كيف حافظ أسلافنا على البرودة في المناخات الحارة دون وجود مكيّفات الهواء؟

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.

الجالي

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!

يعتمد أثر الجالي على تطبيقٍ بسيطٍ لأثر فنتوري Venturi effect: الثقوب الصغيرة تضيّق مسار الهواء، فتزيد سرعته، وينخفض ضغطه، ويصبح دخوله إلى الحيّز الداخلي أكثر راحةً من الناحية الحرارية.

مسار التبريد عبر فتحات الجالي

١

تضييق مسار الهواء

تعمل ثقوب شاشة الجالي كفتحاتٍ صغيرةٍ للغاية يمرّ الهواء عبرها بدلاً من دخولٍ واسعٍ ومباشر.

٢

زيادة السرعة وانخفاض الضغط

عندما يمرّ الهواء عبر هذا التضييق، يكتسب سرعةً، ويُعوَّض ذلك بنقصان الضغط وفق أثر فنتوري.

٣

راحة حرارية داخلية

تساعد درجة الحرارة المنخفضة والسرعة الزائدة للهواء الداخل على جعل الحيّز الداخلي أكثر راحةً، وقد ظهرت أمثلة مألوفةٌ لذلك في تاج محل وهاوا محل.

الجدران السميكة مع التبريد الإشعاعي

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.

تظليل البيت

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.

تطوّر تظليل البيت من حلولٍ نباتيةٍ بسيطةٍ إلى عناصر معماريةٍ متنوّعة، وكلّها تخدم الهدف نفسه: منع الحرارة قبل أن تصل إلى الغرفة.

أشكال التظليل المعماري

الأشجار

حلّ أولي·ظل خارجي

في البداية، تمّ التظليل بواسطة الأشجار التي تمنع أشعة الشمس القاسية عن الواجهات والمساحات القريبة من المنزل.

الألواح غير الشفّافة

فوق النوافذ·حجب مباشر

مع تطوّر التقنيات، أصبح بالإمكان استخدام لوحٍ غير شفّافٍ يمرّ عبر المنزل، كما يُشاهَد فوق النوافذ الحديثة.

الشرفات والعرائش

امتداد واسع·خشب مثقّب

تؤمّن الشرفات الواسعة الممتدّة والمظلّات الخشبية المثقّبة، أو العرائش، طبقة ظلٍّ إضافية تقلّل اكتساب الحرارة.

الجهاروكا jharokhas

عمارة مغولية·فصل المساحات

في العمارة المغولية، تساعد الجهاروكا على فصل المساحات بعضها عن بعض، ممّا يقلّل من درجة حرارة داخل الغرفة.

القنوات المائية والمعالم العمرانية المتعلّقة بالماء

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.

لاقطات الرياح

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.

الآبار المتدرّجة

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.

لم تكن الآبار المتدرّجة مجرد منشآتٍ لتخزين المياه، بل تحوّلت إلى أماكن اجتماعية للراحة من الحرارة، ثم عادت اليوم إلى دائرة اهتمام المهندسين والمصمّمين بوصفها حلولاً موفّرة للطاقة.

دور الآبار المتدرّجة بين الماضي والحاضر

في الماضي

وفّرت الآبار المتدرّجة المياه وموضعاً للراحة من الحرارة الشديدة في المناطق القاحلة، فأصبحت أماكن للتجمّع الاجتماعي.

اليوم

يسعى المهندسون المعماريون والمصمّمون إلى إحيائها كحلول حديثة وموفّرة للطاقة لتخزين المياه والتحكّم في درجة الحرارة، ومن أمثلتها أغراسين كي باولي وأدالاج ني فاف 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.