وحدة ديناميكية تعتمد على الذكاء الاصطناعي للعزل الحراري المتغير تجعل الواجهات الزجاجية أكثر كفاءة في استخدام الطاقة في المباني السكنية والمكتبية الشاهقة
في العقود الأخيرة، تغيرت أفق مدن العالم بشكل كبير لدرجة أنه لم يعد من الممكن التعرف عليها. ترتفع الأبراج المكتبية والسكنية إلى ارتفاعات جديدة، ومعظمها محاط بقشرة لامعة من الزجاج. وفي إسرائيل أيضًا، وخاصة على طول ممر أيالون في تل أبيب، يبدو هذا الاتجاه واضحًا للعيان ــ معظمهم من النساء. الأبراج وتم بناء المباني الجديدة بواجهات شفافة مصنوعة من الزجاج. هناك سببان رئيسيان وراء اختيار الزجاج: التطور التكنولوجي الذي مكّن من الإنتاج السريع للزجاج عالي الجودة، والتفضيل المعماري والتصميمي الذي جعل الغلاف الشفاف عنصر تصميم مميز للأبراج الحديثة. ولكن إلى جانب الفوائد الجمالية، فإن هذا يأتي بتكلفة بيئية باهظة.
إن غلاف المبنى الزجاجي، مهما كان مثيرًا للإعجاب، يواجه صعوبة في عزل الجزء الداخلي من المبنى بشكل صحيح. ولذلك تستهلك هذه المباني كميات هائلة من الطاقة لأغراض التبريد والتدفئة، مما يؤدي إلى تلوث البيئة بشكل كبير وزيادة بصمتها الكربونية. על نعم بيانات وبحسب وكالة الطاقة الدولية، يعد قطاع البناء أحد أكبر مستهلكي الطاقة في العالم. يعد نشاط البناء مسؤولاً عن حوالي 30 في المائة من استهلاك الطاقة العالمي وحوالي 26 في المائة من انبعاثات الغازات المسببة للاحتباس الحراري المرتبطة بالطاقة (8 في المائة من الانبعاثات المباشرة من المباني و18 في المائة من الانبعاثات غير المباشرة من إنتاج الكهرباء والحرارة المستخدمة في المباني). وتوضح هذه البيانات مدى تأثير صناعة البناء على أزمة المناخ وكيف يمكن أن يكون تقليل استهلاك الطاقة في المباني أمرًا أساسيًا لمكافحة ظاهرة الاحتباس الحراري العالمي. علاوة على ذلك، أصبح الزجاج رمزًا للمباني الموفرة للطاقة.
تلوث الجمال
ولمعالجة هذه المشكلة، أطلقت شركة ناشئة إسرائيلية جديدة تسمى جدران السماء (Sky-Walls) تعمل حاليًا على تطوير تقنية مبتكرة في هذا المجال التكنولوجيا النظيفة (التكنولوجيا النظيفة). تهدف هذه التقنية إلى تغيير قواعد اللعبة وجعل الواجهات الشفافة أكثر ذكاءً وكفاءة في استخدام الطاقة - والحفاظ على الأبراج طويلة ولامعة وأقل هدرًا.
يقول هيلاني يلوز، مهندس الأنظمة والمسؤول الرئيسي عن التكنولوجيا في الشركة: "تشكل المباني الزجاجية معضلة معقدة ذات متطلبات متضاربة". "من ناحية، يسمح الغلاف الزجاجي بنفاذ الضوء الطبيعي ويخلق شعوراً بالانفتاح والتهوية، ولكن من ناحية أخرى، فإنه يتسبب في فقدان الحرارة في الشتاء وارتفاع درجة الحرارة في الصيف - مما يؤدي إلى ظاهرة الاحتباس الحراري وزيادة استهلاك الطاقة لتكييف الهواء"، كما توضح.
تهدف Sky-Walls إلى سد الفجوة بين الفوائد المعمارية للبناء الزجاجي والحاجة الملحة لكفاءة الطاقة. وتعمل الشركة على تطوير وحدة ذكية ومبتكرة يتم دمجها في الواجهات الزجاجية. يوضح ييلوز قائلاً: "يتم تثبيت وحدة الواجهة المستقلة لدينا مباشرة على الألواح الزجاجية الموجودة في المبنى". "باستخدام الذكاء الاصطناعي، تسمح التكنولوجيا بالحفاظ على الحرارة أو إطلاقها حسب الحاجة." وتضيف أن "النظام يسمح بتحويل جدران الستارة من أنظمة سلبية إلى أنظمة ديناميكية، مع ضبط معامل الحرارة الشمسية تلقائيًا وفقًا للظروف الداخلية والخارجية في أي لحظة". تظهر عمليات المحاكاة أن هناك ما يصل إلى 30 بالمائة من التوفير في الطاقة لتدفئة وتبريد المبنى. وبهذه الطريقة، يمكن تقليل التأثير البيئي لناطحات السحاب وجعلها مستدامة.
