به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، با این حال، توسعه ناپایدار اخیراً نگرانی‌هایی را در مورد اثرات نامطلوب بر محیط‌زیست ایجاد کرده است، و در نتیجه فوریت فزاینده‌ای برای رسیدگی به مسائل مربوط به بهره‌وری انرژی و تغییرات آب و هوایی، به‌ویژه در محیط‌های شهری ایجاد شده است. 

به طور قابل‌توجهی، شهرنشینی سریع اثر جزیره گرمایی شهری را بدتر کرده است، پدیده‌ای که در آن یک شهر دمای بسیار گرم‌تری را نسبت به مناطق روستایی اطراف تجربه می‌کند و تقاضای انرژی برای سیستم‌های گرمایش و سرمایش را افزایش می‌دهد.

در نتیجه، پمپ‌های حرارتی منبع هوای معمولی اغلب از کاهش راندمان در محیط‌های شهری با دمای بالا رنج می‌برند که باعث مصرف برق و هزینه‌های عملیاتی بالاتر می‌شود. این موضوع مبرم بر نیاز به راه حل‌های انرژی نوآورانه و پایدار تاکید می‌کند.

ادغام سیستم‌های پمپ حرارتی منبع زمینی (GSHP) با شمع‌های انرژی به عنوان یک پاسخ امیدوارکننده برای این چالش ظاهر شده است.

شمع‌های انرژی به طور منحصر به فردی پشتیبانی ساختاری سیستم‌های فونداسیون را با قابلیت‌های تبادل حرارت زمین گرمایی ترکیب می‌کنند و راه حلی دو منظوره را ارائه می‌دهند که با اهداف توسعه شهر هوشمند همسو می‌شود. علاوه بر این، پیشرفت در فناوری‌های ژئوتکنیکی و انرژی، امکان پیاده‌سازی این سیستم‌ها را در شرایط مختلف شهری فراهم کرده است.

در یک مطالعه اخیر، تیمی از محققان به سرپرستی پروفسور شینیا اینازومی از کالج مهندسی در موسسه فناوری شیباورا و دانشیار آپینیتی جوتیسانکاسا از دانشگاه کاستسارت، ادغام سیستم‌های GSHP با انبوه انرژی را به طور جامع بررسی کرده‌اند.

مقاله آنها در شهر هوشمند در ۲۵ نوامبر ۲۰۲۴ منتشر شد.

پروفسور اینازومی اظهار می‌دارد: "در سال‌های اخیر، تاکید جهانی فزاینده بر کاهش انتشار کربن و انتقال به منابع انرژی تجدید پذیر شده است. این مطالعه با هدف ارائه یک راه حل عملی و مقیاس پذیر است که مهندسی ژئوتکنیک را با سیستم‌های انرژی تجدید پذیر پل می‌کند و به پایداری زیرساخت‌های شهری ضمن پرداختن به مسائل حیاتی مدیریت انرژی و اثرات زیست‌محیطی کمک می‌کند. "

ترکیبی از سیستم‌های GHSP و توده‌های انرژی، رویکردی متحول کننده برای کاهش مصرف برق و هزینه‌های عملیاتی در شهر‌هایی است که با تقاضای رو به رشد انرژی مواجه هستند. از دمای پایدار زمین برای تامین گرمایش و سرمایش کارآمد استفاده می‌کند و در نتیجه از سیستم‌های سنتی منبع هوا بهتر عمل می‌کند.

علاوه بر این، اتلاف گرما را از طریق گردش بهینه آب‌های زیرزمینی ترویج می‌کند و طول عمر و عملکرد سیستم‌های زمین گرمایی را تضمین می‌کند.

در این بررسی، محققان بر نیاز به طراحی مناسب و مدیریت تطبیقی ​​زیرساخت‌های دو ساختاری پیشنهادی تاکید می‌کنند و از استراتژی‌های خاص سایت برای به حداکثر رساندن مزایا حمایت می‌کنند. در ساختمان‌های مسکونی، تجاری و صنعتی، این سیستم‌ها می‌توانند هزینه‌های گرمایش و سرمایش را به میزان قابل توجهی کاهش دهند و در عین حال انتشار کربن را کاهش دهند.

شهر‌های هوشمند می‌توانند پشته‌های انرژی را در برنامه‌ریزی مجدد زیرساخت‌ها، هماهنگ با اهداف اقدام اقلیمی و بهبود انعطاف‌پذیری در برابر اثر جزیره گرمایی شهری بگنجانند. قابل ذکر است، شمع‌های انرژی را می‌توان در جاده ها، پل‌ها و سیستم‌های حمل و نقل زیرزمینی برای مدیریت بار‌های حرارتی تعبیه کرد.

این ادغام می‌تواند بهره وری انرژی تاسیسات حمل و نقل را بهینه کرده و عمر ساختاری آنها را افزایش دهد. علاوه بر این، این سیستم‌ها می‌توانند انرژی خورشیدی و بادی را با فراهم کردن ذخیره انرژی حرارتی پایدار تکمیل کنند و کارایی کلی سیستم انرژی فعلی را بهبود بخشند.

پروفسور اینازومی تاکید می‌کند: "یارانه‌های دولتی یا تخفیف‌های مالیاتی می‌تواند پذیرش گسترده این فناوری را تشویق کند، موانعی مانند هزینه‌های بالای نصب اولیه و ترویج رشد شهری پایدار را کاهش دهد. "

در نهایت، محققان دانشمندان و برنامه ریزان شهری را تشویق می‌کنند تا سیستم GHSP و رویکرد یکپارچه مبتنی بر انبوه انرژی را برای ارتقای توسعه پایدار شهری بررسی کنند.

این کار با پر کردن شکاف بین مهندسی ژئوتکنیک و انرژی‌های تجدیدپذیر، پایه‌ای برای زندگی شهری پایدار می‌گذارد و با پرداختن به چالش‌های انرژی که در حال حاضر بشر با آن مواجه است، هدف آن هموار کردن راه برای توسعه شهری انعطاف‌پذیر و کارآمد از نظر انرژی است.