הכנת נספח רוחות וסימולציית CFD למגדלים

נספח רוחות כחלק ממסמכי התכנון והרישוי, בבחינת תפקוד המרחב הציבורי סביב בינוי חדש.

ציפוף עירוני והוספת נפחים גבוהים בקרבת רחובות קיימים משנים את דפוס זרימת האוויר בגובה הולכי הרגל, והשינוי הזה נמדד ברחבה, במדרכה ובכניסה למבנה הרבה לפני שהוא נראה בקו הרקיע. נספח רוחות הוא המסמך ההנדסי שמתרגם את השינוי לניתוח כמותי ומציג לוועדה מה צפוי להתרחש במרחב הציבורי לאחר מימוש התכנית. הדרישה למסמך מגיעה ברוב המקרים בשלב שבו הגיאומטריה כבר מגובשת, ולכן העיתוי שבו מתחילה הבדיקה קובע כמה מרחב תכנוני נותר לתיקונים. בבסיס הניתוח עומד משטר הרוחות האזורי, כלומר התפלגות כיווני הרוח והמהירויות שנמדדו לאורך שנים באזור הפרויקט.

זמן קריאה: 11 דקות

נספח רוחות כמסמך הנדסי בתיק התכנון

נספח רוחות נדרש כחלק מהמסמכים הנלווים לתכנית או לבקשה להיתר, והוא בוחן כיצד הבינוי המוצע משנה את זרימת האוויר בסביבתו הקרובה. הבדיקה עוסקת בתפקוד המרחב הציבורי שסביב המבנה, כלומר במדרכות, ברחבות, בכניסות, בגינות המשותפות ובאזורי הישיבה החיצוניים, ולא בעומסי הרוח על השלד שנבחנים בנפרד על ידי מהנדס הקונסטרוקציה.

הוועדה קוראת את המסמך כדי להבין אם התכנון שמוצג לה מייצר מרחב ציבורי שמיש בשימושים שיועדו לו, ומכאן שהניתוח נבנה סביב שימושי קומת הקרקע ולא סביב המבנה כאובייקט מבודד בשטח פתוח. תכנון של רחבה מסחרית עם ישיבה חיצונית נבחן אחרת מתכנון של מעבר להולכי רגל בין שני בנייני מגורים, גם כאשר שני האזורים נמצאים באותו מגרש.

המסמך המוגש כולל את תיאור המתודולוגיה, את הנחות העבודה, את מפות התוצאה ואת ההמלצות התכנוניות שנגזרות מהן. בודק מקצועי מטעם הרשות מחפש בעיקר את הקשר בין ההנחות לבין המסקנות, ולכן נספח שמציג מפות בלי לתעד את הנחות המודל מקשה על אישורו גם כאשר החישוב עצמו תקין.

הרגע שבו הגיאומטריה ננעלת ומה שנותר אחריו

היקף השינויים שניתן להחיל על גיאומטריית הבינוי מצטמצם ככל שהתכנון מתקדם, ולכן העיתוי שבו מבוצעת בדיקת הרוח קובע אילו פתרונות נותרים ישימים בפועל. בשלב התב"ע פתוחות שאלות של העמדה, מרווחים בין נפחים, אוריינטציה וגובה, ואלה בדיוק המשתנים שמשפיעים במידה הגדולה ביותר על דפוס הזרימה בגובה הולכי הרגל.

מרגע שהתכנית מאושרת והתכנון עובר למסלול ההיתר, הבחינה מתמקדת בפתרונות מקומיים ברמת החזית והפיתוח, שכן המסה והמרווחים כבר נקבעו. הליווי שלנו נמשך מהתב"ע ועד ההיתר, והפער בין שני השלבים ניכר בכל פרויקט שבו הבדיקה נדחתה לרגע האחרון.

סוגי בינוי שבהם הרשות מבקשת בחינת רוח

מבנה גבוה מיירט זרימה שנעה בשכבת גבול אטמוספרית במהירות גבוהה יותר מזו שבגובה הרחוב, ומזרים חלק ממנה כלפי מטה לאורך החזית, ולכן סימולציית רוח למגדלים מתבקשת בפרויקטים רבי קומות כמעט כדבר שבשגרה. תופעה זו, המכונה פיזור כלפי מטה, מתעצמת כאשר החזית רחבה וניצבת לכיוון הרוח השכיח.

