15 أغسطس، 2026 15 أغسطس، 2026 Home » أبحاث العمارة » بطاريات الرمل: عندما يبدأ المبنى في تخزين الحرارة تخزن بطاريات الرمل الطاقة على شكل حرارة داخل مواد صلبة حبيبية بدلاً من العمليات الكهروكيميائية. حيث تقوم الكهرباء الزائدة أو الطاقة الشمسية بتسخين الرمل داخل أحجام (مستودعات) معزولة لاستخدامها لاحقاً في التدفئة المركزية للمناطق أو التطبيقات الصناعية. تستخدم هذه التكنولوجيا مواد وفيرة وغير مكلفة قادرة على تحمل درجات حرارة تتجاوز ثمانمائة درجة مئوية.
إن دمج التخزين الحراري في العمارة يحول المباني إلى خزانات طاقة نشطة. وفي حين أن التنفيذ يتطلب إدارة شوائب المواد وكفاءة التبادل الحراري، فإن هذه الأنظمة توفر طريقة مستدامة للموازنة بين إنتاج الطاقة والطلب عليها. وهذا يحول دور الكتلة الإنشائية من الحماية السلبية إلى بنية تحتية نشطة لإدارة الوقت.
عادةً ما يكون التخزين الحراري مخفياً عن العمارة. فهو يقع خلف أبواب غرف المعدات، داخل خزانات معزولة، تحت المخططات الميكانيكية، أو في مكان ما خارج حدود المبنى نفسه. ومع ذلك، تثير إحدى التقنيات الناشئة سؤالاً معمارياً أكثر عمقاً: ماذا يحدث عندما تصبح واحدة من أقدم المواد المرتبطة بالبناء والمناظر الطبيعية وسيطاً لتخزين الطاقة؟
لا تخزن بطارية الرمل الكهرباء بالمعنى الكهروكيميائي لبطارية الليثيوم أيون. إنها تخزن الحرارة . يتم تحويل الكهرباء الزائدة أو الطاقة الشمسية أو الحرارة الصناعية المهدورة إلى طاقة حرارية وتُنقل إلى الرمل أو أي مادة صلبة حبيبية أخرى. ثم يتم الاحتفاظ بالمادة المسخنة داخل حيز تخزين معزول حتى تكون هناك حاجة للطاقة مرة أخرى.
المبدأ بسيط بشكل ملحوظ. لكن تداعياته ليست كذلك.
حققت الأبحاث في استخدام الرمل عند درجات حرارة تصل إلى 800-1000 درجة مئوية ، وهي أعلى بكثير من تلك المطلوبة للتدفئة المنزلية العادية. واعتماداً على النظام، يمكن للحرارة المخزنة أن تدعم لاحقاً شبكات التدفئة المركزية، أو العمليات الصناعية، أو التجفيف الزراعي، أو تخزين طاقة الهواء المضغوط، أو حتى دورات توليد الطاقة.
بالنسبة للعمارة، يقدم هذا تصوراً مختلفاً للبنية التحتية للطاقة. فبدلاً من التعامل مع الطاقة فقط كشيء يتم توصيله باستمرار عبر الأسلاك والأنابيب، قد تحتوي المباني والأحياء بشكل متزايد على احتياطيات حرارية : كتل ضخمة تُشحن عندما تكون الطاقة وفيرة وتُفرغ عندما يعود الطلب.
لا يوجد تفاعل كهروكيميائي يمكن مقارنته بالبطارية التقليدية. يعمل الرمل في المقام الأول كـ وسيط لتخزين الطاقة الحرارية المحسوسة . عندما ترتفع درجة حرارته، يتم الاحتفاظ بالطاقة كحرارة؛ وعندما يبرد الرمل، يمكن استخراج تلك الطاقة.
بعبارات مبسطة، تتبع الطاقة الحرارية المخزنة المعادلة التالية:
حيث تمثل ( m ) كتلة مادة التخزين، و( cp ) سعتها الحرارية النوعية، و( ΔT ) فرق درجة الحرارة الذي يتم شحنها من خلاله.
تشرح هذه المعادلة كلاً من جاذبية الرمل وحدوده.
سعته الحرارية النوعية ليست استثنائية. فالقياسات لرمال الصحراء المذكورة في البحث تتراوح حول 0.92-0.98 كيلوجول/كجم·كلفن ، في حين أن أملاح النترات المنصهرة يمكن أن تصل إلى حوالي 1.5 كيلوجول/كجم·كلفن . لكن الرمل يمكنه تحمل نطاق درجات حرارة أوسع بكثير. وقد استقصى التوصيف التجريبي رمال الصحراء من حوالي 150 درجة مئوية إلى 1100 درجة مئوية، مع مناقشة التشغيل المفيد عموماً دون درجات الحرارة التي يصبح عندها التكتل (التصلب) الكبير مشكلة.
وبالتالي، تعوض المادة جزئياً عن السعة الحرارية المتواضعة من خلال نطاق حراري (ΔT) كبير.
وعلى عكس العديد من مواد التخزين الهندسية، فإن الرمل وفير، وغير مكلف، وغير قابل للاشتعال، وخامل نسبياً، وقادر على العمل عند الضغط الجوي العادي.
هذا المزيج يغير اقتصاديات تخزين الحرارة.
لا توجد بنية قياسية واحدة لبطارية الرمل.
طورت الأبحاث تكوينات (إعدادات) عدة، وتكمن أهمية الاختلافات بينها في كونها تنتج متطلبات مكانية وميكانيكية مختلفة تماماً.
أحد الأنظمة الأكثر تطوراً هو نظام sandTES ، الذي تم تطويره من خلال أبحاث في جامعة فيينا التقنية. يتم تمييع (Fluidization) جزيئات الرمل باستخدا…