التهوية فى العمارة

 للتهوية داخل المبنى أهمية كبيرة وتعتبر إحدى العناصر الرئيسية في المناخ ونقطه الانطلاق في تصميم المباني وارتباطها المباشر معها فالتهوية والتبريد الطبيعيين مهمان ودورهما كبير في تخفيف وطأة الحر ودرجات الحرارة الشديدة ، بل هما المخرج الرئيسي لأزمة الاستهلاك في الطاقة إلى حد كبير لأن أزمة الاستهلاك في الطاقة مردها التكييف الميكانيكي والاعتماد عليه كبير والذي نريده فراغات تتفاعل مع هذه المتغيرات المناخية أي نريد أن نلمس نسمة هواء الصيف العليلة تنساب في دورنا ومبانينا ونريد الاستفادة من الهواء وتحريكه داخل بيئتنا المشيدة لإزاحة التراكم الحراري وتعويضه بزخات من التيارات الهوائية المتحركة المنعشة . فكل شي طبيعي عادة جميل وتتقبله النفس وترتاح له فضلا عن مزاياه الوظيفية .

وعلى المعماري كمبدأ منطقي عام البدء بتوفير الراحة طبيعياً ومعمارياً كلما أمكن ذلك ومن تم استكملها بالوسائل الصناعية لتحقيق أكبر قدر ممكن من الراحة مقتصداً في استعمال الطاقة الصناعية ومحققا للكفاءة الاقتصادية من ناحية التكاليف .

وللتهوية داخل المبنى سواء كانت طبيعية أو ميكانيكية أهمية كبيرة وكل أهمية من هذه المهام تتطلب احتياجات ومتطلبات خاصة تتغير طبقاً لتغير المناخ وهذا ما سنتطرق اليه في هذا المقال.

التهوية:

 هي الإدخال المتعمد للهواء الخارجي في الفضاء. تستخدم التهوية بشكل أساسي للتحكم في جودة الهواء الداخلي عن طريق تخفيف الملوثات الداخلية وإزاحتها ؛ يمكن استخدامه أيضًا للتحكم في درجة الحرارة الداخلية والرطوبة وحركة الهواء للاستفادة من الراحة الحرارية والرضا عن جوانب أخرى من البيئة الداخلية أو أهداف أخرى. يُعرف في الغالب بثلاثة أنواع مختلفة: الوضع الميكانيكي والطبيعي والمختلط. تعد إدارة تبادل الهواء وتدويره في الهواء الطلق أمرًا بالغ الأهمية لتوفير جو مريح. سواء تم ذلك بوسائل ميكانيكية أو طبيعية ، فإن التيارات الهوائية المستقرة تطلق الرطوبة وتوفر تدفق هواء متسلل ، مما يوفر هواء صحي للتنفس. يجب أن يتماشى نظام التهوية الناجح مع سياق المشروع ، والذي يشمل الموقع الجغرافي ، والمواد المبنية فيه ، والهندسة المعمارية ككل ، وعادات المستخدمين الذين يشغلون المساحة.

العوامل التي تؤثر على التهوية وانسياب الهواء  :

1. التوجيه Orientation‏

 من سوء الحظ أن التوجيه الجيد للشمس والمناسب إلى حد بعيد للرياح السائدة نادراً جداً ما تتوافق وأحسن حل يتوصل إليه في كل حالة (حل وسط ) بالرغم من أن أكبر ضغط في جانب المبنى المواجه للريح يتولد عندما تكون واجهة المبنى عمودية .

جيفوني أشار إلي أنه إذا وضعت النوافذ عند زاوية 45 درجة على اتجاه الرياح فإن معدل سرعة الهواء الداخلي تزيد وتوفر أفضل توزيع لحركة الهواء في الداخل كما موضح بالشكل وهذا التضارب ممكن أن يساعد في حل مشكلة التوجيه عندما الشمس والرياح تتطلب التناقض . حلول بديلة لمشكلة الشمس والرياح عندما يأتوا من الغرب في المناخ الحار حيث تكون التهوية مطلوبة للراحة الرياح والشمس من الغرب و وتكون الفراغات بواجهتين شمال وجنوب ففي هذه الحالة تعطينا حركة هواء خفيفة وحماية من أشعة الشمس.

واجهات الفراغات شرقية وغربية ستعطينا نسيم وأشعة شمسية وهذا التركيب مرغوب نوعا ما.

2. الغطاء النباتي Vetention:

‏ معلم او صورة أخرى لها تأثير قليل في التحكم في حركة الهواء حول المباني العالية ولكن موضعها وحجمها نستطيع القول بأنه عندها تأثير واضح على حركة الهواء فوق وحول المباني المنخفضة خلال اليوم في المنطقة الساخنة والرطبة عندما تكون التهوية مهمة جداً يدخل الهواء إلى المباني خلال الظل بدون أن يعبر فوق الأسطح الساخنة والنباتات في هذه الحالة ضرورية مادامت لاتحد من الإنسياب الحر للنسيم .

