خنک کردن شهرهای قرن بیست‌ویکمی به کمک معماری باستانی

پدیده افزایش دمای جهانی و تأثیرات جزایر گرمایی شهری روزبه‌روز آشکارتر و خطرناک‌تر می‌شوند، فضاهای عمومی که حدود ۳۰ درصد از شهرها را تشکیل می‌دهند، بیشتر در معرض خطر هستند و به همین دلیل پتانسیل بیشتری در ارائه راهکارهای نوآورانه برای افزایش تاب‌آوری شهری فراهم می‌کنند.

به گزارش سرویس اخبار فناوری عمران سایت شات ایکس و به نقل از ایمنا درحالی‌که جهان به‌دنبال راهکارهای پایدار و سازگار با محیط‌زیست برای چالش‌های اقلیمی است، شگفتی‌های معماری باستانیبه‌دلیل استفاده هوشمندانه از منابع طبیعی توجه زیادی را به خود جلب کرده است و در این میان،بادگیرها و قنات‌ها با سابقه‌ای هزارساله رابطه هماهنگ بین معماری و محیط را در استفاده از جریان باد و آب برای تهویه، خنک‌کنندگی و آسایش در مناطق گرم به نمایش می‌گذارند.

بادگیرها

بادگیر یا برج بادی که از مناطقی با آب‌وهوای گرم‌وخشک مانند خاورمیانه و بخش‌هایی از آسیای شرقی سرچشمه می‌گیرد، قرن‌هاست که برای کاهش دما و تهویه طبیعی استفاده می‌شود. برای مثال در مناطق خاصی از هند اصطلاحات برج باد و کاخ باد برای فضاهای خصوصی با تهویه غیرفعال برای خانواده سلطنتی استفاده می‌شد.

این سازه‌ها معمولاً از ساختاری برج‌مانند با دریچه‌هایی در بالای سازه تشکیل شده‌اند که وقتی باد وارد دریچه‌ها می‌شود، از طریق مجاری داخلی برج به سمت پایین هدایت می‌شود، به‌دلیل کاهش فشار هوا سرد می‌شود و سرعت جریان آن افزایش می‌یابد.

مفهوم بادگیر حول محور استفاده از جریان طبیعی باد و اختلاف دما برای تسهیل تهویه و سرمایش در ساختمان‌ها است و از هیچ‌گونه منبع انرژی تجدیدناپذیری استفاده نمی‌کند و همین امر آن را به یک راه‌حل پایدار تبدیل کرده است.

طراحی پیچیده بادگیر ها کارایی آنها را به حداکثر می‌رساند، داخل برج باید بافل‌ها، پره‌ها و دریچه‌ها به‌صورت استراتژیک برای هدایت و تنظیم جریان هوا قرار بگیرند. گردش مداوم هوای تازه نه‌تنها دما را کاهش می‌دهد، بلکه به بهبود کیفیت هوا نیز کمک می‌کند.

قنات‌ها

یکی دیگر از راه‌حل‌های غیرفعال خنک‌سازی قدیمی تونل‌های زیرزمینی موسوم به قنات است که قدمت آن به سه هزار سال پیش بر می‌گردد و ریشه آن در ایران است، قنات‌ های اولیه که به‌صورت دستی با کلنگ و بیل ساخته می‌شدند، در ایران، افغانستان، چین، عمان و امارات ظاهر شدند و سپس در مناطق خشک سراسر جهان گسترش یافتند.

این فناوری باستانی از شبکه‌ای از کانال‌های زیرزمینی با عمق ۲۰ تا ۲۰۰ متر زیر سطح کویر تشکیل می‌شود که آب را از ارتفاعات بالاتر به ارتفاعات پایین‌تر منتقل می‌کند. این کانال‌ها از نیروی جاذبه برای انتقال آب استفاده می‌کردند و مجموعه‌ای از شفت‌های عمودی امکان دسترسی به آب و نگهداری از آن را فراهم می‌کردند.

