תחליף עדיף לדוד השמש


מאת: מהנדס הראל בן עזרא

בקיץ, לאחר כשעה של שמש, המים שבדוד השמש מגיעים לטמפרטורה של 50 מעלות,
ומרגע זה האנרגיה הסולארית שהקולטים מפיקים נזרקת לפח ומייצרת בעיקר בלאי לקולטים ולדוד.
דוד השמש הישראלי - הוא מערכת סולארית פרמיטיבית הדורשת אחזקה יקרה,
דודי השמש על הגגות פוגעים בעיצוב הבתים עד כדי כך שהוועדות לתכנון ובניה דורשות כתנאי
לקבלת היתר בניה, לבנות על גג הבית מסתור לדוד השמש.  

מסתורי הדודים אשר הפכו בעצמם לפיגוע אדריכלי, מכפילים ומשלשים את הסרבול של המערכת
הסולרית הישראלית ומנציחים את הכיעור על גגות הבתים לשנים רבות.
עם זאת, קיים צורך אמיתי בזמינות של מים חמים.  

להלן סקירה של מערכות חימום מים הקיימות בשוק:

מערכות ללא מיכל אגירה (או עם מיכל קטן)
   
1. מערכת חימום מים מהיר בחשמל, מערכת זו דורשת חיבור תלת פאזי, ואמפראז' גבוה מאוד יחסית לצריכה ביתית.
המערכת עובדת בהספקים של  15KW עד 30KW  (בערך פי 10 מצריכת גוף החימום של דוד רגיל) וזאת כדי לעמוד
בספיקת מים ביתית רגילה ובהפרש הטמפרטורה בין המים שנכנסים למערכת לבין טמפרטורת המים שיוצאים לצריכה.
(בישראל בחורף, הפרש של כ-35 מעלות).  שילוב מערכת כזאת בבית פרטי, מצריכה הכנה חשמלית מתאימה ואמצעי
בטיחות מחמירים. מערכת זו אינה נפוצה (ובצדק) בבניה פרטית.

2. מערכת חימום מים מהיר בגז - מערכת זו יודעת לתת מענה להספקים גבוהים לפרקי זמן קצרים, כפי שנדרש
ממערכת חימום ללא מיכל אגירה.  מערכת זו פועלת עם מבערים, שמייצרים גם רעש ופיח בזמן פעולה, ומצריכה
התקנת ארובה במידה והמכשיר מותקן בתוך מבנה  (לעיתים דרושות 2 ארובות - להכנסה ולהוצאה). יש צורך בהתקנת
קו צנרת גז בקטרים של  "⅝ - "½  כ 12.7-16 מ"מ     (לעומת קוטר "⅜  כ-9.5 מ"מ  עבור כיריים).  
מערכת זו רגישה יותר ובעלת פוטנציאל נזק גדול יותר במקרה של דליפת גז. 
בגלל פעולת המבער, דפנות המכשיר מתחממות ואין למקם את המכשיר באיזור נגיש לילדים.
לא מומלץ לאחסן בקרבת המכשיר ציוד/ריהוט רגיש לאש. המערכת דורשת גם חיבור לחשמל - לצורך הפעלת 
המצת והפיקוד. יש לתכנן מבחינה בטיחותית ועיצובית את תוואי צינור הגז, אשר ברוב המקרים יעבור באופן גלוי - 
במידה והמערכת לא תוכננה בשלב התכנון של הבית לפני בנייתו. 
במידה ואספקת הגז מגיעה מבלוני גז, יש לקחת בחשבון תחלופה מוגברת של מיכלי גז - או מעבר מבלוני גז
קטנים של 12 ק"ג לבלונים גדולים של 48 ק"ג (עם כל ההשלכות הבטיחותיות שיש לדבר).
   
