الطاقة

أبنية – خاص

مع تزايد النشاط السكاني والصناعي في المدن الكبرى، يزداد الطلب على الطاقة بشكل ملحوظ، مما يؤدي إلى الحاجة الملحة لإيجاد حلول مبتكرة لتحسين إدارة استهلاك الطاقة داخل المباني، التي تمثل أحد أكبر مصادر الاستهلاك. ويتطلب هذا تحسين أداء الأنظمة الذكية وتقنيات التحكم الحديثة للحد من الفاقد في الطاقة، وتحقيق سبيل واقعي لمنظومة مُستدامة داخل الأبنية.

ماذا تعني المباني الذكية؟
المباني الذكية في المناطق الحضرية هي منشآت تعتمد على تقنيات متقدمة مثل إنترنت الأشياء “IoT” والذكاء الاصطناعي لتحسين كفاءة الطاقة، وزيادة الراحة، وضمان استدامة البيئة. تُجهز هذه المباني بأجهزة استشعار وأنظمة تحكم ذكية تقوم بمراقبة وإدارة استهلاك الطاقة والخدمات بشكل متكامل. من خلال جمع البيانات الحية وتحليلها، تستطيع هذه المباني التفاعل مع الظروف المحيطة وتعديل استهلاك الطاقة، مما يساهم في تقليل التكاليف وتعزيز استدامة البيئة الحضرية.

استخدام الذكاء الاصطناعي في إدارة الطاقة
يؤدي الذكاء الاصطناعي دورًا حيويًا في إدارة استهلاك الطاقة داخل المباني الذكية. فمن خلال استخدام تقنيات التعلم العميق، يمكن تحليل البيانات التاريخية، مثل معلومات الطقس وخصائص المباني، لتوقع استهلاك الطاقة بدقة. وتتيح هذه التنبؤات للمباني تحسين استهلاكها للطاقة وتقليل الفاقد، مما يسهم في اتخاذ قرارات أكثر فعالية في إدارة الموارد.

دمج تقنيات Industry 4.0 وإنترنت الأشياء “IoT”
يتم تعديل استهلاك الطاقة في المباني الذكية من خلال دمج تقنيات الصناعة 4.0 وإنترنت الأشياء “IoT”. تُركب أجهزة استشعار ذكية لقياس استهلاك الطاقة بشكل مستمر، مما يوفر بيانات حية. وترتبط هذه الأجهزة بالشبكة، مما يمكّن المبنى من تعديل استهلاكه للطاقة استنادًا إلى هذه البيانات والتغيرات اللحظية في ظل ظروف مثل درجة الحرارة أو عدد الأشخاص الموجودين.
من خلال هذا النظام الذكي، يتم تحقيق تحكم أكثر دقة في استهلاك الطاقة، مما يؤدي إلى تحسين كفاءة الطاقة وتخفيض التكاليف.

إطار مقترح.. ماذا تعني الشبكات العصبية التلافيفية “CNN”؟
في دراسة بعنوان “AI-powered deep learning for sustainable industry 4.0 and internet of things: Enhancing energy management in smart buildings”، تم اقتراح إطار يعتمد على تقنيات التعلم العميق مثل الشبكات العصبية التلافيفية “CNN” لتوفير حلول أكثر كفاءة في إدارة الطاقة داخل المباني الذكية. يعتمد هذا النظام على مجموعة بيانات ASHRAE – Great Energy Predictor III لتدريب النموذج، مما يجعله أداة فعالة للتنبؤ بدقة باستهلاك الطاقة استنادًا إلى مجموعة متنوعة من العوامل المتغيرة.
يتضمن النظام آليات للكشف عن الشذوذ، مما يساعد في تحديد الأعطال والكفاءات غير الفعالة في إدارة الطاقة. من خلال تطبيق هذه الآليات، يمكن للنظام تحسين استهلاك الطاقة في الوقت الفعلي وتنفيذ استراتيجيات استجابة للطلب، مما يسهم في تقليل التكاليف وزيادة كفاءة الطاقة.

