كيف تواجه الحر الشديد دون مكيف؟
كيف تتعامل مع موجة الحر بدون تكييف؟
عندما تنظر إلى سطح أكاديمية كاليفورنيا للعلوم في سان فرانسيسكو، قد تظن للوهلة الأولى أنك في قرية قزمة بتلالها الخضراء وبواباتها الصغيرة المستديرة. لكن الفرق هو أن الأبواب مصنوعة من الزجاج ومدعومة بمجموعة من الأذرع الفولاذية الميكانيكية العملاقة التي تبقي بعض النوافذ مفتوحة.
ويعد هذا السقف الأخضر المتموج أحد التصاميم والتقنيات المعمارية التي تساعد المباني على التهوية بطريقة طبيعية. أصبح مبنى أكاديمية كاليفورنيا للعلوم أحد أكبر المباني في الولايات المتحدة ويعتمد بشكل شبه كامل على التقنيات الطبيعية للتبريد، حتى في ذروة الصيف.
يسعى المهندسون المعماريون والمصممون إلى استخدام أساليب وتقنيات جديدة في تصميم المباني للتهوية بشكل طبيعي دون استخدام تكييف الهواء. وقد أصبحت أهمية هذا الأمر أكثر أهمية في الآونة الأخيرة نظراً للارتفاع الكبير في درجات الحرارة العالمية. ومن المتوقع أن يتضاعف عدد مكيفات الهواء في جميع أنحاء العالم ثلاث مرات بحلول عام 2050 لمكافحة موجات الحر التي ستصبح أكثر تواترا بسبب تغير المناخ.
المشكلة هي أن مكيفات الهواء لا تستهلك الكثير من الكهرباء فحسب، بل إنها تحتوي أيضًا على مواد تبريد، وغازات تساهم في ظاهرة الاحتباس الحراري، وقد أصبحت هذه المواد المصدر الأسرع نموًا في العالم لانبعاثات الغازات الدفيئة.
جزيرة يواجه سكانها خطر الغرق بسبب تغير المناخ
التجربة داخل أمعاء البقر قد تساعد في إنقاذ الكوكب
ولكن هناك العديد من البدائل لتكييف الهواء، بدءًا من التصاميم المعمارية التي أثبتت جدواها منذ أكثر من 7000 عام وحتى أحدث التقنيات المتطورة من أكاديمية كاليفورنيا للعلوم. يمكن استخدام تكنولوجيا البناء للحفاظ على برودة المباني دون استخدام الطاقة.
توجد قبة خضراء على سطح الكلية تساعد على التدفق الطبيعي للهواء داخل المبنى. تم تصميم التلال بحيث أنه عندما تهب الرياح، يقوم الضغط المنخفض على جوانبها بسحب الهواء إلى المبنى من خلال نوافذ السقف التي يتم التحكم فيها تلقائيًا.
تساعد النباتات التي تغطي أسطح المباني على خفض درجات الحرارة داخل المبنى.
وقال أليسدير ماكجريجور، مدير الهندسة الميكانيكية في الشركة العربية للهندسة، التي شاركت في تصميم المبنى: “لقد عقدنا العزم منذ البداية على التخلص من تكييف الهواء قدر الإمكان”.
وأضاف أنه على الرغم من أن هذا النهج لا يناسب جميع المباني، على سبيل المثال بسبب عدم إمكانية فتح النوافذ، أو بسبب وجود العديد من الأجهزة الحرارية بالداخل (كما هو الحال في المستشفيات)، إلا أنه ينجح في تقليل الاعتماد على أجهزة تكييف الهواء إلى الحد الأدنى.
ومع ذلك فإن مشروع إعادة تصميم أكاديمية كاليفورنيا للعلوم سوف يتكلف ما يقرب من 500 مليون دولار، وسيشارك فيه فريق نخبة من أفضل المهندسين المعماريين والمهندسين المتخصصين في الاستدامة على مستوى العالم. هل هناك حلول تبريد طبيعية أخرى يمكنها أن تجعل المباني المتوسطة التي نعيشها في معظم حياتنا مقاومة لموجات الحرارة؟
مكيف هواء
تطلق مكيفات الهواء التقليدية غازات الدفيئة
ماء
تساعد عملية تبخر الماء على تغيير درجة الحرارة، وتسمى هذه الطريقة بالتبريد التبخيري وهي من أبسط طرق التبريد السلبي. يحصل الماء على الطاقة التي يحتاجها للتحول من السائل إلى البخار على شكل حرارة من الهواء. هناك أمثلة كثيرة على ظاهرة التبريد التبخيري، حيث يساعد تبخر الماء على تبريد الأسطح، مثل الجلد أثناء التعرق.
