توجهت بعض الدول مؤخرًا للاستفادة من حرارة جسم الإنسان. لما تبين أنها تلعب دورًا رئيسيًا في تقليل الحاجة إلى الوقود. لكن كيف هذا؟ ومتي؟ وأين تم هذا الاكتشاف؟ هذا ما نستعرضه عبر السطور التالية.
قد نرى عادة المباني على أنها شاهقة الارتفاع مُصممة لتلائم احتياجتنا؛ لكن هل فكرت يومًا أنك جزء -بمعنى الكلمة- من تلك المباني؟
تعالي معي إلى شارع دو بيوبورج في قلب باريس وانظر إلى ذلك المبنى المكون من سبعة طوابق؛ والذي يعد متحفًا معاصرًا. انظر إليه جيدًا وقل لي ماذا وجدت؟ نعم يبدو التصميم غريبًا لكن الأكثر غرابة أنه يستمد تدفئته منك أنت منذ 2015! فذلك المبنى يستمد تدفئته من حرارة جسم الإنسان داخل محطة مترو قريبة!
تدفئة المباني
هل تعلم أن درجة حرارة الهواء داخل نفق المترو أعلى بحوالي 10 درجات مئوية (18 فهرنهايت) من الهواء الطلق؟ لذلك فبإمكاننا أخذ الدفء بشكل أساسي من أجسام البشر التي تتحرك حول المحطة وكذلك التدفئة التي تولدها القطارات.
صممت شركة «باريس هابيتات» لبناء المساكن الاجتماعية نظام استخراج التدفئة. وتقول جينيفيف ليتو، مسئولة المناخ والطاقة في الشركة؛ إن هناك درج يربط الطابق السفلي من المبنى بنفق المترو. موضحة: «تستخرج المنشأة الهواء الدافئ من نفق المترو عبر الممر الحالي. حيث يمر الهواء الدافئ عبر مبادل حرارية لإنتاج الماء الساخن، والذي يستخدم لتدفئة المكان».
توفر حرارة النفايات ما يصل إلى 35٪ من الحرارة اللازمة لـ 20 شقة في مبنى “بيوبورج” والمباني التجارية في الطابق السفلي. وتضيف “ليتو” أن ذلك يساعد على تقليل المزيد من انبعاثات الكربون واستخدام نظام تدفئة نظيف. وهو أكثر كفاءة من تدفئة المباني بشكل فردي.
مباني وإنشاءات بتصميمات موفرة للطاقة
تمثل المباني والإنشاءات أكثر من ثلث الاستخدام النهائي للطاقة في العالم. وما يقرب من 40٪ من انبعاثات الكربون المرتبطة بالطاقة. تأتي عُشر الطاقة المستخدمة للتدفئة فقط من مصادر متجددة حاليًا، وفقًا لوكالة الطاقة الدولية (IEA). وهكذا تكون إمكانية الحد من الانبعاثات الناتجة عن التدفئة هائلة. لا سيما أن نصف إجمالي استهلاك الطاقة في العالم يستخدم لتدفئة المنازل والمباني الأخرى. ولكن حتى الآن، كان التحرك نحو مصادر الطاقة المتجددة بطيئًا. وتوقعت وكالة الطاقة الدولية أن تقنيات التدفئة النظيفة يجب أن تتضاعف بحلول عام 2030 لتحظى بفرصة 50٪ لتغير المناخ العالمي 1.5 درجة مئوية.
التجربة السويدية في تدفئة المباني
يعد جسم الإنسان أحد أكثر مصادر الحرارة انتشارًا داخل المباني. المباني التي تحوي عددًا هائلًا من الناس، لديها قدرة كبيرة على استخدام الحرارة المنبعثة منهم في جلب الدفء. فعلى سبيل المثال محطات القطار حيث صنعت السويد اسمًا للاستفادة من دفء حرارة الجسم في محطة ستوكهولم المركزية المزدحمة – يمر بها حوالي 250 ألف شخص يوميًا، قبل كوفيد -19. يتم استخدام هذه الحرارة لتدفئة مبنى مكون من 17 طابقًا يسمى “كونجسبروهوسيت”، مما يساعد على تقليل استهلاك الطاقة للمبنى بنسبة تصل إلى 10٪.
يقول روجر بيورك، المدير الفني في “فولكسام” التي تمتلك” كونجسبروهوسيت “إننا نأخذ مياه البحر لتبريد التهوية في كونجسبروهوسيت ومحطة ستوكهولم المركزية”. “عندما تعود المياه، تكون ساخنة جدًا إذ تدفئها حرارة الجسم ثم نقوم بإعادة تدوير المياه لتوليد الحرارة في نظام تدفئة منطقتنا “.
