في حين أن مكيفات الهواء مصممة لتبريد منازلنا وأماكن عملنا، إلا أن مكيفات الهواء التي تعمل بالفحم أو النفط أو الغاز تزيد في الوقت نفسه من انبعاثات الغازات الدفيئة التي تؤدي إلى تسخين الكوكب. غالبًا ما يتم تركيب وحدات تكييف الهواء على واجهات المباني، كما أنها تساهم في تدفئة المدن من خلال إطلاق الحرارة المهدرة.
كما أنها تستهلك الكثير من الكهرباء في الأيام الحارة، مما قد يؤدي إلى زيادة التحميل على شبكات الطاقة والمساهمة في حدوث انقطاع التيار الكهربائي.
ولمعالجة هذه المشكلات، تقوم العديد من المدن الكبرى مثل باريس وميونيخ وهونج كونج وسنغافورة ودبي وتورنتو ببناء أنظمة تبريد مركزية كبيرة وفعالة تستهلك كميات أقل من الكهرباء.
وهناك، يتم استخدامها من قبل المستشفيات والفنادق ومراكز البيانات والمباني الكبيرة، وتعمل عن طريق ضخ المياه الباردة عبر شبكة من الأنابيب.
الأكثر سخونة على الإطلاق
لقد أدت أزمة المناخ إلى جعل موجات الحر أكثر احتمالا وأكثر شدة في جميع أنحاء العالم. شهد صيف عام 2023 ارتفاعًا كبيرًا في درجات الحرارة في جميع أنحاء العالم، حيث قالت وكالة ناسا إن شهر يوليو كان الأكثر سخونة على الإطلاق.
وحتى في عام 2018، شكل استخدام مكيفات الهواء والمراوح الكهربائية 10% من الاستهلاك العالمي للكهرباء، وفقًا لوكالة الطاقة الدولية .
لا تنتشر وحدات التكييف على نطاق واسع إلا في عدد قليل من البلدان مثل اليابان والولايات المتحدة، حيث تمتلكها أكثر من 90% من الأسر، إنها متاحة فقط لـ 8% من الأشخاص في المناطق الأكثر حرارة في العالم.
ولكن مع ارتفاع حرارة فصل الصيف، يتزايد الطلب على تبريد المساحات، خاصة في الاقتصادات الناشئة. وقد يتضاعف الطلب على الكهرباء ثلاث مرات بحلول عام 2050.
أكثر كفاءة من أنظمة تكييف الهواء المنزلية
وفي تكنولوجيا التبريد الحديثة المستخدمة في الثلاجات ومكيفات الهواء والمضخات الحرارية، يتم ضغط الغاز في نظام مغلق حيث يتحول إلى بخار، تطلق العملية الحرارة، ثم ينخفض الضغط، مما يؤدي إلى تسخين البخار مرة أخرى ويصبح غازيًا. في هذه العملية، يتم استخراج الطاقة الحرارية، مما يخلق تأثير التبريد.
وباستخدام تدابير مختلفة، يمكن لمحطات التبريد الكبيرة أن تنتج البرد بطريقة أكثر صداقة للبيئة من المحطات الصغيرة.
العديد من المرافق البلدية، على سبيل المثال، تستخدم البرد الطبيعي من الأنهار أو المياه الجوفية أو البحيرات أو البحر، وهذا يعني أيضًا أن مثل هذه النباتات تحتاج إلى طاقة أقل بكثير.
قال ستيفان دورشاك من شركة Stadtwerke München، وهي شركة مجتمعية مملوكة للمدينة توفر الكهرباء لأكثر من 95٪ من منازل ميونيخ: “نحاول استخدام أكبر قدر ممكن من المياه الجوفية أو مجاري المدينة كمورد رئيسي للتبريد”.
مثل شبكات تبريد المناطق الأخرى، تحتوي الشبكة الموجودة في مدينة ميونيخ بجنوب ألمانيا على مرافق لتخزين الثلج، ويتم إنتاج الثلج هناك باستخدام مبردات كبيرة، خاصة في الليل، “عندما يكون استهلاك الكهرباء في المدينة منخفضا، مما يخلق ضغطا أقل على شبكة الكهرباء”، كما يقول دورشاك، ثم يتم إطلاق البرد الناتج أثناء الليل خلال النهار لتلبية احتياجات التبريد في المباني.
التبريد بالحرارة: التبريد بالامتصاص
ويمكن أيضًا توليد التبريد بالحرارة، ففي العاصمة النمساوية فيينا، على سبيل المثال، يتم استخدام الحرارة المهدرة الناتجة عن محطة لحرق النفايات لتشغيل ما يسمى مبرد الامتصاص.
