المدونة السيزمية وإدماج نظم الطاقة المتجددة في المباني

Renewable Energy Systems in Buildings

ويتسارع اعتماد نظم الطاقة المتجددة في المباني بسبب انخفاض التكاليف، والأنظمة البيئية، وأهداف استدامة الشركات، وتتسارع الألواح الضوئية الشمسية، والاضطرابات الريحية، والمضخات الحرارية الأرضية، وأحياناً تدمج نظم الكتلة الحيوية في مشاريع التشييد الجديدة ومشاريع إعادة الطلاء، وتخفض هذه النظم الاعتماد على الوقود الأحفوري، وتخفض تكاليف الطاقة التشغيلية، وتسهم في تحقيق أهداف بناء الطاقة الصافية الصفرية، غير أن عناصر التركيب تضيف الكتلة،

Solar Photovoltaic Systems

فاللوحات الشمسية هي أكثر تكنولوجيا الطاقة المتجددة شيوعاً التي يتم تركيبها في المباني، وهي عادة ما تكون على سطح الأرض باستخدام الرف أو النظم المتناقلة، وفي المناطق الزلزالية، يجب أن يُحسب وزن الألواح والضغط على ملحقات السقف في تحليل القوة الأفقية، كما يمكن أن تعمل الأفرقة على أن تكون أبحراً، وزيادة أحمال الرياح التي تجمع بين المطالب الزلزالية.

Wind Turbines and Geothermal Systems

وتواجه هذه البلدان صعوبات أقل شيوعاً، ولكنها تمثل تحديات فريدة، وتخلق كتلتها الدوارة آثاراً في مجال الفيزياء الشمسية وتحميلات دينامية تتفاعل مع عمليات اليقظة في مجال البناء، وتستلزم نظم الطاقة الحرارية الأرضية، بينما تُثقل تحت الأرض، حلقات أرضية ومضخات حرارية قد تخترق جدران أو سلالات الأساس، مما قد يُلحق الضرر بالاستمرارية الهيكلية، وكثيراً ما تتطلب المدونات السيزمية تحليلاً مفصلاً لهذه النظم، بما في ذلك منع التسرب.

المنافع واستقلال الطاقة

وعلى الرغم من التحديات التي تواجه التكامل، فإن الطاقة المتجددة توفر منافع كبيرة، ويمكن للبناء على توليد الطاقة في الموقع أن يحافظ على عمليات حرجة أثناء انقطاع الشبكات، مما قد يعقب حدوث زلازل شديدة، وهذه القدرة على مواجهة الطاقة تمثل أولوية متزايدة بالنسبة للمستشفيات ومراكز الاستجابة لحالات الطوارئ وملاجئ المجتمعات المحلية، وبالإضافة إلى ذلك، تساعد النظم المتجددة على تحقيق ] مقابلة الطاقة في الطاقة والتصميم البيئي ]، والتصديق على السياسات التدريجية مثل معايير الطاقة الأولية للارتقاء بسندات في إطار الباب 24.

تحديات التكامل في المناطق السيزمية

إن إدماج نظم الطاقة المتجددة في المباني المقاومة للزلازل يخلق صراعات تقنية تتطلب حلا دقيقا، ويجب أن يتصرف هيكل البناء والنظام المتجدد كنظام موحد خلال الزلزال، ولكن خصائصهما الدينامية قد تختلف.

التوافق الهيكلي

فالوزن الإضافي للصفائف الشمسية أو البطاريات أو المعدات الميكانيكية يزيد من الكتلة السيزمية للمبنى، مما يؤدي إلى زيادة قوى الماشية الأساسية، التي قد تتجاوز القدرة التصميمية للهيكل الأصلي، ويمكن أن تؤدي النظم القائمة إلى تغيير مركز المبنى، والرد على نحو متكرر، وربما يؤدي إلى توزيع غير متكافئ للحمولة، ويجب على المهندسين أن يقوموا بتحليل للزراعة.

