עומס תרמי כבד

חם? אל תאשימו רק את השמש: היעדר צל ורוח וריבוי משטחי אספלט ובטון הם בין הגורמים שמגדילים את עומס החום

חם. חם מאוד. כל מי שלא הסתגר בבועה ממוזגת שפולטת עוד חום לסביבה בחודשים האחרונים יכול היה לחוש בזה בעצמו.

לא סתם אנחנו מרגישים שכל קיץ קשה מקודמו. לתחושות הללו יש תוקף מדעי. כדור הארץ מתחמם וביולי האחרון נמדדו הטמפרטורות הגבוהות ביותר אי פעם בארה״ב, מאז שהחלו שם המדידות בשנת 1895. גם בישראל, חודש יולי היה אחד החמים ביותר שנמדדו. אך האם טמפרטורת האוויר היא האחראית הבלעדית לעומס החום שאנחנו חשים, או שיש גורמים נוספים שגורמים לנו לסבול כל כך?

״התחממות עולמית של מעלה אחת או שתיים כשלעצמה לא משפיעה משמעותית על עומס החום, אך בסביבה העירונית למשל, בשילוב עם היעדר צל, חסימת רוח ממבנים וקרבה למשטחים פולטי חום (כמו בטון או אספלט), התוספת הזו תתורגם בפועל לתוספת של 15 מעלות ויותר", אומר אריאל פרוינדליך ממכללת אחווה ומכללת גבעת וושינגטון. "כך, למשל, שהייה בשמש בטמפרטורת אוויר של 30 מעלות, בהעדר רוח ועם קרבה למשטחים שפולטים חום, תלווה בפועל בתחושה של 45 עד 55 מעלות״.

בני אדם שייכים לקבוצת בעלי החיים בעלי דם חם, ששומרים תמיד על טמפרטורת גוף קבועה – במקרה שלנו, סביב 36.6 מעלות צלזיוס. זו לא תמיד משימה קלה עבור הגוף שלנו. במצבים של עומס חום, למשל, הגוף יפעיל מנגנונים שונים לבקרת חום כדי לקרר את עצמו: הרחבת כלי הדם ההיקפיים, הורדת ריכוז הדם והזעה, ואילו במקרים של עומס קור, הגוף יחמם את עצמו על ידי כיווץ השרירים וצמרמורות קור וימנע אובדן חום על ידי הצרת כלי הדם ההיקפיים. המצב שבו הגוף לא צריך להתאמץ כדי לשמור על הטמפרטורה (כלומר, כשמנגנוני בקרת הטמפרטורה נמצאים במינימום פעילות) נקרא ״נוחות תרמית״.

״השירות המטאורולוגי מפרסם מדד שמראה האם יש עומס חום קל, בינוני או כבד, אך המדד הזה עשוי להטעות, כי הוא מתחשב רק בטמפרטורה ובלחות, ומתעלם מהצל ומהרוח״, מסביר פרוינדליך. ״כאשר מדווחים על עומס חום כבד, צה״ל מפסיק את האימונים, משרד החינוך מפסיק את הטיולים ומשרד התיירות מפרסם אזהרה לתיירים, אך כל אותן פעילויות מתרחשות בתנאי חוץ, שהצל והרוח מאוד רלוונטיים עבורן. כך, למשל, בקיץ הישראלי לאדם קשה להימצא בשמש יותר מרבע שעה, לעומת זאת בתנאים זהים של טמפרטורה ולחות, אבל בצל, אפשר לשהות ולהרגיש טוב״.

תודה לצל ולרוח

פרוינדליך החליט לחקור כיצד משפיעים גורמים אקלימיים שונים על העומס התרמי בתנאי חוץ בכמה אתרים בישראל וגם לברר לאילו גורמים יש השפעה מכרעת עליו. במחקר, שהוצג בוועידה השנתית למדע וסביבה 2017, השתמש פרוינדליך במודל RayMan  (פרי פיתוחו של פרופ' אנדיאס מצרקיס מאוניברסיטת פרייבורג, גרמניה) לעומס תרמי, המבוסס על ממוצעי טמפרטורה ולחות לאתרים השונים וכן על הדמיות קרינה, הצללה ורוח. המחקר בחן מהירויות רוח שונות וכן מצבי צל שונים: מצב שמש מלאה, צל חלקי (עץ בודד או סככה, שחוסמים את קרינת השמש הישירה אך מאפשרים לחלק מהקרינה המפוזרת לחדור) וצל מלא (גג רחב או חופת עצים צפופה, החוסמים את הקרינה הישירה ו ורוב הקרינה המפוזרת). האתרים שנבדקו היו נצרת, קיסריה, ירושלים, תל אביב, מצפה רמון, ים המלח ואילת.

ממצאי המחקר ממחישים שהצללה מפחיתה  דרמטית את העומס התרמי – עד כ-50 אחוז. כך, בתל אביב, למשל, הטמפרטורה השנתית הממוצעת היא 22.8 מעלות, אולם ערכו של המדד התרמי על פי המודל היה 45.8 מעלות בתנאי שמש מלאים, 32.1 מעלות בתנאי צל חלקיים, ו-24.1 מעלות בלבד בתנאי צל מלאים. כלומר, מעבר מתנאי שמש מלאים בתל אביב לתנאי צל חלקיים, מפחית את העומס התרמי בכ-14 מעלות (הפחתה של כ-30 אחוז בעומס התרמי). בתנאי צל מלאים ההפחתה היא אף דרמטית יותר: 21.7 מעלות (הפחתה של כ-47 אחוז בעומס החום).