3. مرور الهواء Cross Ventilation‏:

عندما تهب الرياح نحو المبنى الهواء المتجمع فوق الجانب المواجه للريح يخلق منطقة ذات ضغط مرتفع والهواء الآتي حول المبنى يخلق منطقة ذات ضغط منخفض للمبنى مباشرة باتجاه الرياح؛ بناء عليه اختلاف الضغط الموجود بين الجانب الذي تهب منه الريح والجانب الذي تهب نحوه الريح في مثل هذه الطريقة الهواء سيتحرك خلال المبنى إذا كان الفتحات الموجودة من جانب الضغط العالي ( منطقة الضغط العالي ) إلى جانب الضغط المنخفض.

4. المناور Skylights‏:

المناور وسيلة مفيدة للتهوية فهي تعمل عمل جهاز تهوية وايضاً مفيدة للإضاءة الطبيعية و هي وحدات تجارية جائزة الفتح إلى الدرجة المطلوبة ومانعة للتسرب أثناء الغلق وتحفظ الرطوبة خارجاً مع تخفيض التسرب وعادة ما يستخدم نوعية الزجاج المزدوج لزيادة العزل وفكرة عملها عند ضغط النابض أو الزنبرك يفتح السنور لأعلى وحجز السلسلة المستخدمة لضبط الفتح والغلق.

التهوية الطبيعية:

 هي التدفق السلبي المتعمد للهواء الخارجي إلى المبنى من خلال الفتحات المخطط لها (مثل الفتحات والأبواب والنوافذ). التهوية الطبيعية لا تتطلب أنظمة ميكانيكية لتحريك الهواء الخارجي. بدلاً من ذلك ، يعتمد كليًا على الظواهر الفيزيائية السلبية ، مثل ضغط الرياح ، أو تأثير المكدس . قد تكون فتحات التهوية الطبيعية ثابتة أو قابلة للتعديل. يمكن التحكم في الفتحات القابلة للتعديل تلقائيًا (آليًا) ، أو التحكم فيها من قبل الركاب (قابلة للتشغيل) ، أو مزيج من الاثنين معًا.

أنواع التهوية الطبيعية

التهوية الطبيعية هي استخدام أنظمة صديقة للبيئة لا تتطلب أي حلول آلية أو ميكانيكية. بالإضافة إلى كونها أكثر إيكولوجية ، فإن التهوية الطبيعية هي أيضًا أكثر فعالية من حيث التكلفة ، وتعتمد على عوامل خارجية طبيعية مثل الرياح ودرجة حرارة المساحة الداخلية ومحيطها.  

التهوية أحادية الجانب:

هي استخدام فتحات على جانب واحد من المبنى. يستخدم هذا لتهوية مساحة المشاريع ذات المساحة المحدودة بشكل طبيعي. تُستخدم أنظمة التهوية أحادية الجانب أيضًا في المشاريع التي لا يمكن فيها توفير تهوية متقاطعة ، بسبب القيود الهيكلية أو البيئية. ضع في اعتبارك أن هذا النوع من التهوية يولد أقل دوران للهواء عندما يتعلق الأمر بأنظمة التهوية الطبيعية.

التهوية المتقاطعة:

هي عندما يتم ترتيب الفتحات الموجودة في الهيكل على جدران متقابلة أو متجاورة ، مما يسمح للهواء بالدخول من كلا الجانبين ، وعبور الفضاء ، والخروج من الاتجاه المعاكس. يستخدم هذا النظام عادة في المباني الواقعة في مناطق مناخية ذات درجات حرارة أعلى ، حيث أنه يخلق تجديدًا مستمرًا للهواء داخل المبنى ، مما يقلل من درجة الحرارة الداخلية. 

وظائف التهوية الطبيعية

التهوية الطبيعية وحركة الهواء تحقق ثلاثة وظائف هي :

1. التزويد بالهواء النقي والصحي.

2. تبريد أو تدفئة المباني من الداخل بتيارات الحمل وهذا يتأتي عندما يكون هناك فرق في درجة الحرارة بين الداخل والخارج أي أنه حتى يتم تبريد المبني من الداخل يجب أن تكون درجة الحرارة في الخارج أقل برودة من الداخل والعكس صحيح أي أنه إذا أردنا تدفئة المبنى من الداخل يجب أن تكون درجة الحرارة في الخارج أعلى منها في الداخل وهذا الفرق في درجات الحرارة يعتمد على مدى تغير درجات الحرارة خلال اليوم

قوة إنتاج التهوية الطبيعية في المباني تنتج من تغيير الهواء بسبب الاختلاف في درجات الحرارة وهو مايعرف بتأثير المداخن stack effect‏؛ عندما الهواء الداخلي الدافئ الخفيف يستبدل بالهواء الخارجي البارد الكثيف وكذلك بحركة الهواء أو انسيابه نتيجة الاختلاف في الضغط بينما حركة الهواء ذات السرعة البطيئة نسبياً والناتجة من القوى الحرارية stack effect ممكن تكفي لكل من التزويد بالهواء النقي والتبريد بالحمل؛ فقط قوة الطبيعة التي نستطيع الإعتماد عليها لأجل هذا الغرض ( التأثير الديناميكي ) للرياح وكل المجهودات الضرورية لتعمل على اصطياد أكبر قدر ممكن من الرياح

ومن هنا نستنج أن الأهمية الحتمية للتهوية ممكن الحصول عليها بثلاث طرق مختلفة وهي :

1. بواسطة تأثير المداخن stack effect كنتيجة لتغيير ضغط تبعاً لتغير درجات الحرارة

2. بواسطة ضغط الرياح والتيارات الهوائية .

