تأثير التوسع الحضري: الجزر الحرارية الحضرية - الوقاية منها من خلال تركيب أسطح شمسية مع توليد متزامن للكهرباء

تُعرف الجزر الحرارية الحضرية بأنها مناطق حضرية أو متروبولية تتميز بارتفاع درجة حرارتها بشكل ملحوظ مقارنةً بالمناطق الريفية المحيطة بها نتيجةً للنشاط البشري. وعادةً ما يكون فرق درجة الحرارة أكبر ليلاً منه نهاراً، ويكون أكثر وضوحاً عند ضعف الرياح. وتبرز هذه الظاهرة بشكل خاص في فصلي الصيف والشتاء. ويكمن السبب الرئيسي لظاهرة الجزر الحرارية الحضرية في التغيرات التي تطرأ على سطح الأرض. وقد أظهرت إحدى الدراسات أن الجزر الحرارية تتأثر بقربها من أنواع مختلفة من الغطاء الأرضي، حيث يؤدي قربها من الأراضي القاحلة إلى ارتفاع درجة حرارة التربة الحضرية، بينما يؤدي قربها من الغطاء النباتي إلى تبريدها. وتُعد الحرارة المهدرة الناتجة عن استخدام الطاقة عاملاً آخر. فمع نمو المراكز السكانية، تزداد مساحتها، ويرتفع متوسط ​​درجة حرارتها. ويُستخدم مصطلح "الجزيرة الحرارية" أيضاً للإشارة إلى أي منطقة ترتفع درجة حرارتها نسبياً عن المناطق المحيطة بها، ولكنه يشير عموماً إلى المناطق المتأثرة بالنشاط البشري.

يكون معدل هطول الأمطار الشهري أعلى في المناطق الواقعة في ظل المدن، ويعود ذلك جزئياً إلى ظاهرة الجزر الحرارية الحضرية. وتؤدي الحرارة المتزايدة في المراكز الحضرية إلى إطالة مواسم النمو وتقليل حدوث الأعاصير الضعيفة. وتؤدي هذه الظاهرة أيضاً إلى تدهور جودة الهواء من خلال زيادة إنتاج الملوثات مثل الأوزون، كما أنها تُلحق الضرر بجودة المياه نتيجة تدفق المياه الدافئة إلى أنهار المنطقة، مما يُشكل ضغطاً على أنظمتها البيئية.

لا تُظهر جميع المدن ظاهرة الجزر الحرارية الحضرية بشكلٍ واضح، وتعتمد خصائصها بشكلٍ كبير على المناخ السائد في المنطقة التي تقع فيها المدينة. ويمكن التخفيف من هذه الظاهرة من خلال الأسطح الخضراء، والتبريد الإشعاعي السلبي خلال النهار، واستخدام الأسطح ذات الألوان الفاتحة في المناطق الحضرية، والتي تعكس المزيد من ضوء الشمس وتمتص حرارة أقل. وقد أدى التوسع الحضري إلى تفاقم آثار تغير المناخ في المدن.

دُرست هذه الظاهرة ووُصفت لأول مرة على يد لوك هوارد في العقد الثاني من القرن التاسع عشر، مع أنه لم يكن هو من أطلق عليها هذا الاسم. واستمرت الأبحاث حول الغلاف الجوي الحضري حتى القرن التاسع عشر. وبين عشرينيات وأربعينيات القرن العشرين، سعى باحثون في أوروبا والمكسيك والهند واليابان والولايات المتحدة، ضمن مجالات علم المناخ المحلي أو الأرصاد الجوية الدقيقة الناشئة، إلى إيجاد طرق جديدة لفهم هذه الظاهرة. وفي عام ١٩٢٩، استخدم ألبرت بيبلر مصطلح "الجزيرة الحرارية الحضرية"، والذي يُعد أول مثال على هذه الظاهرة. وبين عامي ١٩٩٠ و٢٠٠٠، نُشر ما يقارب ٣٠ دراسة سنويًا؛ وبحلول عام ٢٠١٠، ارتفع هذا العدد إلى ١٠٠ دراسة، وبحلول عام ٢٠١٥، تجاوز ٣٠٠ دراسة.

تتعدد أسباب ظاهرة الجزر الحرارية الحضرية. فالأسطح الداكنة تمتص كميات أكبر بكثير من الإشعاع الشمسي، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة الشوارع والمباني في المناطق الحضرية خلال النهار أكثر من المناطق الريفية والضواحي. كما أن المواد المستخدمة عادةً في رصف الطرق والأسقف في المناطق الحضرية، كالخرسانة والإسفلت، تختلف اختلافًا كبيرًا في خصائصها الحرارية (بما في ذلك السعة الحرارية والتوصيل الحراري) وخصائصها الإشعاعية السطحية (البياض والانبعاثية) عن تلك الموجودة في المناطق الريفية المحيطة. وهذا يُخلّ بتوازن الطاقة في المناطق الحضرية، مما ينتج عنه غالبًا درجات حرارة أعلى من المناطق الريفية المجاورة. ومن الأسباب المهمة الأخرى نقص النتح (على سبيل المثال، بسبب نقص الغطاء النباتي) في المناطق الحضرية. وقد وجدت هيئة الغابات الأمريكية في عام 2018 أن المدن في الولايات المتحدة تفقد 36 مليون شجرة سنويًا. ومع تراجع الغطاء النباتي، تفقد المدن أيضًا الظل والتأثير المُبرّد للأشجار من خلال التبخر.

