الأسقف الباردة أكثر فاعلية لخفض درجة الحرارة وتقليل استهلاك المكيفات بحوالي 16.6%
التكيف مسؤول عن 10% من استهلاك الطاقة في العالم.. الحل في التقنيات الجديدة للتوسع في الأسطح الباردة
وجد الباحثون في مختبر أرجون التابع لوزارة الطاقة الأمريكية إجابة أثناء دراسة إمكانية استخدام الأسطح الخضراء والطاقة الشمسية الألواح والأسقف الباردة لتقليل درجة الحرارة واستهلاك مكيف الهواء في المبنى.
قد تحصل الألواح الشمسية الكهروضوئية والأسطح الخضراء على كل الدعاية، ولكن السقف البارد أثبت أنه أكثر فعالية أثناء الأحداث الحرارية، حيث يخفض درجات الحرارة بمقدار 1.5 درجة مئوية واستهلاك المكيفات بنسبة 16.6%.
استخدم الباحثون، ارتفاع درجات الحرارة الشديدة كفرصة لإيجاد حلول فريدة لمساعدة الناس على التغلب على الحرارة الحارقة والحفاظ على برودة منازلهم.
تم اختبار ثلاثة أنواع مختلفة من مواد التسقيف – الألواح الشمسية، والأسقف الخضراء، والأسقف الباردة – لتحديد أي منها يخفض درجات الحرارة واستهلاك مكيفات الهواء أثناء موجات الحر.
ويستمر موسم موجة الحر الآن أكثر من 70 يومًا، مما يعني أنه في أي يوم صيفي، هناك احتمال بنسبة 34% أن تكون قراءة مقياس الحرارة أعلى من المعتاد.
مع ارتفاع درجات الحرارة، يتم تشغيل مكيف الهواء (AC) أيضًا، ومع ذلك، فإن نفس التكنولوجيا التي تساعد العالم على تبريده تعمل أيضًا على تسخينه.
10% من إجمالي استهلاك الطاقة عالميا
تكييف الهواء وحده مسؤول عن 10% من إجمالي استهلاك الطاقة في جميع أنحاء العالم، ومن المتوقع أن ينمو هذا الرقم بشكل كبير في المستقبل.
كلما ارتفعت درجة الحرارة، كلما زاد تشغيل مكيف الهواء، كلما زاد تشغيل مكيف الهواء، زاد استهلاك الطاقة. كلما زادت الطاقة المستخدمة، زادت الانبعاثات، كلما زادت الانبعاثات، ارتفعت درجة الحرارة.
من المؤسف أن تفريغ ثاني أكسيد الكربون من السماء لن يصبح ممكناً على نطاق واسع لعدة عقود من الزمن، كما أن الطاقة النظيفة والمتجددة بنسبة 100% تواجه قائمة من العقبات التي يتعين عليها التغلب عليها قبل أن تتمكن من استبدال الوقود الأحفوري بالكام، إذًا، كيف يمكن كسر هذه الدورة؟
الباحثون في مركز مختبر أرجون الوطني للمرونة المناخية وعلوم القرار (CCRDS)، الذي كان مسؤولاً عن الدراسة، بقيادة ركز المخرج راو كوتامارتي على منطقة شيكاغو الحضرية (CMA)، التي عانت من موجة حارة مدمرة في 1995، وشهد وصول مؤشر الحرارة إلى 120F (48.8 درجة مئوية) في الصيف الماضي فقط.
وقاموا بإنشاء نماذج بيانات لتمثيل خصائص نقل الحرارة ثلاثية الأبعاد لمناظر المدينة المتنوعة، بما في ذلك التظليل من الأشجار، وارتفاع المبنى، وكثافة التحضر.
قامت هذه النماذج بقياس مدى تأثير النشر الشامل لكل نوع من أنواع الأسطح على درجة حرارة المبنى والحاجة إلى تكييف الهواء باستخدام بيانات الطقس التي تم جمعها في الفترة ما بين 21 أغسطس و27 أغسطس 2021، والتي حدثت خلالها موجة حر لمدة يوم واحد.
لماذا التركيز على الأسطح؟
يمكن للمبنى أن يكتسب الحرارة من عدة مصادر مختلفة: النشاط في الداخل، ودرجة الحرارة في الخارج، والإشعاع الذي يصل عبر أشعة الشمس.
في حين أن أجهزة التلفاز والأفران والأجسام الدافئة، وما إذا كان الجو حارًا أم لا، فإن ذلك يخلق بالتأكيد حاجة إلى مكيفات الهواء، فإن إشعاع الشمس يرفع درجة الحرارة أكثر من أي شيء آخر.
يمكن تحقيق تبريد المساحة بعدة طرق، بما في ذلك مكيفات الهواء الأكبر حجمًا والأكثر كفاءة.
ومع ذلك، كما ذكرنا سابقًا، من المتوقع أن يستمر الطلب على الطاقة من وحدات تكييف الهواء في النمو بمعدل سريع في السنوات القادمة مع اشتداد أزمة المناخ.
لذا، بدلًا من ضخ الهواء الساخن إلى الخارج، فمن المنطقي عدم السماح أبدًا بتسخين المبنى في المقام الأول.
يوضح هذا أن قدرة السقف على عكس الإشعاع الشمسي مرة أخرى إلى البيئة وبعيدًا عن سكان المبنى تعد جزءًا لا يتجزأ من التأكد من عدم ارتفاع درجة الحرارة في الداخل.