עוד נמצא במחקר שלרוח יש השפעה משמעותית אף יותר – מתברר שהיא יכולה להפחית את העומס התרמי עד כ-63 אחוז. ההסבר לאפקט הכה דרמטי הוא, כי הרוח מקררת את האדם הן באופן ישיר – על ידי הסעת חום והגברת ההתאדות של ההזעה, והן באופן עקיף – על ידי קירור הסביבה (באמצעות ההסעה), וכתוצאה מכך הפחתת עוצמת הקרינה ארוכת הגל שהסביבה פולטת. עוד נמצא כי רוח מטשטשת את ההבדלים בעומס התרמי בין שמש לצל, במלים אחרות, כאשר יש רוח ההבדל בין שהייה בשמש לשהייה בצל פחות ניכר.

איפה אתם עומדים?

כשמדובר בעומס התרמי, יש חשיבות גדולה גם למשטח שעליו עומדים. ההבדל בין משטח אספלט שחור שבולע את הקרינה, מתחמם ולאחר מכן משחרר אותה לסביבה לבין משטח לבן שמחזיר חלק מהקרינה, וכך מתחמם הרבה פחות, עשוי להתבטא בהפחתה של קרוב ל-30 אחוז בעומס התרמי. ״המחקר שלי אף מאפשר לבחון כיצד שקלול כל הגורמים יחד  – רוח, צל והחזרה ממשטחים – מקל על העומס התרמי", אומר פרוינדליך. ואכן, מתברר שההשפעה המשולבת יכולה, בתנאים מסוימים, להביא להפחתה של קרוב ל-70  אחוז בעומס התרמי.

מסקנות המחקר, הרלוונטיות מאד לסביבה העירונית, מציעות את האפשרות להקל על עומס החום בסביבה שלנו. אז מה בעצם אפשר לעשות? להוסיף הצללה, לשתול צמחיה, לצמצם שימוש במשטחים בנויים וחומרים בעלי קיבולת חום גבוהה, לתכנן את הסביבה הבנויה תוך התחשבות בזרימת הרוח ואף לבחון מחדש את מדיניות הבניה לגובה בערים.

״זה לא סוד שבישראל החמה אין מספיק משטחי צל, הן בסביבה העירונית, בגנים ציבוריים למשל, והן באתרי תיירות, כאילו שאנחנו נמצאים בצפון אירופה״, אומר פרוינדליך. אך אם הצללה היא עניין שניתן לטפל בו בקלות יחסית, מה עושים עם רוח שהיא צפויה הרבה פחות מהשמש? ״הרוח אכן נחשבת גורם כאוטי, אך למעשה ניתן לעצב את זרימתה", אומר פרוינדליך. "בקיץ, למשל, הרוח בישראל היא מערבית עד צפון מערבית. לכן, על ידי תכנון רחובות בכיוון מזרח-מערב ניתן לתעל את הרוח לרחוב וכך להבטיח תנאים קרירים יותר בעונה החמה״.

"בכל מיזם של בנייה חדשה יש להתחשב בהכבדה המקומית שהיא תיצור על עומס החום בגלל חסימת הרוח הצפויה", מציע פרוינדליך. ״זה גורם שכיום מתכנני ערים לא ערים אליו ולא לוקחים בחשבון בתהליך התכנון. בתל אביב, למשל, הבנייה הגבוהה סמוך לחוף חסמה את הבריזה מהים לרחובות מאחוריה. במקרה הזה מדובר בבעיה בלתי הפיכה, אך לפחות ניתן להימנע מלחזור על הטעות באזורים שבהם בונים כיום סמוך לחוף – בנתניה, במכמורת, באזור חיפה או באשקלון״.

ומה לגבי החומרים שבהם משתמשים בבנייה החדשה? ״בסביבה העירונית, שבלאו הכי סובלת מגורמים פולטי חום רבים, בין היתר כבישי אספלט, מכוניות, מכשירי חשמל, בתי חרושת ועוד, יש להפחית את השימוש באספלט ובטון – בגנים ציבוריים, למשל – ולהעדיף משטחים בהירים ובעלי כושר החזרה גבוה, או להשתמש במשטחי צמחיה, שלהם גם יתרונות רבים נוספים, כמו אפקט קירור, צל, שיפור איכות האוויר, ערך אסתטי, תרומה לבריאות ועוד״.

נראה כי באמצעים שחלקם פשוטים וישימים אף בטווח הקצר, ניתן להביא להקלה משמעותית בעומס החום בערים. ההקלה תוביל להרחבה משמעותית של הימים והשעות שבהם ניתן לשהות מחוץ לבית וכך תגדיל את מספר המבקרים בהן, במקום שכולם ייאלצו לשהות בסביבה ממוזגת, שצורכת אנרגיה רבה ומחממת את הסביבה.

בלוס אנג'לס כבר צובעים כבישים בלבן, כדי להקל על עומס החום:

בעקבות הכתבה ב"זווית" הסיפור פורסם גם ב-ynet