הצללה אופטימאלית: במיוחד כשחשוב לא להצל בחורף

אלמנטי הצללה לא יעילים, שהצל שלהם אינו נופל באזור המיועד או בתקופה הנחוצה, הם תופעה שכיחה. לדוגמה, תחנות אוטובוס מקורות רבות, שבהן הצל כלל אינו נופל על אזורי ההמתנה בשעות החמות. דוגמה אחרת היא ספסלי ישיבה מוצלים, שבחורף נותרים לעיתים מיותמים, בעוד שהאנשים מעדיפים לשבת דווקא במקומות החשופים לשמש וליהנות מהאפקט המחמם של קרינת השמש החורפית. לא מדובר בגזרת גורל. באמצעות מודעות, ידע וכלים מתאימים ניתן לתכנן טוב יותר את ההצללה.

כאשר מתכננים מערכת הצללה, חשוב שזאת תספק צל משמעותי בעונה החמה לאזור המיועד להצללה, לכן חיוני לדעת אילו אזורים במערכת ההצללה יכולים לספק הצללה לאזור המיועד, ואלו כלל לא רלוונטיים לאזור, משום שהצל מהם כלל לא יפול באזור המיועד. כלומר, אין טעם בהשקעת משאבים בחלקים במערכת ההצללה שאינם תורמים בפועל להצללה הנדרשת.

בנוסף, ואף יותר חשוב, רצוי מאד שמערכת ההצללה תאפשר מעבר שמש בחורף. בסביבה החיצונית, השמש החורפית חשובה להשגת נוחות תרמית. בעוד שבחללי המבנים קרינת השמש החורפית תורמת גם לחימום פסיבי של המבנה, לתאורה טבעית, ולצמצום צריכת האנרגיה לחימום ולתאורה מלאכותית. לכן, במקרים רבים, הצללה מלאה לאורך כל השנה אינה פתרון טוב.

במקרים מסוימים, פתרון ההצללה עשוי להיות דינאמי על ידי שינוי בזווית אלמנט ההצללה או במיקומו, ובמקרים אחרים הצללה עונתית הניתנת להסרה בעונה הקרה. מבחינה אקלימית מדובר בפתרון אידיאלי, מכיוון שניתן לספק צל מלא בקיץ, וחשיפה מלאה בחורף, אך מצד שני פתרונות אלו כרוכים לרוב בעלות גבוהה יותר, בתחזוקה שוטפת ובסיכון לתקלות לאורך השנים.

פתרון הצללה נוסף, ויחסית שכיח, הוא אלמנט הצללה קבוע (שאינו דינמי או ניתן להסרה עונתית), כגון פרגולה, גגון, כרכוב גג, ומדפים אופקיים או אנכיים. במקרה זה, הדילמה התכנונית אינה פשוטה: אותו אלמנט נדרש לספק צל משמעותי לאזור המיועד בקיץ, אך עדיין לאפשר לאותו אזור קרינת שמש בתקופה הקרה.

לכאורה מדובר בדרישות סותרות עבור מערכת הצללה קבועה, אך מכיוון שזוויות השמש משתנות לאורך השנה, תכנון מושכל יכול לספק מענה אופטימלי לשתי הדרישות גם יחד — כמה שיותר צל בעונה החמה וכמה שיותר חשיפה לקרינת שמש בעונה הקרה.

למרות העידן הממוחשב, עדיין מקובל בארץ ובעולם לתכנן אמצעי הצללה באמצעות כללי אצבע, הנחיות כלליות או תהליך של ניסוי וטעייה באמצעות הדמיית צל ממוחשבת. בשיטה זו המתכנן מציע פתרון, בודק אותו, מבצע תיקונים וחוזר על התהליך שוב ושוב. אולם גישה זו אינה מבטיחה פתרון מיטבי, ולעיתים אף אינה מגדירה באופן ברור מתי נדרש צל ומתי דווקא דרושה שמש.

בעשורים האחרונים פותחו כלי סימולציה ממוחשבים המאפשרים לא רק לבחון מראש את ההצללה הצפויה לאורך שעות היום ובמהלך עונות השנה, אלא להתחיל דווקא בבחינת התפקוד הנדרש (צל או חשיפה לשמש באזור מסוים), ובהתאם להציע את צורת מערכת ההצללה המתאימה. גישה תכנונית זאת מאפשרת לתכנן על בסיס ביצועים רצויים ולא רק על בסיס אינטואיציה,כללי אצבע, או באמצעות ניסוי ובדיקה.

גישה זאת היוותה בסיס לפיתוח שיטה לתכנון הצללה אופטימאלית, המסייעת בתכנון אמצעי הצללה קבועים, מדויקים ויעילים יותר, באמצעות מיפוי החשיבות היחסית של אזורים במערכת ההצללה למתן צל או לאפשרות מעבר קרינת שמש אל האזור המיועד.

השיטה היוותה בסיס לפיתוח "המודל הנקודתי להצללה אופטימאלית", שפותח על ידי הכותב במסגרת מחקר שבוצע באוניברסיטת אריזונה ושולב בהמשך במספר תוכנות מחשב.

אחד מיתרונות המודל הוא בכך שאינו מכתיב פתרון עיצובי אחד ויחיד, אלא מספק למתכנן את המידע הדרוש לקבלת החלטות תוך שמירה על חופש תכנוני ועיצובי.

לסיכום, הצללה אופטימאלית אינה בהכרח זו שיוצרת את מירב הצל, אלא זו שמספקת את האיזון הטוב ביותר בין צל בקיץ, שמש בחורף, תאורה טבעית, נוחות אקלימית וצריכת אנרגיה לאורך השנה.