חכמת החמנייה

מאת: יעל הלפמן כהן

ספירלה היא אחת הצורות החוזרות (והיפות !) בטבע והיא מזוהה עם תהליכי בנייה, התפתחות, וצמיחה. אם נתבונן מקרוב על החמנייה נבחין שהזרעים (הגרעינים…) מסודרים בספירלות היוצאות מהמרכז עם כיוון השעון ונגד כיוון השעון. מספר הספירלות בכל כיוון הוא מספר פיבונאצ'י (…..1,1,2,3,5,8,13,21,34). לדוגמא, בחמניות רבות יש 21 ספירלות עם כיוון השעון ו- 34 ספירלות נגד כיוון השעון, שניהם מספרי פיבונאצי. סידור זה מאפשר אריזה אופטימלית של הזרעים, ממקסם את מספר הזרעים שיכולים להיכנס לראש הפרח תוך הימנעות מצפיפות יתר. זה גם מבטיח שלכל זרע יש גישה לאור שמש מספיק ומקום לצמיחה. גם סידור העלים על הגבעולים בצמחים מתואם עם יחס זה, כך שכל עלה יקבל בצמיחתו שמש מקסימלית. אם נחלק 360 מעלות של הגבעול העגול במספר 1.618 (יחס הזהב) נקבל בדיוק את מיקומי העלים על הגבעול.

בואו נהפוך עכשיו כל גרעין בחמניה לבניין בעיר. בערים יש מבנים רבים שיכולים בסידור מרחבי אחד להסתיר לזה לזה את השמש ואילו בסידור מרחבי אחר לאפשר זרימת אור מקסימלית. את המתמטיקה של הטבע ניתן לרתום כעת לתכנון ערים כדי להגביר קליטת אור במבנים. הצורך בולט במיוחד באזורים בהם קרינת השמש נמוכה. אזורים אלו תלויים בדלקים מאובנים לסיפוק הצרכים האנרגטיים העירוניים.

חוקרים מאוניברסיטאות בעיראק, ירדן ואיחוד האמירויות עסקו בדיוק בשאלה זו – האם יש יתרון בחשיפה לשמש לעיצוב כזה או אחר בתכנון עירוני. החוקרים מצאו כי ערים עתיקות כמו בגדד השתמשו בעיצוב רדיאלי עם כבישים מעגליים. לעומת זאת, בערים מודרניות יותר כמו ברצלונה היו רחובות שהתנהלו בזווית ישרה זה לזה. אבל העיצוב המנצח נמצא בטבע.

בהדמיה שערכו החוקרים לא שינו כלל את הגיאומטריה של הבניין אלא רק את מיקומו על המגרש ואת כיוונו. החוקרים גילו שאם המבנים יפוזרו בשטח כמו גרעיני החמנייה בצורה ספיראלית, קרינת השמש תגיע באופן שווה לכל המבנים. כאשר השוו החוקרים את פיזור החמנייה לעומת מבנה רדיאלי או מבנה דמוי רשת, נמצא יתרון לפיזור החמנייה. במשטחי הגגות יש יתרון של 4% בחשיפה לשמש ואילו בחזיתות ההבדל גדול יותר ועומד על 12%. גם באזורים שמקבלים כמויות נמוכות של שמש, ההבדל ניכר.

את הבניינים שנבנו לא נעקור, אבל מודל החמנייה יכול לשמש לתכנון עירוני של ערים חדשות כדי להבטיח חשיפה מקסימלית לאור השמש לאחר הבנייה. זהו פתרון אנרגטי שכדאי וראוי לקחת בחשבון כאשר מתכננים ערים. אם נשתמש בשטחי גגות וחזיתות מבנים כמשטחים להצבת פאנלים סולאריים, המשמעות תהיה קצירה גדולה יותר של אנרגיה.

תכנון לפי יחס הזהב יביא את האור הזהוב גם לערים שפחות חשופות אליו בשל מיקומן.

מקור:

Alkhalidi, A., Al-Qroum, M., Tmimi, A. A., & Khawaja, M. K. (2024). Sunflower inspired urban city pattern to improve solar energy utilization in low solar radiation countries. Renewable Energy Focus, 48, 100527.