مواد البناء الموفرة للطاقة تعمل بشكل أفضل في المناخات الباردة

يدعي باحثون، أن فترة استرداد الطاقة لاستخدام مواد تغيير الطور، وهي تقنية جديدة في صناعة البناء، هي الأقصر في المناخ الأكثر برودة، الموقع الأمثل لاستخدامها هو الجزء الداخلي على الجانب الشمالي من المبنى.

تقدم الدراسة التي قام بها باحثين من ليتوانيا وقبرص إجابات مستنيرة فيما يتعلق بتطبيق تغيير الطور لتحسين كفاءة الطاقة في المباني.

في السنوات الأخيرة، تكتسب مواد تغيير الطورالمستخدمة لتحسين كفاءة الطاقة في المباني زخمًا، يمكن لـ PCM تخزين كميات كبيرة من الطاقة وإطلاقها- عندما تكون في مرحلة صلبة ، يمكنها امتصاص الحرارة، مما يوفر تأثيرًا تبريدًا وعندما يكون PCM في مرحلته السائلة، يمكنه إطلاق الحرارة، مما يوفر تأثير الاحترار.

يوضح Paris Fokaides ، الباحث الرئيسي في جامعة كاوناس للتكنولوجيا، ليتوانيا” أن ذوبان الجليد في الماء هو مادة متغيرة الطور، مثله مثل ذوبان الزبدة في الزيت، ولماذا يكون مميزًا؟ عندما تتغير المادة، فإنها تمتص الطاقة أيضًا وتحررها، في البناء، يتم تغليف هذه المواد، أي كبسولات ميكرو PCM هي مدمج في عنصر بناء، مثل الخرسانة”.

جنبا إلى جنب مع زملائهم من جامعة فريدريك في قبرص، أجرى باحثو جامعة كاوناس للتكنولوجي، دراسة في مناطق أوروبية مختلفة بهدف حساب كفاءة تطبيق أجهزة PCM لتحديث الطاقة في المباني الحالية.

كشف بحثهم أن فترة استرداد الكفاءة والطاقة تعتمد على ظروف معينة، مثل الموقع الجغرافي واتجاه جدار المبنى.

تقييم الأداء الحراري للمباني

يقول إيجلو كلومبيتو، الباحث في كلية الهندسة المدنية والهندسة المعمارية بجامعة كاوناس للتكنولوجي، وهو مؤلف مشارك في الدراسة: “يعد تقييم الأداء الحراري للمباني القائمة معلومات قيّمة للغاية، ويمكن أن تكون مفيدة عند اتخاذ قرارات التجديد”.

وفقًا لها، من المهم فهم كيفية ومكان استخدام المواد المناسبة لتحقيق أقصى قدر من الكفاءة، في المناخات الباردة ، تؤتي الاستثمارات ثمارها في أقل من عام

يدرس العمل تطبيق طلاء PCM في ظروف أرصاد جوية متنوعة، لجميع اتجاهات المباني الرئيسية.

تم إجراء 16 محاكاة رقمية للأشهر التقويمية الأربعة وهي يناير وأبريل ويوليو وأكتوبر وثلاثة خطوط عرض في أثينا وميلانو وكوبنهاجن.

يقول فوكايديس: “أردنا أن تكون نتائج أبحاثنا قابلة للتطبيق عالميًا، ولهذا اخترنا المواقع ذات الظروف المناخية النموذجية في جنوب ووسط وشمال أوروبا”.

تم إجراء عمليات المحاكاة الرقمية الثمانية الأولى باستخدام مادة تغيير الطور المدمجة في بنية عنصر المبنى والمحاكاة الثمانية الأخرى- في غياب PCM كان سمك PCM المدمج 4 سم، تم حساب التوفير السنوي في الطاقة لمدة أربعة أشهر نموذجية، تمثل الفصول الأربعة من العام (الشتاء، الربيع، الصيف، والخريف).

المناخات الباردة تستخدم المزيد من الطاقة

يقول كلومبيتو: “أبرزت إحدى نتائج الدراسة الرئيسية حقيقة أن أداء PCM أفضل في ظل الظروف الباردة”.

وفقًا للباحثين، هذا منطقي تمامًا – أولاً، في الظروف الباردة، يمتص PCM المزيد من الطاقة، وثانيًا، نظرًا لأن المباني في المناخات الباردة تستخدم المزيد من الطاقة (الكهرباء والتدفئة وما إلى ذلك)، يكون توفير الطاقة في هذه الظروف أكثر كفاءة
يوضح فوكايديس”في الدراسة ، قمنا بتطوير مفهوم فترة استرداد الطاقة، وهو ما يعني التوازن بين الطاقة المستخدمة لإنتاج هذه المواد والمكتسبة أثناء استخدامها، تشير فترة استرداد الطاقة إلى المدة التي ستستغرقها الطاقة التي يتم توفيرها في أجهزة PCM للتخلص من تكاليف الطاقة لإنتاجهم”.

توفير الطاقة في حالات معينة

كشفت الدراسة أن تنفيذ PCM يمكن أن يساهم في توفير الطاقة في حالات معينة، تتراوح من 0.24 إلى 29.84 كيلو واط ساعة/ م2 وفترات استرداد الطاقة من أقل من عام إلى ما يقرب من 20 عامًا.

تم حساب أطول فترة استرداد للطاقة في المناخات الأكثر دفئًا، والأقصر- في الأماكن الأكثر برودة، الاتجاه الأمثل لوضع PCM هو الغرب والشرق في أثينا، والشرق والشمال في ميلانو، والشمال في كوبنهاجن، تعمل أجهزة PCM بشكل أفضل عندما يتم دمجها في الهياكل الداخلية.

مفاهيم جديدة تمامًا

كلومبيتو”يوضح النموذج العددي المطور القدرة على إجراء تقييم حراري في ظل ظروف متنوعة مع نتائج دقيقة، والهدف الرئيسي للاتحاد الأوروبي هو التنمية البيئية المستدامة، ويمكن لدراستنا أن تساهم بشكل كبير في تحقيق هذا الهدف”.

وفقًا لـ Fokaides ، فإن الدراسة تبحث في الموضوعات التي لم تتم مناقشتها في الأدبيات العلمية من قبل، يعد الموقع الأمثل لمواد تغيير الطور في المبنى وتوجهه الأمثل وفترة استرداد الطاقة مفاهيم جديدة تمامًا في الموضوع العام لأداء الطاقة في البيئة المبنية.

يقول باحث جامعة كاوناس ” لكوني يونانيًا، لا يمكنني التغاضي عن حقيقة أن الوصف الأول لمبنى صديق للبيئة كتبه سقراط منذ 2.5 ألف عام، وفي ذلك الوقت، أشار إلى أن الجدار الشمالي للمبنى يحتاج إلى أن يكون أكثر سمكًا مقارنة بالجدار الجنوبية، وبالتالي فإن فكرتنا القائلة بأن اتجاه الجدار أمر حاسم عند النظر في تركيبته الهيكلية مرتبطة بتكوين سقراط”.

يدعي باحثو جامعة KTU أن المنهجية ومجموعة البيانات الواردة في هذا العمل يمكن استخدامها لمزيد من التطوير لأدوات التقييم الحراري للمباني.

حاليًا ، يبدأ الفريق مشروعًا بحثيًا جديدًا، سيركز على رقمنة النتائج، يمكن أن يشمل ذلك تطوير أجهزة استشعار ذكية لقياس الأداء الحراري لعناصر البناء في الوقت الفعلي والجوانب الأخرى، وفقًا للعلماء، فإن هذا الموضوع له إمكانات هائلة للتسويق.