مكيّفات الهواء -كما نعرفها الآن- موجودةٌ منذ مئة عامٍ فقط أو نحو ذلك، إذن كيف كان الأشخاص القدماء يحافظون على البرودة بدونها؟

إنّ الحفاظ على درجات الحرارة المحيطية المثالية ليس مجرَّد رفاهيةٍ، بل إنه أمرٌ بالغ الأهمية للبقاء على قيد الحياة. وفي يومنا الحاضر، نحن مجهَّزون بالبنية الأساسية والأجهزة وحتى الملابس التي تحمينا من تقلّبات الطبيعة، ناهيك عن التهديدات الوشيكة المتمثّلة في الانحباس الحراري العالمي.

من الواضح أنه في تاريخ الإنسانية كان هناك عصرٌ لم تتوفَّر فيه إمكانية تسخير الكهرباء لتشغيل الأجهزة. ومع ذلك فقد ازدهرت الحضارة حينها، ومنحتنا بعض العناصر الأكثر ديمومةً في مجتمعاتنا، مثل الهندسة المعمارية والثقافة. وفي هذه المجالات نفسها نجد أيضاً دروساً بسيطةً ولكنها عميقةٌ في الديناميكا الحرارية وميكانيكا السوائل وما يُدعى (التدفئة والتهوية وتكييف الهواء: HVAC).

في الماضي، كانت أنظمة (التدفئة والتهوية وتكييف الهواء: HVAC) مُدمَجةً في الهندسة المعمارية، مع اعتمادٍ قليلٍ جداً على المعدّات. فدعونا نلقي نظرةً على بعض المواصفات والقواعد العلمية التي تقف وراء كلِّ واحدٍ من هذه الأنظمة.

تشير الكلمة الهندية جالي Jaali (والتي يمكن ترجمتها بشكلٍ تقريبي إلى "شبكة") إلى إطارٍ مثقوبٍ من الحجر أو من الخشب مُثبَّتٍ في فتحات النوافذ. ويتميَّز تصميمه المعقَّد بجاذبيةٍ جماليةٍ خاصّةٍ، وبنفس الوقت يعمل على اتّقاء أشعة الشمس وزخّات المطر. لكنّ الميزة الأكثر بروزاً في الجالي هي ثقوبه التي تعمل على تبريد الهواء عند دخوله من خلالها.

إليك هذه التجربة. افتحْ فمك وانفخْ على ظهر يدك. الآن افعلْ الشيء نفسه مع تقريب شفتيك بعضهما من بعض، كما لو كنت ستصفّر بواسطتهما. لا بد أنك ستلاحظ أنّ الفرق في درجة حرارة الهواء المنفوخ واضحٌ؛ فالشفاه المزمومة تنفخ هواءً أبرد!

هذا تطبيقٌ بسيطٌ جداً لأثر فنتوري Venturi effect.

عندما يمرّ الهواء عبر تضيّقٍ ما، فإنه يكتسب سرعةً، ويتمّ تعويض ذلك بواسطة نقصان الضغط. وبما أنّ الضغط ودرجة الحرارة مرتبطان بشكلٍ مباشرٍ، فإنّ هذا الأمر يؤدي لاحقاً إلى انخفاضٍ في درجة الحرارة. وفي الحقيقة، تعمل الثقوب الموجودة في شاشة الجالي بمثابة فتحاتٍ صغيرةٍ للغاية، وهذا يؤدّي إلى خنق تدفّق الهواء وإلى تقليل درجة حرارته في هذه العملية.

تساعد درجة الحرارة المنخفضة والسرعة الزائدة للهواء على أن يصل الحيّز الداخلي إلى درجة حرارةٍ مريحةٍ ومقبولةٍ من الناحية الحرارية. وبسبب التصاميم المعقّدة لشبكات الجالي واستخدام موادَّ مثل الحجر والرخام في صنعها، تمَّ استخدامها في المقام الأول عند الأسر الأكثر ثراءً. هناك أمثلةٌ مألوفةٌ للجالي نصادفها في العمارة الهندية الإسلامية، مثل تاج محل Taj Mahal (في أجرا Agra في الهند) ومثل هاوا محل Hawa Mahal (في جايبور Jaipur في الهند).

