التحسين التكنولوجي-الاقتصادي والبيئي المعزّز بالذكاء الاصطناعي لترميم المباني شديدة القرب من الصفر في استهلاك الطاقة: دراسة حالة حرم جامعي

لماذا تهم المباني الأذكى

في جميع أنحاء العالم، تستهلك المباني بهدوء كميات هائلة من الطاقة، ومعظمها من الوقود الأحفوري الذي يدفع تغير المناخ. في المناطق الحارة مثل الإمارات العربية المتحدة، يكون تبريد الفصول الدراسية والمكاتب مستهلكًا للطاقة إلى حد كبير. تدرس هذه الورقة كيف يمكن تحويل مبنى جامعي واحد في الشارقة إلى مستهلك طاقة أخف باستخدام مزيج من تصميم أفضل والطاقة الشمسية والذكاء الاصطناعي. تقدم النتائج لمحة عملية عن كيفية انتقال المباني القائمة — وليس المباني الجديدة اللامعة فحسب — نحو تشغيل قريب من الصفر في استهلاك الطاقة مع توفير المال وتقليل الانبعاثات المسببة للاحتباس الحراري.

مشكلة الحرم الجامعي اليوم

يبدأ الباحثون بتحديد السياق: تشكل المباني نحو 40% من استهلاك الطاقة العالمي وحصة كبيرة من انبعاثات الكربون. في الإمارات، يقود الطلب على الطاقة إلى حد كبير نظام التكييف، والعديد من المباني القديمة لم تُصمم مع أخذ الكفاءة في الاعتبار. الحالة المطروحة هي مبنى M9 في جامعة الشارقة، وهو مجمع هندسي مكون من ثلاث طوابق من أواخر التسعينات. يُظهر تدقيق طاقي ونموذج حاسوبي مفصل أنه يستهلك نحو 1.43 مليون كيلوات-ساعة من الكهرباء سنويًا، مع استهلاك طاقة لكل متر مربع أعلى من المعايير النموذجية للمكاتب. يذهب نحو 40% من تلك الطاقة إلى معدات التبريد القديمة التي تعمل تقريبًا باستمرار، وتُتحكم بها منظمات حرارة يدوية بدلاً من جداول تشغيل آلية.

تعديلات بسيطة قبل الترقية عالية التقنية

قبل إضافة أي مصادر طاقة جديدة، يفحص الفريق كيف يمكن تقليص شهية المبنى للطاقة. باستخدام أداة محاكاة، يختبرون عدة تغييرات بسيطة نسبيًا. تشمل هذه إعادة طلاء الجدران الخارجية من البيج إلى الأبيض لعكس مزيد من أشعة الشمس، وإضافة مظلات أفقية فوق النوافذ لحجب الشمس المباشرة، وتركيب جداول تشغيل أذكى حتى يعمل نظام التبريد فقط عندما يكون المبنى قيد الاستخدام بالفعل، واستبدال أجهزة الكمبيوتر المكتبية شديدة الاستهلاك بأجهزة لابتوب أكثر كفاءة. مجتمعةً، تقلل هذه الخطوات من استهلاك المبنى السنوي للطاقة بنحو ثلث وتخفض ذروة احتياجات التبريد بأكثر من 11%. كما تقلل التلوث الكربوني بنحو 296 طنًا من CO2 سنويًا، أو أكثر من 7,300 طن عبر 25 سنة — من دون تغيير طريقة استخدام المبنى.

