איי חום עירוניים

איי חום עירוניים (Urban Heat Islands) מהווים תופעה אקלימית משמעותית המאפיינת אזורים עירוניים ומטרופוליניים ברחבי העולם. תופעה זו נגרמת בשל מספר גורמים, ביניהם בנייה צפופה, שימוש נרחב בחומרים כמו אספלט ובטון הסופגים ומקרינים חום, ופחות שטחים ירוקים המקררים את הערים. איי החום העירוניים משפיעים לא רק על איכות החיים של התושבים, אלא גם על בריאותם, צריכת האנרגיה והמערכות האקולוגיות הסובבות. הבנה מעמיקה של ההיבטים הסביבתיים, ההנדסיים, התכנוניים והמשפטיים הקשורים לאיי החום העירוניים היא קריטית עבור רשויות, ארגונים ותושבים המעוניינים לפעול להפחתת ההשפעות השליליות. משרד וולר ושות’ מציע ליווי משפטי מקיף בנושאים אלו, לרשויות, לארגונים ולחברות.

מנגנוני היווצרות איי חום עירוניים

אלבדו מופחת

אחד הגורמים המרכזיים להיווצרות איי חום עירוניים הוא האלבדו המופחת של משטחים עירוניים. אַלְבֶּדוֹ (בלטינית: Albedo, לובן) מבטא את מידת ההחזריות של משטח או גוף מתוך סך האנרגיה שפגעה (נע בין 0% ל-100%). משטחים עירוניים כהים, כגון אספלט וגגות שחורים, מאופיינים באלבדו נמוך ולפיכך סופגים כמות גדולה יותר של קרינת שמש בהשוואה למשטחים טבעיים. תהליך זה מוביל לחימום מוגבר של הסביבה העירונית. האלבדו הממוצע של משטחי אספלט נע בין 0.05 ל-0.20, בעוד שהאלבדו של קרקע חשופה או צמחייה עשוי להגיע ל-0.30-0.40. הבדל זה משמעותי ביותר כאשר מביאים בחשבון את השטח הנרחב המכוסה באספלט בערים מודרניות.

קיבולת חום גבוהה של חומרי בנייה

חומרי הבנייה הנפוצים בסביבה העירונית, כגון בטון ואספלט, מאופיינים בקיבולת חום גבוהה. תכונה זו מאפשרת להם לאגור כמויות גדולות של אנרגיה תרמית במהלך היום ולשחרר אותה בשעות הלילה. התהליך הזה מוביל לתופעה הידועה כ”אפקט החימום הנותר” (Residual Heat Effect), המתבטא בטמפרטורות גבוהות יותר בלילה באזורים עירוניים בהשוואה לאזורים כפריים.

מחקרים מראים כי ההבדל בטמפרטורות הלילה בין אזורים עירוניים לכפריים עשוי להגיע ל-5-7 מעלות צלזיוס בתנאים מסוימים. תופעה זו משפיעה באופן משמעותי על נוחות תרמית של תושבים ועל צריכת האנרגיה לקירור בשעות הלילה.

גיאומטריה עירונית

המבנה הגיאומטרי של הסביבה העירונית, המאופיין בבניינים גבוהים ורחובות צרים, יוצר תופעה הידועה כ”קניון עירוני” (urban street canyons): ככל שהרחובות צרים ועמוקים יותר, כך צפויה לעלות העוצמה המרבית של אי החום העירוני. מבנה זה משפיע על תנועת האוויר, פיזור החום וחדירת קרינת השמש לרחובות העיר. הפרמטר העיקרי המשמש להערכת השפעת הגיאומטריה העירונית על היווצרות איי חום הוא יחס הגובה לרוחב (Height-to-Width Ratio – H/W). ככל שיחס זה גבוה יותר, כך גדלה ההסתברות ללכידת חום ולהפחתת הסירקולציה של האוויר. מחקרים מראים כי באזורים עירוניים צפופים עם יחס H/W גבוה (מעל 2), הטמפרטורה עשויה להיות גבוהה ב-2-4 מעלות צלזיוס בהשוואה לאזורים פתוחים יותר באותה עיר.