تُعزى أسباب أخرى لظاهرة الجزر الحرارية الحضرية إلى التأثيرات الهندسية. فالمباني الشاهقة في العديد من المناطق الحضرية توفر أسطحًا متعددة لانعكاس وامتصاص ضوء الشمس، مما يزيد من فعالية هذه الجزر. ويُعرف هذا بتأثير "الوادي الحضري". ومن تأثيرات المباني الأخرى حجب الرياح، مما يمنع التبريد بالحمل الحراري وإزالة الملوثات. كما تُساهم الحرارة المهدرة من السيارات ومكيفات الهواء والصناعة وغيرها من المصادر في ظاهرة الجزر الحرارية الحضرية. ويمكن أن تؤدي المستويات العالية من التلوث في المناطق الحضرية إلى تفاقم هذه الظاهرة، حيث تُغير العديد من أشكال التلوث الخصائص الإشعاعية للغلاف الجوي. ولا تقتصر آثار الجزر الحرارية الحضرية على زيادة درجات الحرارة في المدن فحسب، بل تشمل أيضًا زيادة تركيزات الأوزون، لأن الأوزون غاز دفيئة يتسارع تكوينه مع ارتفاع درجات الحرارة.

في معظم المدن، يكون فرق درجات الحرارة بين المناطق الحضرية والمناطق الريفية المحيطة بها في أقصى درجاته ليلاً. ورغم أن هذا الفرق ملحوظ على مدار العام، إلا أنه يكون أكبر عموماً في فصل الشتاء. ويبلغ فرق درجات الحرارة المعتاد بين مركز المدينة والحقول المحيطة بها عدة درجات. ويُشار أحياناً في تقارير الأرصاد الجوية إلى فرق درجات الحرارة بين مركز المدينة والضواحي المحيطة بها، على سبيل المثال: 20 درجة مئوية في مركز المدينة، و18 درجة مئوية في الضواحي. وقد يكون متوسط ​​درجة حرارة الهواء السنوية في مدينة يبلغ عدد سكانها مليون نسمة أو أكثر أعلى بمقدار 1.0 إلى 3.0 درجة مئوية من المناطق المحيطة بها. وفي المساء، قد يصل هذا الفرق إلى 12 درجة مئوية.

يمكن تعريف ظاهرة الجزر الحرارية الحضرية إما على أنها فرق درجة حرارة الهواء (ظاهرة الجزر الحرارية الحضرية في الغطاء النباتي) أو على أنها فرق درجة حرارة سطح الأرض (ظاهرة الجزر الحرارية الحضرية السطحية) بين المناطق الحضرية والريفية. ويُظهر كلا النوعين تباينًا طفيفًا خلال اليوم والفصول، ولهما أسباب مختلفة.

أشارت الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ إلى أن "الجزر الحرارية الحضرية معروفة بتسببها في ارتفاع درجات الحرارة ليلاً أكثر من ارتفاعها نهاراً مقارنةً بالمناطق غير الحضرية". ففي برشلونة، إسبانيا، على سبيل المثال، تنخفض درجات الحرارة العظمى نهاراً بمقدار 0.2 درجة مئوية، بينما ترتفع درجات الحرارة الصغرى بمقدار 2.9 درجة مئوية مقارنةً بمحطة ريفية مجاورة. ويذكر وصف أول تقرير عن الجزر الحرارية الحضرية، الذي أعده لوك هوارد في أواخر العقد الثاني من القرن التاسع عشر، أن وسط لندن يكون أكثر دفئاً بمقدار 2.1 درجة مئوية ليلاً من المناطق الريفية المحيطة به. وعلى الرغم من أن ارتفاع درجة حرارة الهواء داخل الجزر الحرارية الحضرية يكون أكثر وضوحاً ليلاً، إلا أن هذه الجزر تُظهر سلوكاً نهارياً ملحوظاً ومتناقضاً إلى حد ما. إذ يكون فرق درجة حرارة الهواء بين الجزر الحرارية الحضرية والمنطقة المحيطة بها كبيراً ليلاً وصغيراً نهاراً. والعكس صحيح بالنسبة لدرجات حرارة سطح المناطق الحضرية داخل الجزر الحرارية الحضرية.

خلال النهار، وخاصةً في الأيام الصافية، ترتفع درجة حرارة الأسطح الحضرية نتيجة امتصاص الإشعاع الشمسي. وتميل الأسطح في المناطق الحضرية إلى التسخين بوتيرة أسرع من تلك الموجودة في المناطق الريفية المحيطة بها. ونظرًا لسعتها الحرارية العالية، تعمل الأسطح الحضرية كمخزون هائل للطاقة الحرارية. فعلى سبيل المثال، يمكن للخرسانة تخزين حرارة تفوق بنحو 2000 ضعف ما يخزنه حجم مماثل من الهواء. ولذلك، يسهل رصد درجات حرارة الأسطح المرتفعة نهارًا داخل الجزر الحرارية الحضرية (UHI) باستخدام تقنيات الاستشعار الحراري عن بُعد. وكما هو الحال غالبًا مع ارتفاع درجة الحرارة نهارًا، يؤدي هذا الارتفاع أيضًا إلى هبوب رياح الحمل الحراري داخل الطبقة الحدودية الحضرية. ويُعتقد أنه نتيجةً لاختلاط الغلاف الجوي الناتج، يكون اضطراب درجة حرارة الهواء داخل الجزر الحرارية الحضرية ضئيلًا أو معدومًا خلال النهار، على الرغم من أن درجات حرارة الأسطح قد تصل إلى مستويات عالية للغاية.

