الاستدامة
ألواح السقف التكيفية قد تكون المفتاح لخفض استهلاك الطاقة للتدفئة والتبريد
وفقًا لتقديرات أبحاث السوق ، يمكن أن يتجاوز سوق السقوف العالمي 140 مليار دولار أمريكي بحلول عام 2033 من حوالي 82 مليار دولار في عام 2023. لا يتم عمل أي بناء بدون حل سقفي. وهو مهم بنفس القدر للمباني السكنية والتجارية. السوق له طبيعة ديناميكية منذ أن تتطلب الأسقف استبدالًا في فترات متكررة. في جميع أنحاء أمريكا الشمالية ، وفقًا لتقدير أبحاث السوق ، 94٪ من مشاريع السقف هي استبدال السقف.
غالبًا ما يكون استبدال الأسقف القديمة حول جعلها مستدامة بيئيًا وطاقة كفؤة. يمكن أن توفر الأسقف الباردة ، القادرة على反射 الإشعاع الشمسي وتقليل درجة حرارة السقف ، 0.50 دولارًا للقدم المربعة ، كما تشير بعض الدراسات.
تتوقع بعض التقديرات أن يتطور سوق الأسقف الباردة العالمي بنسبة نمو سنوية مرکبة تبلغ 5.7٪ حتى عام 2025. يمكن أن تقلل المواد السقفية العاكسة ، مثل الأغشية أو الطلاءات البيضاء ، من درجة حرارة سطح السقف بنسبة تصل إلى 50 درجة فهرنهايت.
في حين أصبحت خصائص التدفئة أو التبريد سمة محددة للأسقف ، فإن الاهتمام بالاستدامة وتوفير الطاقة يُظهر أن الحلول يجب أن تكون فعالة.
سوف نبدأ مناقشتنا اليوم بحل واحد من هذا القبيل الذي لفت الانتباه في جميع أنحاء صناعة الأسقف في جميع أنحاء العالم.
ألواح السقف التكيفية: حساسة لدرجة الحرارة الخارجية؛ تساعد في تقليل استهلاك الطاقة
قدم علماء في جامعة كاليفورنيا ، سانتا باربرا ، أبحاثًا أكاديمية تفصّل كيف يمكن لألواح السقف تقليل تكاليف التدفئة والتبريد.
كان الغرض من ثلاثة باحثين مشاركين في هذا المشروع ، تشارلي شياو ، وإليوت هوكس ، وbolin لاو ، هو تقليل فواتير الطاقة للمواطنين الأمريكيين وتقليل الحاجة إلى الوقود الأحفوري اللازم لتشغيل أنظمة التكييف في المنازل.
تأتي هذه الألواح التكيفية مع مفتاح إشعاعي للمساعدة في التoggling بين حالات التدفئة والتبريد. يمكن أن تُغيّر بين حالات التبريد والتدفئة في غضون 3 درجات مئوية من درجة الحرارة المحددة. يمكن أن تقلل من احتياجات التبريد والتدفئة بأكثر من 2.5 مرة بالمقارنة مع الأجهزة الثابتة.
يُعد ” المفتاح ” أو جهاز التحكم الحراري السلبي ، مربعًا يبلغ طوله 4 بوصات. يعمل كسطح متحرك يمكن أن يتغير خصائصه الحرارية للاستجابة لمدى من درجات الحرارة.
وفقًا للباحث تشارلي شياو:
“يتغير بين حالة التدفئة وحالة التبريد ، اعتمادًا على درجة حرارة اللوح.”
قام الباحثون بتصميم الحل بهدف درجة حرارة 65 درجة فهرنهايت ، والتي تبلغ حوالي 18 درجة مئوية.
لكن لماذا يتم استقبال هذه الحلول بتحفيز كبير من قبل صناعة الأسقف؟ للحصول على إجابة عن هذا السؤال ، يتطلب فهم وضع استهلاك الطاقة في المباني في الولايات المتحدة.