מלבד מגדלים בודדים, הבחינה נדרשת במתחמי התחדשות עירונית שמחליפים בינוי נמוך ורציף בנפחים מרווחים, במתחמי עירוב שימושים עם רחבה ציבורית פעילה, ובקומפלקסים שבהם נוצרים מעברים צרים בין שני נפחים גבוהים. פרויקטים כדוגמת מגדל השעון בנתניה, מגדלי דן בבני ברק ומתחמי גב ים בהרצליה מייצגים את סוגי הבינוי שבהם השאלה הזאת נבחנת כחלק מהותי מהתכנון.

גם מבנים שאינם גבוהים במיוחד מגיעים לבדיקה כאשר הם ממוקמים בחזית ים, על רכס טופוגרפי או בפינת רחוב פתוחה, שכן הסביבה מספקת את החשיפה שהמבנה עצמו אינו מייצר. היקף הבדיקה נקבע לפי הצירוף בין הגובה, החשיפה והשימושים המתוכננים בקומת הקרקע.

ההבדל בין נספח רוחות לנספח מיקרו אקלים משולב

רשויות שונות משתמשות בשמות שונים לאותו סוג בדיקה, והפער בין הדרישות מתגלה לעיתים רק בדיון הראשון בוועדה. נספח רוחות ממוקד בזרימת אוויר ובתפקוד המרחב תחת משטר הרוחות המקומי, בעוד שנספח מיקרו אקלים הוא מסמך רחב יותר שמאגד גם הצללה, קרינה ונוחות אקלימית של המרחב הציבורי לאורך העונות.

ההשלכה המעשית נוגעת להיקף המידול ולסוג התוצרים. נספח משולב מחייב מודל הצללות לצד מודל הזרימה, וכן התייחסות לחומרי הריצוף, לצמחייה המוצעת ולמיקום אזורי השהייה, ולכן חומרי הקלט הנדרשים מהאדריכל שונים מאלה של בדיקת רוח בלבד.

דוגמאות לאופן שבו רשויות תכנון מגדירות מסמכים אלה בפועל מופיעות במסמכי תכניות סטטוטוריות, ובהן נספח איכות הסביבה והמיקרו אקלים במאגר התכניות של רשות מקרקעי ישראל. אצלנו הבירור מול הגורם המאשר נעשה לפני תחילת המידול, שכן שינוי הגדרת המסמך באמצע העבודה גורר בנייה מחדש של חלק מהתוצרים.

משטר רוחות ושושנת רוחות כבסיס נתוני הבדיקה

כל תוצאה של סימולציה נשענת על נתוני הרוח שהוזנו אליה, ולכן איכות הבסיס האקלימי קובעת את מהימנות הנספח כולו. משטר רוחות מתאר את התפלגות הכיוונים והמהירויות באזור נתון לאורך תקופה ארוכה, ומאפשר להבחין בין כיוון שכיח שמשפיע על השימוש היומיומי לבין כיוון נדיר שמייצר אירועים בודדים.

שושנת הרוחות היא הייצוג הגרפי המקובל של ההתפלגות הזאת, והיא מציגה בעת ובעונה אחת את שכיחות הרוח מכל כיוון ואת חלוקת המהירויות בתוכו. מתוך שושנת הרוחות של תחנת הייחוס הרלוונטית נבחרים תרחישי הבדיקה שיוזנו למודל, ומכאן שהבחירה בתחנה מרוחקת או בתקופת מדידה קצרה משפיעה ישירות על התוצאה.

נתוני רוח רשמיים בישראל מתפרסמים על ידי השירות המטאורולוגי הישראלי, ובכללם אטלס הרוח הארצי המשמש כמקור ייחוס ארצי למשטרי רוח. בפרויקטים בשוליים של אזור אקלימי או בשטח עם הפרש גבהים משמעותי נדרשת התאמה של הנתון לתנאי האתר, ואת ההתאמה הזאת מתעדים במפורש בפרק ההנחות של הנספח.

מודל הזרימה החישובי ותחום החישוב סביב המגרש

בחינת רוח סביב בינוי מורכב מתבצעת כיום בעיקר באמצעות מכניקת זורמים חישובית (CFD), המאפשרת לפתור את שדה המהירויות סביב גיאומטריה תלת ממדית מלאה ולא רק להעריך אותו בקירוב אנליטי. השיטה מתאימה לבינוי עירוני משום שהיא מטפלת בהיפרדות זרימה סביב פינות, במערבולות מאחורי נפחים ובהאצה במעברים צרים, כלומר בדיוק בתופעות שקובעות את חוויית ההליכה במרחב.