מערכות ללא מיכל (חשמלית או בגז) - אינן מנצלות אנרגיה סולרית כלל.
המערכות נכנסות לפעולה באופן מיידי רק כאשר יש צריכה של מים חמים - אין חימום של אוגר מים באופן קבוע.
קיימת רגישות גבוהה למים קשים במערכות אלו, ויש לבצע תחזוקה מתאימה - בד"כ אחת לשנה.
לעיתים מתקינים את המערכות הנ"ל בנוסף לדוד השמש - (בטור אחרי הדוד), כך שהמערכת משלימה את פעולת הדוד.
חשוב לציין שמערכות אלו אינן מתאימות לשומרי שבת או למי שמתכוון להשכיר או לארח שומרי שבת.
מערכות חימום ללא מיכל (בעיקר על גז) נפוצות יותר באירופה ופחות בארה"ב.
בארה"ב המערכת הנפוצה היא דוד חשמלי (לרוב ללא קולטים) עם שני גופי חימום אחד תחתון ואחד עליון. העליון משמש
במקום מאיץ. קיימת מגמה של מעבר לדודים עם "משאבת חום".

מערכת "משאבת חום"
המערכת מורכבת ממעבה ומאייד וגז קירור ("קרר") בדיוק כמו מזגן.  יחסית למערכת חשמלית היא חסכונית.
משאבת חום נפוצה בעיקר לחימום בריכות, או לחימום דודים של מערכות הסקה, אך לאחרונה היא מוצעת גם
בווריאציה של דוד מים ביתי עם משאבת חום אינטגרלית, כאשר המאייד נמצא בחלקו העליון של הדוד  
וצינור המעבה כרוך מסביב לדוד המים ומחמם את המים שבתוכו, או כיחידת משאבת חום עצמאית המתחברת
לדוד קיים.  לא תמיד דוד כזה מתאים להתקנת חוץ וצריך להתקינו באיזור מקורה, ויש לדאוג לניקוז מי העיבוי
של המאייד כמו במזגן.  דוד מים הוא כעין סוללה בעלת קיבולת גדולה לאגירת אנרגיית חום, ולכן מתבקש לחבר
את המערכת לקולט סולרי. ישנן מערכות משאבות חום שניתן לחבר לקולטים - אך הן אינן נפוצות כלל בגלל
מחירן הגבוה.
קיימת בארץ חברה שיודעת לחבר את המעבה של מזגן קיים ולנצלו לטובת חימום דוד מים עם מחליף חום.

רקע והסבר על "מחליף חום" בדוד מים:

בדוד "מחליף חום" יש הפרדה בין המים (או נוזל כלשהו) שעוברים את תהליך החימום ונמצאים במעגל סגור,
לבין המים לצריכה שמתחממים בדוד.
 
ישנם 2 סוגים של מחליף חום בדוד מים:
1. מחליף חום בו המים מגוף החימום החיצוני / מהקולט עוברים בתוך צינור מעוקל כמו קפיץ (סליל) בתוך הדוד
עם מי הצריכה  ומחממים את המי הצריכה שבדוד. דוד כזה מותקן גם בבתי קומות, כאשר הקולטים מוצבים
על גג המבנה, ובכל דירה קיים דוד עם מחליף חום ומשאבת סחרור שמייצרת תחלופה בין המים שהתחממו
בקולטים לבין המים שבתוך הצינור הקפיצי שבדוד.

2. מחליף חום שבו המים שנמצאים בדוד מחוממים על ידי קולטים או על ידי גוף חימום פנימי בתוך הדוד,
או חמם חיצוני.  ומי הצריכה הם שעוברים בתוך הצינור הקפיצי בתווך של המים המחוממים (או נוזל כלשהו)
ו"מחליפים" איתם את החום.  

יתרון הדוד עם מחליף חום, (בעיקר הסוג השני) שהוא מייצר מים נקיים יותר.
כמו כן, ניתן להשתמש במערכת הסגורה בנוזל שאינו בהכרח מים ובכך להתמודד עם בעיות קפיאה, אבנית וקורוזיה.
החסרון, שדוד מחליף חום יקר בכ-20% ובעל אפקטיביות נמוכה במקצת.

בדוד מים רגיל ללא מחליף חום, המים שנכנסים לחלקו התחתון של הדוד מתחממים על ידי גוף חימום,  
צפיפות המים יורדת ביחס לעליית טמפרטות המים (בפאזת נוזל), ולכן המים שבסביבת גוף החימום
(שנמצא בד"כ בתחתית הדוד) "יצופו"  ויזרמו לכיוון חלקו העליון של הדוד, ומחלקו העליון - המים החמים יוצאים לצריכה.