نظام قنات با تعامل اجتماعی همراه بود و قنات‌ ها درواقع محل اجتماع مردم و بازی کودکان بودند. علاوه بر این، سیستم قنات باستانی آبیاری در محیط‌های بیابانی را امکان‌پذیر می‌کرد، به کشاورزی اجازه شکوفایی می‌داد و حس همکاری جامعه را تقویت می‌کرد.

ساخت خوشه‌های ساختمانی نیز یکی دیگر از راهکارهای مبتنی‌بر طبیعت برای خنک‌سازی است که با جلوگیری از تابش گرمای مستقیم خورشید به ساختمان‌ها، منجر به کاهش دما می‌شود. ساختمان‌ها برای به حداکثر رساندن سایه روی زمین، بدون فاصله در کنار هم قرار می‌گیرند و دیوارهای ضخیم سرامیکی یا آجری به افزایش ارزش عایق‌بندی ساختمان و خنک نگه داشتن فضای داخلی کمک می‌کنند.

راهکارهای ابتکاری شهرها برای خنک‌سازی هوا

آب‌وهوای گرمسیری چالش‌های مهمی را برای محیط‌های شهری ایجاد می‌کند و تأثیرات جزیره گرمایی شهری که باعث می‌شود مراکز شهری دما را ۱۰ تا ۲۰ درجه سانتیگراد گرم‌تر از حومه شهر احساس کنند، این شرایط را در مراکز شهرها و مناطق پرجمعیت تشدید می‌کند.

استراتژی‌های طراحی غیرفعال، که از عناصر طبیعی و ویژگی‌های معماری برای حفظ آسایش بدون تکیه بر سیستم‌های انرژی‌بر استفاده می‌کنند، برای کاهش گرمای شهری ضروری است. هند، امارات و اسپانیا ازجمله کشورهایی هستند که برای افزایش پایداری استراتژی‌های غیرفعال مبتنی‌بر ایجاد سایه، ادغام آب، جریان هوا و پوشش گیاهی را در اولویت برنامه‌های خود قرار داده‌اند و به دنبال احیا و تطبیق عناصر معماری سنتی و ترکیب آنها با نیازهای مدرن شهری هستند.

ایجاد محیط‌های شهری انعطاف‌پذیر در امارات متحده عربی

امارات متحده عربی در یکی از گرم‌ترین آب‌وهوای جهان، با تغییرات آب‌وهوایی و تشدید گرما روبه‌رو است. از آنجایی که مردم امارات به دنبال فضاهای دارای تهویه مطبوع هستند، ترویج فرهنگ سالم در فضای باز در شهرهای گرم مانند ابوظبی فرصت جدیدی برای بازنگری در فضاهای عمومی ایجاد کرده است.

طرح ابتکاری تاب‌آوری اقلیمی ابوظبی یک برنامه بهبود فضای عمومی در سطح شهر است که بر بهبود سطوح آسایش حرارتی عابران پیاده در فضای باز در سه پروژه آزمایشی پارکلت، میدان مسجد و یک تقاطع شهری تمرکز دارد.

روش خنک‌کننده چند لایه

یک طرح آزمایشی در ابوظبی بر اساس لایه‌بندی چند راهکار خنک‌سازی شامل ایجاد سایه، خنک‌کننده تبخیری، خنک‌کننده رسانشی و خنک‌کننده همرفتی و تابشی است. در این طرح سه پروژه پارکلت، میدان مسجد و تقاطع شهری، برای ایجاد مناطق خنک در سطح شهر طراحی شده‌اند که سطح رفاه و آسایش عابران پیاده را در ساعات اوج گرما بهینه می‌کنند.

طراحان چند استراتژی خنک‌کننده را در سطوح و لایه‌های مختلف اجرا می‌کنند تا یک اکوسیستم جامع از مناطق خنک ایجاد کنند که زمان راحتی عابر پیاده در فضای باز را بهینه‌سازی و ارتقا می‌دهد.

