‫ تصميم يوفر طاقة المباني في المناخ الحار

الدوحة – الشرق

«توفير الطاقة الذكية والطاقة المستدامة: مبان بتصميم مناخي حيوي» هو عنوان بحث علمي أجراه الأستاذ الدكتور إيغور كروبا الباحث والأستاذ في مركز المواد المتقدمة (CAM) – جامعة قطر وأكد فيه أن الظروف المناخية القاسية في دولة قطر ترتبط بزيادة الطلب على الطاقة لأغراض تكييف الهواء، حيث تصل درجات الحرارة خلال فصل الصيف إلى 45 درجة مئوية، وفي فصل الشتاء إلى 5 درجات مئوية. وبوجه عام، تُشير التقديرات إلى أن استهلاك المباني للطاقة يصل إلى أكثر من 40 % من استهلاك الطاقة العالمي.

وفي إطار رسالة مركز المواد المتقدمة المُتمثلة في تعزيز ودعم البحوث متعددة التخصصات حول علوم وهندسة المواد من خلال إجراء المشاريع البحثية التطبيقية، دعَت الحاجة إلى تصميم مبان تُراعي الظروف المناخية المحلية وتدعم استخدام الطاقة المتجددة والتي يُطلق عليها «المباني ذات التصميم البيومناخي (المناخي – الحيوي)».

ولما كانت «الشمس» هي مصدر الطاقة الأكثر شيوعًا الذي يمكن توظيفه لتلبية متطلبات الطاقة الكهربائية بالمباني، فإن الأبحاث المكثَّفة ارتكزت على سُبل تحسين المواد التي تمتص وتعكس الطاقة الحرارية النابعة من الشمس بشكل فعَّال؛ لضمان الاستقرار الحراري داخل المباني، وخفض استهلاك الطاقة الكهربائية.

وعلى النقيض، ففي حالة زيادة الطاقة الشمسية وما ينتج عن ذلك من ارتفاع درجة حرارة المباني، فإن هذه المواد تُسهِم بفعالية في تبريد المباني. وفي كلتا الحالتين، يمكن أن تسهِم المواد المُصمَّمة ذات الخصائص المحددة في توفير الطاقة الكهربائية.وأوضح الباحث أن هذا البحث يعالج آليات إعداد أنظمة تخزين الطاقة الحرارية المعتمدة على المواد متغيرة الطَّور (PCMs) وتوصيفها، وهي المواد التي يمكن أن تتحول ما بين الحالتين الصلبة والسائلة عند درجة حرارة محددة، أثناء امتصاص أو إطلاق كمية عالية من الطاقة الحرارية بما يتناسب مع المحتوى الحراري للذوبان.

وتعتمد المواد متغيرة الطَّور البوليمرية على المواد البلاستيكية (خاصة البولي إيثيلين ومخلفات البولي إيثيلين)، وشمع البارافين والحشوات الموصِّلة للحرارة التي تُعزز التوصيل الحراري للمواد وتتحكم في معدل نقل الحرارة بالطريقة المنشودة. وفي هذا الصدد، أُجري البحث حول أنظمة التخزين الحراري في مركز المواد المُتقدمة على مدار السنوات العشر المنقضية، ونُشرت نتائجه في مختلف المجلات العلمية وحصل على براءة اختراع. وتجدر الإشارة إلى أن المواد صُنعت على شكل كُتل وكُتل رغوية، بحيث تم تحضير الأخيرة من خليط شمع البولي إيثيلين والبارافين وحَصُلت على براءة الاختراع تحت عنوان (العزل الحراري بالرغوة البلاستيكية المُعتمدة على رغوة البولي أوليفين، «US2018 / 0291166A1»). جدير بالذكر أن المواد مُتغيرة الطَّور الرغوية تتميز بوظيفة مزدوجة، حيث تعمل كمواد قياسية ماصة للحرارة، فضلاً عن كونها عازلا حراريا يضمن الحماية الحرارية للمباني بصورة أفضل ضد ارتفاع درجات الحرارة.

وحاليًا، أُنجز مشروع تعاوني «NPRP13S-0127-200177» بين كل من مركز المواد المتقدمة (CAM)، واجريكو قطر (AGRICO)، وشركــة قطــر للبتروكيماويــات (قابكـــو)، بالتعاون مع شركاء من جامعة توماس باتا في جمهورية التشيك، بعنوان «الصوبات الزراعية وفقًا للمناخ القطري: توفير الطاقة الذكية والطاقة المستدامة المعتمدة على المواد متغيرة الطَّور (Green3SPCM)»، وذلك للمساهمة في توفير الطاقة لاسيما لأغراض التبريد، علمًا أنه يُجرى في الوقت الحالي تطوير لأنظمة التخزين الحراري لتحسين الأداء التشغيلي. ويتمثل التحدي الرئيسي في إنتاج كميات كبيرة من الألواح الشمسية بوزن «بضعة أطنان».