50٪ من استهلاك الطاقة في المباني في الولايات المتحدة يذهب إلى التدفئة والتبريد
كمية الطاقة التي يتم استهلاكها لتدفئة وتبريد المباني في الولايات المتحدة هائلة. وفقًا ل إدارة معلومات الطاقة بالولايات المتحدة ، فإن استهلاك الطاقة النهائي المجمع للقطاعين السكني والتجاري كان حوالي 29٪ من إجمالي استهلاك الطاقة النهائي في الولايات المتحدة في عام 2022. إذا تم تضمين خسائر الطاقة الكهربائية ، فإن القطاعين السكني والتجاري كانا مسؤولين عن 38٪ من إجمالي استهلاك الطاقة في الولايات المتحدة في عام 2022.
مع 50٪ من استهلاك الطاقة في المباني في الولايات المتحدة يذهب إلى التدفئة والتبريد ، يجب أن تكون النظام فعالة من حيث الطاقة بأي ثمن. بالإضافة إلى ذلك ، سيزيد تغير المناخ والاحترار العالمي من الحاجة إلى التبريد. ومع ذلك ، ستبقى هناك مناطق حيث ستبقى احتياجات التدفئة عالية وقد تزيد حتى.
النظم التقليدية للأسقف الباردة ، بما في ذلك الطلاءات العاكسة والأغشية والألواح ، تعمل على مبادئ تبريد المنازل من خلال反射 ضوء الشمس. تُفرج هذه الحلول أيضًا بعض الحرارة المحبوسة كإشعاع حراري تحت الأحمر. ومع ذلك ، يظهر مشكلة هذه الحلول عندما تواصل أنظمة الأسقف الباردة إشعاع الحرارة في الشتاء ، مما يزيد من تكاليف التدفئة. باختصار ، يفتقر إلى الكفاءة في استهلاك الطاقة والفعالية من حيث التكلفة.
مع الأخذ في الاعتبار جميع الجوانب المذكورة أعلاه ، فإن حلًا يمكن أن يُغيّر بين حالات التدفئة والتبريد استجابةً لدرجة الحرارة الخارجية لا يقل عن تغيير اللعبة ، خاصة لأنه يعمل بدون كهرباء.
يُعتبر الحل أيضًا لعب دورًا حاسمًا للصناعة لأنها يمكن أن ت满ي احتياجات التدفئة والتبريد في نفس المبنى في نفس اليوم. لا توجد العديد من التكنولوجيات المتاحة حاليًا التي يمكن أن تُغيّر تلقائيًا بين التدفئة والتبريد السلبي. ومع ذلك ، فإن الحلول المتاحة في الغالب غير فعالة للتبديل اليومي لأنها تتطلب نطاقًا كبيرًا من درجات الحرارة لتحويل الحالات.
يزعم الباحثون أيضًا أن تصميمهم مرن للغاية. يمكن أن يتحقق من نقاط درجة الحرارة المختلفة عن طريق تغيير مادة تغيير الطور. من أجل تبريد إشعاعي محسن وأداء تدفئة أفضل ومتانة أفضل ، تحتاج الألواح التكيفية فقط إلى تغيير الطلاء.
ميزة أخرى تجعل الحل مربحًا هو تصميمه البسيط وإمكانية إنتاجه منخفضة التكلفة.
في حين تنتظر جميع هذه المزايا والفوائد أن تُستغل من قبل الصناعة وإنتاجها على نطاق أكبر ، تعمل العديد من حلول المباني الأخرى على تقليل استهلاك الطاقة للتدفئة والتبريد. سننظر بعضًا من هذه الحلول في الفقرات التالية.
طلاء السقف الذكي لجميع فصول السنة لتوفير الطاقة
قام علماء مشاركون في دراسة بقيادة جونكيو وو ، عالم في قسم العلوم المواد في مختبر بيركلي ، بتطوير طلاء سقف ذكي لجميع فصول السنة للحفاظ على المنازل دافئة خلال الشتاء وباردة خلال الصيف.
مثل الحل السابق ، لا يتطلب هذا الحل الكهرباء أو الغاز الطبيعي.
وفقًا لجونكيو وو:
“يتغيّر طلاء السقف الذكي لجميع فصول السنة تلقائيًا من الحفاظ على برودة إلى دفء ، اعتمادًا على درجة حرارة الهواء الخارجية. إنه تبريد وتدفئة بدون طاقة ، بدون انبعاثات ، في جهاز واحد.”