في الليل، ينعكس الوضع. يؤدي غياب التسخين الشمسي إلى انخفاض الحمل الحراري في الغلاف الجوي واستقرار طبقة الحدود الحضرية. إذا كان الاستقرار كافيًا، تتشكل طبقة انعكاس حراري. تحبس هذه الطبقة الهواء الحضري بالقرب من السطح، وتحافظ على دفئه بفضل الأسطح الحضرية الدافئة، مما ينتج عنه ارتفاع درجات حرارة الهواء ليلًا ضمن ظاهرة الجزيرة الحرارية الحضرية. إلى جانب خصائص المناطق الحضرية في الاحتفاظ بالحرارة، قد يعود سبب ذروة الحرارة الليلية في الشوارع الضيقة أيضًا إلى حجب الرؤية عن السماء أثناء التبريد: تفقد الأسطح الحرارة ليلًا بشكل أساسي عن طريق الإشعاع إلى السماء الباردة نسبيًا، وهذا ما تحجبه المباني في المناطق الحضرية. يكون التبريد الإشعاعي أكثر تأثيرًا عندما تكون سرعة الرياح منخفضة والسماء صافية، وبالفعل، تكون ظاهرة الجزيرة الحرارية الحضرية في ذروتها ليلًا في ظل هذه الظروف.

الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (IPCC) - الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ هي هيئة حكومية دولية تابعة للأمم المتحدة، مسؤولة عن تعزيز معرفتنا بتغير المناخ الناتج عن الأنشطة البشرية. تأسست عام 1988 من قبل المنظمة العالمية للأرصاد الجوية (WMO) وبرنامج الأمم المتحدة للبيئة (UNEP)، وأقرتها الجمعية العامة للأمم المتحدة لاحقًا. يقع مقرها في جنيف، سويسرا، وتضم 195 دولة عضوًا. تُدار الهيئة من قبل الدول الأعضاء، التي تنتخب مجلسًا من العلماء للعمل طوال مدة دورة التقييم (عادةً من ست إلى سبع سنوات). وتتلقى الهيئة الدعم من أمانة عامة ووحدات دعم فني متنوعة، تتألف من فرق عمل وفرق مهام متخصصة.

تُقدّم الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ معلومات علمية موضوعية وشاملة حول تغير المناخ الناتج عن النشاط البشري، بما في ذلك آثاره ومخاطره الطبيعية والسياسية والاقتصادية، فضلاً عن الاستجابات الممكنة. لا تُجري الهيئة أبحاثها الخاصة أو ترصد تغير المناخ، بل تُجري مراجعة دورية ومنهجية لجميع الأدبيات المنشورة ذات الصلة. ويتطوع آلاف العلماء والخبراء الآخرين لمراجعة البيانات وتجميع النتائج الرئيسية في تقارير تقييمية لصناع السياسات والجمهور.

الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (IPCC) مرجع دولي معترف به في مجال تغير المناخ، ويحظى عملها بدعم واسع النطاق بين كبار علماء المناخ والحكومات. وتلعب تقاريرها دورًا محوريًا في اتفاقية الأمم المتحدة الإطارية بشأن تغير المناخ (UNFCCC)، حيث كان للتقرير التقييمي الخامس تأثير كبير على اتفاقية باريس التاريخية لعام 2015. وقد مُنحت الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ، بالاشتراك مع آل غور، جائزة نوبل للسلام عام 2007 تقديرًا لمساهمتها في فهمنا لتغير المناخ.

في عام ٢٠١٥، بدأت الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ دورتها التقييمية السادسة، والمقرر اختتامها في عام ٢٠٢٣. وفي أغسطس ٢٠٢١، نشرت الهيئة مساهمة فريقها العامل الأول في التقرير التقييمي السادس (IPCC AR6) حول الأسس الفيزيائية لتغير المناخ، والتي وصفتها صحيفة الغارديان بأنها أخطر تحذير حتى الآن من تغير مناخي كبير لا مفر منه ولا رجعة فيه، وهو موضوع تناولته العديد من الصحف حول العالم. وفي ٢٨ فبراير ٢٠٢٢، نشرت الهيئة تقرير فريقها العامل الثاني حول الآثار والتكيف. ونُشرت مساهمة الفريق العامل الثالث في التقرير التقييمي السادس، حول التخفيف من آثار تغير المناخ، في ٤ أبريل ٢٠٢٢. ومن المقرر أن يختتم التقرير التقييمي السادس بتقرير تجميعي في مارس ٢٠٢٣.

خلال فترة التقرير التقييمي السادس، نشرت الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ ثلاثة تقارير خاصة: التقرير الخاص عن الاحترار العالمي بمقدار 1.5 درجة مئوية في عام 2018، والتقرير الخاص عن تغير المناخ والأراضي (SRCCL) والتقرير الخاص عن المحيطات والغلاف الجليدي في ظل مناخ متغير (SROCC)، وكلاهما في عام 2019. كما قامت بتحديث منهجياتها في عام 2019. ولذلك، وُصفت دورة التقييم السادسة بأنها الأكثر طموحًا في تاريخ الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ.

