מערכות בניין

מערכות בניין הן מערכות תשתית המשרתות את משתמשי הבניין לצרכיהם השונים. הן מוחבאות לרוב בתוך המבנה אך הן מהוות חלק בלתי נפרד מתפקודו של הבניין כמכונה גדולה ומורכבת.

בעבר, היו מערכות הבניין מצומצמות מאוד אך כיום הן רבות ודורשות תכנון קפדני של מיקומן בבניין, חיבורן תוך כדי הבנייה, תיאום בין המערכות השונות והכנות למערכות בניין עתידיות שניתן להוסיף או להרחיב גם לאחר תום הבנייה. מערכות הבנייה הבסיסיות ביותר והעתיקות ביותר הן מערכות הביוב והמים. מערכות אלו מאפשרות חיים נוחים בבניין ושומרות על תברואת משתמשיו. מערכות בניין נוספות אשר הפכו במהלך מאה השנים האחרונות למערכות בסיסיות בכל מבנה הן: חשמל, תאורה, גז וטלפוניה. בבנייה המודרנית ניתן למצוא לפחות עשר מערכות נוספות כגון קווי תקשורת, כבלים, מיזוג אוויר, מערכת אזעקה, מערכת כיבוי אש, קולנוע ביתי ועוד.

רוב סוגי מערכות הבניין, לפחות הבסיסיות שביניהן, עובדות כחלק ממערכת תשתיתית רחבה והיררכית בכמה רמות, מרמת הדירה או היחידה הבסיסית של הבניין, הבניין כולו, הרמה העירונית או המקומית וגם בקנה המידה האזורי-ארצי. לדוגמה, מערכת המים של דירה מסוימת בבניין קשורה למערכת המים של הבניין כולו ומסתמכת על משאבת הבניין. הבניין עצמו מחובר לתשתיות המים העירוניות שמקורותיהן יכולים להיות גם ברמה האזורית או הארצית (כגון המוביל הארצי, במקרה של ישראל).

מערכות בניין נפוצות
מגוון המערכות אותן ניתן למצוא כיום במבנים שונים הוא עצום, משתנה בין סוגי מבנים שונים וגדל באופן מתמיד עם התקדמות הטכנולוגיה ובעיקר עם העלייה ברמת החיים. להלן סוגי המערכות הנפוצות ביותר, מן הבסיסיות והעתיקות ביותר ועד המיוחדות והמתקדמות ביותר או אלו הנבנות לרוב כמותרות יוקרתיות.

ביוב

מערכת ביוב היא מערכת הבניין הבסיסית ביותר אשר בלעדיה לא יכולים לתפקד דיירי בניין במציאות המודרנית. תפקידה של מערכת זו היא פינוי כל השפכים הנוצרים בבניין אל מחוצה לו. מערכת הביוב של הבניין מקושרת למערכת הביוב העירונית המתפקדת באופן דומה וממשיכה להזרים את השפכים אל מרכז טיהור שפכים, לים או לנהר (דבר שכיום, משיקולי איכות סביבה, כמעט ולא נעשה ללא טיפול מקדים בשפכים). במקומות בהם לא קיימות תשתיות מפותחות, מפונים השפכים לבורות ספיגה או מפונים ישירות לגופי מים זורמים. אלמלא מערכת ביוב תקינה, הופכת סביבת המחיה האנושית למזוהמת הגורמת למחלות ומגפות קשות. בערים עתיקות, בהן לא היו מערכות ביוב תקינות, היוו השפכים אחד מגורמי התמותה העיקריים בעיר, מציאות הקיימת גם בחלקים עירוניים שונים של ערים במדינות העולם השלישי. מערכות ביוב בקנה המידה העירוני קיימות עוד מהעת העתיקה, בעיקר מתקופת רומא העתיקה ומערכות פשוטות של פינוי שפכים ברמת הבניין קיימות גם כן מזה מאות שנים.

מערכת הביוב מתפקדת באופן פשוט בזכות העובדה כי אינה מצריכה אנרגיה ופינוי השפכים מתבצע בזכות כח הכבידה בלבד. נקודות הקצה של המערכת הם הכיורים, האסלות ואגני המקלחות והאמבטיות מהם מתנקזים מי השופכין דרך צנרת הביוב. צנרת זו כוללת צינורות בקטרים שונים וחיבורים עם נקודות ביקורת. קטרי הצינורות הסטנדרטיים הם 2 צול עבור כיורים ומקלחות ו-4 צול עבור צינורות המנקזים אסלות. צינורות בקוטר שונה המתחברים וממשיכים להתנקז כצינור אחד חייבים להמשיך בצינור בעל הקוטר הגדול מבין השניים או יותר. לרוב, צינורות ניקוז בתוך הבניין, המנקזים אליהם צנרות ביוב רבות, אינן גדולות מ-8 צול עד הגעתם למערכת הביוב העירונית.

