באדיבות
"Heat Island Group, Lawrence Berkeley National Laboratory"

מאת אלכס דורון
ספק אם תמצאו היום בישראל מכונית ללא מזגן. כך הדבר גם במדינות חמות אחרות, דוגמת קליפורניה וכמובן אריזונה. מקובלת ההנחה שצבע המכונית – לבן, כסף (כלומר הצבעים הבהירים) לעומת שחור, אדום (כהים) – תורם לקירור תא הנהג והנוסעים. אלא שהיום כבר מופיעים על הכבישים כלי-רכב הצבועים בצבעים כהים שהם מחזירי קרינה - כלומר בעלי ציפוי-נוסף הפועל כרפלקטור – ותודות לכך תא הנהג נשאר בכל זאת מקורר יותר גם כשהשמש קורנת במלוא עוצמתה. הצבעים הללו גם מקילים משמעותית על עבודת המזגן, משרים סביבה נוחה יותר בתא הנהג ועבור נוסעיו ומפחיתים בעומסי המזגן. לכך יש אפוא משמעות רבה בתחום החיסכון האנרגטי. רכב שכזה זולל פחות דלק ולכן גם מזהם פחות את הסביבה.
כל הממצאים הללו הושגו במחקר חדש שבוצע במעבדה הלאומית האמריקנית לורנס-ברקלי (Lawrence Berkeley National Laboratory.) בקליפורניה על-ידי צוות חוקרי יחידת "איי חום" (Heat Island Group) שבראשה עומד ד"ר רונן לוינסון. המחקר התפרסם בכתב העת היוקרתי Applied Energy.
בראיון מיוחד ל-Energianews.com תיאר ד"ר לוינסון את תוצאות הניסויים שבוצעו לצורך המחקר – וגם הדגיש את משמעות הממצאים עבור המכוניות החשמליות העתידיות שמתחילות להופיע על הכבישים.
אביו של ד"ר לוינסון היה סטודנט לתואר שלישי בין השנים 1970-1967 במחלקה לאלקטרוניקה במכון ויצמן, קיבל את תוארו על עבודת מחקר בתחום הפיזיקה של המצב המוצק ובהקשר לחומרים מגנטיים (תוך שימוש בעקרונות "הספקטרוסקופיה על-שם מוסבאוור").
"צבעים מחזירי קרינה סולארית", הסביר ד"ר רונן לוינסון, בשיחה ממעבדתו בברקלי, "יכולים לצמצם את 'הספיג והבליעה' של החום מהשמש, כלומר להקטין בטמפרטורת האוויר שבתוך רכב החונה בשמש. ולכך תהיה גם תרומה לשיפור צריכת הדלק – מה שגם קרוי 'כלכלת דלק' – ובמלים אחרות: לחסכון. צביעת המכונית בצבעים מחזירי הקרינה תאפשר ליצרן הרכב להתקין במכונית מזגן יותר קטן ויותר קל במשקלו שיצרך פחות חשמל מהמנוע וכך אף יאריך את חיי המצבר".
צבעים בהירים כמו לבן וכסף (בעיקר) – אבל גם אחרים שמוגדרים כבהירים – הם אלו שתורמים לקירור תא הנוסעים – משום שהם מחזירי-קרינה של אור השמש, בשיעור של 60% . עם זאת גם הצבעים הכהים שבהם צובעים את מעטפת-הרכב ובתנאי שהם מחזירי-קרינה – ומכונים 'צבעים קרים', מחזירים בראש ובראשונה את גלי-האור הבלתי-נראה, כלומר את 'קרובי ה-תת-אדום' (אינפרה-אדום') שבספקטרום הסולארי והם תורמים ליצירת הסביבה הקרירה הרבה יותר מהצבעים הכהים המסורתיים.
בניסוי, ראשון מסוגו, שבוצע לצורך המחקר, סיפר ד"ר לוינסון, "החנינו שתי מכוניות משפחתיות כמעט-זהות (דגמי הונדה סיביק) בעלות ארבע דלתות (דגמי סדאן) באזור מוכה-השמש בסקרמנטו, קליפורניה. מכונית אחת הייתה בצבע כסף ואחרת – שחורה.
"לאלמנטים האטומים של צבעי מעטפת הרכב של המכונית השחורה ושל הכסופה, נוספו חומרי ציפוי שהגבירו את החזר הקרינה הסולארית כדי 5% ו-58% בהתאמה. ככל שהחזר הסולארי גבוה יותר, המשטח שבולע את האור והחום מהשמש – נותר קריר יותר.
הרכבים שהו ביום השמש הקליפורנית במשך חמישה מחזורים זהים שבהם את "בלעו" את קרינת השמש. כל מחזור שהות כזה נמשך שעה, מבלי להפעיל את המזגן ומיד לאחר מכן עוד חצי שעה שבה המזגן הופעל כדי לקרר את תא הנוסעים . המזגנים בשני הרכבים הופעלו במכסימום העוצמה כדי להחיש את הקירור.
"במהלך הניסוי, ציין ד"ר לוינסון, מדדנו בכל מכונית, את טמפרטורת גג הרכב, את התקרה שבתוך תא הנהג, את הטמפרטורה בלוח המחוונים, של הזכוכית הקדמית, של חלונות-הצד, של המושבים, הדלתות, וגם את זו השוררת בתוך פתחי האוורור. נלקחו בחשבון הטמפרטורות ששררו באותו יום בחוץ".
הטמפרטורה המדודה בשלב השיא בספיגת הקרינה הסולארית של הרכב שגגו צבוע בצבע כסף (עם החזר-קרינה גבוה) היה ב-25 מעלות יותר נמוכה מאשר ברכב השחור עם שיעור החזר-קרינה נמוך.