בהרחבה על האופן שבו ציפוף עירוני ובניית מגדלים משנים את מיקרו האקלים הסובב ניתן לקרוא במאמר מידול CFD ומשטרי רוח בערים, המרחיב על ההיגיון ההנדסי שמאחורי הבדיקה.

הבינוי הסובב והטופוגרפיה שנכללים במודל

מודל שכולל את המגרש בלבד מתאר מציאות שאינה קיימת, ולכן תחום החישוב משתרע על סביבה רחבה יותר וכולל את המבנים הקיימים, את הבינוי המאושר שטרם נבנה ואת פני הקרקע. מבנה מאושר שלא נכלל במודל עשוי לשנות לחלוטין את דפוס הזרימה במגרש הסמוך, וממצא שיתקבל בלעדיו לא ישרוד בדיקה מקצועית ברשות. גבולות תחום החישוב וגובהו נקבעים כך שההפרעה של הבינוי לא תיגע בשולי המודל ותשבש את התוצאה.

תרחישי הבדיקה, כיוונים ועונות

בחירת התרחישים היא שלב תכנוני ולא טכני בלבד, שכן היא מגדירה אילו מצבים ייבחנו ואילו יישארו מחוץ למסמך. סט תרחישים מייצג נשען על שושנת הרוחות האזורית וכולל את הכיוונים הדומיננטיים שמסבירים את מרבית שעות השנה, לצד כיוונים שכיחים פחות שמייצרים חשיפה חריגה בגלל גיאומטריית המגרש.

ההפרדה בין עונות נדרשת מפני שמשטר הרוחות בישראל משתנה בין החודשים החמים לחודשים הקרים, ואותו מרחב יכול לתפקד היטב בעונה אחת ולדרוש התייחסות בעונה אחרת. רחבה שמתוכננת לישיבה חיצונית נבחנת בעיקר בשעות ובעונות שבהן היא אמורה לשמש, בעוד שמעבר להולכי רגל נבחן בכל התרחישים כיוון שהשימוש בו רציף.

מספר התרחישים נקבע לפי מורכבות הבינוי ולפי דרישת הרשות, ובמתחמים גדולים נוספים תרחישים ייעודיים לבחינת מעברים פנימיים בין נפחים. תיעוד מסודר של הנימוק לבחירת כל תרחיש הוא חלק מהנספח, והוא מה שמאפשר לבודק מטעם הוועדה לאשר את המתודולוגיה בלי סבב שאלות נוסף.

מפות התוצאה בגובה הולכי רגל וקריאתן התכנונית

הפלט המרכזי של הסימולציה הוא מפות מהירות רוח במישור אופקי בגובה הולכי רגל, המוצגות עבור כל תרחיש בנפרד ולעיתים גם כמפה מסכמת. המפות מונחות על גבי תכנית הפיתוח, כך שניתן לקרוא את התוצאה מול המדרכה, מול הכניסה למבנה ומול אזור הישיבה המתוכנן ולא כשדה מספרי מופשט.

קריאה נכונה של המפות מבחינה בין אזור שמושפע מהבינוי המוצע לבין אזור שהתנהגותו נגזרת מהסביבה הקיימת, וההבחנה הזאת חשובה במיוחד בהתחדשות עירונית שבה הרחוב הקיים כבר מייצר דפוס זרימה משלו. השוואה בין מצב קיים למצב מוצע היא הכלי שמאפשר לייחס את השינוי לתכנית הנבחנת.

אזורים שמסומנים לבחינה תכנונית נוספת

אזורים שבהם המהירות הצפויה אינה תואמת את השימוש המתוכנן מסומנים כאזורי בחינה, והם מרכזים את עיקר העבודה המשותפת עם האדריכל. סימון כזה אינו פוסל את התכנון, כי אם מפנה את תשומת הלב לנקודה שבה נדרש עדכון בעיצוב או בשימוש, ולעיתים הפתרון הוא הזזת פונקציה ולא שינוי המבנה.

התאמת הממצא לשימוש המתוכנן במרחב

אותה מהירות רוח יכולה להתאים במקום אחד ולדרוש עדכון במקום אחר, משום שהקריטריון נגזר מסוג הפעילות ולא מהמספר עצמו. הליכה מהירה לאורך מדרכה, המתנה בכניסה לבניין, ישיבה ממושכת בבית קפה חיצוני ומשחק בגינה משותפת מייצרים דרישות שונות זו מזו, ולכן נוחות רוח להולכי רגל נבחנת מול תכנית השימושים ולא במנותק ממנה.

