تستهلك المباني 30% من الطاقة العالمية - التوائم الرقمية قد تكون المفتاح لتقليل الهدر

(MENAFN- The Conversation) المباني واحدة من أكبر المساهمين في استهلاك الطاقة العالمي. في عام 2025، شكلت حوالي 30% من إجمالي الطلب على الطاقة العالمي، 70% منها جاء من المباني السكنية. ولكن مع نمو المدن وارتفاع معايير الراحة، تواجه العديد من الدول أزمات سكنية وطاقية متزايدة.

وهذا أمر مهم بشكل خاص في ظل تزايد الأحداث المناخية القصوى الناتجة عن تغير المناخ، والتي تزيد من استخدام أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC). بدون اتخاذ إجراءات جادة لتحسين أداء المباني، فإن هذا الطلب المتزايد سيضع ضغطًا إضافيًا على أنظمة الطاقة لدينا، ويزيد من المشكلات الاجتماعية مثل فقر الطاقة، ويزيد من استهلاك الوقود وانبعاثات غازات الدفيئة.

على الرغم من أهمية التحدي، فإن العديد من المباني تعمل بشكل أدنى بكثير من إمكاناتها. العزل السيئ، أنظمة HVAC القديمة أو غير الفعالة، ونقص التحكم المرن غالبًا ما يؤدي إلى هدر غير ضروري للطاقة. تستهلك العديد من المباني طاقة أكثر بكثير مما صممت من أجله، ومع ذلك تفشل في توفير الراحة لقاطنيها.

لذلك، فإن تحسين كفاءة الطاقة في المباني ليس مجرد تحدٍ تقني، بل هو أيضًا تحدٍ اقتصادي وبيئي. تحسين أداء المبنى الطاقي يحسن الظروف الداخلية، ويخفض تكاليف التشغيل والمعيشة، ويقلل من انبعاثات غازات الدفيئة. لكن تحسين الكفاءة يكون فعالًا فقط إذا تم تطبيقه بحكمة. وهنا يأتي دور المراقبة.

لا يمكنك تحسين ما لا تقيسه

أولاً وقبل كل شيء، نحتاج إلى فهم كيفية عمل المباني في العالم الحقيقي وكيف تتفاعل أنظمتها المختلفة مع بعضها البعض. توازن الحرارة والطاقة في أي مبنى معقد ويخضع لعدة متغيرات ومعايير.

في المبنى، تشير المراقبة إلى تتبع مستمر لمتغيرات مثل درجة الحرارة، التهوية، وجودة الهواء. هذا القياس والتحقق هو أساس أي استراتيجية جدية لكفاءة الطاقة. يوفر رؤى في الوقت الحقيقي حول كيفية عمل المباني، ويسمح لمشغلي المباني، والأطراف المعنية، والمالكين، والسكان، وصانعي السياسات باتخاذ قرارات مبنية على الأدلة.

في السنوات الأخيرة، أصبحت المستشعرات أكثر تكلفة، وأصبح استخدام عناصر إنترنت الأشياء واسع الانتشار. أصبح من الأسهل من أي وقت مضى تصميم ونشر أنظمة مراقبة لتقييم سلوك المبنى الداخلي وأداءه الطاقي.

وفي بعض الحالات، من الممكن حتى الاستفادة من مجموعات المستشعرات الموجودة بالفعل في المبنى – عادة كجزء من نظام إدارة المبنى (BMS) – لمتابعة متغيرات رئيسية مختلفة. تعتبر مستشعرات نظام إدارة المبنى الواجهة الأساسية بين سلوك المبنى واستجابته لنظام التدفئة والتهوية وتكييف الهواء، لكن المباني الحديثة غالبًا ما تحتوي على أنظمة إدارة مباني موسعة قادرة على قياس أكثر من درجة الحرارة. يمكنها أيضًا مراقبة الرطوبة، ثاني أكسيد الكربون، الكهرباء، تدفقات الحرارة والتهوية، مواقع الصمامات، حالة المعدات، وأحيانًا عدد السكان.