وفي بعض مناطق إسبانيا، يتم تخزين الماء أو النبيذ في أوعية طينية، بالاعتماد على طريقة التبريد الطبيعية للتبخير. تتبخر كميات صغيرة من المشروبات المخزنة في هذه الحاويات من خلال جدرانها المسامية، مما يساعد على الحفاظ على السائل داخل الحاوية باردًا، حتى في الطقس الحار.
تم استخدام تقنية التبريد التبخيري في الهندسة المعمارية خلال العصرين الفرعوني والروماني. لكن المثال الأكثر وضوحًا لتقنية التبريد التبخيري في المبنى هو المشربية، وهي شائعة في الهندسة المعمارية العربية. ولا تقوم المشربية بتظليل الغرفة فحسب، بل يوضع بجانبها وعاء فخار مملوء بالماء، مما يساعد على تبريد الجو في الغرفة حيث يتدفق الهواء عبر المشربية ومن خلال الوعاء الفخاري.
سواء داخل المبنى أو خارجه، هناك طرق أخرى للاستفادة بسهولة من ظاهرة التبريد التبخيري، مثل بناء حوض سباحة أو نافورة أو حتى وضع وعاء فخار مملوء بالماء بجوار النافذة.
جوهر الأرض
وإذا استمرت درجات الحرارة العالمية في الارتفاع، فقد يحتاج الشماليون إلى التعلم من التصاميم المعمارية القديمة والحديثة في الجنوب للتعامل مع درجات الحرارة المرتفعة للغاية.
يقول مانيت راستوجي، المؤسس المشارك لشركة الهندسة المعمارية والتصميم الهندية MorphoGenesis، حيث يستخدم السكان تقنيات التبريد الطبيعية منذ آلاف السنين: “كانت الأجزاء الجنوبية من العالم ساخنة دائمًا”.
على سبيل المثال، في مدينة جايبور بولاية راجاستان شمال الهند، غالبا ما تتجاوز درجات الحرارة أثناء النهار في الصيف 40 درجة مئوية. لكن درجة الحرارة على بعد أمتار قليلة من السطح في المنطقة لا تتجاوز 25 درجة مئوية حتى في أشهر الصيف الحارة.
مدينة جايبور في الهند
تتجاوز درجات الحرارة في الصيف في جايبور بالهند 40 درجة مئوية
وقال راستوجي إن الحل في هذه الحالة هو حفر الثقوب. قام راستوجي بتصميم معهد بيرل للأزياء في جايبور، والذي كان مستوحى من بركة المياه الموجودة في فناء المعهد المظلل، والمشتق من بئر هندي تقليدي. تم تشييد درجات كبيرة من الحجر الرمادي تؤدي إلى مياه الأمطار في المبنى وبرك مياه الصرف الصحي المعالجة.
تأتي برودة المسبح من درجات الحرارة المنخفضة تحت الأرض، والتي تمتص الكثير من الحرارة من الفناء وتساعد على تبريد الجو.
تستفيد أنظمة تبريد وتدفئة الأرضية أيضًا من درجات حرارة الأرضية الثابتة على مدار العام. يتم ضخ السائل من خلال أنابيب مدفونة تحت الأرض، مما يسمح لدرجات الحرارة المبردة تحت الأرض بتبريد السائل، ثم يتم ضخه مرة أخرى من خلال أنابيب تحت الأرض داخل المبنى لتبريد الهواء داخل المبنى.
تُستخدم هذه الأنظمة أيضًا للتدفئة في الشتاء، ولكنها أكثر شيوعًا للتبريد، خاصة في مدن شمال الصين خلال فصل الصيف.
ويستخدم مبنى أكاديمية اللؤلؤة أيضًا حيلًا أخرى لإبقاء درجات الحرارة منخفضة. تم تصميم المبنى على شكل مستطيل من الخارج لزيادة المساحة الداخلية على حساب مساحة السطح الخارجي، حيث أن كل متر مربع يتعرض للشمس يمتص الحرارة. المبنى بأكمله محاط بقشرة حجرية مثقبة على بعد أربعة أقدام من الجدران الخارجية للمساعدة في تظليل المبنى من أشعة الشمس ومنع الحرارة.
نجحت تقنيات البناء هذه في الحفاظ على درجة الحرارة الداخلية للمبنى عند 29 درجة مئوية، حتى خلال الأشهر الأكثر حرارة عندما تجاوزت درجات الحرارة 40 درجة مئوية.
