תחליף עדיף לדוד שמש


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 מיושנת הדורשת אחזקה יקרה, דודי השמש שמוצבים 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 30-40 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. 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). בגלל פעולת המבער, דפנות המכשיר מתחממות ואין למקם את המכשיר באיזור נגיש לילדים. המערכת דורשת גם חיבור לחשמל - לצורך הפעלת המצת והמערכת (צריכת חשמל זניחה), ובחלק מהמכשירים ניתן להוסיף צינור לצורך כבל תקשורת פיקוד/שלט. 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 פחות 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".

* מאיץ:

במערכת הדוד הסטנדרטית המותקנת בארץ, בדוד עומד מתקינים על פי רוב "מאיץ" מאיץ הוא מעין שרוול בנפח קטן יחסית לנפח הדוד (נפח השרוול כ-4 ליטר. נפח דוד סטנדרטי 150 ליטר) המאיץ מותקן במרכז בחלקו התחתון של דוד עומד, ובראשו קיים צינור שמגיע אל חלקו העליון של הדוד. בתוך המאיץ נמצא גוף החימום של הדוד ותרמוסטט. המאיץ מקבל לתוכו מים קרים מתחתית הדוד (קיים חור בתחתית המאיץ) בכמויות קטנות של כ-4 ליטר ומחמם אותם במהירות. המים החמים שבתחתית המאיץ "צפים" על פני המים הקרים ובעזרת הצינור הנ"ל נשלחים לחלקו העליון של הדוד. תהליך זה של חימום כמויות קטנות של מים, מקצר את משך חימום המים בחלקו העליון של הדוד (משם יוצאים המים לצריכה) לפחות מחצי שעה. לעומת זמן החימום של דוד בנפח 150 ליטר ללא מאיץ - שיכול להגיע ליותר משעה. 


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. דוד כזה לא תמיד מתאים להתקנת חוץ, וצריך להתקינו באיזור מקורה. כמו כן, יש 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 לפחות חברה אחת 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.

המים מגוף החימום החיצוני / מהקולט עוברים בתוך צינור מעוקל כמו קפיץ בתוך הדוד עם מי הצריכה ומחממים את המי הצריכה שבדוד. דוד כזה מותקן בבתי קומות, כאשר הקולטים מוצבים על גג המבנה, ובכל דירה קיים דוד עם מחליף חום. קיימת משאבת סחרור שמייצרת תחלופה בין המים שהתחממו בקולטים לבין המים שבתוך הצינור הקפיצי שבדודים. (המים לצריכה יוצאים מחלקו העליון של הדוד עצמו).
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:
דוד אנכי שומר על חום המים לזמן ארוך יותר מפני ששטח המגע בין המים החמים למים הקרים בדוד אנכי - קטן יותר. גוף החימום שממוקם בחלקו התחתון של הדוד יוצר סירקולציה טבעית, כך שהמים שמתחממים בתחתית הדוד עולים כלפי מעלה ומשם יוצאים לצריכה. 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, כ-800) 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 השקופים מאפשרים לקרינה לחדור ולחמם את צינור הנחושת בתוכם, אך הוואקום לא מאפשר הסעה/הולכה של חום החוצה. קולטי וואקום הינם בעלי ניצולת גבוהה אפילו כאשר הטמפרטורה בחוץ נמוכה. קולטי וואקום מחוברים ישירות לדוד עם מחליף חום אופקי, או למחליף חום שמחובר לדוד נפרד - אופקי או אנכי.
קיימת בעיה שאם חודרות מספר טיפות מים לתוך צינור הוואקום - הוא עלול להתפוצץ - בגלל הלחץ שנוצר מהתאיידות המים בצינור.  קיים ניסוי מעניין שבוצע על ידי הקבוצה Green Power Science של מילוי צינורות הוואקום בחול ים, במקום האוויר שקיים במערכת רגילה (הכוונה לתווך שנמצא בין צינור הנחושת לבין צינור הוואקום עם הדופן הכפולה) החול הוא בעל קיבול חום ומסה גבוהים, והוא שומר על חום המים למשך זמן ארוך - גם בשעות הלילה הקרות. (אגב, לחול יש קיבול חום מעט נמוך מלאוויר,  כ-800  ג'אול לק"ג קלוין -  אך המסה שלו גדולה יותר)