צינורות הביוב חייבים להימצא בשיפוע של לפחות 1.5% על מנת לאפשר לשופכין לזרום בקלות. מסיבה זו, חייבים להימצא בבניין קולטנים - צינורות אנכיים אליהם מתחברים הצינורות האופקיים בדרך הקצרה ביותר, אחרת, עובי הרצפה לא יכול להכיל את גודל הצנרת ויש צורך למצוא לכך פתרונות אדריכליים שונים (כגון הגבהה מקומית של הרצפה).

למעט צינורות היוצאים מכלים סניטריים אשר אליהם גישה קלה ונוחה, צינורות הביוב תמיד ישרים ונקודות הביקורת הן הכרחיות בכל חיבור של שני צינורות וכל זאת על מנת לאפשר טיפול בסתימות או דליפות שהן הבעיות השכיחות ביותר במערכת הביוב. נקודות הביקורת הן בעלות עומק של כמה סנטימטרים ובהם עומדים מים המתחלפים בכל פעם שזורמים בהם שפכים. תפקיד מים אלו הוא למנוע מעבר של ריחות לא נעימים מחלל צנרת הביוב חזרה אל הכלי הסניטרי המחובר אל נקודת הביקורת. מנגנון פשוט דומה נמצא גם תחת כל הכיורים ונקרא "סִיפוֹן" (Siphon). הסיפון מאפשר גם ניקוי נוח וקל של לכלוך המצטבר בתחילת המערכת וגורם לסתימות.

בשלב התכנון והבנייה, הנחת הצינורות וקביעת מיקום נקודות הביקורת חייבים לקחת בחשבון את הקלות של תיקון תקלות ואף האפשרות להחליף צנרת פגומה הכרוכה בהרמת הריצוף. מסיבה זו, לא מעבירים את הצינורות מתחת נקודות בעייתיות במבנה והם עוברים לאורך רצפות רציפות ונגישות.

לכל קולטן (צינור אנכי) קיים קצה עליון בחלקו העליון של הבניין הבולט לפחות כ-30 ס"מ מעל גובה מעקה הגג. בקצה הקולטן פתח אוויר המאפשר זרימה חופשית של אוויר מבחוץ על מנת שלא תיווצר בעיה של לחצי אוויר בתוך מערכת הביוב שתגרום לבסוף לסתימות. הקולטנים מכוסים ב"כובע" מיוחד בעל רשת אשר מאפשר את מעבר האוויר אך מונע כניסה של לכלוך או בעלי חיים קטנים. לרוב, מוצנעים הקולטנים או מוסתרים בדרכים שונות על מנת לא להוות מפגע חזותי.

ניקוז

מערכת ניקוז המים היא מערכת פשוטה ובסיסית גם כן ותפקידה פינוי מי גשמים מן הבניין. ברוב המבנים, די בגגות משופעים ומרזבים חיצוניים לפינוי מי הגשמים אך במבנים בעלי גגות שטחים עם מעקות, כאלה המהווים שטחים שימושיים בעצמם ובפרט, מבנים בעלי גגות מדורגים הכוללים כמה מפלסי גג שחלקם רחוקים מן הקירות החיצוניים ביותר של הבניין, נדרשים צינורות שתפקידם פינוי יעיל של מי הגשם. בדומה למערכת הביוב, גם מערכת פשוטה זו אינה צורכת אנרגיה ודי בשיפועים קלים כדי לפנות את המים. קיומה של מערכת זו בקירות חיצוניים בלבד, לרוב בפינות הבניין, מקלה מאוד על תכנונה בשל העובדה שאינה מתנגשת עם מערכות אחרות. בבניינים מסוימים בהם קיימות הכנות למערכת מיזוג אוויר מרכזיות, נוספים צינורות ניקוז למים מזוקקים הנפלטים מן המזגנים גם בפנים המבנה, אותם ניתן לנקז כמו מי הגשם, לאו דווקא אל הביוב.