ويقلل استخدام الألواح الشمسية الخفيفة الوزن، مثل وحدات الرش النحيل، من الحمولة المضافة، كما أن الأطر التي تتألف من مادة الألومنيوم أو المواد المركبة هي أقصر من الفولاذ، ويمكن أن تُزيل نظم التعبئة المرنة التي تسمح بالتناوب والترجمة من حركة الألواح من الانجراف في المبنى، وعلى سبيل المثال، [الصفيفة]] نظم التعقب المشتعلة .

عزل الزلازل ودمه

والعزلة الأساسية هي تقنية راسخة للمباني بأكملها، ولكن يمكن تطبيقها أيضا على نظم الطاقة المتجددة، كما أن عزل المعدات الثقيلة مثل المحولات أو المبردات في الربيع أو المطاط يحول دون نقل القوات السيزمية إلى المعدات، ويمكن إضافة أجهزة التحلل، مثل أجهزة السوائل السائلة الفاسدة، إلى هياكل السقف لتكرار أوصالها التي تؤثر على المصافي الشمسية.

التعاون المتعدد التخصصات

ويستلزم التكامل الناجح التعاون من مراحل التصميم الأولى، إذ يجب على المهندسين الهيكليين والمهندسين الكهربائيين وأخصائيي الطاقة المتجددة تبادل النماذج وتنسيق التفاصيل. - بناء نظم المعلومات يتيح للأفرقة كشف الاشتباكات بين الأعضاء الهيكلية والمعدات المتجددة.() وتتأكد الاستعراضات المنتظمة مع المسؤولين عن الرموز من أن التصميم يفي بجميع المتطلبات المنطبقة.()

دراسات الحالات وأفضل الممارسات

وتوضح الأمثلة على العالم الحقيقي كيف يمكن تحقيق التكامل في المناطق الزلزالية بأمان وفعالية، وتوفر هذه المشاريع دروسا قيمة في التصميمات المستقبلية.

كاليفورنيا

وفي كاليفورنيا، تُظهر العديد من المباني التجارية بنجاح صفائف شمسية باستخدام نظم التعقب التي تُستخدم في إطار المادة السيزمية اختباراً لـ 5[FT])([النظام الأساسي]) [النظام الملزم] للكهرباء: 2703) () وقد وضعت جامعة كاليفورنيا في بيركلي جهازاً شمسيّاً يحتوي على محركات أساسية.

اليابان الابتكارات

دروس من نيوزيلندا

Intructural components, including solar panels, be designed to withstand seismic forces. A best practice emerging from New Zealand is the use of engineered anchor systems[Fear-1] that are tested for both static and cyclic weighting.

فالحوافز الحكومية، مثل الائتمانات الضريبية والمنح للتركيب الشمسي، ينبغي أن تُحدِّد التمويل على الامتثال السيزمي، فعلى سبيل المثال، لا يمكن لبرنامج كاليفورنيا الحافز على الإبداع الذاتي أن يلبي نظم تخزين الطاقة معايير السلامة الزلزالية، كما أن مسارات الامتثال القائمة على الأداء تسمح للمهندسين بأن يبرروا التصميمات البديلة التي تفي بالغرض الرمزي دون اتباع قواعد مسبقة.

الاتجاهات المستقبلية والتكنولوجيات الناشئة

ويتطور هذا المجال بسرعة، حيث تُعد التكنولوجيات والنهج الجديدة بتبسيط التكامل وتعزيز القدرة على التكيف.

الرصد والتحليل المتقدمان

ويمكن أن توفر أجهزة الاستشعار اللاسلكية ونظم الرصد الهيكلي للصحة بيانات آنية عن الأداء السيزمي لعناصر الطاقة المتجددة، وبعد وقوع زلزال، يمكن لهذه النظم أن تقيّم فورا ما إذا كانت الأفرقة أو الدعم قد تضررت، مما ييسر الإصلاح السريع ويقلل من وقت التعطل. يمكن للتوائم الدينامية من المباني أن تحاكي الاستجابة السيزمية الموحدة للهيكل والنظم المتجددة، مما يتيح تحقيق التفاؤل.

أدوات التصميم التكاملي