يستخدم نظام تدفئة المنطقة عددًا من المصادر المستدامة الأخرى إلى جانب حرارة الجسم، كالحرارة الجوفية وحرق الكتلة الحيوية غير المكررة مثل نفايات الخشب والقش ومخلفات الغابات والحرارة الزائدة من المباني الصناعية ثم يتم توزيع هذه الحرارة على المنازل والمباني في جميع أنحاء البلاد من خلال أنابيب تحت الأرض.
يقول أولا جانسون، كبير المحاضرين في قسم خدمات البناء بجامعة لوند، إن أنظمة تدفئة المناطق كانت وسيلة قوية لتدفئة المباني. تلبي نصف الطلب على التدفئة بالكامل في السويد في القطاع السكني في عام 2017 بشكل أساسي من خلال استخدام المضخات الحرارية واستخدام الحرارة المهدرة في تدفئة المناطق.
المباني في أمريكا
محطات القطارات ليست الأماكن العامة الوحيدة التي تستفيد من العديد من ركابها من البشر للتدفئة. يعتمد مركز تجاري رائد في مينيسوتا في الولايات المتحدة أيضًا جزئيًا على الحرارة الناتجة عن دفء جسم الإنسان لتسخين المبنى. لم يكن لدى مول أمريكا تدفئة مركزية منذ افتتاحه في عام 1991 – وهو خيار جريء بالنظر إلى أن أدنى مستوى في شهر يناير النموذجي لهذه الولاية هو -15.5 درجة مئوية (4.1 فهرنهايت( بدلاً من ذلك، يستغل المركز التجاري ما يكفي من دفء حرارة الجسم حيث يزوره أكثر من 109000 زائر يوميًا، وأكثر من ثمانية أفدنة من المناور والحرارة من آلاف الأضواء والتجهيزات للبقاء في درجة حرارة مريحة خلال فصل الشتاء.
يقول دان جاسبر، نائب رئيس الاتصالات في مول أمريكا: “في يوم ما، قد يكون هناك ما بين 8000 و 12000 موظف في المبنى”. “يبدأ الكثير منهم في الصباح الباكر، لذلك بمرور الوقت الذي دخل فيه معظم هؤلاء الموظفين المبنى بين الساعة 6-8 صباحًا، تم تدفئة المركز التجاري إلى درجة حرارة لطيفة للغاية.”
كيف يتم استغلال حرارة جسم الإنسان؟
في المستشفيات، على سبيل المثال، يمثل استغلال جسم الإنسان في توليد حرارة الدفء تحديًا كبيرًا لتنظيم الطاقة الحرارية حيث وجود العديد من الأشخاص الذين يتنقلون والكثير من الأدوات المستهلكة للطاقة التي تنتج الحرارة، ولكن يجب توزيعها بدقة لضمان درجة حرارة ثابتة ومريحة، خاصة للمرضى الضعفاء لكن مستشفى من ستة طوابق في فرانكفورت، ألمانيا، كلينيكوم فرانكفورت هويشت، تُبنى مع ذلك هذا النهج.
- يتم تركيب أكثر من 1000 نافذة زجاجية في المبنى، وهو أول مستشفى يستخدم مثل هذا التصميم. استهلاك الطاقة في المستشفى، الذي يحتوي على حوالي 1000 سرير، أعلى بثلاث إلى أربع مرات من مثيله في مبنى سكني بحجم مماثل، بسبب ارتفاع الطلب على الطاقة من معدات المستشفى.
- يجب أن تظل غرف المرضى عند 22 درجة مئوية (71.6 فهرنهايت) ، والتي يتم تمكينها من خلال العزل الحراري المحسن. نظرًا لأن النوافذ الزجاجية الثلاثية تمنع الهواء البارد من التسلل إلى المبنى، فإنها تقلل من الطلب على الطاقة اللازمة لتدفئة المبنى. يستخدم المستشفى أيضًا نظام تهوية يقوم بتسخين الهواء النقي قبل أن يتدفق إلى الغرفة للحفاظ على درجة الحرارة في الداخل ومنع الروائح الكريهة.
هل للمباني الصغيرة دور في التدفئة؟
في حين أن المباني الكبيرة المزدحمة مثل المستشفيات أو المحطات تستفيد من العديد من الأجسام لتدفئتها، فإن المنازل الفردية التي تحتوي على عدد قليل من السكان يمكن أن تستفيد أيضًا من حرارة الجسم. قام المهندس المعماري الألماني ولفجانج فيست ببناء أول مبنى في عام 1990 والذي سماه “المنزل السلبي” والذي يسعى إلى تقليل فقد الحرارة بشكل كبير. في أواخر السبعينيات، أدركنا أن أكثر من ثلث الطاقة المستهلكة في أوروبا كانت تستخدم فقط لتدفئة المباني. في قسم الفيزياء حيث كنت أقوم بالبحث، كنا نعلم جيدًا أن العزل الأفضل يمكن أن يوفر كل ذلك تقريبًا، “يقول فيست”.