כאשר הוגדל ההחזר הסולארי בצבע המעטפת של הרכב ב-0.5 (בסקלה שבין 0 ל-1) – הקטינה את שיעור הבליעה וספיגה או הספיחה של טמפרטורת האוויר בתא הנוסעים כדי 6-5 מעלות.
בהמשך הניסוי בנה צוות החוקרים "מודל תרמאלי" המאפשר לחזות את ספיקת מיזוג האוויר (Air Conditioning Capacity ) – או במלים אחרות את שיעור סילוק החום מהסביבה שבו פועל המזגן – על מנת לקרר היטב כל רכב לתנאי טמפרטורה נוחים עבור המשתמשים (25 מעלות) בתוך 30 דקות בלבד של פעולת המזגן ביום שמש ללא עננות כאשר הקרינה בשיאה.
"זה הסטנדרט התעשייתי המבטא את ביצועי המזגן" מדגיש ד"ר לוינסון.
על בסיס המדידות שנעשו בניסוי, העריך צוות הניתוח שניתן לחזות את שיעור הספיקה הנדרשת כדי לקרר את תא הנהג והנוסעים ברכב בצבע כסף שיהיה קטן ב-13% מזה שנדרש להשגת אותה מטרה ברכב בצבע שחור.
הניסוי גם בחן את שאלת זיהום האוויר הנפלט עקב שימוש במזגני רכב הפועלים במקסימום העוצמה שלהם, את צריכת הדלק לשם כך – תוך השוואה בין נהיגה באזור עירוני, או בכביש בין-עירוני מהיר וכן בעת המעבר מנסיעה איטית או במהירות מואצת.
כל הנתונים שולבו בסימולאטור ובמודל הממוחשב להערכת חסכון באנרגיה בכלל, בצריכת הדלק בפרט ובפליטות.
"החלפת הצבע השחור הרגיל שהחזר-הקרינה שלו עומד על 0.05 ב'צבע-קר' בעל שיעור החזר קרינה של 0.35 – יעלה את החיסכון בצריכת הדלק של הרכב ב-1.1% בלבד (או 0.24 מייל/גלון). אפילו בשיעור כזה יוצא בעל הרכב (או היצרן) נישכר כי יאפשר להתקין במכונית מזגן יותר קטן שיתפוס פחות מקום וימשוך פחות חשמל מהמנוע. פליטת הפחמן הדו-חמצני תקטן ב-1.1% - וגם את פליטות המנוע האחרות כמו פחמן חד-חמצני, חנקות ואחרים ב-0.5%.
"ואילו לגבי מכונית לבנה או בצבע כסף ששיעור החזר הקרינה בהן הוא 0.60 – שיעור החיסכון בצריכת הדלק כבר מגיע ל-2% (או 0.44 מייל/גלון) והדבר גם מקטין את פליטות הפחמן הדו-חמצני ב-1.9% ואת שאר פליטות המנוע ב-1% - מה שמשפר את "כלכלת הדלק" (חסכון בצריכה) ב-2%".
"עד היום, הדגיש ד"ר לוינסון, יצרני הרכב מציעים לרוכשים מכוניות שבהן מותקנים מזגנים כש-'ברירת המחדל' שלהם, מבחינת ביצועים, היא מראש עבור כלי הרכב בצבעים הכהים ביותר, כלומר שחור, וכאשר זמן הקירור של האוויר בתא הנוסעים, נמשך יחסית זמן רב ומאמץ מאד את המנוע. הם לא מציעים את המזגנים היותר חסכוניים בצריכת החשמל שלהם, במיוחד עבור הרכבים בצבעים הבהירים. יש כיום מזגני רכב מתקדמים – ממש כמו בבית – שתודות למחשב שבהם, ניתן להתאים את הטמפרטורה הספציפית הרצויה, ולא להסתפק רק בסיבוב המתג בין כמה שנתות, המסומנות בקווים בלוח המחוונים. אנחנו צריכים לזכור שגם כאשר המזגן פועל, יש עדיין נקודות ואזורים בתא הנוסעים במכונית שנשארים חמים כמו הזגוגיות – והם פולטים חום לסביבה הקרובה והוא מתערבב בתוצרי המזגן המקרר".
"שימוש בצבעים מחזירי קרינה יאפשר להקטין ב-13% את גודלו של המזגן – כלומר את המעמסה בשיעור דומה שמוטלת על המנוע. גם אם היו היצרנים משמשים בחומרי ציפוי מחזירי-קרינה כדי לצפות את הזכוכיות (כדי שיסננו את האור וקרינת החום – כולנו היינו נשכרים ורק נהנים מכך הרבה יותר. כמו כן הגיע הזמן שהמכוניות יצוידו בחומרי בידוד טובים יותר, שמערכת האוורור שמחדירה אויר טבעי לתא הנוסעים, תשתפר. כנ"ל אם היו צובעים כך גם דלתות ואפילו את חומרי הריפוד של המושבים".
על חשיבות הצבעים מחזירי-הקרינה למכוניות החשמליות העתידיות, אומר ד"ר לוינסון: "בזכותם, המזגנים כאמור יהיו יותר קטנים, יתפסו פחות מקום בתא המטען – המשקל הכולל של הרכב יפחת – וטווח הנסיעה של הרכב החשמלי, יגדל".

תמצית המאמר המדעי :

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0306261911002972

והודעה לתקשורת על הופעת המאמר ששלחה המעבדה הלאומית-ממשלתית לורנס ברקלי
http://eetd.lbl.gov/news-archives/news-cool-cars.html