لا يقتصر فارق درجات الحرارة الناتج عن ظاهرة الجزر الحرارية الحضرية على كونه أكبر ليلاً منه نهاراً، بل يكون أكبر أيضاً في الشتاء منه في الصيف. ويتجلى هذا بوضوح في المناطق الثلجية، حيث يتراكم الثلج عادةً لفترة أقصر في المدن مقارنةً بالمناطق الريفية المحيطة بها (ويرجع ذلك إلى قدرة المدن العالية على العزل الحراري، فضلاً عن الأنشطة البشرية كجرف الثلوج). ويؤدي هذا إلى انخفاض البياض (مقياس سطوع الجسم) في المدينة، مما يزيد من تأثير الاحتباس الحراري. كما أن ارتفاع سرعة الرياح في المناطق الريفية، وخاصةً في فصل الشتاء، يُسهم في انخفاض درجات الحرارة مقارنةً بالمناطق الحضرية. وفي المناطق ذات المواسم الرطبة والجافة المتميزة، تكون ظاهرة الجزر الحرارية الحضرية أكثر وضوحاً خلال موسم الجفاف. ويكون ثابت الزمن الحراري للتربة الرطبة أعلى بكثير من نظيره في التربة الجافة. ونتيجةً لذلك، تبرد التربة الرطبة في المناطق الريفية ببطء أكبر من التربة الجافة، مما يُساعد على تقليل فارق درجات الحرارة الليلية بين المناطق الحضرية والريفية.

إذا كانت المدينة أو البلدية تمتلك نظامًا جيدًا لرصد الأحوال الجوية، فيمكن قياس تأثير الجزر الحرارية الحضرية (UHI) مباشرةً. وبدلاً من ذلك، يمكن استخدام محاكاة معقدة للموقع لحساب تأثير الجزر الحرارية الحضرية، أو يمكن استخدام طريقة تقريبية تجريبية. تُمكّن هذه النماذج من دمج تأثير الجزر الحرارية الحضرية في تقديرات ارتفاع درجات الحرارة في المدن مستقبلًا نتيجة لتغير المناخ.

في عام ١٩٦٩، نشر ليونارد أو. مايروب أول دراسة عددية شاملة للتنبؤ بآثار ظاهرة الجزر الحرارية الحضرية. يقدم مايروب في دراسته نظرة عامة على هذه الظاهرة، وينتقد النظريات السائدة آنذاك لكونها وصفية للغاية. ويصف نموذجًا عدديًا عامًا لموازنة الطاقة، ويطبقه على الغلاف الجوي الحضري. كما يعرض حسابات لعدة حالات خاصة، بالإضافة إلى تحليل حساسية. وقد وُجد أن النموذج يتنبأ بدقة بحجم فائض درجة الحرارة في المناطق الحضرية. وتُعد ظاهرة الجزر الحرارية الحضرية المحصلة النهائية لعدة عمليات فيزيائية متنافسة. وبشكل عام، يُعد انخفاض التبخر في مركز المدينة والخصائص الحرارية لمواد البناء والرصف الحضرية من أهم العوامل المؤثرة. ويقترح مايروب إمكانية استخدام هذا النموذج في الحسابات الهندسية لتحسين مناخ المدن القائمة والمستقبلية.

الأسفلت +
مواقف السيارات الأسفلتية وتوليد الطاقة من مظلات السيارات الشمسية
= توسيع الوظائف وزيادة الكثافة
= إجراء لمواجهة ظاهرة الجزر الحرارية الحضرية

ازداد استخدام الأسفلت في رصف المدن بشكل ملحوظ في السنوات الأخيرة، وذلك لكونه سطحاً متيناً للغاية وغير مكلف. مع ذلك، ينطوي الأسفلت على بعض العيوب، خاصةً عند استخدامه بكميات كبيرة في المناطق الحضرية.

من أبرز عيوب الأسفلت امتصاصه الكبير للحرارة. وتُعدّ هذه مشكلةً لأن المدن شديدة الحرارة أصلاً خلال أشهر الصيف، وتزيد أسطح الأسفلت الكثيرة من حدة الحرارة. ونتيجةً لذلك، يُعاني سكان المدن معاناةً شديدةً من الحر، وقد يُؤدي ذلك إلى مشاكل صحية.

يُعدّ ارتفاع درجات الحرارة في المدن مشكلة رئيسية ناجمة عن استخدام الأسفلت. وتوجد عدة خيارات لمواجهة هذه المشكلة، منها زيادة المساحات الخضراء في المدن، حيث تمتص الأشجار والنباتات الحرارة. كما يُمكن استخدام مواقف السيارات الشمسية أو المظللة التي تعمل بالطاقة الشمسية للمساهمة في الحدّ من حرارة المدن. تُجهّز هذه المواقف بألواح كهروضوئية تستغل الطاقة الشمسية لتوليد الكهرباء، وتوفر في الوقت نفسه الظل، مما يُقلل من حرارة المنطقة المحيطة.

لذا، تُعدّ مواقف السيارات المظللة التي تعمل بالطاقة الشمسية وسيلة فعّالة للحدّ من ظاهرة الجزر الحرارية الحضرية. فهي ليست مستدامة فحسب، إذ لا تحرق الوقود الأحفوري وبالتالي لا تُنتج انبعاثات ثاني أكسيد الكربون، بل تُسهم أيضاً في جعل درجات الحرارة في المدن أكثر راحة.