تم تسجيل براءة اختراع للتكنولوجيا التي طورتها الشركة وهي تعتمد على مبدأ العزل الحراري الديناميكي. أي أن الغلاف الزجاجي يتكون من لوحين زجاجيين – خارجي وداخلي – بينهما طبقة من الهواء. عندما يكون الهواء المحبوس بين الألواح ثابتًا، فإنه يعمل كعازل حراري ممتاز وأكثر فعالية بكثير من الزجاج العادي. ومن ناحية أخرى، عندما يكون ذلك ضروريا، يقوم النظام بتنشيط دوران الهواء المتحكم فيه، وبالتالي تقليل خصائص العزل الحراري لغلاف الزجاج وفقا للظروف البيئية ومتطلبات الطاقة في المبنى. في الأوقات التي يكون فيها المبنى ساخنًا جدًا، يمكن إطلاق الحرارة المحاصرة داخل المبنى إلى الخارج من خلال عمليات التوصيل والحمل الحراري - العمليات الفيزيائية لنقل الحرارة، وذلك بفضل الفرق في درجة الحرارة بين الداخل والخارج. وتسمح هذه التقنية بالحفاظ على مزايا التصميم والضوء الطبيعي للواجهات الزجاجية، مع تقليل استهلاك الطاقة لتكييف الهواء بشكل كبير. فهو لا يعمل على تحسين كفاءة الطاقة في المباني الشاهقة فحسب، بل إنه يجعل صناعة البناء أقرب إلى تحقيق أهداف الاستدامة العالمية.
التكنولوجيا والميزانية للبيئة
تأسست شركة Sky-Walls الناشئة في عام 2020، على أعتاب جائحة فيروس كورونا - وهي فترة من عدم اليقين العالمي، ولكن أيضًا فترة من التسارع التكنولوجي والاختراقات المبتكرة. يقف وراء هذه المبادرة رجل الأعمال أورين أهارون، الحاصل على درجة البكالوريوس في الهندسة النووية ودرجة الماجستير في الإدارة الصناعية، والذي وضع لنفسه هدفًا طموحًا: تطوير حل ذكي وفعال لتحدي الطاقة المتمثل في الأبراج الزجاجية. وفي مراحلها المبكرة، حصلت الشركة على اعتراف حكومي عندما حصلت على منحة من وزارة الطاقة والبنية التحتية، والتي صُممت لدعم الشركات الناشئة المبتكرة في مجال الاستدامة وكفاءة الطاقة. ولم يتأخر النجاح، ففي العام الماضي حصلت الشركة على منحة أخرى من هيئة الابتكار - وهي شهادة على الإمكانات الكامنة في التكنولوجيا التي طورتها الشركة ومساهمتها المحتملة في تقليل استهلاك الطاقة في المباني الشاهقة.
ويتواجد المنتج حاليًا في مراحل متقدمة من التطوير، حيث يتمثل هدف الشركة في العثور على موقع مناسب لإجراء تجربة أولية، حيث سيكون من الممكن اختبار التكنولوجيا في ظل ظروف حقيقية. "نأمل أن ينتقل المنتج قريبًا إلى الإنتاج التجاري، وبفضل ذلك سنرى المزيد والمزيد من المزارعين يقللون بشكل كبير من استهلاك الطاقة وبالتالي يساهمون في مكافحة الاحتباس الحراري العالمي"، كما يقول ييلوز. وبينما يبحث العالم عن حلول لتقليل استهلاك الطاقة في صناعة البناء، فإن المشروع التجريبي المخطط له يمكن أن يكون خطوة مهمة أخرى على الطريق نحو التنفيذ التجاري على نطاق واسع وإحداث ثورة كبيرة في تقليل استخدام الطاقة، مع الحفاظ على خط التصميم المعاصر ولكن مع دمج الاستدامة من الأساس إلى الأعلى.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