ניתן גם להבין מדוע דוד במצב אנכי אפקטיבי יותר מדוד אופקי:
מפני שגוף החימום שממוקם בחלקו התחתון של הדוד יוצר סירקולציה טבעית, כך שהמים שמתחממים
בתחתית הדוד עולים כלפי מעלה ומשם יוצאים לצריכה.  דוד אנכי שומר על חום המים לזמן ארוך יותר
מפני ששטח המגע בין המים החמים למים הקרים בדוד אנכי - קטן יותר.
בנוסף, לא ניתן להתקין מאיץ חום רגיל בדוד אופקי. קיים בשוק מאיץ חיצוני שיכול להתאים גם לדוד אופקי,
אך עלות המאיץ החיצוני גבוהה והתקנתו מסרבלת את המערכת.


דוד עם קולטי וואקום:  Solar Vacuum Tube 

קולט וואקום הוא צינור זכוכית, כעין מבחנה גדולה בעלת דופן זכוכית כפולה, כאשר קיים וואקום (בקירוב) בין
דפנות הזכוכית. באמצע ה"מבחנה" עובר צינור נחושת המלא בחלקו בנוזל להחלפת חום
(בד"כ תמהיל של מים וכוהל, שהוא בעל נקודת רתיחה נמוכה)   חלקו העליון של צינור הנחושת שקוע בתוך
מחליף החום שמחמם את המים שבדוד.  הנוזל שבתוך צינור הנחושת מגיע לרתיחה, מתאדה ועולה לחלקו
העליון של הצינור, שם הוא מתעבה לאחר החלפת חום עם הנוזל שבתוך הדוד. לאחר העיבוי, הנוזל הקר יחסית
מטפטף בחזרה לחלקו התחתון של צינור הנחושת, רותח שוב... וכן הלאה.
הוואקום הוא המבודד הכי טוב שקיים (או לא קיים), צינורות הוואקום מאפשרים לקרינה לחדור ולחמם את צינור
הנחושת בתוכם, אך לא מאפשרים הסעת חום החוצה אל מחוץ לקולט. קולטי וואקום הינם בעלי ניצולת גבוהה
אפילו כאשר הטמפרטורה בחוץ נמוכה.
קולטי וואקום מחוברים ישירות לדוד מחליף חום אופקי, או למחליף חום שמחובר לדוד נפרד - אופקי או אנכי.

קיים ניסוי מעניין שבוצע על ידי הקבוצה Green Power Science  של מילוי צינורות הוואקום בחול ים
(במקום האוויר שקיים במערכת רגילה) החול הוא בעל קיבול אנרגיה גדול, מה שנותן אפקטיביות גבוהה
יותר ושומר על חום המים לאורך זמן ארוך יותר - גם בשעות הלילה הקרות.

הערות כלליות:
- בכניסה לכל סוגי מערכות חימום המים, מומלץ להתקין סנן סיליפוס למניעת הצטברות אבנית במערכת.
- אם הוחלט להתקין מערכת דוד שמש סטנדרטית - ההתקנה המומלצת על פי רוב היא - דוד עומד בצללית נמוכה,
ולא ההתקנה הגבוהה הנפוצה. בהתקנה בצללית נמוכה, מפלס תחתית הדוד נמצא כחצי מטר מתחת לחלקו העליון
של הקולט.  בהתקנה נמוכה מקבלים התקנה יציבה יותר נגד רוחות, ומראה פחות כעור.
- במערכת המותקנת בצללית נמוכה יש להתקין, בנוסף לשסתום האל-חוזר ופורק הלחץ
שמתקינים בכניסה לדוד, שסתום אל-חוזר נוסף,  (אל-חוזר מיוחד לצללית נמוכה - הרגיש יותר לזרימה)
בין היציאה מהדוד לכניסה לקולט, וזאת כדי למנוע מצב שבלילה כאשר קר, תתבצע סירקולציה הפוכה
והמים הקרים שבקולט ייכנסו בחזרה לדוד ויקררו את המים החמים שבו.