سایه‌بان‌های نوآورانه

امارات در حال تأسیس ساختارهای سایه‌بان عمودی است و نمونه آن در پروژه آزمایشی تقاطع شهری اجرا شده است. این سازه‌ها با الهام از تکنیک‌های سنتی مانند روش بافت آل سادوی مردم بادیه‌نشین و برای محافظت از عابران پیاده در برابر نور خورشید در زوایای کوتاه و بلند طراحی شده است و در عین حال فضاهای جمعی جذابی را برای گردهمایی شهروندان ایجاد می‌کند.

ادغام مواد و پوشش گیاهی

رویکرد ابوظبی شامل انتخاب دقیق مواد با آلبدو یا درصد بازتاب نور بالا و انتشار کم برای کاهش جذب گرما است. طراحان از سنگفرش‌های بتنی سبک و دیوارهای آلومینیومی در ترکیب با گیاهان و درختان بومی برای ایجاد ریزاقلیم‌های خنک‌تر از محیط اطراف استفاده می‌کنند.

بادگیرهای پرتکرار دبی

بادگیرهای چهارجهته در سراسر دبی دیده می‌شوند و اغلب دارای میله‌های چوبی هستند که از کناره‌های بادگیر بیرون زده است و برای نصب پارچه و هدایت مؤثرتر جریان هوا استفاده می‌شود. حتی زمانی که باد نمی‌وزد، این برج‌ها به‌عنوان دودکش‌های خورشیدی عمل می‌کنند و هوای گرم را از سطح زمین به سمت بالا هدایت می‌کنند.

امروزه معماری بادگیر ها به‌صورت انتزاعی و به‌عنوان نوعی تزئین به ساختمان‌ها اضافه می‌شود. برای مثال، در سازه‌های با کاربری مختلط، فضاهای خالی برای بادگیر ها استفاده می‌شود و در بخش‌های جدیدتر شهر، برج‌های بادی در عمارت‌های بزرگ‌تر و با اهداف زیبایی‌شناختی ساخته می‌شوند.

هند و افزایش تاب‌آوری

هند که در حال دست‌وپنجه نرم کردن با دمای بی‌سابقه تابستانی است، نیاز شدید به طرح‌های ابتکاری خنک‌کننده دارد که رویکردی چندوجهی از دانش سنتی و فناوری مدرن را در برنامه‌ریزی شهری با مشارکت جامعه و اقدامات فردی در مقیاس وسیع ترکیب کند.

گرماگیرهای سنتی هند

چندین شهر در هند به‌طور سنتی از بائولیس یا چاه‌های پلکانی استفاده می‌کنند، مخازن آبی مثل آب‌انبار قنات‌ ها که با پایین رفتن از پله‌ها می‌توان به آب ذخیره‌شده در آنها دست یافت. این راهکار طبیعی آب‌های زیرزمینی را تغذیه و محیط اطراف را خنک می‌کند.

بائولی‌ها در قدیم به‌عنوان مراکز اجتماعی کاربرد داشتند و جوامع را به هم نزدیک می‌کردند، ارتباطات را تقویت و به روش‌های مختلف مردم را از گرما نجات می‌دادند. احیای این سازه‌ها، جوان‌سازی بدنه‌های آبی موجود طبیعی یا ساخته‌شده و ادغام مجدد آن‌ها در محیط‌های شهری می‌تواند تأثیر بسزایی بر کاهش دمای شهرها داشته باشد.

تخصیص فضا برای ساخت چاه‌پله‌های جدید باید بر اساس پتانسیل نفوذ آب در آن منطقه باشد، زیرساخت‌های مدرن با الهام از بائولی‌های سنتی هندی می‌توانند از ویژگی‌های آب و پوشش گیاهی به‌عنوان جاذب گرما در مناطق شهری استفاده کنند و در عین خنک‌سازی فضاهای شهری، تغذیه منابع آب زیرزمینی را توسعه دهند.

