آفاق استخدام تقنيات الطاقة المتجددة في التصميم المعماري والإنشائي المستدام الأبنية التعليمية أنموذجاً

اسم الباحث:م. شذا وفيق حبش

عنوان البحث:

آفاق استخدام تقنيات الطاقة المتجددة في التصميم المعماري والإنشائي المستدام

 الأبنية التعليمية أنموذجاً

عنوان البحث باللغة الانكليزية :

Prospects of the Use of Renewable Energy Technologies in Sustainable Architectural and Structural Design Case Study: Educational Buildings

اسم المشرف :د.م. شعيب إبراهيم                                                                           

العام:2023

القسم:علوم البناء والتنفيذ

الملخص:

صاحب النمو السريع وتطور المجتمعات الإنسانية عدداً من الأنشطة البنائية التي أوجبت حدوث التأثر والتأثير ما بين العمارة والتخصصات الأخرى، في المقابل كانت النتيجة الحتمية للتطور والنمو هي الزيادة في استهلاك الطاقة في العالم وبالتالي ظهرت فكرة الأبنية الكفوءة للطاقة، فالتصميم السلبي ومباني الطاقة الصفرية والمباني الخضراء هي مفاهيم متعددة، ولكن جميعها طرق وأساليب جديدة للتصميم والتشييد تستحضر التحديات البيئية والاقتصادية التي ألقت بظلالها على مختلف القطاعات في هذا العصر، ويبرز من بينها تصميم مباني ذاتية الأداء ومباني الطاقة الصفرية (Zero Energy Building) وهو عبارة عن مبنى يصل فيه استهلاك الطاقة إلى صفر سنوياً من خلال تقليص احتياجه من الطاقة إلى حد كبير، وذلك بالاستفادة من التصميم الكفوء الأمثل ويسد حاجته من الطاقة باستخدام تكنولوجيا الطاقة المتجددة، ويصل فيه انبعاث غاز CO2 إلى صفر على مدى تشغيل المبنى بهدف تحقيق بيئة مريحة للاستخدام البشري دون الإضرار بالبيئة الخارجية.

تتباين المعالجات والاستراتيجيات التصميمية لمباني الطاقة الذاتية الأداء باختلاف الظروف المناخية للدول المختلفة، ومن أجل تحقيق مبنى ذاتي الأداء ينسجم مع المناخ المحلي، تناول البحث عرضاً لأهم المعالجات التصميمية التي يمكن أن تستخدم لتحقيقها محلياً. ووضع المقاييس والمعايير لذلك، المتمثلة بمرونة التطبيق على تصاميم مختلفة توجه العمل المعماري نحو تقليل استهلاك الطاقة من خلال تطبيق الأنظمة الذاتية والفعالة وتكاملهما، وبالتالي قياس مدى اقتراب المبنى المصمم من تحقيق الاكتفاء الذاتي من الطاقة.

تم في البحث تصنيف أنظمة المبنى البيئية إلى الأنظمة الذاتية التي شملت: التصميم الأمثل للمبنى (كالتوجيه وموقع الفتحات وحجمها وغيرها)، العزل الحراري، أنظمة التدفئة والتبريد، والأنظمة الفعالة التي تشمل: إنتاج الطاقة من المصادر المتجددة، والأجهزة الكفوءة. كما عرف البحث بمفاهيم الاستدامة، والعمارة الخضراء وإمكانية تحقيقها من خلال إنتاج الطاقة من المصادر المتجددة، على اختلاف أنواعها. وكون مجال البحث هو الأبنية التعليمية اقتصرت الدراسة على بعضاً منها وهي: الطاقة الشمسية، وطاقة الرياح، والطاقة الاهتزازية. كون فترة إشغال الأبنية التعليمية يتزامن مع فترات توفر الشمس والرياح، كما تشهد الأبنية التعليمية حركة مرورية كثيفة للمستهلكين (الطلاب) خلال نشاطاتهم وحركاتهم المنظمة، مما يساعد في رفع كفاءة أداء الطاقة الاهتزازية وزيادة مردودها من الطاقة. بعد ذلك تم التوصل إلى تحديد واستخلاص المعالجات التصميمية الأكثر فعالية في المباني ذاتية الأداء ومباني الطاقة الصفرية من خلال الأمثلة المشابهة وقياس كفاءة تلك المعالجات في تحقيق مباني الطاقة الصفرية في ظل الظروف المناخية المحلية، بالاعتماد على البرامج الحاسوبية (Ecotect) في إجراء الحسابات، إضافة إلى الاعتماد على الحسابات اليدوية للمبردات التبخيرية التي لا يتمكن البرنامج من حسابها، وبجمع تأثير عدد المعالجات التي تم توظيفها في التصميم سيتطلب المبنى أقل طاقة تشغيلية (تشغيل أجهزة تبريد الهواء وتدفئته والإضاءة وبقية الأجهزة) ولغرض الوصول إلى تحقيق استخدام صفري للطاقة في المبنى تم تجهيز المبنى بتقنيات الطاقة المتجددة بشكل متكامل مع التصميم، وبما يحقق محددات الراحة لمستخدمي المبنى.

وبالتالي سيتم طرح مفهوم التصميم الشامل والذي يعنى بالتصميم الهندسي بالإضافة إلى التصميم البيئي. وإن أعلى درجات تقييم المباني الخضراء هو (للطاقة) ومن بعدها (للبيئة الداخلية)، لذلك سيطرح البحث موضوع الطاقة ومن بعدها البيئة على التوالي قبل الدخول في التكنولوجيا المعاصرة وكيفية تسخيرها.

الكلمات المفتاحية:الطاقات المتجددة-الطاقة الشمسية-الطاقة الاهتزازية-طاقة الرياح-الاستدامة

التحميل