راز خنکی دبی در قلب کویر: شاهکار سرمایش هوشمند و آب بازیافتی
۵ اردیبهشت ۱۴۰۴
کپی لینک
منابع
45
نمایش منابع در متن
Google
Object-1
Witpress
Magzoid
Mediaoffice
Blog Newlaunchproperties
Homestratosphere
Austincontrarian
Baggagetaxi
Dubaiideal
Prasoon
Re-thinkingthefuture
Neuroject
Design-middleeast
Google
Beyracarchitects
Armanipro
Artsandculture Google
Artboothgallery
Luxuryproperty
Armanipro
Mdpi
Wfmmedia
Gulfnews
Bidoun
Algedra
Ierek
Dxbadventure
Dubaibusinessdirectory
Ibnbattutamall
Algedra Com
En Wikipedia
Dergi Neu Edu
Designconceptsint
Continents
Bayut
Khaleejtimes
Breakingtravelnews
Saadatrent
Global Ctbuh
Armanipro
Architectureau
Kestates
Kreafolk
Prezi
خط افق دبی مشهوره، اما پشت این شیشه‌های درخشان، نبردی دائمی با گرما در جریانه. با میانگین دمای تابستان بین ۳۲ تا ۳۷.۲ درجه سانتی‌گراد و قله‌هایی که به سمت ۵۰ درجه سانتی‌گراد اوج می‌گیرن، خنک موندن فقط یه تجمل نیست؛ یه ضرورته
[1]. در واقع، تهویه مطبوع می‌تونه تا ۸۰ درصد برق یه ساختمون رو ببلعه[1]. اگه پیش‌بینی‌های تغییرات اقلیمی رو هم اضافه کنی که دمای حتی گرم‌تر و افزایش تقاضا برای سرمایش (تا ۴۰ درصد بیشتر تا سال ۲۰۸۰) رو نوید میدن، چالش رو می‌بینی[1]. اینجاست که زیرساخت هوشمند دبی وارد عمل میشه. با سرمایش منطقه‌ای (District Cooling یا DC) و بازیافت پساب تصفیه‌شده فاضلاب (Treated Sewage Effluent یا TSE) آشنا شو – سیستم‌های حیاتی همسو با اهداف انرژی شهر مثل DIES2030 و استراتژی DSM که راه رو برای آینده‌ای پایدارتر هموار می‌کنن
[36].
درک فناوری سرمایش منطقه‌ای (DC) در دبی
خب، سرمایش منطقه‌ای دقیقاً چیه؟ بهش مثل تهویه مطبوع در مقیاس خیلی بزرگ فکر کن. به جای اینکه هر ساختمون چیلرهای پر سر و صدا و پرمصرف خودش رو داشته باشه، یه نیروگاه مرکزی آب سرد تولید می‌کنه
[2]
[12]. این آب فوق‌العاده سرد بعد از طریق شبکه‌ای از لوله‌های زیرزمینی عایق‌بندی‌شده به ساختمون‌های مختلف یه منطقه میره، اون‌ها رو خنک می‌کنه و بعد دوباره به نیروگاه برمی‌گرده تا دوباره سرد بشه – یه چرخه بسته پیوسته[2]
[3]
[11]
[24][3]. این یه راه هوشمندانه‌تر برای مقابله با گرماست، مخصوصاً تو مناطق پرجمعیت[2]
[22].
بیا اجزای اصلی رو بررسی کنیم. اول، نیروگاه سرمایش مرکزی رو داریم. این نیروگاه قدرتمند از چیلرهای صنعتی بزرگ و کارآمد برای سرد کردن آب تا حدود ۴-۷ درجه سانتی‌گراد استفاده می‌کنه
[17]
[45]. چون متمرکزه، از صرفه‌جویی به مقیاس و عملیات بهینه بهره‌مند میشه
[6][24][11]. خیلی از نیروگاه‌ها مخازن ذخیره انرژی حرارتی (Thermal Energy Storage یا TES) هم دارن. این‌ها مثل فلاسک‌های غول‌پیکرن که آب سرد تولیدشده تو ساعات غیر اوج مصرف (وقتی برق ارزون‌تره) رو ذخیره می‌کنن تا وقتی تقاضا بالا میره استفاده بشن، که این کار بازدهی رو افزایش میده و فشار روی شبکه برق رو کم می‌کنه[12]
[19]
[31]
[43]. گرمای حذف‌شده توسط چیلرها از طریق برج‌های خنک‌کننده آزاد میشه
[35][45].
