حل واعد يساعد في تقليل استخدام الطاقة وتبريد المباني بإعادة توجيه طاقة الشمس بعيدًا

مع استمرار ارتفاع درجة حرارة الكوكب، يستمر الطلب على التبريد في المباني في الارتفاع.

واستجابة لهذا التحدي المتزايد، عمل العلماء على استكشاف حلول تبريد سلبية لا تعتمد على استهلاك الطاقة.

توصلت الأبحاث إلى أن دمج الأنماط المتعرجة في جدران المباني قد يساعد في تبريد المباني شديدة الحرارة.

أصبحت المباني الآن مسؤولة عن ما يقرب من 40% من استهلاك الطاقة العالمي، مما يساهم بأكثر من ثلث انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالمية.

يأتي جزء كبير من هذه الطاقة من استخدام تكييف الهواء، ويتوقع العلماء أن يتضاعف هذا الرقم بحلول عام 2050 إذا لم يتم التحكم فيه.

نجح فريق بحثي بقيادة تشيلونج تشنج من جامعة كولومبيا في نيويورك في تطوير حل واعد يمكن أن يساعد في تقليل استخدام الطاقة، وذلك من خلال إعادة توجيه طاقة الشمس بعيدًا عن المباني.

جدار هيكلي يتميز بنمط متعرج

واقترح فريق تشنغ تصميم جدار هيكلي يتميز بنمط متعرج يمكنه خفض درجة حرارة سطح المبنى بما يصل إلى 3 درجات مئوية مقارنة بالجدران المسطحة، دون استهلاك أي طاقة.

وقال تشنج “بهذا النوع من التصميم، يمكننا الحصول على مبنى أكثر برودة، وبالتالي يمكننا خفض استهلاك الطاقة اللازمة للتبريد”.

يتكون التصميم من جدران تحتوي على سلسلة من النتوءات التي تشكل شكلًا متعرجًا عند النظر إليها من الجانب.

يستفيد هذا التكوين من التبريد الإشعاعي – وهي استراتيجية تبريد سلبية تعكس ضوء الشمس وتنبعث منها الأشعة تحت الحمراء طويلة الموجة عبر الغلاف الجوي للأرض إلى الفضاء الخارجي.

لقد حظي التبريد الإشعاعي بالاهتمام على مدى العقد الماضي باعتباره طريقة موفرة للطاقة لتقليل الطلب على التبريد.

كانت الاستراتيجيات الشائعة، مثل طلاء أسطح المنازل باللون الأبيض لتعكس أشعة الشمس، فعالة بالنسبة للأسطح الأفقية، ولكنها أقل مثالية بالنسبة للجدران الرأسية، التي تمتص أيضًا الحرارة من الأرض.

يعالج تصميم الجدار المتعرج هذه التحديات من خلال إنشاء أسطح تصدر الحرارة في نافذة الشفافية الجوية وتعكس الحرارة تحت الحمراء، بدلاً من امتصاصها.

زيادة الطلب على التدفئة في المناطق الأكثر برودة

ورغم أن طريقة التبريد المبتكرة هذه تبدو واعدة في المناخات الأكثر حرارة، إلا أنها قد تؤدي إلى زيادة الطلب على التدفئة في المناطق الأكثر برودة خلال فصل الشتاء.

ولمعالجة هذه المشكلة، اقترح تشنج وزملاؤه تصميمًا متكيفًا يتميز بزعانف مفصلية يمكن رفعها في الشتاء لزيادة امتصاص الحرارة وخفضها في الصيف لتقليلها.