لوله بتنی نوآورانه؛ تحول در ساختمان‌های انرژی صفر Sudbury

یک لوله بتنی منحصر به فرد، ساختمان صفر انرژی سادبری را گرم و سرد می‌کند
مجتمع مسکونی سالمندان غیرانتفاعی کانستون (Coniston Non-Profit Seniors Housing Complex) که اخیراً در سادبری (Sudbury)، انتاریو تکمیل شده است، با استفاده از یک سیستم بازیافت گرما که شامل یک لوله بتنی مسلح مخصوص برای جذب گرمای فاضلاب است، به هدف انرژی صفر دست یافت.

لوله ثبت اختراع شده‌ای به نام @Source-Energy Pipe شامل یک مبدل حرارتی است که درون یک لوله فاضلاب بتنی قرار دارد. این لوله و زمین اطراف آن به یک باتری حرارتی تبدیل می‌شوند.

شرکت بازیافت منابع تجدیدپذیر سادبری (Sudbury’s Renewable Resources Recovery Corp) به شرکت صنایع بتنی رینبو (Rainbow Concrete Industries) که تولیدکننده محلی لوله‌ها و قطعات بتنی پیش‌ساخته در انتاریو است، مجوز تولید این لوله را داده است. همچنین، شرکت لافارژ پایپ (Lafarge Pipe) مجوز تولید این لوله برای استان‌های پریری (Prairie Provinces) را دریافت کرده است.

فناوری بازیافت گرمای فاضلاب که این لوله بر آن اساس طراحی شده است، به نام “گرمایش و سرمایش زمینی” (Geoexchange) شناخته می‌شود.

سیستم‌های گرمایش و سرمایش زمینی که برای گرمایش و سرمایش ساختمان‌ها استفاده می‌شوند، با سیستم‌های زمین‌گرمایی که برای تولید برق کاربرد دارند، متفاوت هستند.

در هوای سرد، لوله @Source-Energy با یک پمپ حرارتی زمین‌منبع کار می‌کند تا انرژی حرارتی تلف‌شده از جریان فاضلاب داخل لوله و زمین اطراف آن را جذب کند. انرژی حرارتی بازیافتی سپس از طریق سیستم به مجتمع سالمندان منتقل می‌شود تا ساختمان گرم شود و آب گرم برای ساکنان و کارکنان فراهم کند.

در مقابل، در هوای گرم، همین پمپ حرارتی گرما را از ساختمان خارج می‌کند. انرژی گرمایی اضافی به فاضلاب تخلیه شده منتقل می‌شود و در دیواره لوله و زمین اطراف آن ذخیره می‌شود.

به دلیل اینکه سیستم بازیافت گرما در دیواره‌های لوله تعبیه شده است، می‌توان یک سیستم انرژی حرارتی ناحیه‌ای در طول کل سیستم فاضلاب ایجاد کرد.

سیستم‌های انرژی ناحیه‌ای تولید گرما یا سرمای مرکزی را برای یک محله یا جامعه فراهم می‌کنند. در منطقه لوئر مین‌لند (Lower Mainland) بریتیش کلمبیا، نمونه‌های متعددی از این سیستم‌ها وجود دارد.

از آنجا که مبدل‌های حرارتی تعبیه‌شده در این سیستم با فاضلاب تماس ندارند، به نگهداری نیازی ندارند. تنها پمپ‌های حرارتی که سیستم را کنترل و گرما را توزیع یا حذف می‌کنند، نیاز به نگهداری دارند.

علاوه بر لوله @Source-Energy، ویژگی‌های دوستدار محیط‌زیست دیگری نیز در مجتمع سالمندان کانستون وجود دارند، از جمله:

• پوسته ساختمان با عملکرد بالا و پنجره‌های سه‌لایه؛
• عایق خارجی با کربن کم و مداوم؛
• جزئیات دقیق برای جلوگیری از پل‌های حرارتی.

از دیگر امکانات می‌توان به پنل‌های فتوولتائیک و حرارتی خورشیدی برای تولید آب گرم، سیستم‌های پمپ حرارتی هوا-منبع با سرعت متغیر، آسانسورهای کم‌مصرف انرژی و سیستم مدیریت هوشمند یکپارچه ساختمان اشاره کرد.

این فناوری نوآورانه تنها یکی از مثال‌های استفاده چندمنظوره از لوله بتنی است. مارک دراپر (Mark Draper)، متخصص طراحی سیستم‌های انتقال در دفتر کالگری شرکت جیکوبز (Jacobs)، می‌گوید لوله‌های بتنی کاربردهای متنوعی دارند.

او توضیح می‌دهد: «استحکام و دوام آنها برای زهکشی طوفانی، خطوط فاضلاب و کالورت‌ها ایده‌آل است، اما کاربردهای دیگری هم دارند.»

بتن مزایای متعددی نسبت به سایر مواد دارد. دراپر می‌گوید: «بتن ساختاری مستحکم و کامل دارد، هزینه کمتری نسبت به فولاد دارد و عمر مفید طولانی دارد. همچنین می‌توان آن را با استفاده از لایه‌های فیبر کربنی به طور مؤثر تعمیر کرد.»

مانند سادبری در شمال انتاریو، بیشتر کانادا دارای اقلیم سخت و شرایط جغرافیایی چالش‌برانگیز است. با این حال، استفاده از لوله‌های بتنی برای زیرساخت‌های آب و فاضلاب در کانادا تفاوت چندانی با سایر نقاط جهان ندارد.

دراپر می‌گوید: «عمق قرارگیری لوله در زمین متغیر اصلی تعیین‌کننده است، نه دما. هرچه لوله عمیق‌تر باشد، عایق بیشتری لازم است. در کالگری، عمق متوسط لوله‌های زیرساخت حدود سه متر است، در حالی که در کالیفرنیا تنها نیم متر است.»

او اضافه می‌کند که هرچه عمق بیشتر باشد، هزینه بالاتر است: «هزینه حفاری، زمان ماشین‌آلات، نیروی کار، فشرده‌سازی زمین و تخلیه آب‌های زیرزمینی – همه اینها به هزینه اضافه می‌کنند.»