بعدی شبکه توزیع هست. یه شبکه پنهان از لوله‌های زیرزمینی با عایق‌بندی قوی رو تصور کن که آب سرد رو به بیرون می‌برن و آب گرم‌تر رو برمی‌گردونن[2][3][22]. عایق‌بندی برای جلوگیری از اتلاف انرژی خیلی مهمه. این شبکه‌ها گسترده‌ان – مثلاً شرکت Emicool، یکی از ارائه‌دهنده‌ها، تو سال ۲۰۱۹ بیش از ۲۴۰ کیلومتر لوله داشت
[23]. در نهایت، هر ساختمون یه ایستگاه انتقال انرژی (Energy Transfer Station یا ETS) داره
[41]. این نقطه اتصاله که معمولاً از مبدل‌های حرارتی برای انتقال اثر سرمایشی از شبکه منطقه‌ای به سیستم تهویه مطبوع داخلی خود ساختمون (مثل واحدهای هواساز) استفاده می‌کنه[3]. کنتورهای اینجا میزان انرژی سرمایشی مصرفی ساختمون (که با RT-hr اندازه‌گیری میشه) رو برای صدور صورتحساب ردیابی می‌کنن[3]
[5]
[42]. اکثر سیستم‌های مدرن از مبدل‌های حرارتی غیرمستقیم استفاده می‌کنن که آب منطقه رو از آب ساختمون جدا نگه میداره و این به مدیریت نشتی‌ها کمک می‌کنه[3].
بازیافت آب در دبی: نقش پساب تصفیه‌شده فاضلاب (TSE)
دبی تو یه بیابون قرار گرفته، که باعث میشه آب فوق‌العاده باارزش باشه و برای آب آشامیدنی به شدت به شیرین‌سازی پرمصرف انرژی وابسته باشه
[7]
[37]. برای حفظ این منبع حیاتی، شهرداری دبی (Dubai Municipality یا DM) فاضلاب رو تصفیه می‌کنه تا پساب تصفیه‌شده فاضلاب (TSE) تولید کنه[7][37]. این فاضلاب تصفیه‌شده برای نوشیدن نیست، اما برای مصارف غیرآشامیدنی عالیه[19]. بزرگترین نقشش، مخصوصاً در مورد سرمایش، تأمین آب جبرانی برای برج‌های خنک‌کننده تو نیروگاه‌های DC و ساختمون‌های بزرگه
[32]. این برج‌ها برای آزاد کردن گرما مقدار زیادی آب تبخیر می‌کنن، و مقررات ساختمان سبز دبی در واقع استفاده از جایگزین‌هایی مثل TSE به جای آب آشامیدنی باارزش رو الزامی کرده[32].
فراتر از برج‌های خنک‌کننده، TSE به طور گسترده برای آبیاری فضای سبز سرسبزی که تو سراسر دبی دیده میشه استفاده میشه و یه منبع آب پایدار ارائه میده
[21][31]. همچنین برای کنترل گرد و غبار تو کارگاه‌های ساختمانی هم کاربرد داره[19]. اما، TSE خام می‌تونه سطوح بالاتری از آلاینده‌ها و جامدات محلول (TDS) نسبت به آب آشامیدنی داشته باشه، که می‌تونه به مرور زمان به تجهیزات سرمایشی آسیب برسونه[7][37]. به همین دلیله که اغلب به تصفیه‌های «پرداخت نهایی» مثل اسمز معکوس (Reverse Osmosis یا RO) و اولترافیلتراسیون (Ultrafiltration یا UF) برای خالص‌سازی بیشتر TSE نیاز هست[7]
[9]
[30]. مثلاً شرکت Empower، از ترکیبی از TSE تصفیه‌شده با RO و UF تو بعضی از برج‌های خنک‌کننده‌اش استفاده می‌کنه تا از تجهیزات محافظت کنه و همزمان به طور کامل از مصرف آب آشامیدنی جلوگیری کنه[7][37]. دبی سالانه مقدار عظیمی TSE تولید می‌کنه (حدود ۷۳۵ میلیون متر مکعب)، و در حالی که تلاش‌ها برای تجاری‌سازی و افزایش استفاده از اون ادامه داره، به حداکثر رسوندن پتانسیلش بخش کلیدی استراتژی آب شهر باقی می‌مونه
[26]
[27]
[8][32].
