تتجه اتجاهات الطاقة العالمية نحو الرقمنة وإزالة الكربون واللامركزية، يشير الاحترار العالمي والشذوذ المناخي المنسوب إلى التلوث البيئي، إلا أن تهديدات تغير المناخ لم تعد بعيدة المنال.
وفقًا لتقرير نشرته الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (IPCC) ، فإن انبعاثات الكربون من المناطق الحضرية في عام 2020 شكلت 67٪ إلى 72٪ من إجمالي الانبعاثات.
على الصعيد العالمي، تُبذل جهود للحد من انبعاثات الكربون من المناطق والمباني الحضرية من خلال توفير الطاقة المتجددة وبناء المباني الخالية من الطاقة.
قام فريق بحثي في قسم أبحاث طاقة المباني بالمعهد الكوري للهندسة المدنية وتكنولوجيا البناء ، بتطوير نظام تداول حراري ثنائي الاتجاه يستخدم الحرارة الزائدة من الطاقة المتجددة بما في ذلك الحرارة الشمسية في محاولة لتحقيق الحياد الكربوني في المباني.
الحرارة المهدرة
يتم استخدام الحرارة الشمسية والحرارة الجوفية، وخلايا الوقود بشكل متزايد، إما بشكل فردي أو معًا في الأنظمة الهجينة لتقليل طاقة التدفئة والتبريد المستخدمة في المباني، من المحتمل أن تنتج هذه الأنظمة حرارة زائدة بسبب عدم التوافق بين الطلب على حرارة المبنى وإمدادات الحرارة المتجددة، الحرارة الزائدة، أو الحرارة المهدرة، هي الحرارة التي لا تستخدم بعد إنتاج الحرارة المتقطع.
على سبيل المثال، خلال فصل الربيع في كوريا عندما يكون الإشعاع الشمسي مناسبًا، يمكن توليد حرارة كافية، فإن الموسم لا يتطلب درجة حرارة عالية، مما يؤدي إلى إهدار بعض الحرارة.
تداول الحرارة الزائدة ثنائية الاتجاه
طور فريق البحث، بقيادة الزميل البحثي يونجكي كيم، نظامًا يساعد المباني على تداول الحرارة الزائدة ثنائية الاتجاه عبر أنابيب التدفئة بعد الاستهلاك الذاتي في المناطق التي توجد بها تركيزات عالية من المباني.
قام الفريق بتكوين شبكة من أنابيب التدفئة للمباني الثلاثة التابعة للمعهد الكوري للهندسة المدنية وتكنولوجيا البناء في Ilsan بكوريا، واستخدم مجموعة من خلايا الوقود والحرارة الجوفية والشمسية كمصادر للحرارة، تم تركيب مجمعين حراريين شمسيين 944 م 2 في موقف السيارات الخارجي وعلى السطح، ومضخة حرارية لمصدر حراري جيوحراري 310 كيلو واط، ونظام خلايا وقود 10 كيلو واط، ومنشآت تخزين حرارية 40 م 3 و 10 م 3 سعات بنيت.
فعال في شبكة أنابيب الحرارة
أثبتت المحاكاة وإثبات المفهوم، أن الأنبوب المزدوج فعال في شبكة أنابيب الحرارة ذات درجات الحرارة المنخفضة مع فقدان حرارة بنسبة 10٪ تقريبًا، عندما يكون هناك ما يكفي من ضوء الشمس، يتم توفير الماء الساخن للتدفئة عن طريق الحرارة الشمسية إلى الأنبوب الثانوي لتدفئة المنطقة من خلال مبادل حراري.
عندما يكون ضوء الشمس غير كافٍ، يمكن توفير الماء الساخن من خلال نظام المضخة الحرارية لمصدر الطاقة الحرارية الأرضية ونظام خلايا الوقود، يمكن التحكم في نظام التبادل الحراري ثنائي الاتجاه يدويًا وتلقائيًا في مركز التحكم المتكامل.
عادة ما تكون الطاقة الحرارية المتجددة المطبقة على المبنى للاستهلاك الذاتي. في نظام تدفئة منطقة صغير الحجم ، يتم فصل مرافق العرض والطلب ويتم توفير التدفئة بشكل أحادي الاتجاه.
في هذه الدراسة، تم تنفيذ نظام التبادل الحراري ثنائي الاتجاه، مما أدى إلى تحسين معدل استخدام مرافق مصادر الحرارة المتجددة وكفاءة النظام.
وقال يونجكي كيم، رئيس فريق البحث، “إن النظام لديه القدرة على زيادة استخدام الطاقة الحرارية المتجددة في المدن والمباني ، مما سيقلل في النهاية انبعاثات الكربون”.