为了 تحقيق هدفهم ، قام العلماء بتطوير مادة جديدة تسمى طلاء إشعاعي قابل للتعديل حسب درجة الحرارة أو TARC. يُغلق TARC تلقائيًا التبريد الإشعاعي في الشتاء ، مما يضمن عدم حدوث تبريد زائد وضياع طاقة.
مع TARC في المكان ، يتوقع العلماء أن يوفر المنزل العادي في الولايات المتحدة ما يصل إلى 10٪ على الكهرباء. يمكن أن يعكس الحل 75٪ من ضوء الشمس على مدار السنة. ومع ذلك ، عندما تكون درجة الحرارة المحيطة أعلى من 25 درجة مئوية أو 77 درجة فهرنهايت ، يصل انبعاثها الحراري إلى حوالي 90٪.
جونكيو وو ، معبرًا عن حماسه لما يمكن أن ينجزه الحل ، قال:
“كنا نعتقد في البداية أن التغيير من الدفء إلى البرودة لن يكون كبيرًا. أثبتت محاكاتنا وتجاربنا الخارجية والتجارب المختبرية خلاف ذلك – إنه مثير للغاية.”
كانت هناك خطط لتطوير نماذج أولية من TARC مناسبة للتطبيقات على نطاق أكبر. كانوا يأملون في أن يثبت TARC قيمته كطلاء حراري لحماية بطارية الهواتف الذكية والأجهزة اللابتوب. يمكن أن تشمل استخداماته الأخرى حماية الأقمار الصناعية والسيارات من درجات الحرارة العالية أو المنخفضة جدًا ، وتصنيع نسيج قابل للتحكم في درجة الحرارة للأخيم ، والغطاء الأخضر ، والقبعات ، والسترات.
تتوفر حلول طاقة كفؤة للمباني في الولايات المتحدة ، خاصةً مع التركيز على الأسقف الكفؤة ، على نطاق المؤسسة. سنرى بعض هذه الحلول في الفقرات التالية.
1. Whitco Roofing, Inc.
يتمثل موقف Whitco في كونه أكبر مقاول سقفي تجاري في أتلانتا وواحد من أبرز مقاولي السقوف في أمريكا الشمالية. Whitco هو واحد من عدد قليل من شركات السقوف التجارية في أمريكا الشمالية التي لديها محترفون أخضر معتمدون في السقف. كما يقدم لوحات شمسية يمكن أن توفر أكثر من 25٪ من إجمالي الطاقة للمبنى. تشمل حلوله أيضًا عزل سقف Polyisocyanurate. عند تطبيقها بشكل صحيح ، يمكن أن يقلل هذا الحل بشكل كبير من تكاليف التدفئة والتبريد في سيناريوهات الاستخدام التجاري والصناعي.
تأسست شركة Whitco Roofing في عام 2005 وهي شركة خاصة مقرها أتلانتا ، جورجيا ، الولايات المتحدة.
2. Grundfos
عندما يتعلق الأمر بمقاربة شاملة لتقليل استهلاك الطاقة للتدفئة أو التبريد في المباني ، فإن Grundfos هو الاسم الذي يظهر في الصدارة. ت满ي حلولها احتياجات المباني التجارية والمنزلية.
为了 جعل التدفئة التجارية فعالة من حيث الطاقة ، يقدم Grundfos مضخات دوارة ، و حلول توزيع المضخات ، و مجموعات تعزيز ، و مضخات خطية منفردة ، و محسنات هيدروليكية ، وغيرها الكثير. من أجل التدفئة الفعالة من حيث الطاقة في التشكيلات المنزلية ، يعتمد Grundfos في الغالب على مضخات الدوران.
في السنة المالية 2022 ، سجلت Grundfos إيرادات صافية تبلغ 33.3 مليار كرونة دنماركية (2021: 28.7 مليار كرونة دنماركية). شهدت نموًا في المبيعات بنسبة 12.1٪ بالعملات المحلية مقارنة بالسنة المالية السابقة (2021). زادت عائدات المبيعات في عام 2022 إلى 11.8٪ ، مقارنة بـ 11.4٪ في عام 2021.
3. Tesla Solar Roofs
تأتي تركيب سقف Tesla الشمسية مع فرصة لتزويد المنزل بنظام شمسي وطاقة متكامل بالكامل. يقدم ضمانًا لمدة 25 عامًا وحماية من انقطاع التيار على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع. يتم补 سقف الشمس بواسطة Powerwall ، بطارية منزلية مدمجة لتأمين الطاقة على مدار الساعة. تساعد هذه البطاريات على تخزين الطاقة التي ينتجها سقف الشمس لتزويد المنزل بالطاقة في أي وقت.
