تحسين كفاءة الطاقة بالمساجد ذات الأسقف المقببة.. بحث مصري جديد

تتركز جهود الباحثين على تحسين كفاءة الطاقة، بالتوازي مع تطوير التقنيات الحديثة لمصادر الطاقة المتجددة، في محاولة للتقليل من الاعتماد على الوقود الأحفوري لارتفاع أسعاره، بالإضافة إلى المساعدة على خفض الانبعاثات الكربونية.

وتشير التقارير، التي اطلعت عليها منصة الطاقة المتخصصة، إلى أن ما يقرب من نصف الطاقة المستهلكة عالميًا تُستعمل في قطاع المباني لمعالجة ظروف الراحة الحرارية وضبطها التي تؤثر في الظروف النفسية والفسيولوجية لقاطني المباني، بالإضافة إلى مستوى نشاطهم وكفاءتهم وجودة حياتهم.

كما تمثّل دراسات جودة الهواء الداخلي ضرورة، لا سيما في ظل الظروف التي يعيشها العالم من انتشار الأوبئة والفيروسات التي تنتقل عبر طرق مختلفة منها الهواء، مثل فيروس كورونا (كوفيد 19) ومتحوراته.

لذلك، توصي الهيئات الدولية باللجوء إلى الحلول التي تقلل من استهلاك الطاقة والانبعاثات الكربونية في الوقت نفسه، لتحسين كفاءة الطاقة في المباني وتوفير ظروف داخلية مريحة وصحية.

وفي هذا الإطار، طبّق فريق بحثي من كلية الهندسة بجامعة عين شمس -من خلال أطروحة الدكتوراه للباحث إبراهيم رضا، تحت إشراف الدكتور رؤوف نصيف، والدكتور إيهاب مينا، والدكتور محمد ستيت- دراسة للمعايير الخاصة بتحسين كفاءة الطاقة على المساجد ذات الأسقف المُقببة.

التبريد الطبيعي

قال الباحث في دراسات جودة الهواء الداخلي وتحسين كفاءة الطاقة للمباني في كلية الهندسة بجامعة شيربروك الكندية الدكتور إبراهيم رضا، إن الأسقف المقببة تعُد أحد الحلول المستهدفة لضمان الراحة الحرارية وجودة الهواء الداخلي وتقليل الاعتماد على التهوية الميكانيكية في المباني.

وأضاف رضا -في تصريحات خاصة إلى منصة الطاقة المتخصصة- أن المعماريين يفضّلون السقف المقبب عن غيره في كثير من المباني مثل المساجد والكنائس والبرلمانات والمتاحف والملاعب، بسبب الشكل الجمالي والأداء الصوتي المميز الذي يضعه في مقدمة الاختيارات.

وتابع أن السقف المقبب -أيضًا- هو الاختيار المفضل لدى مهندسي التكييف والتدفئة، نظرًا للأداء الحراري المميز وتأثير التبريد الطبيعي الذي يوفره عن طريق تقليل انتقال الحرارة الناتجة عن الإشعاع الشمسي من خلال الأسطح.

نظام تكييف للهواء

أوضح الدكتور إبراهيم رضا أنه اختار مسجد الحكمة الذي يقع في مملكة البحرين، لدراسة الأداء الحراري لقبة المسجد وتحسين كفاءة استهلاك الطاقة.

وفي المرحلة الأولية، سجل قراءات درجة حرارة الهواء والرطوبة النسبية وسرعة الهواء وتركيز ثاني أكسيد الكربون خلال مستويات وأوقات إشغال متعددة خلال موسم الصيف لعام 2021.

ثم أجريت بعد ذلك مقارنة باستعمال المحاكاة العددية بين السطح المُقبب والمسطح للمسجد، لمعرفة تأثيرها في كفاءة الطاقة والراحة الحرارية.

وفي هذه المرحلة، استخدمت الأبعاد الهندسية الواقعية لمسجد الحكمة، وبعدها أدخلت البيانات المُقاسة لتحديد ظروف الهواء الداخلي، والتحقق من صحة النموذج العددي قبل إجراء عملية المحاكاة.

جدير بالذكر أن ما يميّز هذه الدراسة عن غيرها هو أنها قد أخذت في الاعتبار تأثير الإشعاع الشمسي والتباعد الاجتماعي بين المصلين، إذ أُجريت الدراسة في أثناء جائحة كوفيد-19.

كما قارنت بين وضع مدخل المسجد إذا ما كان مغلقًا أو مفتوحًا، وفي النهاية اقترحت الدراسة جدولًا تشغيليًا لنظام تكييف الهواء، لتحسين كفاءة الطاقة، يستند إلى إشغال المسجد في أثناء الصلوات الـ5 اليومية.

نتائج المحاكاة

أظهرت نتائج المحاكاة خلال مقارنة الأسقف المُقببة والمسطحة في ظل ظروف التبريد الميكانيكي، أن السقف المسطح يُوفر درجة حرارة داخلية أقل من السقف المقبب بمقدار 0.4 درجة مئوية، و0.1 درجة مئوية للأبواب المفتوحة والمُغلقة على التوالي.

كما أن سرعة الهواء تكون أقل بنحو 0.01 م/ث لكلا وضعي الباب، في حين أن متوسط القيمة لمؤشر الرضا الحراري (predicted mean vote) للسقف المسطح وُجدت أقل أيضًا بمقدار 0.07 و0.01.

ومتوسط قيم عدم الارتياح (predicted percentage of dissatisfied) كانت أقل بمقدار 0.2 و0.3 للأبواب المفتوحة والمغلقة على التوالي، وفق أرقام طالعتها منصة الطاقة المتخصصة.

وبناءً على هذه الاختلافات الصغيرة، يمكن استنتاج أن الأداء الحراري لنظامي التسقيف في مسجد الحكمة يتصرف بصورة متساوية في المساحات المكيفة، ومع ذلك تختلف أنماط الهواء اختلافًا كبيرًا، لكن يظل الأداء الحراري العام متشابهًا.

ومن حيث طاقة التبريد المستهلكة، أظهر الجدول التشغيلي المقترح للمسجد تحسين كفاءة الطاقة بنسبة 8%، مقارنة بجدول التشغيل الحالي للمسجد.

وأخيرًا استنتج الباحثون الدور الحيوي الذي تقدمه الأسقف المُقببة بسبب أدائها الحراري في رفع كفاءة طاقة المباني وتحسينها، وبالأحرى في فصول التهوية الطبيعية تماشيًا مع نتائج الدراسات السابقة.

لذا ينبغي توجيه الدراسات المستقبلية نحو دراسة تصميمات مختلفة لأنظمة تكييف الهواء مع الأخذ في الاعتبار النطاق المعماري الأكبر للمباني ذات السقف المُقبب.

موضوعات متعلقة..

• استثمارات تحسين كفاءة الطاقة عالميًا ترتفع إلى 700 مليار دولار منذ 2020 (تقرير)
• خبراء: تعزيز كفاءة الطاقة يدعم حل أزمة الكهرباء في مصر
• باحث مصري يتوصل لتقنية جديدة تعزز كفاءة الطاقة في المنازل

اقرأ أيضًا..

• أميركا تشتري النفط الروسي بزيادة 15 دولارًا عن السقف السعري
• صفقة اندماج ضخمة بقطاع الطاقة.. الأولى في 2024
• اختطاف ناقلة نفط في خليج عمان
• الغاز النيجيري لن يلبي طموحات المغرب أو الجزائر.. ومشروع جديد قد يصبح فرصة (تقرير)