הערות כלליות:
1. בכניסה לכל סוגי מערכות חימום המים, מומלץ להתקין סנן סיליפוס למניעת הצטברות אבנית במערכת. גם אם יש סנן נוסף בכניסה לאספקת המים הכללית. סנן הסיליפוס יכפיל וישלש את אורך חיי המערכת.
2. מומלץ להתקין מערבל תרמי ביציאת המים החמים שתפקידו למנוע יציאת מים מעל הטמפרטורה הרצויה, כדי לשפר את הבטיחות ולהגן על הצנרת.
3. 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 בולט.
4. 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.

מערכות חימום בבניינים משותפים

השיטה הישראלית לחימום מים בבנייני קומות מוצגת לעיתים כמתוחכמת ויעילה, אך בפועל זהו "תיחכום" סובייטי המבוסס על התקן הישראלי הפרימיטיבי.
המערכת בבנייני קומות מורכבת מדודים עם "מחליפי חום" שנמצאים במרפסת השירות בכל דירה. כל הדודים מחוברים ביניהם במקביל. הדודים מחוברים אל "חוות קולטים" שנמצאת על הגג, שם נמצאים: מיכל התפשטות (מיכל שסופג לחץ יתר), משאבת סחרור, רגשים שבודקים את הטמפרטורות, ופיקוד שמחובר לרגשים ואחראי על הפעלת המשאבה.
"חוות הקולטים" כוללת קבוצות של קולטי שמש שמחוברים ביניהם - חלקם בטור וחלקם במקביל. חיבור קולטים זה לזה במקביל או בטור מייצר תוצאות שונות בהתאם לספיקה הקיימת במערכת. אין בתקן התייחסות חישובית לעניין זה, אלא קיימת הגבלה בלתי ישימה על מהירות הזרימה במערכת. כמובן שרוב הדרישות של התקן המטורף הזה לא מיושמות. לדוגמא קיימת הנחיה שמהנדס שלד הבניין בבנייני קומות יתכנן את עיגון המערכות - דבר שלא מתבצע, אלא מבוצע כסת"ח אופייני, מכיוון שאם יישמו באופן נכון את דרישות תקן 414 (רוח) על דודי השמש בבנייני קומות, המערכת לא תהיה כלכלית.

כבר לאחר שנה אחת של פעולה - הרוב המוחלט של המערכות הללו נוזלות, חלודות, ומייצרות בעיות משניות של איטום ופגיעה בבטיחות. תפקוד המערכות המסורבלות הללו עתיר תקלות, ובעיקר תקלות שקשה לאתר. תקלות שיכולות להיגרם בגלל מגוון רחב של גורמים כגון: תכנון לקוי ראשוני של המערכת, תקלה בפיקוד, בחיישנים, דליפות, סתימות, אבנית, חלודה, נתקים בחיווט, חוסר בידוד, וכו'
מכיוון שהדודים מחוברים ביניהם במקביל, יכול להיות מצב שתקלה אצל דייר מסויים גורמת לבעיה אצל דיירים אחרים. לדוגמא: דליפה בצינור ה"מחליף חום" אצל אחד הדיירים, תגרום לירידה בתפוקה אצל דיירים אחרים. ולחילופין, קיימת תקלה נפוצה, שדייר מסויים מדליק את החימום החשמלי ("בויילר") בדירה שלו ומחמם את המים במערכת הכללית של השכנים, בגלל שהמים בדוד שלו יותר חמים מהצינורות שבמחליף החום שנמצא בדוד שלו, אבל עדיין משאבת הסחרור עובדת..
קיימת חברה שמשווקת מערכת מסורבלת נוספת שכוללת חיישנים, מוח ומגוף חשמלי, שמותקנת על הדוד של כל דייר,  כדי למנוע תקלה זו.

