سوق التدفئة والتهوية وتكييف الهواء العالمي
سيتجاوز حجم سوق التدفئة والتهوية وتكييف الهواء العالمي 70 مليار دولار أمريكي في عام 2012. وسيزداد الطلب العالمي على هذه المعدات بنسبة 5.8% سنويًا. وستتفوق منطقة آسيا والمحيط الهادئ على بقية العالم، بقيادة الصين والهند، نتيجة لارتفاع مستويات المعيشة. وستتجاوز الاستثمارات في معدات التبريد تلك المخصصة لأنظمة التدفئة. ومع اعتياد المستهلكين على راحة تكييف الهواء في سياراتهم، سيتوقعون وجوده بشكل متزايد في منازلهم. يتميز السوق بالاستقرار، حيث تستحوذ أكبر سبع شركات موردة على أكثر من أربعة أخماس إجمالي المبيعات.
يُعدّ ترشيد استهلاك الطاقة وحماية البيئة من أهمّ محاور هذا القطاع. ففي السابق، كان هذا القطاع يعتمد على مُبرّدات مركبات الكلوروفلوروكربون، التي تُسبّب استنزاف طبقة الأوزون. وقد تعاونت الشركات لاستبدالها بمواد كيميائية أكثر ملاءمةً للبيئة. ومؤخراً، برز ثاني أكسيد الكربون كبديلٍ مُرجّح في مُكيّفات هواء السيارات وسخانات المياه عالية الضغط. وقد طُوّر معيار ثاني أكسيد الكربون لسخانات المياه عالية الضغط قبل بضع سنوات فقط، وذلك بفضل تعاون تسع شركات يابانية، من بينها دايكن، وهيتاشي، وتوشيبا، وباناسونيك.
على الرغم من أن ثاني أكسيد الكربون يُعدّ من غازات الاحتباس الحراري، إلا أن الصناعة تعتبر كمية ثاني أكسيد الكربون المنبعثة من أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء ضئيلة مقارنةً بتلك المنبعثة من محطات توليد الطاقة والمركبات. مع ذلك، يتمثل العيب الرئيسي في أن أنظمة ثاني أكسيد الكربون يجب أن تعمل بضغط يزيد خمسة أضعاف عن ضغط المعدات التقليدية. هذا الأمر يخلق مجموعة من التحديات التقنية الجديدة ويزيد من استهلاك الطاقة. يتطلب تحقيق كفاءة عالية، وضوضاء منخفضة، واهتزازات منخفضة، وضغط داخلي عالٍ، استخدام أنابيب أثقل مصنوعة من سبائك أغلى ثمناً، مما يزيد الطلب على المعادن المتخصصة.
ابتكار
يبدو أن الموجة القادمة من الابتكار تتمثل في دمج الإنترنت مع أنظمة التحكم في التدفئة والتهوية وتكييف الهواء. فدمج منظم الحرارة التقليدي مع معايير الاتصال عبر الإنترنت وأنظمة التحكم الإلكترونية، يوسع مفهوم المباني الذكية ليشمل أدوات التحليل واتخاذ القرارات والتحكم في المنشآت والمنازل، مع بيانات فورية، والتي كانت حكرًا على التطبيقات الصناعية. أصبحت أنظمة التحكم الذكية التي تراقب استهلاك الطاقة وتُحسّنه، وترسل الإشعارات والتقارير بهدف خفض التكلفة الإجمالية للملكية طوال دورة حياة النظام، جزءًا لا يتجزأ من سوق التدفئة والتهوية وتكييف الهواء.
يُعدّ التحوّل الأهم في عالم أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) هو إمكانية الاستغناء عن الضواغط ومضخات الهواء التقليدية من خلال تصميم نظام تدفئة وتبريد قائم على جدار أسود للمباني التجارية والسكنية. يكشف هيكل المبنى المواجه للجنوب عن جدار أسود مع وجود فجوة هوائية بينه وبين لوح شفاف من البولي كربونات مصنوع من جزيئات هواء أفقية تتضمن رقائق ألومنيوم عالية التوصيل. يدخل الهواء الخارجي من اليسار ويتدفق إلى اليمين حتى يصل إلى العمود الرأسي، ثم يرتفع ويُطلق هواءه الدافئ في الردهة.
يعتمد هذا الجدار الأسود لتسخين الهواء على قوانين الفيزياء، ويعمل دون أي أجزاء متحركة، ويوفر، بحسب تصميمه، نظام تدفئة مريحًا دون الحاجة إلى ضواغط أو مضخات هواء أو أجهزة ميكانيكية. يتحقق ذلك إذا صمم المبنى مهندس معماري خبير يمتلك الأدوات اللازمة لحساب أبعاد الجدار المناسبة وتدفق الهواء المطلوب بناءً على بيانات تاريخية تتعلق بدرجة الحرارة الخارجية ومستويات الرطوبة ونطاق درجة الحرارة الداخلية المثالي. يمكن استخدام النظام نفسه في الصيف بتطبيق المبادئ ذاتها. مع ذلك، يحتاج المرآب الآن إلى التبريد بدلًا من التدفئة. لذلك، يمر الهواء الساخن، الذي يتولد الآن بسرعة أكبر، عبر مبادل حراري ويتحول إلى هواء بارد باستخدام المبادئ نفسها للتبريد، حيث يُزال الهواء الساخن لإنتاج هواء بارد. وبما أن الهواء البارد يتولد في الأعلى، فإنه يهبط وينتشر بسهولة في جميع أنحاء القاعة.