הרשויות מתייחסות להיבטי נוחות ובטיחות שימוש כחלק מוכר מתחומי הבדיקה התכנונית, כפי שמשתקף בפורטלי המידע ההנדסי העירוניים ובהם תחום בטיחות המשתמש בפורטל התכנון של עיריית תל אביב יפו. ההיגיון זהה בכל רשות, גם כאשר הניסוח שונה.

הפרקטיקה שלנו היא לקבל מהאדריכל את תכנית השימושים בקומת הקרקע לפני הרצת התרחישים, כדי שהמפות ייקראו מול הפונקציה הנכונה. במקרים שבהם תכנית השימושים עדיין נזילה, מגדירים יעד תכנוני שמרני יותר לאזורים שעתידים לשמש לשהייה ממושכת.

פתרונות מיתון אדריכליים לאחר הרצת המודל

שינוי קטן בגיאומטריה משנה לעיתים את התוצאה במידה גדולה בהרבה ממה שהיזם מצפה, ומכאן שהעבודה המשותפת עם האדריכל לאחר ההרצה הראשונה היא החלק המשמעותי בתהליך. עיגול פינה בנפח גבוה, הסטת קו החזית או פתיחת מרווח בין שני מבנים משנים את מסלול הזרימה במקום למסך אותה נקודתית.

ברמת החזית והפיתוח פועלים כלים אחרים, ובהם גגון רציף מעל הכניסה, קומת מרתף עיצובית שבולטת ביחס לגוף המגדל, אלמנטים מפרי רוח בשולי הרחבה, שינוי במיקום הפתחים ועיצוב מחדש של מרחב הכניסה כך שלא יפנה ישירות לכיוון השכיח. שילוב של צמחייה בוגרת נחשב לפתרון תומך, אם כי השפעתו תלויה במין, בגובה ובעונה ולכן היא מתומחרת בזהירות במודל.

לאחר גיבוש הפתרון מריצים את המודל מחדש ומציגים את ההשוואה בין החלופות בתוך הנספח עצמו, כך שהוועדה רואה את ההיגיון התכנוני ולא רק את התוצאה הסופית. פתרון שנבחר בשלב מוקדם יורד לרוב לרזולוציה של עיצוב, בעוד שפתרון שנדרש לאחר קבלת ההיתר מוגבל לאלמנטים שאפשר להוסיף בפיתוח.

חומרי הקלט שנדרשים מהאדריכל ומהיזם

עבודה שמתחילה מתכניות לא סופיות מסתיימת כמעט תמיד בהרצה חוזרת, ולכן איסוף חומרי הבסיס הוא שלב עצמאי ולא פורמליות מקדימה. הרשימה הבסיסית כוללת תכנית בינוי עדכנית עם גבהים מוחלטים, חתכים, תכנית פיתוח, שימושי קומת קרקע ומידע על הבינוי הקיים והמאושר בסביבה.

התוצרים שמרכיבים נספח שלם

הנספח המוגש כולל פרק מתודולוגיה, טבלת הנחות ותרחישים, שושנת רוחות של תחנת הייחוס, מפות תוצאה לכל תרחיש, השוואת מצב קיים למצב מוצע והמלצות תכנוניות ברמת פירוט שמאפשרת יישום. את היקף העבודות מסוג זה ניתן לראות בעמוד הפרויקטים שלנו.

טעויות תהליכיות שמחזירות נספח לסבב נוסף

רוב הנספחים שחוזרים מהוועדה נכשלים בשלב ההנחות ולא בשלב החישוב, ולכן רשימת הבקרה המקדימה חוסכת יותר זמן מכל שיפור ברזולוציית המודל. הטעות הראשונה היא תחילת עבודה על גרסת תכנון שאינה סופית, שכן כל שינוי בגובה או במרווח מחייב הרצה מחדש של כל התרחישים.

טעות שנייה נוגעת לסביבה, כאשר המודל נבנה מול מצב קיים בלבד ומתעלם מתכניות מאושרות בסביבה שטרם מומשו. שלישית, בחירת תרחישים שאינה נשענת על משטר הרוחות המקומי מייצרת תמונה חלקית שקשה להגן עליה בדיון. רביעית, היעדר יישור קו מוקדם מול הרשות בשאלה אם נדרש נספח רוחות בלבד או מסמך מיקרו אקלים משולב מוביל להגשה שאינה עונה על התנאי שנקבע.