פליטות אנתרופוגניות

פעילות אנושית בסביבה העירונית מהווה מקור משמעותי לפליטות חום. מקורות אלה כוללים:

• תחבורה. כלי רכב פולטים חום כתוצאה מבעירת דלק ומחיכוך בין הצמיגים לכביש.
• מערכות מיזוג אוויר. פליטת חום לסביבה החיצונית כחלק מתהליך הקירור.
• תעשייה. תהליכים תעשייתיים רבים כרוכים בפליטת חום לסביבה.
• תאורת רחוב ושילוט. מקורות אור מלאכותיים תורמים לחימום הסביבה העירונית.

מחקרים מעריכים כי בערים גדולות, פליטות אנתרופוגניות עשויות לתרום עד 2-3 מעלות צלזיוס לטמפרטורה העירונית בשעות השיא.

השפעות סביבתיות ובריאותיות של איי חום עירוניים

בריאות הציבור

• איי חום עירוניים מהווים גורם סיכון משמעותי לבריאות הציבור, במיוחד עבור אוכלוסיות פגיעות כגון קשישים, ילדים ואנשים עם מחלות כרוניות. ההשפעות הבריאותיות כוללות:
• עלייה בתמותה הקשורה לחום. מחקרים אפידמיולוגיים מראים כי בתקופות של גלי חום, שיעור התמותה באזורים עירוניים עולה באופן משמעותי. לדוגמה, במהלך גל החום באירופה בשנת 2003, נרשמה עלייה של כ-70,000 מקרי מוות הקשורים לחום. העלייה בתמותה נרשמה אמנם בעיקר בקרב אוכלוסייה מבוגרת ששהתה מרבית הזמן בביתה, אולם מיוחסת, בין היתר, לעובדה שהטמפרטורות הגבוהות בלילה, שהוחמרו עקב איי-החום העירוניים, מנעו את האפשרות לצנן דירות מגורים ללא מיזוג אוויר.
• החמרה של מחלות קרדיו-וסקולריות ונשימתיות. טמפרטורות גבוהות מגבירות את העומס על מערכת הלב וכלי הדם, ועלולות להחמיר מצבים כרוניים כגון אסתמה ומחלת ריאות חסימתית כרונית (COPD).
• פגיעה בתפקוד הקוגניטיבי. חשיפה לטמפרטורות גבוהות עלולה לפגוע ביכולות הקוגניטיביות, במיוחד בקרב תלמידים ועובדים.
• הפרעות שינה. טמפרטורות גבוהות בשעות הלילה, כתוצאה מאפקט החימום הנותר, עלולות לפגוע באיכות השינה ולהוביל להשפעות בריאותיות שליליות לטווח ארוך.

איכות האוויר

איי חום עירוניים משפיעים באופן ישיר ועקיף על איכות האוויר בערים, במספר דרכים. ראשית, טמפרטורות גבוהות מאיצות את התגובות הפוטוכימיות המובילות ליצירת אוזון ברמת הקרקע. שנית, הגברת פליטות מזהמים: עלייה בצריכת האנרגיה לקירור מובילה לעלייה בפליטות מזהמים מתחנות כוח, במיוחד באזורים המסתמכים על דלקים פוסיליים לייצור חשמל. שלישית, התנאים המטאורולוגיים הייחודיים הנוצרים באיי חום עירוניים, כגון שינויים בדפוסי הרוח ובגובה שכבת הערבוב, משפיעים על פיזור מזהמי אוויר בסביבה העירונית.

מערכות אקולוגיות עירוניות

איי חום עירוניים משפיעים גם על המערכות האקולוגיות בערים באופן הבא –

• שינויים בהרכב מיני הצמחים. טמפרטורות גבוהות יותר עשויות לשנות את התנאים האופטימליים לגידול של מינים מסוימים, ולהוביל לשינויים בהרכב הצמחייה העירונית.
• השפעה על אוכלוסיות בעלי חיים. שינויים בטמפרטורה משפיעים על דפוסי התנהגות, רבייה ותזונה של בעלי חיים עירוניים, ועלולים לשבש מערכות אקולוגיות מקומיות.