مقارنة الأداء مع الأساليب التقليدية
أظهرت نتائج الدراسة المنشورة في مجلة “Alexandria Engineering Journal” التابعة لجامعة الإسكندرية أن الإطار المقترح باستخدام الشبكات العصبية التلافيفية “CNN” وتقنيات إنترنت الأشياء “IoT” يحقق دقة تصل إلى 88%. وهذا يُمثل تحسينًا ملحوظًا مقارنة بالطرق التقليدية مثل SVM وELM وLSTM، وهي طرق تعليمية ونماذج شبكات تعليمية متكررة تتعامل مع استهلاك الطاقة على المدى الطويل. مما يبرهن على فعالية الأساليب الحديثة في تحقيق تحسينات كبيرة في التنبؤ بكفاءة الطاقة.
بناءً على ما تقدم، تسهم تقنيات الذكاء الاصطناعي وإنترنت الأشياء بشكل فعال في تحسين أداء الطاقة داخل المباني الذكية. ومن خلال دمج هذه التقنيات مع إدارة الطاقة في الوقت الفعلي، يمكن تحقيق نتائج مثالية فيما يتعلق بتوفير الطاقة وتقليل التكاليف.

Camilla Ghisleni

طوال تاريخ العمارة، كانت كفاءة الطاقة وانبعاثات ثاني أكسيد الكربون تعدُّ قضايا هامشية حتى أواخر القرن العشرين. وتوضح الدرجات المنخفضة لبعض المباني الحديثة الأيقونية في برنامج شهادة Energy Star هذه الحالة. لقد حصل مبنى MetLife/PanAm، الذي صممه والتر غروبيوس وبييترو بيلوسكي في عام 1963، على درجة محبطة تبلغ 39 “على مقياس من 0 إلى 100”. بينما حصل مبنى Lever House، الذي صممته شركة Skidmore, Owings & Merrill في عام 1952، على درجة 20. وكان أسوأ أداء هو مبنى Seagram الأيقوني الذي صممه ميس فان دير روه، وتم بناؤه في عام 1958، حيث حصل على 3 نقاط فقط. من ناحية أخرى، حصل اثنان من المباني الأرت ديكو الموقرة من الثلاثينيات، وهما مبنى كرايسلر ومبنى إمباير ستيت، على درجات 84 و80، نتيجة للتحسينات الكبيرة في أنظمة الميكانيكا والعزل الخاصة بهما.

في عصر التغير المناخي واستنفاد الموارد الطبيعية، جعل المباني القائمة أكثر استدامة وكفاءة في استخدام الطاقة ليس ممكنًا فحسب، بل ضروريًا، سواء كانت حديثة أو تقليدية أو محلية. ويُستخدم مصطلح “التحديث” على نطاق واسع لوصف مجموعة من التحسينات على مبنى قائم لضمان استجابته ومرونته وتكيفه الجيد مع تغير المناخ.

تأخذ مشاريع التحديث الناجحة في الاعتبار سياق المبنى وتاريخه وشاغليه. وتوفر الحلول الشاملة والمتوازنة الطاقة مع الحفاظ على بيئة داخلية مريحة وصحية. وبالنسبة إلى المباني الحديثة، تنشأ تحديات محددة، خصوصًا في الحفاظ على الهوية المعمارية للهيكل. ويزيد عدم وجود إرشادات عامة في السياسات العامة أو الأدبيات المتخصصة من تعقيد هذا الأمر.

على سبيل المثال، تعدُّ المساحات الكبيرة من الزجاج التي تميز العمارة الحديثة إحدى أكثر العوائق تأثيرًا على كفاءة الطاقة. إذ سعى المهندسون المعماريون في تلك الحقبة إلى دمج أكبر قدر ممكن من الزجاج في مبانيهم لزيادة الضوء الطبيعي إلى أقصى حد. بالإضافة إلى ذلك، بسبب التصميم المفتوح للطوابق، كانوا يهدفون إلى إزالة المادة من الجدران الخارجية، مما يجعلها رقيقة قدر الإمكان. ومع ذلك، يجب أن توفر هذه الميزات حماية حرارية أكبر وتؤدي إلى هدر كبير للطاقة.