طراحی تونل آبی باستانی در سویل

دمای هوا و موج‌های گرما در شهر سویل اسپانیا به‌شدت در حال افزایش است و فناوری زیرزمینی سه هزار ساله به کمک این شهر آمده است تا یک سیستم تهویه مطبوع مدرن راه‌اندازی و خیابان‌های شهر را خنک کند.

یک گروه تحقیقاتی در سویل در تلاش هستند تا با الهام از معماری باستانی خاورمیانه از سیستم‌های پایدار قنات، راهکاری برای خنک کردن فضاهای عمومی شهر ارائه دهند. نگاه این گروه به قنات، نه برای آبیاری و کشاورزی، بلکه برای خنک‌سازی خیابان‌های شهر و همچنین اهداف گردشگری است.

این گروه مکانی را برای آزمایش تأثیر این فناوری بر کاهش دما در فضای بیرونی بدون تکیه بر فناوری‌های انرژی‌بر انتخاب کردند؛ منطقه‌ای در شمال غربی شهر سویل که زمانی محل برگزاری نمایشگاه سویل ۱۹۹۲ بود و ۴۱ میلیون بازدیدکننده را به خود جذب کرد و در حال حاضر محل یک دانشگاه، یک آمفی‌تئاتر و یک مجتمع تحقیق و توسعه است که ۱۵ هزار نفر در آن مشغول به کار هستند.

پروژه آزمایشی CartujaQanat در این منطقه با الگوبرداری از سیستم قنات ایرانی، به دنبال خنک کردن دمای فضایی به اندازه دو زمین فوتبال به میزان شش تا هفت درجه سانتیگراد است. این پروژه پنج میلیون یورویی شامل یک کانال ۲۰ متری زیر زمین است که آب را به گردش در می‌آورد، اما هدف انتقال آب نیست. دریچه‌های عمودی در امتداد کانال خنکی آب را به سمت بالا هدایت می‌کنند و به این وسیله دمای زمین را کاهش می‌دهند.

کلید تکنیک‌های کنترل آب‌وهوا چرخه روز و شب است. در طول شب، آب زیرزمینی با دمای طبیعی پایین خنک می‌شود. مقداری از آب به پشت‌بام یک آمفی‌تئاتر پمپاژ می‌شود که با پنل‌های خورشیدی پوشانده شده است. در روز، پمپ‌های خورشیدی آب خنک‌شده را به بالای سطح زمین می‌برند و از طریق لوله‌های کوچک به مجموعه‌ای از نازل‌ها در حوضچه‌های کوچک آب انتقال می‌دهند و آنجا آب را به هوا می‌پاشد تا با تبخیر آب، هوا خنک شود.

پوشش گیاهی کاشته‌شده در دیوارهای داخلی نیز از طریق تعرق به خنک شدن هوا کمک می‌کنند. طراحان این پروژه امیدوار هستند که این فضا تبدیل به یک پناهگاه آب‌وهوایی مشترک برای دانشجویان دانشگاه و افرادی شود که در شرکت‌های اطراف کار می‌کنند و فعالیت‌های خارج از منزل در ماه‌های گرم را ممکن سازد.

بارجیل در کشورهای حوزه خلیج فارس

تأسیسات بارجیل یا برج باد، رویکرد سنتی امارات و کشورهای حوزه خلیج فارس برای تهویه مطبوع نسبت به روش‌های الکتریکی مورد استفاده در خیابان‌ها است. این سازه‌ها با ارتفاع ۶ متری و از لایه‌های مقوای بازیافتی و ورقه‌های آلومینیومی ساخته شده و به‌عنوان برداشتی مدرن از برج‌های بادی موجود در کشورهایی نظیر ایران طراحی شده است و به همان روش بارجیل سنتی عمل می‌کند.

بادگیر در بالای سازه باد را به دام می‌اندازد و آن را به سمت پایین هدایت می‌کند تا نسیم خنکی به فضا بیاورد. این خنک‌کننده غیرفعال ذاتاً پایدار است زیرا حتی در شب توسط نوارهای LED تعبیه شده در لایه‌های مقوا روشن می‌شود.