הבדל משמעותי נוסף בין מערכת הניקוז למערכת הביוב הוא העובדה כי ניקוז מי הגשמים יכול להתנקז לאדמה, לתעלות או לנחל טבעי ללא חשש. בערים שונות קיימת אף הקפדה על הפרדת ניקוז מי הגשמים וניקוז הביוב מכמה סיבות: ספיגת המים באדמה או ניקוזם לנחלים טבעיים שומר על מי התהום או על מאגרי המים המתוקים ולמעשה יכול לחסוך במקורות מים. בנוסף, הפרדתם מקטינה את העומס על מערכת הביוב ומונעת הצפת מערכת הביוב בזמן גשמים כבדים (דבר בלתי נסבל לעומת הצפה זמנית של מי גשמים בלבד). עם זאת, ברוב המקומות אין הקפדה על כך וניקוז מי הגשמים מגיע לבסוף למערכת הביוב, בין אם בתוך הבניין עצמו ובין אם למערכת העירונית.

מים
מערכת המים של בניין כוללת חיבור לצנרת המים המתוקים העירונית והזרמתם בלחץ אל נקודות הקצה שהם ברזים וסוללות מים קרים וחמים ומערכת כיבוי האש (ראו בהמשך). לחץ המים מתקבל בשתי דרכים:
מקור המים הוא במגדל מים הנמצא בנקודה הגבוהה ביותר ביישוב והמים זורמים משם אל נקודות הקצה על פי חוק כלים שלובים.
הבניין כולל משאבת מים המעלה את המים אל מכל מים גדול על גג הבניין אשר ממנו מוזרמים בלחץ המים אל שאר המבנה בדומה לפעולת מגדל המים. בשום מבנה, אין המשאבה לוחצת את המים ישירות אל הברזים משום שנדרשת לשם כך אנרגיה רבה המתבזבזת לשווא ואין יכולת לשלוט על לחץ המים היוצא מן הברז.
המים המגיעים אל הבניין הם מים בטמפרטורת החדר ולכן ברוב הבניינים מתחלקת מערכת המים למערכת צינורות מקבילה של מים חמים. צינורות המים הקרים מופיעים בבניין בצבע כחול ואילו צינורות המים החמים בצבע אדום. חימום המים נעשה על ידי העברת צינורותיהם דרך דודי חימום שעשויים להיות דודי שמש המנצלים את אנרגיית השמש או דודים הפועלים על חשמל, גז או מקורות אנרגיה נוספים.

בגישות עכשוויות של בנייה ירוקה מתוכננת מערכת המים לשמש גם באופן עקיף לחימום או קירור הבית. לדוגמה, צנרת מים חמים העוברת מתחת לריצוף הבית, עשויה לשמש כתחליף או בנוסף למערכת ההסקה ולחסוך בכך כמות משמעותית של אנרגיה.

חשמל

תפקיד מערכת החשמל בבניין הוא להעביר את האנרגיה החשמלית ממקור ההזנה של המבנה ועד לצרכנים, תוך הגנה מרבית מפני התקלות האופייניות לשימוש באנרגיה חשמלית - התחשמלות וקצר חשמלי.

בבסיסה, מורכבת מערכת החשמל בבניין משלושה סוגי רכיבים:
 מוליכים: בדרך כלל חוטי נחושת או אלומיניום שתפקידם להוליך את הזרם החשמלי.
 מערכות הגנה: אלו הם לוח החשמל ומערכת ההארקה.
 אביזרי קצה: אלו הם האביזרים המהווים את הממשק בין מערכת החשמל לבין המשתמשים בה.

מערכת החשמל מאפשרת חיבור של מגוון מכשירי חשמל על ידי שקעי מתח או על ידי חיבור ישיר לכבלי המערכת. חיבור ישיר, שלא באמצעות שקעים, מתבצע עבור מערכת התאורה והמיזוג אוויר, מערכות חשמליות משניות נוספות ומכשירי חשמל נייחים כגון מנועים חשמליים לפתיחה של תריסים ודלתות, קולטי אדים, דודי חימום חשמליים וכדומה.

רוב מערכות החשמל פועלות בזרם חילופין, בתדר 50 הרץ ובמתח פאזי 220 וולט (60 הרץ ו-110 וולט בארצות הברית). צריכת החשמל משתנה בין מכשירים שונים הצורכים כמות שונה של זרם חשמלי. מערכת ההזנה הראשית של ספקי החשמל היא תלת פאזית אולם החיבור לבניינים או לחלקים מהם יכול להיות חד-פאזי, דו-פאזי (בארצות הברית, לדוגמה) או תלת-פאזי. עם זאת, רוב מכשירי החשמל הביתיים הם חד-פאזיים. כאשר מערכת החשמל הביתית היא תלת-פאזית מתבצעת חלוקת מכשירים בין הפאזות בצורה מאוזנת על מנת שמכשירים הצורכים כמות גדולה של זרם לא יפילו את כל המערכת במצב של עומס יתר.