جلب الشمس

مع تقليص الطلب، تأتي الخطوة التالية لمعرفة قدر ما يمكن أن يأتي من الشمس. تجعل أشعة الشمس الشديدة في الإمارات ألواح الطاقة الشمسية على الأسطح جذابة بشكل خاص. المساحة المتاحة على مبنى M9 محدودة، لكن الباحثين يصممون مصفوفة شمسية متصلة بالشبكة بقدرة نحو 215 كيلوواط باستخدام برنامج متخصص. من الناحية النظرية، يمكن لهذا النظام أن يولد نحو 366 ميجاوات-ساعة من الكهرباء سنويًا، مما يزود 38.4% من الطلب السنوي المخفض للمبنى. وعلى الرغم من أن هذا لا يصل إلى عتبة «قرب الصفر في استهلاك الطاقة» الرسمية — المعرفة هنا بأنها على الأقل نصف طاقة المبنى تأتي من مصادر متجددة — إلا أنه يقلل الاعتماد على الشبكة بشكل ملحوظ. تُظهر النمذجة المالية أن النظام الشمسي يسترد تكلفته خلال نحو ست سنوات، ويوفر تكلفة مستوى للطاقة أقل من سعر الشبكة المحلي، ويحقق عائد استثمار قوي على مدى عمر افتراضي 25 سنة، مع تجنب نحو 5,000 طن من انبعاثات الكربون حتى بعد احتساب البصمة التصنيعية للألواح.

ترك الذكاء الاصطناعي يفرز الخيارات

نظرًا لوجود العديد من التركيبات الممكنة لتدابير الكفاءة وحجمات الأنظمة الشمسية، يبني الفريق أداة ذكاء اصطناعي لتسريع صنع القرار. يولّدون آلاف السيناريوهات الافتراضية للترميم، كل منها بمزيج مختلف من تحسينات المبنى وسعة الطاقة الشمسية، ويحسبون التكاليف طويلة الأجل وأوقات الاسترداد وتخفيضات الانبعاثات. يتعلم نموذج شجرة القرار من هذه البيانات للتنبؤ بمؤشرات رئيسية مثل القيمة الحاضرة الصافية ومدخرات CO2 للسيناريوهات الجديدة تقريبًا على الفور. يمكن لهذا «المستشار» المعتمد على الذكاء الاصطناعي بعد ذلك ترتيب حزم الترميم بحسب مدى توازنها بين ثلاثة أهداف في آن واحد: خفض فواتير الطاقة، وتحقيق عوائد مالية أعلى، وتقليص الانبعاثات بعمق أكبر. بدلًا من تشغيل محاكاة جديدة تستغرق وقتًا لكل فكرة، يمكن للمخططين رؤية الخيارات المحتملة ذات القيمة الأفضل بسرعة.

ما يعنيه هذا للمباني المستقبلية

بنهاية التحليل، لم يصبح مبنى M9 بعد مبنىً يقترب تمامًا من الصفر في استهلاك الطاقة، لكنه يقترب: تم خفض استهلاك الطاقة بنحو ثلث وتوفر الطاقة الشمسية في الموقع ما يقرب من ثلثي الطلب المتبقي، وكل ذلك بأداء مالي متين. تظهر الدراسة أن الجمع بين تعديلات معمارية متواضعة، وتشغيل أذكى، ومعدات فعّالة، والطاقة الشمسية على السطح يمكن أن يحقق مكاسب كبيرة من دون إعادة بناء جذري. وبقدر ما هو مهم، تُبيّن كيف يمكن للذكاء الاصطناعي تحويل كُتل من البيانات التقنية إلى إرشاد واضح لمديري المنشآت وصانعي السياسات. بالنسبة للحرمات والمدن في المناخات الحارة، يشير هذا النهج إلى مسار واقعي: بدلًا من الانتظار لمباني مستقبلية، يمكننا استخدام أدوات اليوم لإعادة تأهيل المباني القائمة لتصبح أماكن أنظف وأرخص وأكثر مرونة للعيش والعمل.

الاستشهاد: Alobaid, M., Abo-Khalil, A.G. & Sayed, K. AI-enhanced techno-economic and environmental optimization for nearly zero-energy building retrofitting: a case study of university campus. Sci Rep 16, 14599 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41747-1

الكلمات المفتاحية: المباني شديدة القرب من الصفر في استهلاك الطاقة, ترميم المباني, الطاقة الشمسية الكهروضوئية, كفاءة الطاقة, الذكاء الاصطناعي في الطاقة