تتكون سقف الشمس من ألواح زجاجية شمسية و ألواح سقف فولاذية. تنتج الألواح الزجاجية الشمسية الطاقة. يتم استخدام الألواح الفولاذية المعمارية لتعزيز طول العمر ومقاومة الصدأ للسقف.
وفقًا للأرقام المنشورة رسميًا من قبل الشركة ، قام فريق Tesla الداخلي من محترفي الطاقة بتثبيت ما يقرب من 4 غيغاوات من الطاقة الشمسية عبر ما يقرب من 480,000 سقف. تنتج هذه الأسقف مجتمعة أكثر من 25 تيراوات ساعة من الطاقة النظيفة.
يتضمن الإعداد أيضًا محولات Tesla الشمسية للحفاظ على التكامل الآمن والموثوق والجاهز للاختراق. يمكنك مراقبة إنتاج الطاقة في الوقت الفعلي باستخدام تطبيق Tesla. كما يمكنك التحكم في النظام من أي مكان مع التنبيهات الفورية والوصول عن بعد.
(TSLA )
في الربع الثالث من عام 2023 ، سجلت Tesla إيرادات تزيد عن 21.4 مليار دولار أمريكي. بلغ هامش التشغيل 17.2٪.
المباني وتوفير الطاقة: الطريق إلى الأمام
الاحترار العالمي وتغير المناخ هو قلق مدني. الحكومات والهيئات التنظيمية ومجالس الدول والشركات جميعها حريصة على إيجاد حلول تساعد في تحقيق وحدات طاقة فعالة. بالإضافة إلى الحلول المتخصصة ، هناك العديد من الطرق التي يمكن من خلالها معالجة هذه القلق من خلال إجراء تعديلات يومية صغيرة في أنظمة المباني.
يوصي مكتب كفاءة الطاقة وتحديثها التابع لوزارة الطاقة الأمريكية بالعديد من هذه الحلول ، مثل إضافة العزل ، واستخدام الإضاءة LED ، وتثبيت مضخات الحرارة ، إلخ.
يمكن للأشخاص الذين يعيشون في مناخ حار ورطب استخدام أنابيب تبريد لخفض الرطوبة الداخلية وتحسين الراحة. يمكن أن يكون عزل الأنابيب وختمها بالهواء مفيدًا.
لنظم تسخين المياه الفعالة في المباني ، يمكن التفكير في حلول فعالة من حيث الطاقة مثل الألواح اللولبية ، والمنظفات المائية غير المباشرة ، و سخانات المياه الشمسية ، إلخ. قد يثبت أيضًا إدخال عمليات مثل استعادة حرارة المياه المفيدة.
هناك العديد من الفوائد لتقليل استهلاك الطاقة للتدفئة والتبريد. لا يتعلق الأمر فقط بتقليل التكلفة. إنه له فوائد مجتمعية أكبر. يساعد في بناء متانة المجتمع ونظام يعتمد على الطاقة بحكمة وعدل. هناك مجتمعات محرومة في كل منطقة تحتاج إلى مساعدة من التكنولوجيا والبنية التحتية الفعالة من حيث التكلفة للحصول على إمداد طاقة غير متقطع.
تؤدي أنظمة الطاقة الفعالة أيضًا إلى تقليل التلوث الجوي ، مما يفيد صحة المجتمع بشكل عام. كما أن الحفاظ على الوقود الأحفوري مفيد لبيئتنا ، والنباتات والحيوانات التي تحيط بنا.
فائدته لاقتصاد البنية التحتية للبلاد أيضًا كبيرة. تقلل الأنظمة الفعالة من حيث الطاقة من الحمل على الشبكات. يساعد في تقليل الازدحام والضغط على توزيع الطاقة في أي نقطة معينة في الوقت.
المنافع واسعة النطاق وذات تأثير بعيد المدى لدرجة أننا نحتاج إلى المزيد من الحلول مثل ألواح السقف التكيفية في المستقبل. إنه بالتأكيد علامة ميل محبذة في رحلة الكفاءة والاستدامة.