מוליכי החשמל עוברים מנקודות הקצה בשקעים או במכשירים המיוחדים, דרך הקירות והרצפות, עד לארון החשמל הביתי ובו לוח חשמל. כל ארונות החשמל מחוברים אל ארון החשמל הראשי של הבניין דרך מוני צריכה וממנו אל שנאיים ואל מערכת החשמל העירונית. בארון החשמל המקומי קיימת החלוקה לפאזות ועבור כל קבוצת שקעים השייכים לפאזה מסוימת, מערכת כבלי חשמל נפרדת. מכשירי חשמל תלת-פאזיים מחוברים לשקעים תלת-פאזיים המספקים כמות גדולה יותר זרם.

חיווט מוליכי החשמל בקירות חייב להקפיד על מספר כללים שמטרתם הקלה על הבנייה, הקלה על תחזוקתה השוטפת של המערכת, ומניעת אסונות. ככלל, כל מוליכי החשמל בבניין חייבים לעבור במספר המקומות המצומצם ביותר האפשרי. כיוונם בתוך הקירות חייב להיות אנכי, מהרצפה או התקרה ועד לשקעים או נקודות הביקורת. בין נקודות ביקורת הנמצאות בקיר (ומכוסות על ידי מכסה עגול לרוב, צבוע בצבע הקיר) יכולים לעבור חוטים נוספים. חיווט תקין מקל על מציאת מסלולי הכבלים בקירות כאשר יש צורך בשיפוץ, תיקון כלשהו או צורך בהשחלה של כבלים נוספים. כמו כן, הוא מאפשר לדעת באילו מקומות בקיר ניתן לקדוח בבטחה ללא חשש שהמקדח יפגע בכבל חשמלי כלשהו. עקרונות אלה נכונים גם לגבי מערכות חשמליות נוספות כגון התאורה, התקשורת ועוד.

בכל מבנה חייבת להימצא גם אלקטרודה תת-קרקעית שתפקידה לאפשר הארקה למערכת חשמל. מכל שקע קיים חיבור לכבל הארקה מרכזי העובר בבניין ומגיע עד האדמה. אל כבל ההארקה מתחברת גם מערכת קליטת ברקים, אם קיימת, על גג הבניין.

תאורה

מערכת התאורה מהווה חלק ממערכת החשמל המקומית, וכמוה מחולקת גם היא לפאזות. המערכת כוללת גופי תאורה מסוגים שונים ומפסקים מסוגים שונים המפעילים אותם. בדרך כלל כל חדר במבנה כולל לפחות גוף תאורה אחד ועבור כל אחד מאלה לפחות מפסק אחד. בין סוגי המפסקים ניתן למנות:
 מפסק רגיל בודד - קובע אם מנורה תדלוק או תכבה.
 מפסק כפול - בהם שני לחצנים או יותר המתוכננים להדליק שתי מנורות באותו החלל ולעיתים גם מאוורר תקרה, מפוחי שאיבה של חדרי שירותים (קרויים בישראל "ונטה" על שם המותג הישראלי) או אמצעי חשמל אחרים.
 מפסק מחליף - זוג (או יותר) מפסקים המחוברים לאותו גוף תאורה אשר ניתן לשלוט בו משני מקומות שונים. בחדרי שינה לדוגמה, מותקנים מפסקים מתחלפים בכניסה לחדר וליד המיטה המאפשרים כיבוי האור מהמיטה.
 עמעם (דימר) - מפסק השולט גם על עוצמת האור של גוף תאורה ומאפשר גם אור מעומעם מאותו הגוף.
 לחצן תאורה - מפסק המפעיל מנגנון אוטומטי המדליק אור למשך פרק זמן מוגדר. נפוץ בעיקר בתאורת חדרי מדרגות בו האור נכבה אוטומטית אחרי זמן קצר שבו לא נלחץ שוב המפסק.
כאשר חלל מסוים במבנה כולל מספר גופי תאורה שונים, אשר יש צורך באפשרות להפעלה פרטנית של כל אחד מהם, מסודרים המפסקים בשורה או שתיים על פי סידורם של גופי התאורה בחלל עצמו. היגיון זהה לסידור המפסקים וסידור גופי התאורה מקל מאוד על תפעולם על ידי המשתמשים.

גופי התאורה מתחלקים לכמה סוגים בסיסיים:
מנורות קיר.
מנורות תקרה - כמנורות בודדות הבולטות מן התקרה, תלויות, או כמספר מנורות על גבי פס צבירה.
 ספוטים (spotlight), שהם מנורות שקועות בתוך תקרה מונמכת. לרוב, תקרות גבס המשרתות את מערכת מיזוג האוויר או כחלק מנישה.
 גופי תאורה מוגני מים, המשמשים כתאורת חוץ או בחדרי אמבטיות.

