استحداث مونة نانو أسمنتية منخفضة التكاليف للحد من استهلاك الطاقة الكهربية في المباني السكنية بالمملكة العربية السعودية

الملخص AR

أصبحت مسألة استهلاك الطاقة الكهربية في قطاع المباني مسألة جوهرية تشغل دول العالم كافة و من ضمنها المملكة العربية السعودية.

أظهرت الدراسات أن الانتقال الحراري خلال الجدران و الأسقف من أهم العوامل التي تزيد من الأحمال الحرارية داخل المبني و من ثم فهي تزيد من الطاقة اللازمة للتبريد لتحقيق الراحة الحرارية للإنسان، و بالتالي فإن زيادة كل من المقاومة الحرارية و الانعكاسية بالنسبة لأغلفة المباني يساهم بشكل كبير في توفير الراحة الحرارية لشاغلي المباني و من ثم ترشيد استهلاك الطاقة الكهربائية.

تهدف هذه الدراسة إلى تحضير مواد إسمنتية ذات مقاومة حرارية عالية و انعكاسية مرتفعة للإشعاع الشمسي مع الاحتفاظ بخواص ميكانيكية مقبولة (تتناسب لاستخدامها في أغلفة المباني) و دراسة تأثير استخدام تلك المواد كطبقات تكسية على تحسين كفاءة الطاقة داخل المباني.

و لتحقيق هذا الهدف تم استخدام الأسمنت المخلوط كمادة رابطة بدلا من الأسمنت البورتلاندي العادي.

الأسمنت المخلوط المستخدم في هذه الدراسة هو أسمنت بورتلاندي أبيض مخلوط بنسبة 10 % من جسيمات الطفلة النانومترية المنشطة حراريا (الميتاكاولين) و من ثم الإحلال الجزئي للإسمنت بنسب مختلفة من حبيبات مادة البيرلايت تتراوح من 10 % إلي 70 % بالحجم.

كما تم إضافة الألياف الطبيعية بنسبة ثابتة (2 % من وزن الاسمنت) و قد تم استخدام النسب القياسية للماء لعمل المخاليط الأسمنتية.

لدراسة الخصائص الفيزيوحرارية و الميكانيكية تم إجراء مجموعة من الاختبارات ً للمواصفات القياسية الدولية و تشمل (الكثافة–التوصيلية الحرارية–مقاومة الانثناء–الانعكاسية–فحص التركيب الدقيق باستخدام الميكروسكوب الإلكتروني الماسح) و ذلك عند عمر 28 يوم من التهدرت.

أظهرت النتائج أن كل من الكثافة التوصيلية الحرارية و مقاومة الانثناء تقل مع زيارة نسبة الإحلال بالبيرلايت.

الإحلال الجزئي للاسمنت بنسبة 70 % بيرلايت أدى إلى خفض التوصيلية الحرارية بنحو 84 % و زيادة الانعكاسية بنحو 33% مقارنة بالعينة المرجعية التي لا تحتوي بيرلايت.

حتى عند أكبر نسبة للبيرلايت (70 %) فإن مقاومة الانثناء الميكانيكي ليست فقط متوافقة مع اشتراطات المواصفات القياسية الدولية بل تقدر بثلاثة أضعاف الحدود الدنيا المنصوص عليها في تلك المواصفات.

لتقييم الأثر الكمي لانخفاض التوصيلية الحرارية على كفاءة استخدام الطاقة في المباني السكنية تم استخدام برنامج تحليل الطاقة المعتمد دولياDesignBuilder 3.2 لمحاكاة الاستهلاك السنوي لمنزل سكني نموذجي في المملكة العربية السعودية و بالتحديد مدينة الرياض.

أظهرت نتائج المحاكاة أن استخدام المونة النانوأسمنتية في تكسية الغلاف الخارجي للمبنى أدى إلى خفض استهلاك الطاقة بنحو 34 %.