چرا سرمایش منطقه‌ای برنده است: بهره‌وری انرژی و صرفه‌جویی در هزینه‌ها
سرمایش منطقه‌ای فقط یه مهندسی هوشمندانه نیست؛ مزایای قابل توجهی به همراه داره، مخصوصاً تو بهره‌وری انرژی و صرفه‌جویی در هزینه‌ها در مقایسه با سیستم‌های تهویه مطبوع سنتی[3][5][12]
[14]. بیا اول به بخش انرژی نگاه کنیم. نیروگاه‌های مرکزی از چیلرها و تجهیزات بزرگ‌تری استفاده می‌کنن که ذاتاً کارآمدتر از واحدهای کوچیکتر تو ساختمون‌های جداگونه هستن[6][11][24][11]. این نیروگاه‌ها توسط متخصصان با استفاده از کنترل‌های پیشرفته (مثل سیستم‌های SCADA و مراکز فرماندهی هوشمند یا Smart Command Centers) برای رسیدن به اوج عملکرد اداره میشن[2][6]
[33][1]. به‌علاوه، شبکه‌های DC به ساختمون‌های متنوعی با زمان‌های اوج سرمایش متفاوت خدمات میدن، که این باعث میشه تقاضا یکنواخت‌تر بشه و نیروگاه بتونه به طور کلی کارآمدتر عمل کنه
[13][22]. مخازن TES با انتقال تولید سرمایش به ساعات غیر اوج مصرف، مصرف انرژی رو بیشتر بهینه می‌کنن[12][19][31][43]. حتی دفع گرما هم با برج‌های بزرگ آب‌خنک در مقایسه با واحدهای معمول هواخنک کارآمدتره، مخصوصاً تو آب و هوای دبی[8]
[38][36]. متمرکزسازی همچنین مقدار مبرد مورد نیاز در سراسر یه منطقه رو به شدت کاهش میده و آسیب‌های زیست‌محیطی بالقوه ناشی از نشتی‌ها رو کم می‌کنه[13][41][17]
[16].
اعداد خودشون گویا هستن. بعضی منابع ادعا می‌کنن که DC می‌تونه ۵ تا ۱۰ برابر کارآمدتر از سیستم‌های معمولی باشه[1]. ارائه‌دهنده‌هایی مثل Emicool از صرفه‌جویی انرژی تا ۳۵٪ صحبت می‌کنن[12]، در حالی که مطالعات دیگه بهبودهایی نزدیک به ۴۰٪ یا حتی تا ۵۰٪ رو در مقایسه با تهویه مطبوع سنتی نشون میدن[42][5][14]. یه مطالعه کلیدی توسط RSB دبی نشون داد که سیستم‌های DC به طور متوسط بازدهی 0.92 kW/TR داشتن، که به طور قابل توجهی بهتر از میانگین 1.51 kW/TR برای سیستم‌های دیگه بود – یعنی حدود ۴۰٪ برق کمتر به ازای هر واحد سرمایشی مصرف میشد[36].
صرفه‌جویی در هزینه‌ها هم یه جاذبه بزرگه. برای توسعه‌دهنده‌ها، اتصال به DC هزینه اولیه هنگفت و نیاز به فضا برای نصب چیلرها تو هر ساختمون رو از بین می‌بره[3][13][11][3][11][13][17][16]. مالکین ساختمون‌ها هم از هزینه‌های جاری و دردسر نگهداری نیروگاه‌های چیلر پیچیده خلاص میشن[3][6][13][11][33]. بهره‌وری انرژی مستقیماً به کاهش قبض‌های برق کلی منجر میشه[6][12][41][14]. برای ارائه‌دهنده DC، استفاده از TSE ارزون‌تر برای برج‌های خنک‌کننده هزینه‌های آب رو به طور قابل توجهی کاهش میده[7][37][6]. اما، برای کاربر نهایی (مثل یه مستأجر)، ساختار صورتحساب متفاوته. تو معمولاً یه هزینه مصرف بر اساس استفاده (RT-hr) و یه هزینه تقاضای ثابت مربوط به ظرفیت اختصاص داده شده به واحدت، به علاوه هزینه‌های احتمالی کنتور یا اضافه‌بهای سوخت پرداخت می‌کنی[5][42][38][42]. این هزینه تقاضا گاهی اوقات می‌تونه باعث بشه DC ماهانه گرون‌تر از ساختمون‌های «بدون چیلر» به نظر برسه که تو اون‌ها هزینه‌های سرمایش تو اجاره گنجونده شده، که این یه بده‌بستان بین هزینه مستقیم و بهره‌وری کلی زیست‌محیطی ایجاد می‌کنه[5][38].
