نموذج إحصائي لطاقة المباني من جمع البيانات والتقييم القائم على المكان إلى سيناريوهات مستدامة لمدينة ميلان

تؤدي نمذجة طاقة المباني دورًا مهمًا في تحليل كفاءة الطاقة في الرصيد القائم من المباني، إذ تتيح اختبار سيناريوهات التجديد والتحديث قبل تنفيذها وتقدير أثرها في الاستهلاك والإنتاج، غير أن النمذجة على نطاق مدينة بأكملها تواجه تحدي توافر بيانات مدخلات موثوقة وشاملة تصلح أساسًا مرجعيًا لتقييم استهلاك الطاقة وإنتاجها على المستوى الإقليمي، ولتجاوز هذا التحدي تتجه البحوث إلى توظيف شهادات أداء الطاقة وقواعد البيانات المفتوحة في بناء نماذج إحصائية قائمة على المكان تراعي الخصائص الفعلية لكل حي ومبنى، وتتناول هذه الدراسة مدينة ميلان الإيطالية حالة تطبيقية، فتقدم منهجية متكاملة لنمذجة أداء الطاقة في المباني السكنية على النطاق الحضري، وتبني مجموعة بيانات مرجعية شاملة لمدخلات النموذج من قواعد البيانات المفتوحة المتاحة في إيطاليا

أولًا: أهداف الدراسة ومنهجيتها

هدفت الدراسة إلى وصف منهجية نمذجة الطاقة المستخدمة في تقييم أداء الطاقة للمباني السكنية في مدينة ميلان، وتوفير مجموعة بيانات مرجعية شاملة لبيانات الإدخال من قواعد البيانات المفتوحة المتاحة في إيطاليا، وهي خطوة حاسمة في تقييم استهلاك الطاقة وإنتاجها على النطاق الإقليمي، وقد وظفت الدراسة برنامج كيو جي آي إس في إصداره 3.28.8 مفتوح المصدر لنمذجة متغيرات الطاقة المتعددة وحسابها، من أجل التنبؤ باستهلاك التدفئة المكانية والماء الساخن المنزلي وإمكانات الإنتاج الشمسي، وحللت ملفات الطلب والعرض بهدف زيادة الاستهلاك الذاتي للطاقة والاكتفاء الذاتي في السياق الحضري باستخدام التقنيات الشمسية، وتحقق من صحة المنهجية بمقارنة نتائج المحاكاة بالبيانات المقاسة فعليًا

ثانيًا: أبرز النتائج

النتيجة الأولى: حققت المنهجية المقدمة عند التحقق منها بمقارنة نتائج المحاكاة بالبيانات المقاسة متوسط خطأ نسبي مطلق بلغ 5.2 في المئة فقط، وهو مستوى مقبول من الدقة وبخاصة عند النمذجة على نطاق مدينة كاملة تتعدد فيها مصادر عدم اليقين، بما يمنح النموذج الإحصائي المبني على شهادات أداء الطاقة مصداقية عملية للاستخدام في التخطيط

النتيجة الثانية: ألقت الدراسة الضوء على المعايير الأساسية المؤثرة في استهلاك المباني للطاقة وإنتاجها، وفي مقدمتها نوع المستخدم، والحجم، ونسبة السطح إلى الحجم، وفترة البناء، وكفاءة الأنظمة، والتعرض الشمسي، ومساحة السطح، وهي معايير تفسر جانبًا كبيرًا من التباين بين المباني في الطلب على التدفئة والماء الساخن وفي إمكانات توليد الطاقة الشمسية من الأسطح

النتيجة الثالثة: مكن التقييم من رصد التوزيع المكاني لاستخدام الطاقة وإنتاجها داخل البيئات الحضرية على مستوى الأحياء والمباني، بما يكشف مواضع الطلب المرتفع ومواضع الفائض الشمسي المحتمل، ويتيح مواءمة العرض والطلب مكانيًا لرفع الاستهلاك الذاتي للطاقة المنتجة محليًا وتقليل الاعتماد على الشبكة العامة في أوقات الذروة

النتيجة الرابعة: بتحليل ملفات الطلب والعرض اليومية والموسمية بينت الدراسة إمكان زيادة الاستهلاك الذاتي والاكتفاء الذاتي في السياق الحضري باستخدام التقنيات الشمسية، إذ تتقاطع ذروة الإنتاج الشمسي من أسطح المباني مع جانب معتبر من الطلب النهاري، ومن ثم تتحول الأسطح من مساحات خاملة إلى أصول طاقية منتجة تدعم أمن الطاقة الحضري وتخفض الانبعاثات المرتبطة باستهلاك المباني السكنية

ثالثًا: دلالات الدراسة وتطبيقاتها

تشير دلالات الدراسة إلى أن النماذج الإحصائية المبنية على شهادات أداء الطاقة وقواعد البيانات المفتوحة تقدم أداة عملية منخفضة الكلفة لدعم تخطيط المدن الذكية وعملياتها، إذ تساعد البلديات على اختبار سيناريوهات تجديد الرصيد السكني وتحديد أولويات التدخل بحسب العائد الطاقي المتوقع، كما تساعد على تصميم سياسات حوافز للطاقة الشمسية على الأسطح تستهدف المباني والأحياء الأعلى جدوى، ويمثل توفير مجموعة بيانات مرجعية مفتوحة المدخلات إسهامًا منهجيًا يتيح تعميم التجربة على مدن أخرى تتوافر فيها شهادات أداء مماثلة

وخلاصة القول إن النموذج الإحصائي لطاقة المباني القائم على المكان وشهادات الأداء يقدم لمدينة ميلان ولغيرها من المدن أداة موثوقة لفهم استهلاك الطاقة وإنتاجها مكانيًا، وتوجيه سيناريوهات التجديد والطاقة الشمسية نحو مستقبل حضري أكثر كفاءة واستدامة