العديد من المباني القديمة أو الصغيرة لديها مجموعات مستشعرات محدودة، تقتصر على منظمات حرارة أساسية، إشارات تشغيل/إيقاف، وعدادات الطاقة. هذا يعني أن جميع المباني لا يمكنها تقديم نفس القدر من البيانات، على الأقل بدون تدخل إضافي.

اقرأ المزيد: الاقتصاد الدائري قد يجعل الهدم شيئًا من الماضي – إليك كيف

نسخة رقمية من منزلك

بينما توفر المراقبة بيانات قيمة، فإن الأرقام وحدها لا تشرح سبب تصرف المبنى بهذه الطريقة. هنا يلعب النموذج الرقمي دورًا مركزيًا.

بعبارات بسيطة، النموذج الرقمي هو تمثيل افتراضي مبني على البيانات لمبنى حقيقي. يمكن أن يتخذ أشكالًا مختلفة، بما في ذلك نموذج رياضي “صندوق أسود” أو تمثيل مادي “صندوق أبيض”.

يجمع النموذج الرقمي للمبنى بين مدخلات المراقبة وبيانات التحكم إلى جانب المعلومات الفيزيائية مثل الهندسة، الإنشاءات، أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء، الأحمال، جداول التشغيل. يهدف إلى وصف التفاعلات المختلفة التي تحدث داخل المبنى ويستخدم لضبط النموذج وتقليل فجوة الأداء. يستخدم المراقبة جنبًا إلى جنب مع المحاكاة للكشف عن – وتوقع – سلوك المبنى.

اقرأ المزيد: المباني المستوحاة من الديدان والجراد: مستقبل المحاكاة الحيوية في البناء

الرفاهية، الراحة، وتوفير الطاقة

واحدة من أكبر مزايا النماذج الرقمية المستندة إلى البيانات هي قدرتها على العمل كنماذج أساسية أو مرجعية. من خلال مقارنة النتائج المحاكاة بالسلوك الحقيقي المقاس، يصبح من الممكن تحديد كفاءات المبنى المختلفة وعيوبه، وكشف هدر الطاقة الذي قد يظل مخفيًا.

علاوة على ذلك، من خلال تحويل البيانات الخام إلى معرفة قابلة للاستخدام، يمكن للنماذج الرقمية المستندة إلى البيانات أن تعمل أيضًا كأداة قوية للتحسين لتقييم استراتيجيات التحكم الجديدة، جداول التشغيل، نقاط ضبط النظام، أو تجديد الغلاف الخارجي للمبنى. وكل ذلك يتم داخل بيئة افتراضية آمنة، دون المخاطرة بالموارد في التطبيق الحقيقي.

اقرأ المزيد: عندما يخطئ العزل – العلم وراء سبب الضرر الكبير من عمليات التحديث غير الصحيحة

باستخدام التوقعات كمدخلات، يمكن للنماذج الرقمية أيضًا تقييم استجابة المبنى المستقبلية للطقس، وعدد السكان، وأسعار الطاقة، وتعديل تشغيل نظام التدفئة والتهوية وتكييف الهواء مسبقًا لتحقيق ذروات طاقة أقل وتشغيل أكثر سلاسة.

لكن السعي وراء كفاءة الطاقة يجب أن يضع دائمًا رفاهية وراحة السكان في المقام الأول. يحقق المراقبة الصحيحة من خلال النماذج الرقمية ذلك من خلال تقييم نتائج متعددة (درجة الحرارة، الرطوبة، جودة الهواء) عند تحليل استراتيجية جديدة لتوفير الطاقة.

وبذلك، تمكّن من اتخاذ قرارات مستنيرة للسياسات واستراتيجيات توفير الطاقة، وتؤسس إطار عمل قوي لتحقيق أهداف تصميم المباني الأذكى والأكثر استدامة.

رسالة إخبارية أسبوعية باللغة الإنجليزية تتضمن خبرات من العلماء والباحثين. تقدم مقدمة لتنوع الأبحاث الصادرة عن القارة وتتناول بعض القضايا الرئيسية التي تواجه الدول الأوروبية. احصل على النشرة الإخبارية!