يعني التبريدُ الإشعاعي فقدانَ الحرارة من جسمٍ ما إلى محيطه عن طريق الإشعاع. تتمتّع الجدران السميكة في المنشآت مثل الحصون والقلاع بمقدارٍ أكبر من العطالة الحرارية. ونقصد بذلك أنها تستطيع امتصاص المزيد من الحرارة التي تشعُّها الأجسام والأشياء المحصورة بداخلها.

إنّ الجدران السميكة بطيئةٌ في امتصاص الحرارة وإطلاقها، ممّا يجعل الوضع غير مريحٍ في الليل. ولهذا السبب، كانت جدران وأرضيات القصور القديمة تحتوي في كثيرٍ من الأحيان على قنواتٍ مخفيةٍ أو مكشوفةٍ لمرور المياه من خلالها. تعمل المياه المتدفّقة على سحب الحرارة من الجدران بعيداً عنها، ممّا يساعد على إبقاء هذه الجدران باردةً.

هناك تقنياتٌ حديثةٌ تستخدم التبريد الإشعاعي تتميّز بوجود أنابيب داخل الجدران تحمل الماء البارد جداً. وقد لوحظ أنّ هذا وحده يقلّل من تكاليف (التدفئة والتهوية وتكييف الهواء HVAC) للمؤسّسات بنسبةٍ تصل إلى 25% أو أكثر. تشتهر شركة إنفوسيس Infosys، (وهي شركةٌ عملاقةٌ في تكنولوجيا المعلومات في الهند) باعتمادها التبريد الإشعاعي كبديلٍ عن أنظمة (التدفئة والتهوية وتكييف الهواء HVAC) التقليدية.

يعمل التظليل الخارجي للمنزل عندما يُصمَّم بشكلٍ جيدٍ على منع وصول أشعة الشمس القاسية خلال فترة ما بعد الظهر. هذا الأمر يقلّل من اكتساب الحرارة عند الأسطح الخارجية للمنزل (النوافذ والجدران الفارغة) ويضمن أيضاً عدم ارتفاع درجات الحرارة المحيطية في المناطق شبه المفتوحة والخارجية من المنزل.

في البداية، تمَّ هذا التظليل بواسطة الأشجار. ولكنْ مع تطوّر التقنيات، أصبح بالإمكان تحقيق التظليل من خلال استخدام لوحٍ غير شفّافٍ يمر عبر المنزل (يُشاهَد فوق النوافذ الحديثة)، أو من خلال الشرفات الواسعة الممتدّة، أو بواسطة مظلّاتٍ خشبيةٍ مُثقَّبةٍ تُسمَّى العرائش. ونرى أمثلةً على ذلك في العمارة المغولية إذا تأمَّلنا الجهاروكا jharokhas، وفيها نجد المساحات منفصلةً بعضها عن بعض، ممّا يقلِّل من درجة حرارة داخل الغرفة.

القنوات المائية عبارةٌ عن شبكاتٍ معقّدةٍ من الأقنية الجوفية والسطحية المخصَّصة لإمداد منطقةٍ ما بالماء. فبناءً على تعليمات الرومان، قامت هذه القنوات بتوفير المياه للأغراض المنزلية وكذلك من أجل تنظيم درجة الحرارة. وكانت المعالم العمرانية المتعلّقة بالماء مثل البرك والنوافير التي كانت شائعةً في العمارة في تلك الفترة تتلقّى المياه من هذه القنوات.

