نمط الجدار المدهش الذي يمكن أن يحافظ على برودة المباني

يمكن أن تظل الجدران ذات النمط المتعرج البارز أكثر برودة بمقدار 3 درجات مئوية (5.4 درجة فهرنهايت) من الجدران العادية، دون استخدام أي طاقة. ومن الممكن أن يؤدي هذا النهج إلى تقليل الطاقة التي تستخدمها أنظمة التبريد وبالتالي المساعدة في الحد من ظاهرة الاحتباس الحراري.

يقول كيلونج تشينج من جامعة كولومبيا في نيويورك: «مع هذا النوع من التصميم، يمكننا الحصول على مبنى أكثر برودة». “حتى نتمكن من خفض استهلاك الطاقة للتبريد.”

يتزايد استخدام مكيفات الهواء مع ارتفاع درجات الحرارة في العالم وزيادة عدد الأشخاص الذين يستطيعون تحمل تكاليفها. يمكن أن تزيد انبعاثات الغازات الدفيئة الناتجة عن التبريد إلى أكثر من ثلاثة أضعاف بحلول عام 2050. ونتيجة لذلك، تحاول العديد من الفرق تطوير حلول تبريد سلبية لا تتطلب أي طاقة.

على سبيل المثال، مجرد جعل الأسطح بيضاء بحيث تعكس المزيد من ضوء الشمس يمكن أن يحافظ على برودة المباني والمدن.

يكون هذا النهج أكثر فعالية إذا كانت الأسطح مغطاة بمواد تعكس معظم ضوء الشمس ولكنها تنبعث منها الأشعة تحت الحمراء داخل نافذة الشفافية الجوية. هذا هو نطاق الأطوال الموجية التي لا تمتصها الجزيئات الموجودة في الغلاف الجوي مثل ثاني أكسيد الكربون.

يقول تشينغ: “يمكن للأشعة تحت الحمراء الموجودة في هذا النطاق أن تمر عبر الغلاف الجوي وتصل إلى الفضاء الخارجي”.

في حين أن المواد التي تتمتع بهذه الخصائص لها تأثير تبريد كبير على الأسطح المواجهة للأعلى، إلا أنها ليست فعالة على الجدران. تكمن المشكلة في أن المواد الجيدة في إصدار الأشعة تحت الحمراء جيدة أيضًا في امتصاصها، ويمكن للأسطح القريبة من الجدران، مثل الأرصفة الخرسانية، أن تشع الكثير من الأشعة تحت الحمراء.

الحل الذي توصل إليه تشينغ وفريقه هو أن تكون هناك جدران بها سلسلة من النتوءات الموازية للأرض بشكل متعرج عند النظر إليها من الجانب. لتصور ذلك، تخيل مجموعة من السلالم مائلة للأعلى من زاوية 45 إلى 90 درجة.

والأهم من ذلك، أن الخطوط المتعرجة المواجهة للأعلى – المداس في تشبيه الدرج – لها سطح ينبعث الكثير من الحرارة في نافذة الشفافية الجوية، في حين أن المتعرجات المواجهة للأسفل والخارج – الناهضون – لها سطح يعكس حرارة الأشعة تحت الحمراء بدلاً من ذلك. من استيعابها.

ولاختبار الفكرة، قام الفريق ببناء نموذج بارتفاع متر واحد مع أسطح متعرجة ومسطحة. عند وضعه بالخارج في نيوجيرسي خلال فصل الصيف، كان السطح المتعرج أكثر برودة بمقدار درجتين مئويتين، في المتوسط، على مدار 24 ساعة من السطح المستوي، و3 درجات مئوية أكثر برودة بين الساعة الواحدة ظهرًا والثانية بعد الظهر.

يقول تشينغ إن هناك عددًا من المواد الرخيصة المتوفرة ذات الخصائص الضرورية. ويمكن تحديث المباني القائمة عن طريق إضافة الألواح المموجة. وسيختلف تأثير التبريد الداخلي اعتمادًا على عوامل أخرى، مثل حجم نوافذ المبنى، لكن عمليات المحاكاة تشير إلى أنه قد يصل إلى درجتين مئويتين، مما يقلل الطاقة اللازمة للتبريد بما يصل إلى الربع.

لن تكون جدران التبريد المتعرجة مناسبة إلا للأجواء الأكثر حرارة لأنها ستزيد الحاجة للتدفئة في الشتاء في المناطق الباردة. لكن تشينج وزملائه اقترحوا أيضًا تصميمًا يحتوي على “زعانف” مفصلية يمكن رفعها في الشتاء لزيادة امتصاص الحرارة وخفضها في الصيف لتقليل ذلك.