دراسة بحثية: طريقة مبتكرة لاستخدام الذكاء الاصطناعي في تبريد المباني

ـ مبنى المركز الاجتماعي في مجمع الابتكار مسقط يشهد التطبيق الناجح للدراسة

ـ يعمل النظام على التنبؤ بحجم وكمية التبريد الضرورية للمبنى لفترة الصيف والشتاء

ـ استخدام الذكاء الاصطناعي لتحديد ساعات العمل المناسبة لعمل النظام المبتكر

كشفت نتائج دراسة بحثية عمانية للباحثة الدكتورة مريم بنت زهير اللواتية، من وزارة التعليم العالي والبحث العلمي والابتكار عن طريقة جديدة ومبتكرة لاستخدام تقنيات الذكاء الاصطناعي المتقدمة وتطويعها في مجال تبريد المباني في سلطنة عمان باستخدام الطاقات البيئية المتجددة عبر نظام ذكي يدمج هذه التقنيات عبر آلية معينة، حيث يعمل النظام المصمم بالذكاء الاصطناعي على التنبؤ بحجم وكمية التبريد الضرورية للمبنى لفترة الصيف والشتاء، وبناء على التنبؤات يقوم نظام التحكم بتشغيل نظام المكيف الحراري حسب احتياجات المبنى.

وتركز فكرة البحث المنشور في مجلة "إضاءات علمية" التي تصدرها وزارة التعليم العالي والبحث العلمي والابتكار على أهمية تعزيز استغلال الطاقات المتجددة التي تتميز بها سلطنة عمان، لحل مشكلة دائمة ومستمرة وهي تبريد وتكييف المباني، وهي إحدى المشكلات التي نواجهها سنويا خلال أشهر الصيف وذلك من خلال استغلال التقنيات الحديثة والمتطورة في تقنيات الذكاء الاصطناعي لإيجاد طريقة تساعد على تخفيف المشكلة البحثية بطريقة مستدامة ونظيفة للبيئة.

وشمل البحث استخدام أدوات عدة مثل تحليل البيانات لحالات الطقس المختلفة في السلطنة، باعتبارها تحديات واقعية خاصة من ناحية الطقس في الأشهر الصيفية، والبيانات الخاصة بالمباني نفسها مثل المواد المستخدمة في المباني بحكم اختلافها عن المباني الأخرى المستعملة في الدول الأوروبية، ومراعاتها لحالة الطقس.

كما شمل استخدام البرامج مفتوحة المصدر في تصميم وتنفيذ المشروع، منها لغة البرمجة بايثون وهي من اللغات المعروفة حاليا، وأيضا مكتبة مخصصة للذكاء الاصطناعي من شركة جوجل، وهي واحدة من المكتبات مفتوحة المصدر التي تعتبر في الوقت الحالي من المكتبات الأكثر شهرة وعراقة.

واختارت الباحثة الطاقة الشمسية للدراسة كنوع الطاقة المتجددة لتبريد المباني، إذ تقوم هذه الطاقة بتشغيل المكيف الحراري الذي يقوم بتوفير الطاقة للتبريد لمبنى الدراسة البحثية، والمكيف الحراري يحتاج لبعض الطاقة لفرز الطاقة الحرارية لتوفير نوع من الاستمرارية للتبريد وهذا يكون عبر نقل الطاقة إلى الأرض، واستغلال الأرض والطاقة الجوفية للحد من تأثير الحرارة وهذا النوع من تحويل النظام هي طريقة ابتكارية، وقد تمت برمجة الذكاء الاصطناعي لتحديد ساعات العمل المناسبة جدا لعمل هذا النظام.

وطبقت الدراسة البحثية الذكاء الاصطناعي في مجال التنبؤ في عمل نظام التبريد عبر حساب حمل التبريد للمبنى، وكما هو معروف فإن حمل التبريد في سلطنة عمان مختلف عن الدول الأخرى بسبب ارتباطه بالظروف الجوية للسلطنة، إذ يزداد حمل التبريد في الشهور الصيفية كما هو ملاحظ، وكما هو معروف كذلك يزداد الطلب على التبريد في شهور يونيو ويوليو وأغسطس ويكون عاليا جدا، ولكن في خلال هذه الأشهر وبسبب الوضع المناخي الاستثنائي لموسم الخريف في محافظة ظفار فإنه يؤثر على الطاقة الشمسية، وطريق حساب هذا الحمل التبريدي عبر نظام الذكاء الاصطناعي الحالي والمنتشر عبر العالم توجد فيه عدة صعوبات، ولذلك ابتكر البحث طريقة جديدة في توظيف الذكاء الاصطناعي في حساب الأحمال التبريدية، ليناسب النظام المخصص له.

وأظهرت نتائج الدراسة البحثية أن سلطنة عمان تعتمد كليا في تبريد المباني على الطاقة الكهربائية وبنسبة 100%، إلا أن الدراسة أثبتت أنه في حالة إدخال الطاقة الحرارية المعتمدة على الطاقة الشمسية، فقد أثبتت الدراسة إمكانية تقليل استخدام الطاقة الكهربائية من نسبة 100% في السنة إلى 23.6%، وهي نسبة انخفاض كبيرة جدا، كما أظهر البحث أن قدرة النظام الصناعي على تناقص حمل التبريد لهذا النظام الهجين وصل لدقة عالية بنسبة 98%.

وتطرقت النتائج إلى أهمية فتح الدراسة لحلول بديلة أو داعمة للنظام الهجين في المستقبل، إذ إن نظام تبريد الأحمال في السلطنة يعاني حاليا من بعض الصعوبات، كما أن النظام الذكي يعتبر نظاما حديثا نوعا ما في السلطنة، وأثبتت الدراسة البحثية أن دور الطاقة الحرارية الجوفية يعتبر ضئيلا، مقابل نسبة استخدام الطاقة الشمسية، لذلك يجب علينا استخدام الطاقة الشمسية بكفاءة في هذا المجال.

وتأتي الدراسة البحثية ضمن مشروع رسالة الدكتوراه للباحثة، ضمن اتفاقية التعاون البحثي المشترك بين مجلس البحث العلمي سابقا وبين مؤسسة هلم هولتز الألمانية لدراسة مشروع التبريد الهجين باستخدام الطاقة الشمسية، والطاقة الحرارية الجوفية، مع تنفيذ الفكرة على مبنى المركز الاجتماعي في مجمع الابتكار مسقط، نظرا لاحتواء المبنى على مجموعة من النظم التي انبثقت منها فكرة تصميم نظام تحكم يعتمد على استخدام الذكاء الاصطناعي بدلا من النظام اليدوي المعتاد.