دراسة أجرتها شركة ديلوريان باور في سويسرا أن سلوك الموظفين في ركن سياراتهم يتناسب بشكل مثالي مع كمية الطاقة الشمسية المولدة. إذ يمكن قطع المسافة اليومية للسيارة الكهربائية في جميع الأحوال الجوية تقريبًا، ويمكن تغذية الشبكة الكهربائية بأي فائض من الطاقة. ويتطابق توليد الطاقة الشمسية السنوي في موقف السيارات مع احتياجات السيارة من الطاقة. وتُعد مواقف السيارات الشمسية من أكثر قطاعات البنية التحتية واعدةً في توليد الكهرباء. ففي سويسرا، يتوفر ما يقارب موقفين لكل سيارة مسجلة. وفي المناطق المناسبة، يمكن لهذا أن يولد أكثر من 10 تيراواط/ساعة من الطاقة الشمسية سنويًا (15% من استهلاك الكهرباء الحالي). وذكر مؤلفو الدراسة: "من المثير للدهشة قلة عدد المحطات التجريبية". علاوة على ذلك، يحمي هذا النوع من الأسقف السيارة من العوامل الجوية ويقلل من تراكم الحرارة في فصل الصيف.

بحسب تحليل أجراه المكتب الفيدرالي للإحصاء، تمتلك سويسرا ما لا يقل عن 5 ملايين موقف سيارات فوق الأرض (على مساحة 6400 هكتار) تضم حوالي 4.7 مليون سيارة ركاب مسجلة. وقد تم تسجيل هذه المواقف باستخدام طريقة رقمية تحدد فقط المساحات المجاورة الأكبر حجماً، وليس مواقف السيارات الفردية. وبناءً على ذلك، يقدر خبراء المرور أن عدد مواقف السيارات يتراوح بين 8 و10 ملايين موقف، أي ما يعادل موقفين لكل سيارة تقريباً.

بحسب دراسة أخرى بعنوان "توليد الطاقة الشمسية لمنشآت البنية التحتية ومناطق التحويل"، فإن مواقف السيارات المكشوفة أو فوق الأرض تتمتع بأكبر إمكانات لتوليد الطاقة الكهروضوئية مقارنةً بجميع مناطق البنية التحتية الأخرى. إذ يمكن لهذه المناطق أن تُنتج ما يصل إلى 10 تيراواط/ساعة من الكهرباء الكهروضوئية سنويًا. وبذلك يصل إجمالي إنتاج الكهرباء في سويسرا إلى 65.5 تيراواط/ساعة.

تبلغ مساحة موقف السيارات في المتوسط ​​12.5 مترًا مربعًا (2.5 متر × 5 أمتار). وهذه هي المساحة التي يجب أن يغطيها السقف الشمسي. يعتمد إنتاج الطاقة من نظام الخلايا الكهروضوئية على عوامل عديدة، منها الإشعاع الشمسي، وكفاءة المكونات، واتجاه الألواح. في ثورغاو، يمكن توليد ما يقارب 1000 كيلوواط ساعة من الكهرباء سنويًا باستخدام 1 كيلوواط من سعة الخلايا الكهروضوئية المركبة (1000 كيلوواط ساعة لكل 1 كيلوواط ذروة).

بحسب نوع الألواح الكهروضوئية المستخدمة، يتطلب كل كيلوواط ذروة مساحة تركيب تتراوح بين 4 و8 أمتار مربعة. تفترض هذه الدراسة مساحة 5 أمتار مربعة لكل كيلوواط ذروة. لذا، يمكن تركيب نظام طاقة شمسية بقدرة 2.5 كيلوواط ذروة في موقف سيارات بمساحة 12.5 متر مربع، لتوليد 2500 كيلوواط ساعة من الطاقة الشمسية سنويًا. يبلغ متوسط ​​استهلاك الأسرة السويسرية حوالي 4500 كيلوواط ساعة سنويًا (باستثناء التدفئة والتهوية وشحن السيارات الكهربائية).

يتميز التصميم المعياري لنظام مواقف السيارات بميزة، حيث يسمح بتكييف السقف مع أي مساحة وقوف سيارات تقريبًا، مما يضمن الاستخدام الجيد المستمر لمنطقة وقوف السيارات ويضمن إمكانية التوسع.

تسمح الألواح ثنائية الوجه بزيادة نفاذية الضوء عبر موقف السيارات، مما يُضفي مظهرًا جذابًا ويؤدي إلى زيادة إنتاج الطاقة الشمسية، حيث تستفيد هذه الألواح الكهروضوئية من الضوء الداخل من الأسفل، وبالتالي تُنتج طاقة إضافية بنسبة تتراوح بين 10 و20%. حاليًا، لا تُستخدم تقنية الألواح ثنائية الوجه على نطاق واسع نظرًا لعدم ضمان جدواها الاقتصادية بسبب ارتفاع أسعار الألواح. مع ذلك، من المتوقع أن تنتشر هذه التقنية على نطاق أوسع في السنوات القادمة.