چشم‌انداز سرمایش منطقه‌ای دبی: ارائه‌دهندگان اصلی و پیاده‌سازی
دبی فقط از سرمایش منطقه‌ای استفاده نمی‌کنه؛ بلکه یه رهبر جهانی تو این زمینه است و بزرگترین ارائه‌دهنده این سیستم در کره زمین و شبکه‌های گسترده‌ای در سراسر پروژه‌های نمادینش رو در خود جای داده
[4][8][15][42]. چند بازیگر کلیدی صحنه رو در دست دارن. Empower (شرکت سیستم‌های سرمایش مرکزی امارات)، که در سال ۲۰۰۳ تأسیس شده و بخشی از مالکیت اون متعلق به DEWA و Dubai Holding هست، غول جهانی این حوزه است[4]
[40]. این شرکت به بیش از ۱۱۰,۰۰۰ مشتری و بیش از ۱۴۰۰ ساختمون با ظرفیت عظیم بیش از ۱.۴ میلیون تن تبرید (RT) خدمات ارائه میده[40]. Empower رو می‌تونی در حال خنک کردن مناطق عمده‌ای مثل JLT، Business Bay (که رکورد گینس رو برای شبکه DC خودش داره)، DIFC، پالم جمیرا و خیلی جاهای دیگه پیدا کنی[5][12][16][19][43][2][19]
[34][43][19][23][43]. اون‌ها به خاطر رهبری فناورانه، از جمله مرکز کنترل فرمان هوشمندشون (Smart Command Control Center) شناخته شده هستن[1].
Emicool (سرمایش منطقه‌ای امارات)، که حالا یه سرمایه‌گذاری مشترک بین Dubai Investments و Actis هست، یه نیروی عمده دیگه است
[25][7]. این شرکت با خدمت‌رسانی به حدود ۴۲,۰۰۰ مشتری با ظرفیت حدود ۳۵۵,۰۰۰ تن تبرید، قصد داره به طور قابل توجهی رشد کنه[25]
[28]. شبکه اون‌ها مناطقی مثل Dubai Investments Park (DIP)، Motor City، Damac Hills رو پوشش میده و حتی ایستگاه‌های متروی RTA در خط اکسپو رو هم خنک می‌کنه[12][25][26][27][28][21]. Emicool به طور فعال در نوآوری‌های فناورانه همکاری می‌کنه، مثل کنتورهای هوشمند با Kamstrup[28]. بعد هم Emaar District Cooling (EDC) هست. در حالی که Empower و Emicool بیشتر شبیه شرکت‌های خدماتی عمل می‌کنن، شرکت توسعه‌دهنده Emaar در سال ۲۰۰۴ EDC رو عمدتاً برای خدمات‌رسانی به مجتمع‌های عظیم خودش مثل Downtown Dubai (شامل برج خلیفه)، Dubai Marina و Arabian Ranches ایجاد کرد[12][26]
[39][12][39].
چطور این سیستم پیاده‌سازی میشه؟ DC معمولاً از ابتدا در طرح‌های جامع توسعه بزرگ و جدید برنامه‌ریزی میشه و نیروگاه و شبکه لوله‌کشی رو در زیرساخت‌های خدماتی ادغام می‌کنه[2][8][22]. ارائه‌دهندگان با توسعه‌دهندگان همکاری نزدیکی دارن و برای تأمین سرمایش قرارداد امضا می‌کنن
[44][2][25][2]. گاهی اوقات، امتیازاتی برای مناطق خدمات انحصاری اعطا میشه. کاربران نهایی، چه مالک باشن چه مستأجر، معمولاً مستقیماً با ارائه‌دهنده تعیین‌شده برای منطقه‌شون ثبت‌نام می‌کنن، خیلی شبیه ثبت‌نام برای برق و آب[5][40][4]. این رویکرد یکپارچه برای هدف دبی یعنی تأمین ۴۰٪ از سرمایشش توسط DC تا سال ۲۰۳۰، که باعث افزایش بهره‌وری انرژی در سراسر شهر میشه، کلیدی هست[8][15][2][14].