- تركز المباني ذات هذا التصميم بشدة على العزل الحراري، بما في ذلك غلاف المبنى المحكم، والزجاج المزدوج أو الثلاثي، ونظام التهوية مع الحرارة وتجنب ما يسمى “الجسر الحراري”. وهو المنطقة الموجودة في واجهة المبنى والتي تتميز بتوصيل حراري أعلى من المواد المحيطة ويمكن أن تسمح للدفء بالتسرب من المنزل. من خلال الاحتفاظ بأكبر قدر ممكن من الدفء محاصرًا بالداخل، يمكن أن يقلل الطلب على التدفئة في المبنى، والذي يمكن تلبيته بعد ذلك من خلال مصادر “سلبية” مثل الإشعاع الشمسي والحرارة من الأشخاص بالداخل والأجهزة التقنية. “قال زميلي من الدنمارك مزحة ذات مرة: “كانت المنازل أكثر برودة في عطلة نهاية الأسبوع. هل يجب أن ندعو بعض الأصدقاء لإبقاء منازلهم دافئة؟” مثل هذه المباني تستهلك حوالي 90٪ طاقة تدفئة أقل من المباني التقليدية و 75٪ طاقة أقل من متوسط البناء الجديد.
- اعتمدت العديد من البلدان منذ ذلك الحين تصميم المنزل السلبي. وتم تسجيل 25000 وحدة معتمدة مسجلة في جميع أنحاء العالم اعتبارًا من يناير 2020. يقول جانسون إن تصميم المنزل السلبي ليس أكثر من وسيلة لبناء مبانٍ موفرة للطاقة مع مناخ داخلي جيد على مدار السنة. تصميم ذلك المنزل يؤدي إلى مناخ داخلي جيد طوال العام، إنه يعمل كترمس، مفيد في إبقاء الحرارة خارجًا مثل الحفاظ على الحرارة بالداخل.
تحديات المشاريع المستدامة
تقول “لويت من شركة “باريس هابيتات” على الرغم من أن حرارة الجسم كانت مصدرًا مبتكرًا ومستدامًا للطاقة، إلا أن لها حدودها. إن التحدي الأكبر للمشاريع التي تسعى إلى استخدام الحرارة من البنية التحتية مثل محطات القطار هو إيجاد المساحة. “هذا النوع من المشاريع مناسب لبعض المباني الجديدة بالقرب من امتداد خط المترو، حيث يمكن أن يتكامل التخطيط الأولي مع المترو من البداية لكن مثل هذا التخطيط المستقبلي نادر، ولم تتمكن شركتها من إيجاد فرصة أخرى للقيام بمشروع مماثل في فرنسا. فلا يمكن أن تكون حرارة جسم الإنسان المصدر الوحيد لتدفئة المبنى. “لا أعتقد أن حرارة الجسم ستكون مصدرًا رئيسيًا للحرارة في المبنى، ولكن يجب دمجها مع تلك الناتجة عن الأجهزة الكهربائية والطهي والثلاجات وما إلى ذلك”، كما يقول ليون جليكسمان، أستاذ تكنولوجيا البناء و الهندسة الميكانيكية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، في بوسطن، ماساتشوستس. لا يتم دائمًا تقدير تصميم المباني الموفرة للطاقة، خاصة في البلدان التي ليس لديها وعي. “المزيد من الناس يبنون منازل بمعايير تناسب البيئة، لكن لا يوجد اتفاق عام على مقدار الطاقة التي يمكن أن يوفرها ذلك. وبالتالي لا يزال هناك إحجام عن استخدام مثل هذا التصميم. “كما يقول جليكسمان”. بعض الناس يقتصدون في الطاقة بينما يستخدم الآخرين كميات هائلة. فحتى لو صممنا مباني ذات كفاءة عالية في استخدام الطاقة، إذا كان الناس لا يعرفون كيفية استخدامها، فلن تكون فعالة” يقترح جيلكسمان ” يجب على الحكومات وضع معايير لتوفير الطاقة، وتقديم عروض فعالة بأسعار معقولة تتم مراقبتها لإظهار قدراتها في توفير الطاقة. وعلى الرغم من تلك العقبات، يقول جانسون إن مستقبل هذا النوع من الطاقة واعد “قد لا يلبي دفء جسم الإنسان إجمالي الطلب على الطاقة للتدفئة، ولكنه يعد مساهمة جيدة جدا.