من خلال الجمع بذكاء بين التقنيات المختلفة ومصادر التبريد الطبيعية والحرارة المهدرة الموجودة، غالبًا ما تتطلب أنظمة التبريد المركزية قدرًا أقل من الكهرباء، وفي ميونيخ، يصل التوفير الناتج عن التبريد المركزي مقارنة بالتبريد اللامركزي إلى “50 إلى 70%”، وفقًا لدورشاك.
مزيج من تكنولوجيا التبريد والتدفئة يوفر الطاقة
مثل شبكات التدفئة المركزية، فإن شبكات تبريد المناطق لها أيضًا عيوب، تكاليف الاستثمار مرتفعة، ويجب مد الأنابيب تحت الأرض في المدينة وربطها بالمباني، تُفقد طاقة التبريد والتدفئة عند مرورها عبر أنابيب طويلة في الأرض.
تكون هذه الخسائر مرتفعة بشكل خاص إذا كان الماء ساخنًا جدًا أو باردًا جدًا أثناء النقل. يسلط الخبراء الضوء على إمكانات التوفير هنا من خلال مد شبكات التبريد والتدفئة المشتركة – كما هو الحال بشكل متزايد في أوروبا.
أحد الأمثلة على ذلك موجود في منطقة موساتش في ميونيخ. وهناك، يرتبط مركز البيانات التابع للبلدية بشبكة تبريد المناطق التي تستخدم التبريد لتبريد الخوادم وتضخ المياه الساخنة مرة أخرى إلى خط العودة من شبكة التبريد.
وعلى بعد بضع مئات من الأمتار، يتم استخدام هذه المياه الساخنة لمضخة الحرارة في مبنى سكني. وتقوم بتسخين 114 شقة ومن ثم ضخ المياه المبردة مرة أخرى إلى شبكة التبريد.
وقال دورشاك: “هذه طريقة جيدة لزيادة الكفاءة بشكل أكبر. ونريد المضي قدمًا في توسيع مثل هذه الشبكات لهذا السبب أيضًا”.
تعتبر شبكات التبريد والتدفئة المدمجة هذه مفيدة بشكل خاص في المناطق المناخية المعتدلة مثل ألمانيا، حيث توجد إمكانية التوفيق بين الطلب على التبريد والتدفئة، عندما يتم استخدام الحرارة المهدرة من أنظمة التبريد لمضخات الحرارة، على سبيل المثال.
عزل المباني يقلل بشكل كبير من الطلب على التبريد
ومع ذلك، فإن العامل الأكثر أهمية للتبريد الفعال هو بناء العزل، كما يقول فولفغانغ هاسبر من معهد Passive House في دارمشتات. يقوم معهد الأبحاث المستقل بحساب استهلاك الطاقة في المباني، وينظم المؤتمرات ويدرب المهندسين المعماريين في جميع أنحاء العالم على التصميم الموفر للطاقة.
وقال هاسبر إنه إذا كانت المباني تتمتع بعزل جيد للواجهات والأسقف، ونوافذ ذات زجاج مزدوج أو ثلاثي، وتظليل جيد، وتهوية ذكية، “فعندها لا تدخل الحرارة من الخارج”.
تحتاج المباني المعزولة جيدًا إلى طاقة تبريد أقل بعشر مرات من المباني التي تحتوي على الكثير من الزجاج وبدون تظليل أو عزل. يقول هاسبر إنه إذا تم تجهيز الشقق المعزولة في المناطق الأكثر دفئًا بأنظمة تكييف الهواء اللامركزية بكفاءة، فسيؤدي ذلك إلى توفير كبير في الكهرباء.
ويضيف أن العزل يعد بديلاً جيدًا لشبكات تبريد المناطق، لأن أصحاب العقارات يمكنهم تركيبها بأنفسهم متى أرادوا، دون الحاجة إلى انتظار توسيع شبكة تبريد المناطق التي يعيشون فيها. ويضيف أنه علاوة على ذلك، يمكن غالبًا استخدام تقنيات العزل والتبريد جنبًا إلى جنب مع الخلايا الكهروضوئية ، خاصة في البلدان الحارة.
وقال هاسبر إن وفرة ضوء الشمس “تعني أن محطات الطاقة الشمسية يمكنها توليد قدر كبير من الطاقة عندما يكون الطلب على الكهرباء لأغراض التبريد مرتفعا”، “إنها علاقة جيدة بين العرض والطلب، إنها مباراة جيدة.”