מערכת גז

גז בישול הוא חומר שימושי מאוד בבתי מגורים המשמש לצורך בישול וחימום הבית. מערכת הגז היא פשוטה באופן יחסי אך מצריכה טיפול זהיר שכן היא המסוכנת ביותר במקרה של תקלה. ייעוד מערכות גז בבניינים הוא להעביר את הגז (בישראל משתמשים בגז גפ"מ - גז פחממני מעובה) ממאגר גז לצרכני קצה כמו כיריים, תנורי בישול, תנורי הסקה וכו'.

המערכת מורכבת משלושה חלקים: מאגר, מערכת איוד גז, מערכת צינורות ווסתים.

מאגר גז יכול להיות צובר או תחנות בלונים של 12 או 48 ק"ג. גז נמצא במאגר במצב צבירה נוזלי תחת לחץ הטבעי שלו (שזה בערך 5 אטמוספירות בטמפרטורה של 15 מעלות).

כאשר צריכת הגז נמוכה משתמשים באידוי טבעי של הגז ללא שימוש במאייד. גז תחת לחץ עובר דרך צנרת גז בבניין ומערכת ויסות ומגיע לצרכני קצה. כאשר צריכה גבוהה מתקינים מאייד שתפקידו לחמם את הגז ולאייד אותו. כאשר משתמשים במאייד קודם גז בפאזה נוזלית זורם למאייד, מתאדה בו ורק אז מוזרם לבניין.

עקב כך שגז הוא חומר דליק מאוד מערכות גז צריכות לעמוד בסטנדרטים גבוהים מאוד. בישראל רק טכנאי גז מוסמך מורשה לבצע שינויים במערכות הגז. כל תקלה צריכה להיות מטופלת באופן מיידי על ידי גורם מוסמך ומקצועי.

מיזוג אוויר ואוורור

שינוע 

במבנים רבים קיימות מערכות המיועדות לשינוע אנשים ומטלטלין בתוך המבנה. הנפוצה במערכות הללו היא המעלית, בנוסף לה אפשר למצוא דרגנועים, מסועים, מערכות דואר פנאומטי ועוד.

הסקה

גילוי וכיבוי אש, פינוי עשן

מערכות גילוי וכיבוי אש נועדו בראש ובראשונה לאפשר מילוט של אנשים מהמבנה במקרה של שרפה, על ידי מתן התרעה מוקדמת בדבר השרפה ויצירת תנאים המאפשרים מילוט. יתרון נוסף של מערכות אלו הוא צמצום ואף מניעה של נזקים משרפה. המערכות מטפלות במספר שלבים של שרפה: מערכת גילוי אש ועשן שנועדה לאתר שריפות עם היווצרותן, מערכות כיבוי אש שיעודן טיפול בשריפות, ומערכות טיפול באוויר שנועדו לאפשר מילוט אנשים בעת שרפה.

אין זה מן ההכרח שכל המערכות יהיו קיימות במבנה. מערכות גילוי עשן הן הנפוצות ביותר, אחריהן מערכות הכיבוי ולבסוף מערכות הטיפול באוויר.

מערכות לגילוי וכיבוי אש קיימת במבנים רבים ובישראל מחויבות על פי חוק בכל סוג של מבנה ציבור, מסחר ומשרדים. כיום, נפוצה הקמתן של מערכות אלו גם בבנייני מגורים. בבנייני מגורים גבוהים יש חובה להתקין מפוחי דיחוס מדרגות. מפוחים אלה יוצרים על-לחץ בחדרי מדרגות ומונעים חדירת עשן, כך מתאפשר לאנשים להימלט בבטחה דרכם.

בחניונים נדרשת מערכת פינוי-עשן. כאשר החניון מאוורר היטב, ניתן להסתפק בפינוי עשן טבעי דרך פתחים בקירות החניון או בתקרתו, אך ברוב המקרים נדרשת מערכת פינוי עשן מאולצת (מכנית). מערכת זו כוללת מפוחי פינוי עשן, שהם מפוחים מיוחדים העמידים בטמפרטורות גבוהות, וכן לוח חשמל למפוחים אלה ולעיתים אף תעלות פח ומשתיקי קול למפוחים. מערכת זו משמשת בעיתות שגרה גם לפינוי גז CO מהחניון בפרקי זמן קצובים. בחניונים עמוקים מותקנים גם מפוחי הכנסת אוויר. מספר המפוחים, גודלם, מיקומם ותוואי התעלות - כל אלה מתוכננים על ידי יועץ מיזוג האוויר של הפרויקט בשיתוף פעולה עם יועץ הבטיחות והאדריכל.