في نظامنا المعياري والقابل للتطوير لمواقف السيارات الشمسية 4+2+، والذي يستخدم وحدات شبه شفافة وثنائية الوجه، تنطبق هذه النقاط وتُعد بالفعل بديلاً إضافياً تنافسياً من حيث السعر:

خيارات أسطح الطاقة الشمسية المخصصة للسيارات - الصورة: Xpert.Digital

للمزيد من المعلومات، انقر هنا:

• حقائق وأرقام: موقف سيارات مزود بألواح شمسية، موقف سيارات بسقف شمسي، مقارنة بين خيارات التسقيف، وموقف سيارات نموذجي مع إنتاجية الكهرباء

بلا حدود: نظام مواقف سيارات يعمل بالطاقة الشمسية معياري وقابل للتطوير للسيارات والشاحنات

بلا حدود: نظام مواقف سيارات يعمل بالطاقة الشمسية معياري وقابل للتطوير للسيارات والشاحنات

المواصفات الفنية: نظام مظلة سيارات يعمل بالطاقة الشمسية، معياري وقابل للتطوير، للسيارات والشاحنات

المواصفات الفنية: نظام مظلة سيارات يعمل بالطاقة الشمسية، معياري وقابل للتطوير، للسيارات والشاحنات

المزايا باختصار:

• تصميم مرن ووحدات قابلة للتطوير
• ارتفاع الخلوص للسيارات من 2.66 متر (قابل للتمديد إلى 4.5 متر أو أكثر للشاحنات)
• تتسع مواقف السيارات لسيارات يصل عمقها إلى 6.1 متر، بينما يصل عمق الموقف المقابل إلى 12.5 متر.
  ويعتمد العمق على أبعاد الألواح الشمسية المستخدمة.
• تم تصميم نظام موقف السيارات الشمسي بشكل مثالي للوحدات الشمسية شبه الشفافة بنسبة
  نفاذية ضوئية 12٪ / 40٪ (!) - وهو معتمد للتركيب العلوي.
• متوفر اختيارياً بإضاءة LED قوية، قابلة للتعتيم والتحكم بالحركة
• مناسب أيضًا لمواقف السيارات ذات الوضع المائل
• لا توجد تكاليف خفية فيما يتعلق بالأساسات.
  استخدام أساسات نقطية (الخيار الأكثر اقتصادية، لا يتطلب حفرًا واسعًا لألواح الخرسانة وما إلى ذلك لتحقيق الاستقرار الهيكلي) أو التركيب باستخدام ألواح القاعدة، وذلك حسب ظروف التربة/الأسفلت الموجودة.

مصادر إضافية:

• عامل تكلفة الأساس الأرضي لمواقف السيارات الشمسية
• مواقف سيارات مظللة تعمل بالطاقة الشمسية حيث لم يعد المعيار القياسي مناسبًا – الحل الأمثل لكل تحدٍّ مع أسطح شمسية لمواقف السيارات المفتوحة
• أنظمة مواقف السيارات الشمسية: أيها الخيار الأفضل و/أو الأكثر فعالية من حيث التكلفة؟
• استراتيجية مواقف السيارات الشمسية لأماكن وقوف السيارات المفتوحة
• نظام مواقف السيارات الشمسية المعياري لجميع التطبيقات والظروف

أنظمة مواقف السيارات الشمسية للشاحنات

نظراً لأن تقنية الأعمدة 4+2+ توفر الحل الأكثر مرونة (من الناحية الفنية ومن حيث السعر) لنظام تسقيف مواقف السيارات، فإنه يمكن أيضاً توسيعها وتطبيقها بسهولة على المركبات الأكبر حجماً مثل الشاحنات مع إجراء التعديلات المناسبة.

تتمتع مستعمرات النمل في الجزر الحرارية الحضرية بقدرة متزايدة على تحمل الحرارة دون أن يكون ذلك على حساب قدرتها على تحمل البرد.

تستطيع الأنواع القادرة على التكيف الاستفادة من الظروف التي تخلقها الجزر الحرارية الحضرية لتزدهر في مناطق خارج نطاقها الطبيعي. ومن الأمثلة على ذلك خفاش الثعلب الطائر ذو الرأس الرمادي (Pteropus poliocephalus) والوزغة المنزلية (Hemidactylus frenatus). استوطنت خفافيش الثعلب الطائر ذات الرأس الرمادي، الموجودة في ملبورن بأستراليا، الموائل الحضرية بعد ارتفاع درجات الحرارة هناك. وقد جعل ارتفاع درجة الحرارة وما نتج عنه من شتاء أكثر دفئًا المناخ الحضري أقرب إلى مناخ موطنها الشمالي في البرية.

تُسهم محاولات التخفيف من حدة ظاهرة الجزر الحرارية الحضرية وإدارتها في الحد من تقلبات درجات الحرارة وتوافر الغذاء والماء. في المناخات المعتدلة، تُطيل الجزر الحرارية الحضرية موسم النمو، مما يُغير استراتيجيات التكاثر لدى الكائنات الحية التي تعيش فيها. ويتجلى ذلك بوضوح في تأثيرها على درجة حرارة المياه. فنظرًا لأن درجة حرارة المباني المجاورة قد تختلف أحيانًا عن درجة حرارة الهواء السطحي بأكثر من 28 درجة مئوية، فإن مياه الأمطار تسخن بسرعة، مما يُسبب تلوثًا حراريًا مفرطًا في الجداول والبحيرات والأنهار المجاورة (أو غيرها من المسطحات المائية). ويُمكن لهذا التلوث الحراري المتزايد أن يرفع درجة حرارة المياه بمقدار 11 إلى 17 درجة مئوية (20 إلى 30 درجة فهرنهايت). ويُسبب هذا الارتفاع إجهادًا حراريًا وصدمة للأسماك التي تعيش في هذه المياه نتيجة التغير السريع في درجة حرارة بيئتها.