טעות חוזרת נוספת היא הצגת מפות בלי תרגום להמלצה תכנונית, כלומר מסמך שמתאר תופעה ואינו מציע לה מענה. בודק שקורא נספח כזה נאלץ לשאול מה בדיוק מתבקש לאשר, וכל שאלה כזאת מוסיפה סבב לתיק שכבר נמצא בלוח זמנים לחוץ.

נספח הרוחות בתוך תיק הבנייה הירוקה

תקן 5281 הפך במרבית הרשויות המקומיות בישראל לדרישה מחייבת בהליכי רישוי, וההתייחסות לנוחות המרחב הציבורי משתלבת במכלול השיקולים האקלימיים שנבחנים במסגרתו. בדיקת הרוח וההצללה נקראות יחד עם התכנון התרמי של המעטפת, שכן שתי המערכות משפיעות על אותה חוויה סביבתית ועל אותם פרמטרים תפעוליים במבנה.

עבודה מול מספר יועצים נפרדים בשאלות שנוגעות לאותה גיאומטריה מייצרת סתירות בין המסמכים, ולכן ריכוז התחומים תחת גג אחד מקצר את סבבי התיאום. אצלנו אותה גיאומטריה משמשת גם למודל הזרימה, גם לנספח ההצללות וגם למודל האנרגטי לפי ת"י 5282 ולדרישות הבידוד לפי ת"י 1045, כך שההנחות זהות בכל התוצרים.

מכון התקנים הישראלי מפרסם את דפי התקנים הרלוונטיים לתחום, ולהרחבה על האופן שבו התקן מיושם בפועל בתהליכי תכנון ורישוי ראו את המאמר תקן 5281 הלכה למעשה. שילוב בחינת הרוח בתוך התיק הירוק כבר בשלב התכנון המוקדם מונע מצב שבו שני מסמכים מציגים שתי גרסאות בינוי שונות.

אופן העבודה שלנו על נספח רוחות

ליווי של פרויקטים ממבני מגורים ועד בתי חולים ושדות תעופה לימד אותנו שהשאלה המכריעה בנספח רוחות אינה כמה תרחישים הורצו, כי אם באיזה שלב תכנוני התקבלו הממצאים ומי היה בחדר כשהוחלט מה עושים איתם. בצוות שלנו ב-GreEngineering פועלים מהנדסים, אדריכלים ומתכננים, ולכן ההמלצה שמגיעה לאדריכל מנוסחת בשפת התכנון ולא כרשימת נתונים גולמיים.

התהליך מתחיל באיסוף חומרי הבסיס ובבירור הדרישה מול הרשות הרלוונטית, ממשיך בבניית המודל ובהגדרת התרחישים לפי משטר הרוחות באזור, ומסתיים בהפקת הממצאים ובגיבוש פתרונות מיתון יחד עם צוות התכנון עד לקבלת מסמך מוכן להגשה. במקרים שבהם נדרש דיון נוסף בוועדה, אנחנו מציגים את המתודולוגיה ואת החלופות שנבחנו. פרטים נוספים על הצוות ועל תחומי העיסוק מופיעים בעמוד הצוות שלנו.

שאלות נפוצות

נספח רוחות הוא לא שלב פורמלי שנוסף בסוף התהליך, אלא מסמך שמשקף החלטות תכנוניות שהתקבלו הרבה קודם, על העמדה, על הגובה ועל שימושי קומת הקרקע. ככל שהבדיקה נכנסת לתהליך מוקדם יותר, כך היא הופכת מכלי בקרה לכלי תכנון של ממש.

על הכותב

אביעד בראון, מנכ״ל GreEngineering

מוביל משרד להנדסת סביבה ואנרגיה מכפר סבא המתמחה בתכנון, ייעוץ וליווי פרויקטים לבנייה ירוקה לפי תקן 5281, תכנון ומידול תרמי לפי תקני 1045 ו-5282, מידול רוחות והצללות, סקרי אנרגיה ואנרגיה מתחדשת, תכנון סביבתי לתב"עות ולהיתרי בנייה ותכנון פתרונות אשפה. במשרד מועסקים מהנדסים, אדריכלים ומתכננים בתחומי הנדסת אנרגיה, תעשייה וניהול ואיכות הסביבה, והוא ליווה למעלה מ-2,000 פרויקטים ברחבי הארץ, מבתים פרטיים ועד שדות תעופה, בתי חולים ומתחמי מגורים בקנה מידה לאומי.