסונן – אפקט שמשמש לעתים קרובות באדריכלות איסלמית לצורך השגת‬
‫אפקטים אקלימיים.‬
‫"מוסד העולם הערבי" מיצג את העולם הערבי בפריז, אך אינו בניין ערבי אלא מערבי. יש בבניין אלמנטים סימבוליים‬
‫מסויימים כמו המשרביות אשר הפוליגונים שלהן מצורות שונות וגדלים שונים יוצרים אפקט דומה לחללים ערביים‬
‫דוגמת ארמון האלהמברה.‬
‫מבחינה אורבנית, המבנה מהווה מפרק בין שתי תרבויות ושתי הסטוריות. החלק הדרומי של הבניין, עם הצמצמים‬
‫המוטוריים, הינו ביטוי המתאים לתקופה ולתרבות המזרחית, ואילו החלק הצפוני של הבניין משקף את התרבות‬
‫המערבית עם איזכורים של הנוף הפריזאי.‬
‫התכנון האדריכלי ועיצוב הפנים תוכננו יחד על ידי האדריכלים בראייה כוללת ושלמה. גם ההתייחסות לנושא האור באה‬
‫לידי ביטוי באופנים שונים במבנה, במיוחד בקיר הדרומי, הבנוי כולו מצמצמים, כאשר בו ההתייחסות היא לחדירת‬
‫האור הטבעי, השפעתו ניכרת גם באלמנטים בפנים הבניין בזכות ההצללות שהוא יוצר עליהם.‬
‫42‬ ‫מעטפות חכמות‬
‫ ‬

25. ‫01.6 תוכניות המבנה‬
‫21.6 מראה המעטפת מחלל הפנים ‬ ‫11.6 איזומטריה של המבנה‬
‫31.6 מודול צמצמים מוטורים מתוך החזית ‬
‫דיון ומסקנות - מערכת היחסים בין המעטפת החכמה ותכנון הבניין:‬
‫דוגמא זו אמנם אינה עונה במפורש על מאפייני ה"מעטפת החכמה", אך ללא ספק בהתחשב בתקופה בה תוכנן ונבנה‬
‫הפרוייקט, ישנו נסיון להכניס חדשנות טכנולוגית "חכמה" שמטרתה להגיב לתנאי האור החיצוניים- דבר שגם כיום הינו‬
‫רלוונטי ומשמעותו האקלימית והאנרגתית ברורה הרבה יותר.‬
‫הדגש המעניין בתקדים זה הוא החיבור שנעשה דרך עיצוב האלמנט החכם לקונספט האדריכלי. הרעיון, כאמור, היה‬
‫לתכנן מבנה אשר יתייחס גם בעיצובו הכולל וגם בפרטיו הקטנים לתרבות שאותה הבניין מייצג- התרבות הערבית.‬
‫עיצוב אלמנטי החזית דמויי המשרביות הערביות אינם רק דומים בעיצובם לאלמנטי המשרביות המקוריים המשמשים‬
‫52‬ ‫מעטפות חכמות‬
‫ ‬

26. ‫עיצוב מעטפת המבנה היווה גורם משמעותי בעיצוב האדריכלי כולו כיוון שההתייחסות לחזיתות היתה כאל אלמנטים‬
‫יוצרי חלל ולא כאל שכבת "עטיפה" בלבד. גם התפקיד הסימבולי של כל אחת מן החזיתות מראה על המשקל הרב‬
‫שניתן לבחירת המעטפת כחלק מהרעיון התכנוני כולו.‬
‫טכנולוגיית הצמצמים הנפתחים ונסגרים עפ"י תנאי אור השמש שלמעשה כשלה עם השנים, מהווה דוגמא נוספת‬
‫לטכנולוגיה בתחום החזיתות ה"חכמות" אשר מצליחה להיות מוערכת מאוד בזכות חדשנותה הנועזת אך בעקבות‬
‫חוסר בידע ובנסיון נכשלת. עם זאת, כבר לפני כמה עשורים החל חיפוש אחר עיצובים חדשים ומשופרים של‬
‫טכנולוגיות קודמות ואף קדומות אשר יצליחו להוות פתרון לצרכים האקלימיים של המבנה שרק התעצמו עם השנים.‬
‫בהקשר זה ניתן לומר כי מבנה ה-‪ IMA‬הוא דוגמא לדרך חשיבה יצירתית המשלבת רעיון אדריכלי יחד עם בחירת‬
‫עיצוב החזית והטכנולוגיה החכמה באופן כזה שמנסה לענות על הצורך האדריכלי-עיצובי וגם על הצורך האקלימי‬
‫)למרות שהוא לוקה בחסר( בו זמנית.‬
‫מערכת היחסים בין התכנון האדריכלי והמעטפת החכמה נראית די הדדית- הרעיון האדריכלי הכתיב צורך באיזושהי‬
‫מעטפת מחד, ומאידך, המעטפת המקורית הצליחה להשתלב בצורך זה תוך השפעה רבה על אופי החללים. כיוון‬
‫שהטכנולוגיה בה השתמשו בחזית היא חדשה וייחודית לגמרי, לא ייתכן כי היא נבחרה מתוך היצע מצומצם של‬
‫אפשרויות ו"כפתה" את אופייה והשפעותיה על תכנון המבנה- עובדה מעניינת בהתחשב בכך שההיצע הקיים בשנות‬
‫ה-08 היה קטן בהרבה מההיצע כיום )ואולי דווקא היום ניתן לראות מצבים של "כפייה" מסויימת(.‬
‫ ‬
‫ ‬
‫41.6 חזית המבנה המורכבת מצמצמים שמזכירה ארבסקה –איזכור‬
‫62‬ ‫מעטפות חכמות‬
‫ ‬