في ضوء هذا التناقض، ركزت بعض الدراسات على وضع إرشادات لتكييف العمارة الحديثة مع السياق الحالي. وتشير هذه الدراسات إلى أنه يمكن تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بأكثر من 55% من خلال تحديث أغلفة المباني وتنفيذ التقنيات المتاحة والمثبتة. وتشمل هذه التقنيات استعادة الطاقة “وإن كان غير مستحب بالنسبة للمباني التي تحمل تصنيفًا تاريخيًا”، ودمج مصادر الطاقة المتجددة، مثل المضخات الحرارية التي تستخرج الحرارة من الأرض، والطاقة الكهروضوئية.

وتشير الأبحاث نفسها إلى أن التكاليف المقدرة لتحديث المباني التاريخية ذات الطوابق الثلاثة ستكون حوالي 300 يورو لكل متر مربع. بينما المباني ذات الطوابق الأحد عشر، ستكون بين 120 و150 يورو لكل متر مربع، بناءً على الوضع في بولندا حيث أُجريت الدراسة. كما تشير الأبحاث إلى أن التكاليف المقدرة للتحديث لكل ساكن تتراوح بين حوالي 4.000 و6.000 يورو، بحسب المبنى. وهذا يعني أن نسبة كبيرة من الساكنين قد لا تكون قادرة على تغطية هذه التكاليف، وستحتاج عمليات التجديد إلى دعم مالي. ومن بين هذه المبادرات الداعمة برنامج “موجة التجديد” للاتحاد الأوروبي، الذي أُطلق في عام 2020، ويشير إلى أن 1% فقط من المباني القديمة يتم تجديدها سنويًا ويهدف إلى زيادة معدل التجديد إلى 4% سنويًا.

بغض النظر عن الحلول التي تم العثور عليها، من المهم التأكيد على أن أضرارًا كبيرة يمكن أن تلحق بالممتلكات التاريخية باسم التحديثات الطاقية إذا لم تبدأ العملية من خلال النظر بعناية في شكل المبنى ومواده وخصائصه المعمارية الأخرى. في هذا السياق، ينبغي أن يكون الهدف تمكين المباني من تحقيق أفضل أداء ممكن بدلاً من فرض معايير القرن الحادي والعشرين عليها.

يشرح تشاندلر مكوي، مدير مبادرة الحفاظ على العمارة الحديثة، أنه لتحسين كفاءة الطاقة في المباني الحديثة، يجب أولاً تقييم الاستخدام الكلي للطاقة في المبنى، ثم إيجاد طرق لتحسينه بشكل شامل. إذا كانت النوافذ الزجاجية البسيطة جزءًا أساسيًا من هوية المبنى التاريخية، فيجب الحفاظ عليها، ويجب تحويل التركيز إلى مناطق أخرى يمكن إجراء التحسينات فيها. وتتطلب هذه العملية فهم المبنى والإبداع في إيجاد الحلول. ولا تفي معايير البناء بمعالجة القضايا مثل الأهمية التاريخية أو الطابع المعماري.

مثال ناجح هو تجديد مجمع حديث مكون من ثلاث بلوكات وخمسة عشر طابقًا في حي غراند بارك في بوردو. قاد عملية التجديد آن لاكاتون وجان فيليب فاسال، الفائزان بجائزة بريتزكر. ووفقًا لشعار المعماريين، “لا تهدم أبدًا، لا تزيل أو تستبدل، دائمًا أضف، تحول، وأعد الاستخدام”، شمل المشروع عملية دقيقة لاستعادة وتعزيز الميزات الرئيسية للتصميم الأصلي. كما تم تحسين الأداء الطاقي العام للمبنى، بشكل أساسي من خلال إضافة شرفات ونظام عزل حراري جديد للواجهة.

في عصر أصبحت فيه النقاط الخمس التي اقترحها لو كوربوزييه ذات أهمية متزايدة عندما يتم دمجها مع الهندسة المعمارية المستدامة والمستجيبة للبيئة، فإن تحويل المباني الحديثة يعني الحفاظ عليها نشطة ومتناغمة مع محيطها. وأهم من ذلك، أنها تقضي على الأعذار التي قد تبرر هدمها .

