سامانه خورشیدی نوین برای مدیریت پایدار آب خاکستری

به گزارش خبرگزاری صدا وسیما ؛ سامانه پیشنهادی محققان دانشگاه تهران، آب خاکستری تولیدی ساکنان یک ساختمان پنج طبقه در تهران را با استفاده از فناوری «تقطیر غشایی تماس مستقیم» تصفیه می‌کند.

این فناوری با ایجاد اختلاف دما در دو سوی یک غشای آب‌گریز، قادر به حذف طیف وسیعی از آلاینده‌ها از آب خاکستری است.

نکته کلیدی و نوآورانه در این پژوهش، تأمین انرژی مورد نیاز این فرآیند با استفاده از انرژی خورشید است. در این طرح، از کلکتور‌های حرارتی خورشیدی برای گرم کردن آب مصرفی ساختمان و همچنین تأمین گرمای لازم برای واحد تصفیه آب خاکستری استفاده شده است.

 نتایج این مطالعه که با هدایت علیرضا جلالی؛ عضو هیئت علمی دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تهران انجام شده، در مجله معتبر بین‌المللی انرژی Energy به چاپ رسیده است.

برای ارزیابی دقیق عملکرد سامانه، شبیه‌سازی‌های جامع و چندلایه‌ای انجام شد. ابتدا نیاز‌های گرمایشی و سرمایشی ساختمان با در نظر گرفتن مصالح متداول ساخت و ساز در تهران و شرایط اقلیمی این شهر محاسبه شد. در گام بعدی، عملکرد لحظه‌ای کلکتور‌های خورشیدی و مخزن ذخیره آب گرم در طول یک سال شبیه‌سازی شد تا سهم واقعی انرژی خورشیدی در تأمین گرمایش مشخص شود. همچنین، فرآیند پیچیده انتقال حرارت و جرم درون واحد تصفیه غشایی با استفاده از مدل‌سازی عددی و حل معادلات غیرخطی، به منظور پیش‌بینی میزان آب تصفیه شده و بازده انرژی سیستم مورد بررسی قرار گرفت.

نتایج این مطالعه جامع که ابعاد انرژی، اقتصادی و زیست‌محیطی را در بر می‌گیرد، بسیار چشمگیر است. سامانه طراحی شده، قادر است با گرم کردن آب خاکستری تا دمای ۶۰ درجه سانتی‌گراد، جریان قابل توجهی از آب تصفیه شده تولید کند. این سامانه ضمن تأمین آب تصفیه شده، قادر است ۵۳.۳ درصد از آب گرم مصرفی ساکنان را نیز تأمین کند که نشان‌دهنده بهره‌وری بالای انرژی در این طراحی است.

تحلیل‌های اقتصادی نشان می‌دهد که هزینه تمام‌شده تولید انرژی توسط کلکتور‌های خورشیدی بسیار پایین و هزینه تصفیه هر مترمکعب آب خاکستری ۲.۳۸ دلار است که رقمی رقابتی در مقایسه با سایر روش‌های تصفیه محسوب می‌شود. مهم‌ترین دستاورد این طرح از منظر زیست‌محیطی، کاهش سالانه بیش از ۷۰ هزار کیلوگرم دی‌اکسید کربن با جایگزینی انرژی خورشیدی به جای سوخت‌های فسیلی برای گرمایش آب است.

به گفته پژوهشگران این طرح، با در نظر گرفتن صرفه‌جویی ناشی از عدم مصرف گاز طبیعی و همچنین دریافت اعتبار کربن (هزینه اجتماعی آلایندگی)، دوره بازگشت سرمایه برای این سامانه تنها ۳ سال خواهد بود. این پژوهش، گامی مؤثر در جهت تحقق ساختمان‌های پایدار و کم‌مصرف در کلان‌شهری مانند تهران محسوب می‌شود که با بحران شدید کم‌آبی دست‌وپنجه نرم می‌کند. محققان بر این باورند که استفاده از چنین سامانه‌هایی می‌تواند نقش کلیدی در مدیریت یکپارچه منابع آب و انرژی در بخش ساختمان ایفا کرده و الگویی برای شهر‌های دیگر با شرایط اقلیمی مشابه باشد.

با تشدید بحران جهانی آب و افزایش تقاضای انرژی در بخش ساختمان که حدود ۳۸ درصد از انتشار دی‌اکسید کربن را به خود اختصاص می‌دهد، نیاز به راهکار‌های نوآورانه برای استفاده بهینه از منابع آبی به‌ویژه در مناطق خشک مانند تهران بیش از پیش احساس می‌شود. یکی از این راهکارها، توجه ویژه به تصفیه و بازیافت «آب خاکستری» است.

آب خاکستری به فاضلاب تولیدی از فعالیت‌های روزمره خانگی مانند استحمام، شست‌وشوی لباس و ظرف‌شویی گفته می‌شود که حدود ۷۵ درصد از کل فاضلاب خانگی را تشکیل می‌دهد. تصفیه و بازچرخانی این حجم عظیم از آب، پتانسیل بالایی برای کاهش فشار بر منابع آب شیرین دارد و می‌تواند به‌عنوان یک منبع پایدار و در دسترس، به‌ویژه در مناطقی که به منابع آب شور دسترسی ندارند، مورد استفاده قرار گیرد.