السقف البارد والألوان
تم تصميم السقف البارد ليعكس ضوء الشمس أكثر من السقف التقليدي، ويمتص طاقة شمسية أقل، يتم زيادة الخصائص العاكسة من خلال مزيج من اختيار الألوان، مثل اللون الأبيض، واختيار المواد، مثل بلاط السيراميك أو المعدن أو القوباء المنطقية المتخصصة.
والنتيجة النهائية هي سقف يمكن أن يعكس ما يصل إلى 80% (بياض قدره 0.8) من الإشعاع الشمسي الذي يتعرض له.
في الدراسة، قام الباحثون بقياس الأسطح المغطاة بالألواح الشمسية (0.2 بياض)، والأسطح الخضراء (0.25 بياض)، والأسطح الباردة (0.8 بياض)، بالإضافة إلى سيناريو التحكم للسقف القياسي (0.2 بياض).
النتائج
على مدار اليوم، أظهر كل سقف قدرة على تقليل درجة حرارة سطحه مقارنة بسيناريو التحكم، وبلغت ذروتها في وقت متأخر بعد الظهر عندما بدأت درجات الحرارة الخارجية في الوصول إلى أعلى نقطة لها.
وكان السقف البارد هو الأكثر فعالية في هذا الإجراء، حيث خفض درجات الحرارة بمقدار 1.5 درجة مئوية مقارنة بـ 1.2 درجة مئوية للأسطح الخضراء، و0.6 درجة مئوية للألواح الشمسية.
مع تحول النهار إلى الليل، يمكن أن تبدأ بعض الطاقة الإشعاعية التي يمتصها السقف في التدفق إلى المبنى، مما يؤدي إلى رفع درجة الحرارة الداخلية.
كانت الأسطح الباردة هي الحل الوحيد الذي لم يظهر الاحترار أثناء الليل لأنها تعكس الطاقة الشمسية بدلاً من امتصاصها.
أظهرت فعالية السقف البارد أيضًا علاقة عكسية مع التحضر في المدينة، مما يعني أنه مع زيادة كثافة ناطحات السحاب والطرق وحركة المرور (جميع العوامل التي تزيد من) تأثير جزيرة الحرارة الحضرية)، كلما كان المبنى أكثر برودة.
حاليًا يعيش حوالي 55% من سكان العالم في المناطق الحضرية، وبحلول عام 2050 من المتوقع أن يصل هذا العدد إلى 6.6 مليار شخص، أي ما يعادل 66% من سكان العالم. سكان العالم.
كل هذا الارتفاع الذي تم تجنبه في درجة الحرارة سوف يخفف بعض العبء على وحدة تكييف الهواء لأنها ستوفر حرارة أقل، وكلما قل التبريد الذي يحتاجه مكيف الهواء، قل استهلاكه للطاقة.
كما أحدث السقف البارد أكبر فرق من خلال تقليل الاستهلاك الإجمالي لطاقة التيار المتردد بنسبة 16.6% في جميع أنحاء منطقة شيكاغو الحضرية، تليها الأسطح الخضراء بنسبة 14.0%، والألواح الشمسية بنسبة 7.6% (باستثناء أي طاقة تنتجها الألواح الشمسية نفسها).
في حين أن 16.6% قد لا يبدو رقمًا مذهلًا، فإن كل كيلووات/ساعة من الطاقة يتم توفيرها سيساعد في حماية الشبكات الكهربائية من الارتفاع الكبير في الطلب بسبب زيادة الاستهلاك البشري والاعتماد الشامل لتقنيات مثل المركبات الكهربائية.
هل الأسطح الباردة هي المستقبل؟
تعتبر الأسطح الباردة حلاً بسيطًا أثبت فعاليته مرارًا وتكرارًا في جميع أنحاء العالم، فلماذا لا يحظى بشعبية كبيرة؟
الحل السحري هو التقدم التكنولوجي المنقذ لليوم، وهو أمر مثير للحلم به، وغرس الأمل، وجذب انتباه (ودولارات) الكثيرين.
تغيير المواد على السطح؟ أقل من ذلك بكثير، ولكن في المواقف التي يبدأ فيها الانخفاض الطفيف في الانبعاثات هنا والاستخدام الأفضل للكهرباء هناك، فإن الإجابة البسيطة غالبًا ما تكون أفضل إجابة.
لأن الحقيقة هي أن الغالبية العظمى من التقدم نحو صافي الصفر سيتم تحقيقه من خلال الحد من الانبعاثات التي يتم إنتاجها حاليًا بدلاً من حل هذه المشكلة إلى المستقبل.
يخطط فريق البحث لمواصلة عمله، وإجراء المزيد من التجارب عبر نطاقات أوسع من مناظر المدينة، بما في ذلك البيانات الموسمية.
ومع تزايد الأدلة لصالحها، يمكن للمرء أن يتطلع إلى رواد مثل ولاية تيلانجانا في الهند التي أعلنت مؤخرًا عن سياسة السقف البارد التي تهدف إلى جلب 300 منزل كيلومترات مربعة من الأسطح العاكسة للحرارة للدولة بحلول عام 2028 مما يوفر 600 جيجاوات ساعة سنويًا من الكهرباء.