אלמנטים נוספים בבניין הדורשים פינוי עשן הם חדרי משאבות, מחסנים, חדרי ארכיון וחדרי UPS.

תקשורת

בעשורים האחרונים, עם מהפכת המידע, הפכו מערכות התקשורת בכל בניין לחשובות ביותר. בבנייה המודרנית כיום, שום בית, עסק או מוסד אינו מסוגל לתפקד ללא קווי טלפון ובמרבית המקרים גם מערכות תקשורת נוספות בהן טלוויזיה בכבלים, אינטרנט דרך כבלים או קווי טלפון ורשת מחשבים פנימית.

גישות עכשיוויות, בעיקר בתכנון של מבני משרדים, שואפות לצמצם ככל האפשר את כמות כבלי התקשורת בבניין ולבסס את הרשתות הפנימיות על תקשורת אלחוטית.

מערכות חשמליות ואלקטרוניות נוספות
אזעקה - כוללת גלאי נפח או תנועה הפזורים בחלל המבנה ומחוברים אל קופסאות בקרה וצפצפות אזעקה.
מצלמות וידאו במעגל סגור.
רמקולים למערכת כריזה או מערכת קולנוע ביתי, דבר אשר הפך היום כמעט לסטנדרט בדירות יוקרה.
אינטרקום.
סגירה אוטומטית של תריסים ווילונות ומתגים למאווררי תקרה.

מערכות בניין ייחודיות
מערכת ייחודית ידועה ויוצאת דופן היא מערכת העברת קפסולות בצינורות פנאומטיים על ידי לחץ אוויר. מערכת זו הומצאה כבר במאה ה-19 לצורך העברה של עצמים קטנים, מסמכים ואף כסף מזומן בתוך קפסולות קטנות הניתנות לשליחה מנקודה ונקודה בבניין או בעיר על ידי לחץ אוויר וואקום. מערכות כאלו היו בשימוש עד שנות ה-70 לערך ורבים ראו בהן פוטנציאל רב עד אותה עת, בה החל שימוש מפותח של אמצעי תקשורת חדשים שהפכו את המערכת לבעלת תועלת נמוכה מאוד. בתי חולים מסוימים, משתמשים בטכנולוגיה זו עד היום לפינוי אשפה מזהמת.

מערכת נוספת הפועלת באמצעות צינורות לחץ אוויר שנעשה בו שימוש כיום היא מערכת שאיבת אבק מרכזית. מערכת זו אינה מערכת שבלעדיה הבניין אינו מתפקד והיא בגדר מותרות. היא מותקנת לרוב בבתי מלון ובבתי ודירות יוקרה ומקלה על פעולת שאיבת האבק במבנה. המערכת כוללת משאבה מרכזית הממוקמת באזור ארון החשמל או בתוך מחסן וממנה יוצאים צינורות אוויר בקוטר 5 ס"מ אל החדרים. נקודות הקצה של הצינורות הן פיות עם סגר אליהן ניתן לחבר צינור שואב אבק הפועל כשואב אבק לכל דבר. באופן זה נמנע הצורך לסחוב את שואב האבק ברחבי הבית או הבניין ודי בנשיאת הצינור. השימוש במערכת מונע פגיעות של שואב האבק בקירות או בריהוט כאשר הוא נגרר אך מאידך, צורכת המשאבה המרכזית כמות גדולה יותר של חשמל בשל נפח האוויר הגדול יותר הנמצא במערכת המצריך הפעלת לחץ גדול יותר.

בית חולים הוא גם דוגמה למבנה מיוחד אשר קיימות בו מערכות בניין ייחודיות נוספות הנותנות מענה לצרכים המיוחדים של אותו בניין. דוגמה לכזו היא מערכת להעברת חמצן המתחברת לצד כל מיטה בבית החולים. במבני תעשייה שונים ניתן למצוא אינספור סוגי מערכות ייחודיות להעברת חומרים נוזליים או גזים דרך צינורות בהתאם לתחום העיסוק של המפעל. עוד מערכות, בסדרי גודל אחרים, קיימות בשדות תעופה, נמלי ים ומסופי תחבורה גדולים מאוד לשינוע של כבודה או סחורות. מערכות אלה לעיתים פועלות כמערכת חיצונית ולעיתים, כפי שנהוג כמעט בכל שדה תעופה מודרני, כחלק מהמבנה עצמו.