הצעה למערכת דוד שמש עדיפה:  
העתיד נמצא בקולט החשמלי הפוטואלקטרי, מפני שניתן להשתמש באנרגיה החשמלית באופן
חכם יותר ולנצל את האנרגיה החשמלית למגוון שימושים רחב ולהעביר אותה מרחקים בנגיעת מסך,
או בפקודת חיישן. לצורך העברת האנרגיה החשמלית, מספיק קו חשמל פשוט ללא איבודי אנרגיה,
ללא תלות במפלס הקולט יחסית לדוד, ללא צנרת מים / גז וללא משאבות סחרור.
הקולט החשמלי אינו "מפונק" והוא יספק את האנרגיה גם אם יותקן בזוויות שקולט המים לא יעבוד כלל.
הקולט החשמלי יכול להתאים, לאחר התאמות מינוריות כקירוי ישיר לסככות, חניות פרגולות וכו'
בנוסף, טכנולוגיות הייצור של הקולטים הפוטואלקטריים מתקדמות ומתפתחות, לעומת טכנולוגיות
ייצור מיושנות של ריתוך צינורות מים, לוחות זכוכית או צינורות זכוכית שבירה ופח מחליד במשקל של
מעל 60 ק"ג לקולט עם חיבורי צנרת דולפים וכו'.
במערכת הדוד המוצעת, הקולטים הסולריים יהיו קולטים חשמליים ולא קולטי צנרת מים.
יש לציין שהאפקטיביות של קולטים חשמליים נמוכה יותר, ולכן ויהיה צורך בשטח קולטים גדול יותר.
עם זאת, יעילותם משתפרת ומחירם יורד באופן קבוע. משקלו ונפחו של קולט חשמלי הוא כשליש
מקולט מים באותו שטח. קיים יתרון לקולטים החשמליים על פני קולטים המבוססים על אפקט החממה,
שבזמן עננות וטמפרטורה נמוכה, הירידה בניצולת  של קולט חשמלי קטנה יותר מקולט אחר.  

דוד המים יכול להיות ממוקם בכל חלל טכני מוסתר עם גישה (מומלץ בקרבת המקלחות).
אפשרי גם שהדוד יהיה שוכב עם מחליף חום, או אפילו בתוך שוחה בחצר עם מנגנון הידראולי לצורך שליפה וטיפול.  
הדוד יכול להיות ממוקם גם על גג המבנה, אך שוכב וצמוד לרצפה - כך שהוא לא ייראה מהרחוב.
כמובן שאין צורך למקם את הדוד מעל הקולטים כדי ליצור סירקולציה, אין צורך במשאבות סחרור,
ואין את בעיית קפיאת המים בקולטים.
הקולטים החשמליים יפעילו גוף חימום חשמלי, או משאבת חום  וכאשר טמפרטורת המים עולה
מעל 50 מעלות, האנרגיה תופנה על ידי הממיר ותימכר לחברת חשמל.
כאשר אין שימוש לתקופה ארוכה בדוד, (כגון בזמן חופשה) יהיה אפשר למנוע מהקולטים לחמם מים,
והאנרגיה המופקת מהקולטים תימכר ישירות לחברת החשמל.

זו הטכנולוגיה הסולרית שמדינת ישראל מתגאה בה:

ונשאלת השאלה איך מעצמת הטכנולוגיה הישראלית הגיעה למצב הזה?
התשובה לכך מאוד פשוטה:
קיים חוק משנת 1976 שמחייב להתקין דוד שמש לפי דרישות תקן 579, עם כל קבלת היתר בניה.  
התפיסה הסוציאליסטית, שהמדינה כביכול דואגת לאזרח חסר הישע למים חמים,
חונקת את השוק החופשי ומונעת מטכנלוגיה להתפתח בארץ.
צריך פשוט לבטל את חוק דודי השמש, כמו עוד הרבה חוקי בניה ותקנים מיותרים
והשוק יוכל לנוע בחופשיות, מבלי שפקידים יכתיבו לאזרח מה טוב בשבילו.