لقد بُنيَت تلك المعالم أيضاً لتكون وسائلَ بسيطةً للمبادلة الحرارية، حيث تقوم بتبريد الهواء الساخن عند دخوله من القسم الأمامي لفناء المبنى. فالهواء الساخن كان يهبّ فوق البرك ومن خلال النوافير، فيفقد حرارته بإعطائها إلى الماء عند ملامسته. وهذا الأمر يُعرَف باسم التبريد التبخيري. وجديرٌ بالذكر أنّ نوافير المياه والشبكات والبرك كانت تُستخدَم للتبريد إمّا بمفردها أو بالاشتراك مع طرقٍ أخرى.

نشأت لاقطات الرياح في صحاري الشرق الأوسط، وهي مثالٌ رائعٌ على كيفية التلاعُب بالهواء الجاف الساخن للحفاظ على برودة المنازل. كما يوحي الاسم، فإنّ لاقطات الرياح هي عبارةٌ عن عناصرَ بنائيةٍ تبرز من المنزل، وتشبه إلى حدٍّ كبيرٍ المدخنة.

تحتوي هذه البنى العمرانية على تجويفاتٍ مقعّرةٍ وفتحاتٍ تواجه الريح وتوجّهها إلى داخل المنزل. تمتصّ جدران المنزل جزءاً من حرارة الريح بسبب العطالة الحرارية. ويقوم الجزء السفلي من لاقط الرياح -وهو موجودٌ داخل المنزل- بتوجيه الريح لتمرّ عبر حواجزَ رطبةٍ وعبر مرشحاتٍ للغبار، وذلك من أجل تقليل درجة الحرارة بشكلٍ أكبر.

كانت الاستفادة من استخدام لاقطات الرياح أمراً اشتركت به عائلات النخبة مع عائلات العامة. ولعبت الظروف المناخية المحلية دوراً كبيراً في تصميمها وتكيّفها، وهذا ما جعلها فريدةً من نوعها حسب مناطقها. ومن الأمثلة الرائعة على لاقطات الرياح التقليدية بيتُ البروجردي Borujerdi في إيران.

ظهرت الآبار المتدرّجة في المناطق القاحلة في ولايتي غوجارات Gujarat وراجستان Rajasthan بالهند من أجل اقتناص المياه وتخزينها على مدار السنة. وهي معروفةٌ بهندستها المعمارية العكسية الغريبة، حيث نجد سلالمَ تنزل ضمن البئر إلى عدة طوابق في الأسفل.

للآبار المتدرّجة مناخٌ مصغَّرٌ خاصٌّ بها. فالجزء السفلي من البئر المتدرّج الذي يقع بالقرب من خزان المياه هو أكثر برودةً بعدّة درجاتٍ من السطح. أمّا الجزء العرضي من البئر المتدرّج والذي يشبه القمع فهو يمنع أيَّ فقدانٍ مفرطٍ للمياه بسبب التبخّر، في نفس الوقت الذي يوفّر فيه أيضاً الظلَّ الواقي من أشعة الشمس القاسية.

ليس من المُستغرَب أن تصبح الآبار المتدرّجة أماكنَ للتجمّع الاجتماعي، فهي لم تكُن توفّر المياه فحسب، بل تؤمّن أيضاً موضعاً للراحة من الحرارة الشديدة في المناطق القاحلة. وفي حين أنّ معظم الآبار المتدرّجة لم تعُد موجودةً الآن، فإنّ المهندسين المعماريين والمصمّمين يسعَون إلى إحيائها كحلولٍ حديثةٍ وموفِّرة للطاقة من أجل تخزين المياه والتحكّم في درجة الحرارة. بعض الأمثلة الرائعة عن الآبار المتدرّجة تشمل أغراسين كي باولي Agrasen Ki Baoli في دلهي وأدالاج ني فاف Adalaj Ni Vav في أحمد آباد في الهند.

إليك هذه الحيلة "الرائعة" "عن التبريد". في حالة عدم وجود مكيّف هواءٍ أو مروحةٍ، يمكنك تبريد نفسك بسهولةٍ تامّةٍ. الحيلة تكمن في تبريد النقاط التي نجسّ فيها النبض، مثل الرسغين وجوانب الرقبة، باستخدام الماء أو حتّى قطعة قماشٍ مبلّلةٍ.