أدت ظاهرة الجزر الحرارية الحضرية، الناجمة عن المدن، إلى تغيير عملية الانتقاء الطبيعي. فقد انخفضت ضغوط الانتقاء، مثل التغيرات الزمنية في الغذاء والمفترسات والمياه، مما أتاح ظهور مجموعة من قوى الانتقاء الجديدة. على سبيل المثال، يوجد عدد أكبر من الحشرات في البيئات الحضرية مقارنةً بالمناطق الريفية. الحشرات من ذوات الدم البارد، أي أنها تعتمد على درجة الحرارة المحيطة لتنظيم درجة حرارة أجسامها، لذا يُعد المناخ الحضري الدافئ مثاليًا لبقائها. أظهرت دراسة أجريت على حشرة Parthenolecanium quercifex (حشرات قشرة البلوط) في مدينة رالي بولاية كارولاينا الشمالية، أن هذا النوع تحديدًا يُفضل المناخات الدافئة، وبالتالي فهو أكثر انتشارًا في البيئات الحضرية منه على أشجار البلوط في المناطق الريفية. ومع مرور الوقت، تكيفت هذه الحشرات لتزدهر في المناخات الدافئة بدلًا من الباردة.

يعتمد وجود الأنواع غير الأصلية بشكل كبير على النشاط البشري. ومن الأمثلة البارزة على ذلك أعداد طيور السنونو الصخرية التي تعشش تحت أسقف المباني في المناطق الحضرية. فهي تستفيد من الحماية التي يوفرها البشر في الطوابق العليا من المباني، مما يؤدي إلى زيادة أعدادها نتيجةً للمأوى الإضافي وانخفاض ضغط المفترسات.

إلى جانب تأثيرها على درجة الحرارة، قد تُحدث ظاهرة الجزر الحرارية الحضرية (UHIs) آثارًا ثانوية على الأرصاد الجوية المحلية، بما في ذلك تغيرات في أنماط الرياح المحلية، وتكوّن السحب والضباب، والرطوبة، والهطول. وتؤدي الحرارة الإضافية الناتجة عن هذه الظاهرة إلى حركة صاعدة أقوى، مما قد يُحفز المزيد من الأمطار والعواصف الرعدية. علاوة على ذلك، تُنشئ هذه الظاهرة منطقة ضغط منخفض محلية خلال النهار، تجذب هواءً رطبًا نسبيًا من المناطق الريفية المحيطة، مما قد يُهيئ ظروفًا أكثر ملاءمة لتكوّن السحب. وتزداد كميات الهطول في منطقة ظل المطر للمدن بنسبة تتراوح بين 48% و116%. ونتيجةً جزئيةً لهذا الاحترار، فإن الهطول الشهري ضمن دائرة نصف قطرها من 32 كيلومترًا إلى 64 كيلومترًا في اتجاه الريح من المدن يزيد بنحو 28% عن الهطول في اتجاه الريح. وفي بعض المدن، زاد إجمالي الهطول بنسبة 51%.

في بعض المناطق، أشارت الدراسات إلى أن المناطق الحضرية أقل عرضة للأعاصير الضعيفة نتيجةً لاختلاط الهواء المضطرب الناجم عن ظاهرة الجزر الحرارية الحضرية. وباستخدام صور الأقمار الصناعية، اكتشف الباحثون أن للمناخ الحضري تأثيرًا ملحوظًا على مواسم النمو حتى مسافة 10 كيلومترات (6.2 ميل) من حدود المدينة. ففي 70 مدينة في شرق أمريكا الشمالية، كان موسم النمو في المناطق الحضرية أطول بنحو 15 يومًا من نظيره في المناطق الريفية خارج نطاق تأثير المدينة.

أظهرت دراسات في الصين أن ظاهرة الجزر الحرارية الحضرية تُسهم بنحو 30% في ظاهرة الاحتباس الحراري. في المقابل، أشارت مقارنة أجريت عام 1999 بين المناطق الحضرية والريفية إلى أن تأثير الجزر الحرارية الحضرية على متوسط ​​درجة الحرارة العالمية طفيف. وخلصت إحدى الدراسات إلى أن المدن تُغير المناخ في مساحة تتراوح بين ضعفين إلى أربعة أضعاف مساحتها. وذكرت دراسة أخرى أن الجزر الحرارية الحضرية تؤثر على المناخ العالمي من خلال تأثيرها على التيار النفاث. وقد أظهرت عدة دراسات أن آثار الجزر الحرارية تتزايد وضوحًا مع تفاقم تغير المناخ.

تؤثر الجزر الحرارية الحضرية بشكل مباشر على صحة ورفاهية سكان المدن. ففي الولايات المتحدة وحدها، يموت ما معدله 1000 شخص سنويًا نتيجة للحرارة الشديدة. ونظرًا لارتفاع درجات الحرارة في هذه الجزر، فإنها قد تزيد من شدة موجات الحر ومدتها في المدن. وقد أظهرت الأبحاث أن معدل الوفيات خلال موجة الحر يرتفع بشكل كبير مع ارتفاع درجة الحرارة القصوى، وهو تأثير يتفاقم بفعل الجزر الحرارية الحضرية. كما يزداد عدد الأشخاص المعرضين لدرجات حرارة قصوى نتيجة الاحترار الناجم عن هذه الجزر. وقد يكون تأثيرها الليلي ضارًا بشكل خاص خلال موجة الحر، إذ يحرم سكان المدن من البرودة الليلية الموجودة في المناطق الريفية.

