طور فريق من الباحثين في قسم الهندسة الميكانيكية والنووية في جامعة خليفة، بإشراف الدكتور محمد حسن علي، نافذة متعددة الوظائف تساهم في تحقيق الاستفادة الكاملة من الطيف الشمسي وتحسين مستويات إنتاج الطاقة وتقليل استهلاكها بهدف تكييف الهواء وتعزيز استقرار الأداء الحراري وتوفير الراحة داخل الأماكن المغلقة.
اختبر أعضاء الفريق البحثي نافذتهم المبتكرة في ظروف جوية قاسية، وأظهرت "أداءً استثنائيًا" ونُشِرَت نتائج البحث في مجلة "أبلايد إينرجي" التي تُعَد من أفضل المجلات العلمية على مستوى العالم.
تتيح النوافذ متعددة الوظائف حلًا تحوليًا للتحدي المتمثل في تسبب النوافذ منعدمة الكفاءة لخسائر هائلة أثناء التسخين والتبريد، خاصة أن المباني تستأثر وحدها بما يزيد عن ثلث استخدام الطاقة على مستوى العالم. تُعَد هذه النوافذ متعددة الوظائف وسيلة مبتكرة، حيث تجمع بين الألواح الشمسية ومرشحات سائلة متطورة لإنتاج كلٍ من الكهرباء والحرارة وتوفير الضوء وتحسين مستويات العزل الحراري في الأماكن المغلقة، على نحو يحول النوافذ إلى أغلفة توفر الطاقة للمباني.
وقال الدكتور محمد حسن علي: "تُعَد هذه النوافذ بمثابة قفزة نوعية في تصميم المباني الخضراء، حيث أنها لا توفر الطاقة فحسب، وإنما تُنتجها على نحو نشط مع العمل في الوقت نفسه على تحسين مستويات الشعور بالراحة في الأماكن المغلقة".
تستفيد الخلايا الكهروضوئية شبه الشفافة من ضوء الشمس في إنتاج الكهرباء وتقوم المرشحات السائلة بامتصاص الحرارة غير المرغوبة وتسمح بنفاذ الضوء، وتساهم هذه العناصر جميعها في تحقيق التوازن بين عملية إنتاج الطاقة من جانب ومستويات الشعور بالراحة في الأماكن المغلقة من جانب آخر، كما تقلل الطلب على التسخين والتبريد والإضاءة في المباني.
أظهرت عمليات المحاكاة والتجارب أن النوافذ متعددة الوظائف تفوق في أدائها النوافذ التقليدية وتتيح كفاءة أكبر في استهلاك الطاقة في الظروف المناخية الحارة على نحو يصل إلى أربعة أضعاف، كما تعمل على استقرار مستويات الحرارة داخل البيوت وتقلل اكتساب حرارة الشمس وتحسن مستويات استخدام ضوء النهار، ما يجعل منها خيارًا مثاليًا للمباني المرتفعة والتصاميم القائمة على خفض استهلاك الطاقة إلى الصفر.
ركز الباحثون أيضًا على الترتيبات والأوضاع المختلفة، بما في ذلك التأقلم مع المناخ الشتوي، فأظهرت النتائج قدرة النوافذ متعددة الوظائف على توجيه الحرارة إلى داخل البيوت أثناء الشهور الأشد برودة. وتجعل هذه القابلية للتأقلم من هذه النوافذ حلًا متعدد الاستعمالات لتوفير الطاقة على مدار العام.
قال الدكتور محمد: "يقربنا هذا الابتكار من تنفيذ رؤيتنا المتعلقة بتطوير مبان متوازنة في إنتاج واستهلاك الطاقة، حيث لا تقتصر أهميته على الاستفادة من الطاقة الشمسية، وإنما تشمل تحويل كل نافذة إلى أداة للاستدامة".
تواجه هذه التكنولوجيا المبتكرة، على الرغم من إمكانياتها الواعدة، مجموعة من التحديات التي تتضمن صلابة المواد وتكاليف الإنتاج المرتفعة. وستركز المشاريع البحثية مستقبلًا على التصدي لهذه التحديات وتمهيد الطريق أمام اعتماد أوسع لهذه المباني السكنية والتجارية المستدامة.
ترجمة: سيد صالح
أخصائي ترجمة وتعريب