אסטרטגיות להפחתת איי חום עירוניים 

שיפור האלבדו העירוני

אחת האסטרטגיות היעילות להפחתת עוצמת איי החום העירוניים היא העלאת האלבדו של משטחים עירוניים:

• גגות קרים (Cool Roofs). שימוש בחומרי ציפוי רפלקטיביים או צבעים בהירים על גגות מבנים. מחקרים מראים כי גגות קרים יכולים להפחית את הטמפרטורה הפנימית של מבנים ב-2-5 מעלות צלזיוס, ולהפחית את צריכת האנרגיה לקירור ב-10-40%.
• כבישים ומדרכות רפלקטיביים (ריצוף קריר – Cool Paving). שימוש באספלט בהיר או בתוספים רפלקטיביים בתערובות אספלט. מחקרים מראים כי כבישים רפלקטיביים יכולים להפחית את טמפרטורת פני השטח ב-10-15 מעלות צלזיוס בהשוואה לאספלט רגיל.
• צביעת קירות חיצוניים בצבעים בהירים: אסטרטגיה זו יעילה במיוחד באזורים עם אקלים חם, ויכולה להפחית את הטמפרטורה הפנימית של מבנים ב-1-2 מעלות צלזיוס.
• הצבת פאנלים סולאריים על גבי בתים פרטיים ועל גבי מוסדות ציבור. מחקרים מהארץ ומהעולם מראים כי לפאנלים סולאריים תרומה לקירוי גגות ומבנים, שכן הם קולטים את חום השמש לפני שהוא נספג במלואו בגג (וראה סקירה בנושא התועלת הנוספת ממתקנים סולאריים על גגות, כאן). מהלך זה החל להיות מיושם במדינת ישראל, במסגרת החלטת המועצה הארצית לתכנון ולבנייה מיום 6/8/2024, לתיקון לתקנות התכנון והבניה, לפיה כל בניין חדש שאינו למגורים וכל בית מגורים צמוד קרקע חדש יחויבו בהתקנת מערכות סולאריות (PV) לייצור אנרגיה מתחדשת. וראו סקירה בנושא חובת הצבת פאנלים סולאריים בבניינים חדשים.

הגדלת הכיסוי הצמחי

הגדלת השטחים הירוקים בערים מהווה אסטרטגיה מרכזית בהפחתת איי-חום:

• נטיעת עצים לאורך רחובות. עצים מספקים צל ומפחיתים את טמפרטורת האוויר באמצעות אוופוטרנספירציה. מחקרים מראים כי אזורים עם כיסוי עצים נרחב יכולים להיות קרים ב-2-4 מעלות צלזיוס בהשוואה לאזורים ללא עצים.
• יצירת פארקים ושטחים ירוקים. פארקים עירוניים יכולים ליצור “איי קור” בתוך הסביבה העירונית. מחקרים מראים כי פארקים גדולים יכולים להיות קרים ב-1-3 מעלות צלזיוס מסביבתם, עם השפעה הנמשכת עד למרחק של מאות מטרים מגבולות הפארק. עם זאת, יש לציין כי לא ניתן לקבוע באופן חד-משמעי מה ההשפעה של תוספת צמחייה במקום מסוים על הטמפרטורה במרחב העירוני כולו, וכמו כן לא ניתן להפריד בין השפעת הצמחייה לגורמים אחרים המשפיעים על הטמפרטורה העירונית.
• גגות ירוקים. יישום של צמחייה על גגות מבנים מספק בידוד תרמי נוסף ומפחית את טמפרטורת פני השטח. מחקרים מראים כי גגות ירוקים יכולים להפחית את הטמפרטורה על פני הגג ב-30-60 מעלות צלזיוס בהשוואה לגגות קונבנציונליים, ולהפחית את צריכת האנרגיה לקירור ב-0.7-14.5%.
• קירות ירוקים. התקנת מערכות צמחייה אנכיות על קירות מבנים. קירות ירוקים מספקים בידוד תרמי ומפחיתים את הטמפרטורה הפנימית של מבנים. מחקרים מראים כי קירות ירוקים יכולים להפחית את הטמפרטורה הפנימית של מבנים ב-5-10 מעלות צלזיוס.