تشير الأبحاث في الولايات المتحدة إلى أن العلاقة بين درجات الحرارة القصوى والوفيات تختلف باختلاف الموقع. فالحرارة تميل إلى زيادة خطر الوفاة في المدن الشمالية أكثر من المناطق الجنوبية. على سبيل المثال، عندما تشهد مدن مثل شيكاغو ودنفر ونيويورك درجات حرارة صيفية مرتفعة بشكل غير معتاد، فمن المتوقع زيادة في الأمراض والوفيات. في المقابل، تواجه المناطق ذات المناخ المعتدل إلى الحار على مدار العام مخاطر صحية عامة أقل جراء الحرارة المفرطة. وتشير الأبحاث إلى أن سكان المدن الجنوبية مثل ميامي وتامبا ولوس أنجلوس وفينيكس أكثر اعتيادًا على الطقس الحار، وبالتالي أقل عرضة للوفيات المرتبطة بالحرارة. ومع ذلك، يبدو أن سكان الولايات المتحدة عمومًا يزدادون اعتيادًا على درجات الحرارة المرتفعة مع مرور كل عقد، على الرغم من أن هذا قد يعود إلى تحسن البنية التحتية، وحداثة المباني، وزيادة الوعي العام.

أُفيد بأن ارتفاع درجات الحرارة قد يؤدي إلى ضربة شمس، وإجهاد حراري، وإغماء حراري، وتشنجات حرارية. كما بحثت بعض الدراسات في كيفية تسبب ضربة الشمس الشديدة في تلف دائم لأجهزة الجسم. هذا التلف قد يزيد من خطر الوفاة المبكرة لأنه قد يؤدي إلى خلل شديد في وظائف الأعضاء. تشمل المضاعفات الأخرى لضربة الشمس متلازمة ضيق التنفس لدى البالغين والتخثر المنتشر داخل الأوعية الدموية (DIC). وجد بعض الباحثين أن أي خلل في قدرة الجسم على تنظيم درجة حرارته يزيد نظريًا من خطر الوفاة. يشمل ذلك الحالات التي قد تؤثر على حركة الشخص أو وعيه أو سلوكه. وجد الباحثون أن الأشخاص الذين يعانون من مشاكل إدراكية (مثل الاكتئاب والخرف ومرض باركنسون) أكثر عرضة للخطر في درجات الحرارة المرتفعة، ويحتاجون إلى توخي الحذر الشديد، حيث ثبت أن الحرارة تؤثر على الأداء الإدراكي بدرجات متفاوتة. يجب على الأشخاص المصابين بداء السكري أو السمنة أو الحرمان من النوم أو أمراض القلب والأوعية الدموية/الدماغية تجنب التعرض المفرط للحرارة. كما أن بعض الأدوية الشائعة التي تؤثر على تنظيم درجة حرارة الجسم قد تزيد من خطر الوفاة. تشمل هذه الأدوية مضادات الكولين، ومدرات البول، والفينوثيازينات، والباربيتورات. لا يؤثر الحر على الصحة فحسب، بل على السلوك أيضاً. تشير دراسة أمريكية إلى أن الحر قد يزيد من سرعة الانفعال والعدوانية لدى الناس، حيث لوحظ ارتفاع عدد جرائم العنف بمقدار 4.58 لكل 100,000 نسمة لكل درجة مئوية زيادة في درجة الحرارة.

وجد باحث أن شدة ظاهرة الجزر الحرارية الحضرية ترتبط بارتفاع تركيزات ملوثات الهواء، التي تتراكم ليلاً وتؤثر على جودة الهواء في اليوم التالي. تشمل هذه الملوثات المركبات العضوية المتطايرة، وأول أكسيد الكربون، وأكاسيد النيتروجين، والجسيمات العالقة. يؤدي إنتاج هذه الملوثات، بالإضافة إلى ارتفاع درجات الحرارة في المناطق الحضرية ذات الجزر الحرارية، إلى تسريع تكوين الأوزون، الذي يُعدّ من الملوثات الضارة. تشير الدراسات إلى أن ارتفاع درجات الحرارة في هذه المناطق قد يزيد من عدد الأيام الملوثة، ولكنها تُشير أيضاً إلى أن عوامل أخرى (مثل ضغط الهواء، والغطاء السحابي، وسرعة الرياح) قد تؤثر على التلوث. وقد وجدت دراسات من هونغ كونغ أن الأحياء ذات التهوية الضعيفة للهواء الخارجي الحضري تميل إلى التعرض لتأثيرات أقوى لظاهرة الجزر الحرارية الحضرية، كما أنها تشهد معدلات وفيات أعلى بكثير مقارنةً بالمناطق ذات التهوية الأفضل.

تشير مراكز السيطرة على الأمراض والوقاية منها إلى أنه "من الصعب وضع تنبؤات دقيقة بشأن الأمراض والوفيات المرتبطة بالحرارة في ظل سيناريوهات تغير المناخ المختلفة"، وأن "الوفيات المرتبطة بالحرارة قابلة للوقاية، كما يتضح من انخفاض معدل الوفيات الإجمالي خلال موجات الحر على مدى السنوات الخمس والثلاثين الماضية". مع ذلك، تشير بعض الدراسات إلى أن الآثار الصحية لظاهرة الجزر الحرارية الحضرية قد تكون غير متناسبة، إذ يمكن أن تتوزع هذه الآثار بشكل غير متساوٍ بناءً على العمر والعرق والوضع الاجتماعي والاقتصادي. وهذا يثير احتمال أن تكون الآثار الصحية لظاهرة الجزر الحرارية الحضرية قضية عدالة بيئية.