أنظمة التبريد السلبية: بديل مستدام لتكييف الهواء

أدى تغير المناخ وزيادة موجات الحرارة في المدن حول العالم إلى قيام العلماء والمهندسين بتطوير حلول تبريد أكثر كفاءة واستدامة. أحد أهم التطورات الواعدة كان تطوير أنظمة التبريد السلبيةوالتي تتيح خفض درجة حرارة المباني دون الحاجة إلى استخدام الطاقة الكهربائية، وهو ما يمثل تحسناً اقتصادياً وبيئياً على السواء.

التبريد السلبي: عصر جديد من كفاءة الطاقة

لقد اتخذ الباحثون في جامعة ستانفورد خطوة مهمة في هذا الاتجاه من خلال تطوير نظام من خلال استخدامه لوحات عاكسة المثبتة على أسطح المباني يبدد الحرارة من الداخل إلى الخارج. هذا النظام يقوم على مبدأ التبريد الإشعاعي السلبي، وعود أ خفض درجة الحرارة الداخلية حتى 5 درجات مئويةمما من شأنه أن يقلل بشكل كبير من استهلاك الطاقة لأنظمة تكييف الهواء، وخاصة في المناطق الحضرية. 

وقد يكون هذا التقدم حاسما، حيث تشير التقديرات في الولايات المتحدة وحدها إلى أن 15% من استهلاك المباني الكهربائية مخصص لأنظمة التبريد. تنفيذ هذه الأنظمة من شأنه أن يقلل بشكل كبير من التأثير البيئي والتكاليف المرتبطة بتكييف الهواء.

كيف يعمل نظام التبريد الإشعاعي السلبي

يعتمد نظام التبريد السلبي الذي طورته جامعة ستانفورد على القدرة على عكس الإشعاع الشمسي وتبديد الحرارة المتراكمة على أسطح المباني من خلال نافذة الشفافية في الغلاف الجوي. وهذا يسمح بإشعاع الحرارة المتراكمة مباشرة إلى الفضاء الخارجي دون تسخين البيئة المحيطة.

المكون الرئيسي لهذا النظام هو الألواح العاكسة، المصنوعة من طبقة 1.8 ميكرون من ثاني أكسيد السيليكون وأكسيد الهافنيوم، على ورقة فضية رقيقة. يعمل هذا المزيج من المواد بمثابة مشعاع ومرآة، تعكس الأشعة تحت الحمراء بأطوال موجية محددة تمر عبر الغلاف الجوي دون أن يمتصها الهواء المحيط بالمباني.

بالإضافة إلى ذلك، تم اختبار النظام في ظروف ضوء الشمس المباشر، مما يدل على أنه قادر على خفض درجة حرارة المبنى بما يصل إلى 5 درجات مئوية. وهذا يجعلها الحل الأمثل للمناطق الحضريةحيث تؤدي الجزر الحرارية إلى تفاقم درجات الحرارة خلال أشهر الصيف.

استخدام الأنظمة القديمة كمصدر إلهام

إحدى السمات الأكثر إثارة للاهتمام للتبريد السلبي هي أنه على الرغم من أنه يعتمد على التقنيات الحديثة، إلا أن بعض المبادئ المستخدمة كانت موجودة بالفعل منذ قرون. على سبيل المثال، الأنظمة المستوحاة من إنشاءات مصر القديمة ويستخدمون أبراج التهوية لالتقاط الهواء وتبريده من خلال تبخر الماء. في مناطق أخرى من الشرق الأوسط، ما يسمى ملقفس لقد سمحوا بالتبريد الأديباتي من خلال الاستفادة من تيارات الهواء والماء.

لا تزال هذه الأنواع من الحلول قابلة للتطبيق حتى اليوم ويجري تحديثها. ومن الأمثلة على ذلك TerraCool، حيث التراكوتا من خلال نظام التبخير الطبيعي لتبريد المباني دون استهلاك للطاقة. وبالمثل، تم تطوير مشروع TerraMound في جامعة بارتليت للهندسة المعمارية يجمع بين الطين والتصميم الهندسي لتحقيق أقصى قدر من تدفق الهواء، وإنشاء هياكل تبرد دون الحاجة إلى الكهرباء.

التبريد بالتبخير: خيار آخر قابل للتطبيق

في المناطق ذات المناخ الأكثر جفافا، هناك تقنيات أخرى مثل التبريد التبخيري لقد أثبتت أيضًا أنها مفيدة جدًا. تستخدم هذه الطريقة تبخر الماء لتوليد انخفاض في درجة الحرارة المحيطة. مدن مثل أحمد آبادفي الهند، طبقت أنظمة سلبية تعتمد على هذا المبدأ في مراكز الأبحاث المتقدمة لتحسين تكييف الهواء.

وعلى عكس تكييف الهواء التقليدي، الذي يستهلك كميات كبيرة من الكهرباء وينبعث منه غازات دفيئة، تستخدم هذه الأنظمة الطبيعة لخفض درجة الحرارة، مستفيدة من مورد أساسي مثل الماء.

على سبيل المثال ، أكاديمية اللؤلؤة في جايبور، الهند، تصميمًا مستوحى من الشبكات التقليدية التي تولد، إلى جانب حمام السباحة الداخلي، تيارات هواء نقية تعمل على تبريد المبنى دون الحاجة إلى الطاقة الكهربائية.

التطور التكنولوجي للأنظمة السلبية

لا يعتمد التبريد السلبي على المبادئ القديمة فحسب، بل يتطور باستمرار ويجمع التكنولوجيا المتقدمة بمواد مبتكرة. أمثلة مثل السيراميك المائيتم تطويره مؤخرًا، ويستخدم مسامية السيراميك والهيدروجيل لامتصاص وتخزين الماء الذي يتبخر بعد ذلك في الأيام الحارة، مما يؤدي إلى تبريد الهواء المحيط.

تقنية أخرى واعدة هي ايروجيل المستخدمة في مشاريع مثل تلك التي تم تطويرها في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. تتيح لك هذه المادة خفيفة الوزن تحسين التبريد بالتبخير دون استهلاك الكهرباء. يمكن للأجهزة المعتمدة على الهلام الهوائي خفض درجة الحرارة الداخلية بما يصل إلى 9,3 درجة مئوية، مما يوفر بديلاً فعالاً ونظيفًا للأنظمة التقليدية.

علاوة على ذلك، نظرًا لأنها لا تتطلب كميات كبيرة من الطاقة، فإن هذه الأنظمة قابلة للتطبيق في المناطق ذات الموارد المحدودة، خاصة في البلدان النامية أو المجتمعات المعزولة.

إن تطبيق الأنظمة السلبية في الهندسة المعمارية الحديثة لا يؤدي فقط إلى توفير الطاقة، بل يؤدي أيضًا إلى مباني أكثر استدامة ونوعية حياة أفضل للسكان.

مع استمرار تفاقم تغير المناخ، من الضروري إيجاد بدائل لتكييف الهواء لا تستنزف الموارد الطبيعية أو تؤدي إلى تفاقم الوضع البيئي. أثبتت أنظمة التبريد السلبية أنها واحدة من أفضل الحلول، وبالتأكيد سنشهد في المستقبل نموًا في اعتمادها على نطاق عالمي.