المصدر: arch daily

أبنية – خاص
في ظل تزايد القلق بشأن تغير المناخ والتأثيرات السلبية الناجمة عن استهلاك الموارد والطاقة في قطاع البناء، أصبح من الضروري تبني مفهوم العمارة المستدامة. الهدف من العمارة المستدامة هو تصميم وبناء مباني تستخدم موارد وطاقة أقل وتقلل من التأثير البيئي السلبي. في هذا المقال، سنناقش كيف يمكن للتصميم البيئي والعمارة المستدامة المساهمة في تقليل التأثير البيئي للمباني.

التصميم الذكي
يتعامل التصميم الذكي مع مبادئ التصميم التي تأخذ في الاعتبار التضاريس المحلية والظروف المناخية. يشمل ذلك توجيه المباني للاستفادة القصوى من الشمس واستخدام تكنولوجيا الظل لتبريد المباني بشكل طبيعي. من خلال تحسين العزل الحراري وتقديم حلول للتهوية الطبيعية، يمكن للتصميم الذكي أن يقلل من استهلاك الطاقة ويحسن راحة المستخدمين.

المواد المستدامة
استخدام المواد المستدامة والمصادر المحلية ضروري لتقليل استهلاك الطاقة والموارد وانبعاثات الغازات الدفيئة. يشمل ذلك استخدام مواد معاد تدويرها ومواد ذات تأثير بيئي منخفض. عند اختيار المواد المستدامة، يجب أن يُنظر أيضًا إلى عمر المادة وكيف يمكن إعادة تدويرها أو التخلص منها بشكل آمن.

كفاءة الطاقة
يعتبر تحسين كفاءة الطاقة في المباني عاملًا مهمًا للحد من تأثير البيئة. يمكن ذلك من خلال استخدام تكنولوجيات الطاقة المتجددة، مثل الطاقة الشمسية والطاقة الكهرومائية والطاقة الجيوحرارية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن تحسين أداء المباني من حيث العزل والتهوية والتدفئة والتبريد، مما يقلل من الاعتماد على الطاقة غير المتجددة ويخفض فواتير الطاقة.

استخدام المياه بكفاءة
يمكن أن يساهم استخدام المياه المستدامة في تقليل استهلاك المياه والحفاظ على الموارد الطبيعية. يشمل ذلك إعادة استخدام المياه الرمادية، وتوفير مياه الامطار، واستخدام التركيبات والتجهيزات الموفرة للمياه. من خلال تطبيق هذه التقنيات، يمكن تحسين كفاءة استخدام المياه والحد من تأثير المباني على الموارد المائية المحلية.

الأراضي والتخطيط العمراني
التخطيط العمراني المستدام يشمل اختيار مواقع المباني بعناية للحد من التأثير على البيئة وتعزيز النقل المستدام. يعتبر تركيز التنمية في المناطق الحضرية والحد من التوسع العمراني استراتيجية مهمة للحفاظ على الموارد الطبيعية وتقليل استهلاك الطاقة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يساعد التخطيط العمراني الأخضر في تعزيز التنوع البيولوجي وتوفير المساحات الخضراء للترفيه والاستجمام.

التكامل بين النظم
يعتبر التكامل بين النظم مهماً لتحقيق الاستدامة في المباني. يشمل ذلك تكامل نظم الطاقة والمياه والتهوية والتدفئة والتبريد بطريقة تعزيز كفاءة المبنى وتحسين راحة المستخدم. عند تطبيق هذه المبادئ، يمكن تحسين أداء المباني وتقليل تأثيرها على البيئة.

التوعية والتعليم
لتبني العمارة المستدامة على نطاق واسع، من الضروري زيادة التوعية بين المهندسين المعماريين والمصممين وصناع القرار وسكان المباني حول أهمية القضايا البيئية والتحديات المتعلقة بالاستدامة. يمكن أن يكون التعليم والتدريب في مجال العمارة المستدامة عنصرًا حاسمًا في تعزيز تطبيق المفاهيم والتقنيات المستدامة.

في الختام، يمكن للتصميم البيئي والعمارة المستدامة أن يساهمان بشكل كبير في تقليل التأثير البيئي للمباني. من خلال تبني مبادئ التصميم الذكي واستخدام المواد المستدامة وتحسين كفاءة الطاقة واستخدام المياه والتخطيط العمراني المستدام والتكامل بين النظم، يمكن تعزيز الاستدامة والحفاظ على بيئتنا الثمينة للأجيال القادمة.