בייחוד סובלים הדיירים בקומות התחתונות שרחוקים מחוות הקולטים. במקרים רבים הדיירים בכלל לא יודעים שישנה תקלה בתפקוד המערכת הסולרית, אלא פשוט מדליקים יותר את החימום החשמלי ומנצלים רק חלק קטן מהמערכת הסולרית בפועל, או שמערכת הגז (אם ישנה כזו) נכנסת לפעולה הרבה יותר מהדרוש.

בשוק הקומוניסטי הישראלי, קמו חברות שמנסות לשפר את הדוד הישראלי על ידי תוספת של מתקנים שונים ומסורבלים שמתחברים למערכת הקיימת ואמורים לשפר את תפקודה. כל מכשיר שמתיימר לפתור בעיה נקודתית, הוא למעשה אלתור נוסף על כל המערכת המאולתרת הזו, ואותו מכשיר חשוף גם הוא לתקלות ודורש תחזוקה.
ה"רגליים" שעליהם מותקנים הדודים בישראל, מוגדרים בתקן הישראלי, אך בפועל, רובם המוחלט מאולתרים, רעועים, קשורים בחוטי קשירה פרוביזוריים, אינם עומדים בתקן רוח (שהוא מטורף בפני עצמו).

הבעיה האמיתית במערכת הפרימיטיבית הזו - היא עצם קיום התקן הישראלי המטורף, עצם קיום הרגולציה הישראלית הברברית שמסרסת את השוק החופשי ומונעת מטכנולוגיה חדשה להתקיים ולהתפתח בחופשיות.
יש לבטל את התקן הישראלי ולסגור את מכון הפקידים והתקנים, ובמקומם ייכנסו תקנים וולנטריים בהתאם לדרישות השוק, מערכת כזו תחסל את הבירוקרטיה, תזניק את השוק החופשי, תשפר את הבטיחות ותביא את הקידמה.


הצעה למערכת דוד שמש עדיפה:  
במערכת הסולרית המוצעת, הקולטים הסולריים יהיו קולטים חשמליים ולא קולטי צנרת מים. 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, או לשלוט בה בעזרת מערכת פיקוד ממוחשבת. לצורך העברת האנרגיה החשמלית, מספיק קו חשמל פשוט ללא איבודי אנרגיה, ללא תלות במפלס הקולט יחסית לדוד, ללא צנרת מים או צנרת 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, כרעפים, ישנם קולטים חשמליים שמגיעים כ"טפט" דק הניתן להדבקה. 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.
יש לציין שהאפקטיביות של קולטים חשמליים נמוכה יותר, ולכן יהיה צורך בשטח קולטים גדול יותר.
עם זאת, יעילותם משתפרת ומחירם יורד באופן קבוע. קיים יתרון לקולטים החשמליים על פני קולטים המבוססים על אפקט החממה, שבזמן עננות וטמפרטורה נמוכה, הירידה בניצולת של קולט חשמלי קטנה מהירידה בניצולת של קולטים הפועלים על עיקרון "אפקט החממה".

דוד המים יכול להיות ממוקם בכל חלל טכני מוסתר עם גישה מומלץ בקרבת המקלחות / מיקום הצריכה. (אפשרי אפילו בתוך שוחה בחצר עם מנגנון הרמה הידראולי לצורך שליפה וטיפול). 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 (עדיף משאבת חום) וכאשר טמפרטורת המים עולה מעל 50 מעלות, האנרגיה מהקולטים תופנה על ידי הממיר ותימכר לחברת החשמל.
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 מטכנולוגיה להתפתח בארץ. צריך פשוט לבטל את חוק דודי השמש ואת תקן 579, כמו את כל התקן הישראלי. לא לצמצם, לא לשנות, אלא לבטל לחלוטין את התקן הישראלי הפרימיטיבי, ובאופן טבעי, יחליפו תקן וולנטרי על פי דרישות השוק. כך השוק יוכל לנוע בחופשיות, מבלי שפקידים יכתיבו לאזרח מה טוב בשבילו.