תכנון המערכות

כמות המערכות הקיימות כיום בכל בניין ממוצע, וקל וחומר בבניינים מורכבים, דורשת תכנון מפורט וקפדני על ידי צוות מתכנני הבניין. ככלל, אחראי האדריכל המתכנן על כלל המערכות אלא שבכל מבנה כמעט, ולו גם בתים וחנויות קטנים, נדרש תכנון של מהנדסים יועצים הפועלים כצוות תחת ניצוחו של האדריכל, וזאת בשל כמות הידע הגדולה הנדרשת בה לא ניתן לשלוט באופן מלא. כל פרויקט בנייה כולל לפחות מספר יועצים בתחום החשמל והתאורה, האינסטלציה (מים וביוב) ומיזוג האוויר ובמרביתם אף יועצים נוספים.

צורת העבודה הנפוצה היא תכנון מקביל של כל אחת מן המערכות בהתאם לתכנון האדריכלי, שינויים מתמידים בכל אחת מהתוכניות בהתאם לאילוצים המתגלים במהלך התכנון ופתרונות יצירתיים למניעת תקלות, התנגשויות ופגיעה בחזות המבנה. לרוב, מוטלת על האדריכל האחריות לתיאום בין תוכניות המערכות השונות בצורה של תוכנית סופרפוזיציה אולם בפרויקטים גדולים ממונה גם יועץ סופרפוזיציה במיוחד למשימה זו. בתוכנית זו מתוכננים הממשקים בין המערכות ומיקומם המדויק של כל חלקיהן. התנגשויות שיש להימנע מהן כוללות לדוגמה חפיפה בין חללים הנדרשים על ידי מערכת מיזוג האוויר והתאורה, צנרות ביוב עבות המתנגשות עם מערכות תת-רצפתיות אחרות או כבלי חשמל הצמודים לצינורות גז. כל זאת חייב להסתדר עם הממשק החיצוני המשרת את משתמשי הבניין תוך כדי אפשרות נגישות מקסימלית עבור טכנאים ומראה חיצוני אסתטי.

פתרונות למיקום כל המערכות חייבים בדרך כלל להימצא עוד לפני תכנון המערכות בשלב התכנון האדריכלי הכללי, בו מושארים חללים קטנים לטובת בנייה נוחה ומסודרת של מערכות הבניין. חללים אלה קיימים בדרך כלל בצורה אנכית לאורך חדרי מדרגות בגרעין הבניין או בצורה אופקית בתוך תקרות מונמכות בכל קומה וקומה. תקרות מונמכות יכולות להיות תקרות גבס עם פתחים מקומיים, המקובלים מאוד בבנייני מגורים, או תקרות אקוסטיות מתפרקות המקובלות מאוד בבנייני משרדים ומוסדות ציבור. למעט ביוב ומים, רוב המערכות יכולות להיות מותקנות בקלות בתקרות מונמכות ובהן התאורה וכיבוי האש שבהכרח חייבים להימצא בהן, חשמל, תקשורת, מיזוג אוויר ומערכות אחרות. במבנים בהם לא מותקנות תקרות מונמכות נהוג להעביר גם את תשתיות החשמל והתאורה בתוך נפח התקרה/רצפה עצמה.

בנייה
על מנת להגיע לאיכויות אדריכליות במבנה, רוב מערכות הבניין מוחבאות בדרך כלל בתוך הקירות, הרצפות, התקרות ושלד הבניין ומושארות רק נקודות בודדות מחוץ להן כדי לאפשר את הממשק עם המשתמשים. מסיבה זו, חלק מתשתיות המערכות נבנות עוד בשלב השלד או בשלבים שמיד אחריו. צינורות ביוב מ-PVC לדוגמה, מונחים במרכז חלל הטפסות של עמודים טרם יציקת הבטון ובכך מוגנים על ידי הבטון וגם חוסכים מכמותו במקומות בהם הוא חשוב פחות לטובת יציבות המבנה (מרכזי עמודים הם כאלה, לדוגמה). עבור מערכות תקשורת, חשמל ותאורה מוטמנים צינורות פלסטיק חלולים בתוך הקירות או תחת הריצוף בהם מושחלים בשלב מאוחר יותר הכבלים הרלוונטיים. ההשחלה נעשית על ידי השחלה ראשונית של חבל בעזרת "סטאלבנד" ובשלב השני נמשך החבל החוצה לאחר שבצידו האחד נקשר אליו כבל החשמל או התקשורת הרצוי. במבנים רבים מונחים צינורות פלסטיק חלולים ריקים, כהכנה עתידית למערכת פוטנציאלית נוספת.