رياح
تشتهر مدينة يزد الإيرانية بأبراج الرياح، وهي أبراج شاهقة ذات فتحات مقوسة تعلو أبنية ذات أسقف مسطحة تواجه اتجاه الريح.
لعدة قرون، تمكنت هذه الأبراج من التقاط الرياح وتوجيهها نحو المنازل. حتى لو لم تكن هناك رياح قوية في الخارج، فإن السطح المقوس لبرج الرياح يساعد على زيادة دوران الهواء. كما يساعد تدفق الهواء فوق حمامات السباحة والمسابح العميقة ذات الأسطح المقببة على تبريد الهواء.
زراعة الأشجار تساعد على خفض درجات الحرارة
تستخدم أنظمة التدفئة والتبريد الأرضية درجات حرارة ثابتة تحت الأرض
تظهر الأبحاث التي أجراها مهناز محمودي زراندي، الأستاذ المساعد في الهندسة المعمارية بجامعة آزاد الإسلامية في طهران، أن أبراج الرياح هي إحدى طرق التبريد الأكثر ابتكارًا وتنوعًا في الشرق الأوسط. وقال إن نماذج أبراج الرياح الأكثر كفاءة تساعد في خفض درجات الحرارة الداخلية من 40 درجة مئوية إلى 29.3 درجة مئوية.
وقال ماكجريجور إن هناك طرقًا أخرى مماثلة لتلطيف الجو، ففتح النوافذ على ارتفاعات مختلفة على جوانب مختلفة من المبنى قد يساعد في سحب الهواء إلى داخل المبنى وقد يساعد في خلق تيارات هواء قوية.
غابة كونكريتية
إن فهم علاقة المبنى بالمباني الأخرى في منطقة سكنية قد يساعد أيضًا في تقليل درجات الحرارة. مثال بسيط يكشف مدى تأثير تصميم المبنى على درجة حرارة المناطق السكنية. تم تصميم ناطحة سحاب Walkie Talkie في لندن بواجهة مقعرة ضخمة. قبل بناء المبنى، تم اكتشاف أن الأسطح المقعرة اللامعة تركز وتعكس أشعة الشمس على مساحة صغيرة، بما يشبه تأثير العدسة المكبرة.
وتسبب ضوء الشمس الشديد المنعكس على المباني عبر الشارع في ذوبان الطلاء في بعض المتاجر، وإذابة بعض السيارات وتشقق البلاط.
تشنغدو، الصين
تساعد المساحات الخضراء المورقة على خفض درجات الحرارة في الصيف في المدن الصينية مثل تشنغدو
وتم حل هذه المشكلة بوضع مظلة ضخمة مصنوعة من قضبان الألمنيوم لتساعد على تشتيت أشعة الشمس. لكن الخرسانة الرمادية في المناطق السكنية تمتص أيضاً حرارة الشمس وتوجهها نحو الشارع، مما يجعلها أكثر كثافة بالنسبة للمارة.
هناك العديد من الطرق التي قد تساعد على خفض درجات الحرارة في المناطق السكنية، مثل زراعة الأشجار. على سبيل المثال، من المعروف أن ظل الأشجار يساعد في تبريد الجو. وفي مدينة ميديلين الكولومبية، أطلقت حكومة المدينة مبادرة لزراعة ممرات خضراء داخل المدينة، والتي ثبت أنها تخفض درجات الحرارة بمقدار درجتين مئويتين.
وتعتزم مدينة ميلانو في ايطاليا زراعة 3 مليون شجرة بحلول عام 2030. ووضعت مدينة ملبورن الاسترالية برنامجا لزراعة الأشجار لتخفيف حدة الحرارة في الموجات الحارة.
ولا شك أن بعض تصميمات التبريد التي لا تعتمد على أجهزة المكيفات لن تكفي لتلبية بعض المباني، كما هو الحال في دور الرعاية الصحية المليئة بالمرضى، حيث تقتضي الحاجة لضبط درجة الحرارة في الداخل استخدام أجهزة تكييف الهواء.
لكن الهدف الأساسي من أساليب وتقنيات التبريد الطبيعي هو تقليل حدة الاعتماد على مكيفات الهواء، بحيث تصبح الخيار الأخير إذا اقتضت الضرورة. ويقول ماكجريجور إن أفضل ميزة لأساليب التبريد السلبي هي أنها تساعدنا على الاستغناء تدريجيا عن مكيفات الهواء التي تسهم في رفع درجات حرارة الأرض.