يتميز هذا التصميم البسيط بصيانة قليلة (تنظيف النوافذ من حين لآخر). ولأنه خالٍ من الأجزاء المتحركة، فلا يوجد تآكل أو احتكاك على المعدن، مما يقلل من الصيانة المطلوبة ويمنع استهلاك الطاقة. كما أن فقدان الطاقة أثناء عملية التبادل الحراري ضئيل للغاية. بل إن هذا النظام للتدفئة والتبريد قادر على توليد الكهرباء أيضاً. ويُعد الاستثمار الرأسمالي المطلوب ضئيلاً
التدفق النقدي الأول
الجدار الأسود الموضح في الملحق قيد التشغيل منذ عام ١٩٩٥، وقد تم إنشاؤه بتكليف من بير كارستيدت، وكيل فورد في منطقة أوميو (شمال السويد)، والذي يتمتع بسجل حافل في تصميم المباني الموفرة للطاقة. وهو جزء من مشروع "المنطقة الخضراء" (GreenZone)، الذي صممه أندرس نيكويست، الذي نفذ العديد من المباني الموفرة للطاقة والمياه في أوروبا وآسيا وأفريقيا وأمريكا اللاتينية. وقد لاقى الأداء المتميز للمجمع الصناعي الصغير داخل "المنطقة الخضراء"، والذي يضم محطة وقود (ستات أويل) ومطعم وجبات سريعة (ماكدونالدز) ووكالة فورد، استحسانًا كبيرًا من المستثمرين والمستأجرين، ما دفع إلى التخطيط لإنشاء مشروع "منطقة خضراء" ثانية متطورة تضم أحدث التقنيات في عام ٢٠١٣.
تتجاوز مشاريع أندرس نيكويست المفهوم المعماري الذي طوره إدوارد مورس وحصل على براءة اختراعه، ثم صقله المهندس الفرنسي فيليكس ترومب والمهندس المعماري جاك ميشيل في ستينيات القرن الماضي. ورغم تشابه النظام إلى حد كبير، فقد دمج أندرس مبادلات حرارية، واستخدم اللونين الأبيض والأسود عند المدخل في فصل الصيف لخلق تأثيرات مثالية للتدفئة والتبريد.
الفرصة
بينما يبذل الكثيرون الوقت والجهد للسفر ثلاث ساعات بالقطار شمال ستوكهولم لمشاهدة هذه التحفة المعمارية قيد التشغيل، فإن هذا النهج البسيط في تسخير الحرارة لا يهدف إلى حجبها، كما هو الحال عادةً مع الجدران المواجهة للجنوب، بل إلى تحويلها إلى حرارة للتبريد والتدفئة، حسب المتطلبات المناخية. بعد تحليل دقيق، قررت شركة صناعة السيارات اليابانية أن تُسند مكاتبها ووكالاتها المستقبلية في الدول الاسكندنافية إلى أندرس نيكويست، مُصرّةً على استخدام هذه المبادئ كمعيار أساسي. إن قدرة المهندس المعماري على إثبات كفاءة هذا التصميم بتكلفة استثمار وتشغيل أقل، بالإضافة إلى إظهار إمكانية تطبيقه في بيئات ثقافية ومناخية مختلفة، بما في ذلك اليابان حيث قام بتجديد مباني دايوا هاوس في سينداي، شمال اليابان، أقنعت شركة تويوتا بأنه المهندس المعماري الأمثل لهذا المبنى.
من المتوقع أن يزداد رواج نظام "الجدار الأسود للتدفئة والتبريد" بفضل الانتشار الذي حققته شركتا فورد وتويوتا. يتميز التصميم ببساطته، وبمعرفة بسيطة في الفيزياء العامة وتدفق الهواء على وجه الخصوص، يتيح اتباع نهج موحد لأنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء، مما يوفر رأس المال ويضمن راحة أكبر بتكلفة أقل لجميع المستخدمين. ورغم أن هذا التصميم لا يُطبق على تكييف السيارات والشاحنات والقطارات، إلا أنه يُتيح إمكانية إجراء تغيير جذري في المباني التجارية والسكنية والصناعية من خلال تطبيق مفهوم "استبدال شيء بلا شيء"، كما يدعو إليه الاقتصاد الأزرق.
الجدار الأسود في وكالة فورد في أوميو، السويد، من تصميم أندرس نيكويست.
الصورة مقدمة من أندرس نيكويست.