3. بطرق ميكانيكية

التهوية الميكانيكية:

هي التدفق المتعمد الذي تحركه المروحة للهواء الخارجي إلى المبنى. قد تشتمل أنظمة التهوية الميكانيكية على مراوح إمداد (تدفع الهواء الخارجي إلى داخل المبنى) ، أو مراوح العادم (التي تسحب الهواء من المبنى وبالتالي تتسبب في تدفق تهوية متساوية إلى المبنى) ، أو مزيج من الاثنين معًا. غالبًا ما يتم توفير التهوية الميكانيكية بواسطة معدات تُستخدم أيضًا لتسخين وتبريد الفضاء.

في هذا النوع من التهوية يدخل الهواء الخارجي للمبنى بواسطة مراوح الشفط المتوفرة داخل المطابخ والحمامات.

ومن خلال أنظمة التهوية والتكييف المركزية، ويكون الهدف من التهوية الميكانيكية للمبنى تحقيق ما يلي:

1. توفير جو بيئي مريح وصحي.

2. ضبط درجات الحرارة ومستوى الرطوبة داخل المبنى.

3. ضبط الفرق في درجات الحرارة ما بين هواء الداخل والخارج ليظل هواء الداخل مناسباً ومريحاً بصفة مستمرة.

4. سحب الأدخنة والحرارة والروائح والملوثات من داخل المبنى.

وفي هذا النوع من التهوية يُسحب أيضاً الهواء الداخلي للمبنى بواسطة مراوح شفط من خلال ممرات هوائية خاصة Ducts، ويستبدل بهواء خارجي يمير من خلال فلاتر تنقية قبلم روره على وحدات التبريد.

أولا التهوية الميكانيكية ذات الانتزاع البسيطة:

يستخدم في هذا النظام مروحة سحب الهواء من داخل الفراغ المعماري وإخراجه من خلال المروحـة إلـى الخارج، حيث توضع هذه المروحة على الحائط الخارجي أو السقف أو فوق القران الغارات.

على المهندس المعماري دراسة مكان شكل المراوح من الداخل والخارج، والله بالنسبة إلى اتمات الأبواب والشبابيك والواجهة من الخارج، وذلك لضمان تحرك الهواء في الفراغ بشكل جيد. ولضمان عدم دخول الروائح إلى الفراعات الداخلية.

ثانيا/ التهوية الميكانيكية ذات الانتزاع المركزي:

يستخدم في هذا النظام عدة مكونات رئيسية مثل المجاري هوائية (Grille ) والمراوح .

يوجد لهذا النظام فراغ خاص (غالبا فوق السطح) حيث يوضع فيه المراوح المركزية التـي يخرج منهـا:

المجاري هوائية (Grille ) من خلال فراشات رأسية وأفقيـة ‏(ducts) والتي يتم تحديدها من خلال المهندس المعماري بمـا يتناسب مع التصميم الداخلي، ويتم توزيع هذه المجاري على كل الفراغات المراد تهويتها مع الأخذ بعين الاعتبار التصميم الداخلي ونوع ! النشاط داخل كل فراغ .

1. على المهندس المعماري دراسة . الأنشطة داخل الفراغات المعمارية الموجودة في المسقط الأفقي

2. يفضل ربط جميع الأنشطة المتشابهة في الوظيفة ووقت التشغيل على خط تهوية واحد. 

3. الأخذ بعين الاعتبار مساحة ومكان الفراغات الرأسية والأفقية (ducts) التي ستمر بها القنوات الهوائية جميع ‏.(Grilles)‏

4. الأخذ بعين الاعتبار أماكن توزيع فتحات التهوية داخل كل فراغ (DEFUSAR)، وذلك بالنسبة إلـى فتحات الأبواب والشبابيك، وذلك لضمان تحيرك الهواء في الفراغ بشكل جيد، ولضمان عـدم دخـول الروائح إلى الفراغات الداخلية.

مكونات نظام التهوية الميكانيكية ذات الانتزاع المركزي:

1. فتحات توزيع الهواء

2. المجاري الهوائية (القنوات)

3. فراغ المجاري الهوائية (الأفقي والرأسي)

4. الفلتر (يستخدم في حالة الضخ وليس الشقط)

5. المراوح

المراجع:

العناصر المؤثرة على الفراغات الداخلية

اشراف : د.م عماد  _ تقديم : الياس سكاف

كتاب التهوية الميكانيكية

استراتيجيات ووسائل تحريک وتدوير الهواء داخل المباني

ثابت, احمد, رياض

مجلة العمارة والفنون والعلوم الإنسانية, 2022