מערכות אחרות, מונחות בתקרות אקוסטיות או תקרות גבס מונמכות אשר מאפשרות גישה קלה אליהן לצורכי תחזוקה. מערכות אלו, מותקנות בשלב הגימור של הבניין ולא בשלב בניית השלד.

קומה טכנית
בבניינים רבי קומות, קיים צורך לבנות קומה המוקדשת רובה ככולה למערכות. בבניינים בעלי מספר קומות קומה זו היא חלק מקומת הגג וברבי קומות וגורדי שחקים מוקדשת למערכות קומה שלמה ולעיתים מספר קומות הקרויות "קומות טכניות". בקומה זו מרוכזות מכונות גדולות ומרכזיות הדרושות לתפעול הבניין כגון מזגן מרכזי, שנאי חשמל, משאבות ומכלי מים וכדומה.

מערכות בניין כאלמנטים אדריכליים

לרוב מערכות הבניין מוסתרות בתוך קירות ורצפות המבנה ורק נקודות הקצה שלהן נשארות חשופות לטובת המשתמש. התכנון האדריכלי המסורתי, ולמעשה ברוב מוחלט של המקרים גם היום, שואף להסתיר ולהצניע את המערכות כמה שאפשר ומתייחס אליהן כאל מפגע חזותי שפתרונו הוא בהסתרה. לעומת זאת, קיימת גישה אשר מיושמת כיום במבנים רבים, של שימוש במערכות הבניין כאלמנטים אסתטיים ואף הדגשתם במקום הסתרתם. על אף שמדובר בעניין של טעם אישי, קיימות דוגמאות רבות הנחשבות על ידי מבקרי אדריכלות כמוצלחות מאוד בניסיונות להתפאר במערכות הבניין ולנצלן כאלמנטים אדריכליים קישוטיים.

שימוש בסיסי במערכות בניין פשוטות כאלמנטים אדריכליים נעשה בסגנונות בנייה מסורתיים בהם טופלו באופן אדריכלי-פיסולי מערכות המחויבות מטבען להיות חשופות. בין אלה ניתן למנות ארובות במרכזי מבנים, שהן מערכות הסקה פשוטות ועתיקות, אשר זכו תמיד לסגנון כחלק בלתי נפרד מהחזית האדריכלית של המבנה. כמו כן, ניתן לציין את הגרגויל הגותי, אשר שימש כמרזב שניקז את מי הגג.

ניצני הרקע למחשבה מתקדמת של שימוש במערכות מודרניות כאלמנט אסתטי החל כבר בתחילת המאה ה-20 עם רעיונות בדבר "האסתטיקה של המכונה" של תנועת הפוטוריזם. אמני התנועה התייחסו למכונות כגון הקטר, מכונות ירייה ומכונות במפעלי תעשייה כעצמים בעלי ערך אסתטי מיוחד ובלתי שגרתי. הגישה הפוטוריסטית נשארה ברמה התאורטית וכמעט ולא צמחה ממנה אדריכלות של ממש, וכמו כן היא לא התייחסה באופן ספציפי למערכות הבניין דווקא, אלא ל"מכונתיות" של הבניין בכלל. עם זאת, השפיעו חלק מרעיונותיהם על אדריכלים בתקופה מאוחרת יותר, בהם ריצ'רד רוג'רס, רנצו פיאנו ופיטר קוק מקבוצת האדריכלים ארכיגראם.

ארכיגראם עסקו בעיקר באדריכלות תאורטית אך בשנות ה-70, נבנה בפריז מרכז פומפידו שנחשב בקרב אדריכלים רבים ליישום מוצלח של כמה רעיונות דומים לאלו של ארכיגראם בדבר אדריכלות בעלת מראה שונה לחלוטין מכל מה שהיה מקובל עד אז. הבניין, שתוכנן על ידי רוג'רס ופיאנו התאפיין בין השאר בהדגשה קיצונית של מערכות הבניין באופן מאוד לא מקובל. מערכות הבניין, כמו גם שלד הבניין החשוף לחלוטין, הודגשו בצבעים שונים ועוצבו כאלמנטים קישוטיים מרובי פרטים אך בעלי שימוש, בניגוד לקישוטים אדריכליים המקובלים בסגנונות הבנייה העתיקים. מרכז פומפידו, שזכה בשל כך לכינוי הגנאי "בית הזיקוק של פריז", גרם דווקא לשינוי דפוס המחשבה בנוגע ליופיים של מערכות הבניין וגרר אחריו עוד מבנים רבים אשר השתמשו בכלי אדריכלי זה.

ראו גם
 בית חכם
 הנדסת מבנים

קישורים חיצוניים

הערות שוליים 

בנייה
אלמנטים אדריכליים