آینده خنک‌تر و هوشمندتر است: نوآوری‌ها در افق
دبی اینجا متوقف نمیشه. نوآوری مستمر هم مدیریت سرمایش و هم مدیریت آب رو به سمت بهره‌وری و هوشمندی بیشتر سوق میده. در سرمایش منطقه‌ای، Empower با ASHRAE روی سیستم‌های «نسل سوم» کار می‌کنه که به طور بالقوه از هوش مصنوعی (AI) و روش‌های جدید انتقال انرژی حرارتی برای کاهش بیشتر مصرف انرژی استفاده می‌کنن
[18]. انتظار میره هوش مصنوعی و یادگیری ماشین بیشتری در مراکز کنترل برای نگهداری پیش‌بینانه و بهینه‌سازی آنی به کار گرفته بشه و سیستم‌ها رو حتی هوشمندتر کنه
[10]
[20]
[29]. ادغام منابع انرژی تجدیدپذیر مثل خورشیدی (PV و حرارتی)، زمین‌گرمایی یا گرمای هدررفته، یه تمرکز عمده برای تأمین انرژی پاک‌تر نیروگاه‌های مرکزیه[2][6][9][2][6][18][29][14][36][13]. کنتورهای هوشمند پیشرفته (AMI) هم در حال راه‌اندازی هستن که داده‌های بهتری رو هم برای مصرف‌کننده‌ها و هم برای ارائه‌دهنده‌ها فراهم می‌کنن، همونطور که در همکاری Emicool با Kamstrup دیده میشه[28]. بهینه‌سازی ذخیره‌سازی انرژی حرارتی (TES) برای پایداری و بهره‌وری شبکه همچنان حیاتیه[12][19][31][43]. جایگزین‌های با بازدهی بالا مثل سیستم‌های VRF هم در جاهایی که DC کامل امکان‌پذیر نیست، ترویج میشن[36].
در بخش آب، پیشرفت‌ها در فناوری‌های پرداخت نهایی TSE (مثل MBR، UF، RO) برای تولید آب بازیافتی با کیفیت بالاتر برای مصارف حساس مثل برج‌های خنک‌کننده، کلیدی هستن[7][9][30][6]. تحقیقاتی هم در مورد روش‌های سرمایش بدون مصرف آب در جریانه[29]. دانشمندان در حال بررسی کاربردهای گسترده‌تر برای TSE و بیوسالیدها هستن، مثل کشاورزی در محیط کنترل‌شده (مزارع عمودی)، که امنیت غذایی رو تقویت می‌کنه[27]. تصویر بزرگتر شامل مدیریت یکپارچه منابع آب، استفاده استراتژیک از تمام منابع آب (شیرین‌شده، TSE، آب خاکستری) بر اساس نیاز و کیفیته[32]. شبکه‌های آب هوشمند با سنسورها به بهینه‌سازی توزیع TSE و به حداقل رسوندن تلفات کمک خواهند کرد. در نهایت، این نوآوری‌ها با جاه‌طلبی‌های شهر هوشمند دبی و اهداف بلندمدت مشخص‌شده در طرح جامع شهری دبی ۲۰۴۰ (Dubai 2040 Urban Master Plan) گره خوردن و محیط شهری پایدارتر و کارآمدتر از نظر منابع رو ایجاد می‌کنن[10][20][2].
نکات کلیدی: استراتژی سرمایش پایدار دبی
خب، نتیجه نهایی چیه؟ سرمایش منطقه‌ای و بازیافت آب TSE ستون‌های کاملاً حیاتی هستن که از رشد و جاه‌طلبی‌های پایداری دبی حمایت می‌کنن. اون‌ها بهره‌وری انرژی قابل توجهی ارائه میدن، به صرفه‌جویی کلی در هزینه‌ها کمک می‌کنن (علی‌رغم ساختارهای متفاوت صورتحساب برای کاربر نهایی)، و به طور حیاتی منابع آب گرانبها رو حفظ می‌کنن[1][14][37]. با رهبری ارائه‌دهندگان بزرگی مثل Empower و Emicool، و با هدایت استراتژی دولتی، انتظار میره با ساختن آینده‌ای خنک‌تر و هوشمندتر توسط دبی، شاهد گسترش و نوآوری مستمر در این سیستم‌های ضروری باشیم[4][25][36].
رایگان امتحان کنید