תכנון עירוני מותאם אקלים

תכנון עירוני המתחשב בתנאי האקלים המקומיים יכול לסייע בהפחתת עוצמת איי החום, כדלקמן:

• אוריינטציה של רחובות ומבנים. תכנון הכיוון של רחובות ומבנים כך שימקסמו הצללה ויאפשרו זרימת אוויר אופטימלית. מחקרים מראים כי תכנון נכון של אוריינטציית רחובות יכול להפחית את הטמפרטורה ברחוב ב-2-4 מעלות צלזיוס.
• יצירת מסדרונות רוח. תכנון של “מסדרונות” פתוחים בעיר לצורך זרימת אוויר טובה. מסדרונות אלה יכולים להפחית את הטמפרטורה באזורים עירוניים ב-1-2 מעלות צלזיוס ולשפר את איכות האוויר.
• שימור ושיקום של גופי מים עירוניים. נחלים, אגמים ומזרקות עירוניות מסייעים בקירור הסביבה באמצעות אידוי. מחקרים מראים כי אזורים בקרבת גופי מים עשויים להיות קרים ב-2-6 מעלות צלזיוס מסביבתם.

אסטרטגיות טכנולוגיות ומבניות

שיפור יעילות אנרגטית של מבנים. בידוד משופר, חלונות יעילים אנרגטית ומערכות מיזוג אוויר מתקדמות מפחיתים את פליטות החום האנתרופוגניות. מחקרים מראים כי מבנים יעילים אנרגטית יכולים להפחית את צריכת האנרגיה לקירור ב-30-50%. לצד אסטרטגיה זו, שימוש בעקרונות תכנון פסיביים כגון אוורור טבעי והצללה דינמית. ולבסוף, מערכות ניטור וניהול חכמות – שימוש בחיישנים ומערכות ניהול מתקדמות לניטור ואופטימיזציה של תנאי האקלים העירוני בזמן אמת.

• • שירותים אלה עשויים לכלול, בין היתר: אספקת ציוד הגברה, תאורה, במות, מחסומים, פתרונות חשמל, ריהוט ואביזרים נלווים; התקשרות עם ספקים ייעודיים; תיאום מול גורמים עירוניים; ביצוע בינוי, התקנות, פיקוח שטח וניהול לוגיסטי חלקי או מלא, והכול בהתאם להנחיות החברה.

אתגרים ביישום אסטרטגיות הפחתה

למרות היעילות המוכחת של האסטרטגיות שהוצגו, יישומן בקנה מידה רחב מציב מספר אתגרים. ראשית, עלויות כלכליות: רבות מהאסטרטגיות דורשות השקעה ראשונית משמעותית, מה שעלול להוות מכשול ליישומן, במיוחד בערים עם משאבים מוגבלים. שנית, מגבלות רגולטוריות: שינויים בתקני בנייה ותקנות תכנון עירוני עשויים להידרש כדי לאפשר יישום של חלק מהאסטרטגיות. שלישית, התנגדות ציבורית: שינויים משמעותיים בנוף העירוני עלולים להיתקל בהתנגדות מצד תושבים, במיוחד אם הם נתפסים כפוגעים באסתטיקה או בנוחות. רביעית, מורכבות טכנית: חלק מהאסטרטגיות דורשות ידע טכני מתקדם ומיומנויות מקצועיות ספציפיות, מה שעלול להגביל את יישומן בקנה מידה רחב. וחמישית, המתח בין הצורך בהפחתת איי חום לבין אינטרסים כלכליים או פוליטיים אחרים בתכנון העירוני.

תמונת המצב במדינת ישראל

סיכום

איי-חום עירוניים מהווים אתגר משמעותי עבור המרחב העירוני, עם השלכות נרחבות על בריאות הציבור, איכות הסביבה וצריכת האנרגיה. יישום אפקטיבי של אסטרטגיות להפחתת איי החום דורש גישה רב-תחומית ושיתוף פעולה בין מתכנני ערים, מהנדסים, אקולוגים, עורכי דין לאיכות הסביבה ותכנון ועירוני, מומחי בריאות הציבור וקובעי מדיניות. בעוד שהאתגרים ביישום אסטרטגיות אלה משמעותיים, ההשלכות ארוכות הטווח של אי-טיפול בבעיה מחייבות פעולה מיידית ונחושה.

הבנה מעמיקה של ההיבטים הסביבתיים, ההנדסיים, התכנוניים והמשפטיים הקשורים לאיי החום העירוניים היא קריטית עבור רשויות, ארגונים ותושבים המעוניינים לפעול להפחתת ההשפעות השליליות. משרד וולר ושות’ מציע ליווי משפטי מקיף בנושאים אלו, כולל ייעוץ בתכנון עירוני בר-קיימא, תמיכה במיזמים ירוקים וייצוג משפטי במקרים של הפרות רגולציה סביבתית. צרו קשר, כאן.