تقنيات التصميم السلبي في العمارة الحديثة

في زمن يُعيد فيه المناخ تشكيل ملامح المدن، تبرز العمارة كصوت واعٍ يتحدث بلغة الضوء والهواء. التصميم السلبي ليس رفاهية، بل فلسفة توظف الطبيعة كحليف لإبداع مبانٍ مستدامة. من أبوظبي إلى ميلانو، التجارب تؤكد أن الاستدامة هي جوهر إبداع القرن 21.

تقنيات التصميم السلبي في العمارة الحديثة:

في ظل التغيرات المناخية العالمية والاهتمام المتزايد بالحفاظ على البيئة، يبرز التصميم السلبي في العمارة كنهج معاصر يهدف إلى خلق بيئات داخلية مريحة مستفيدة من العناصر الطبيعية مثل الضوء، الهواء والحرارة، عوضًا عن الاعتماد المفرط على الأنظمة الميكانيكية التقليدية.

يعتمد هذا النهج على استغلال العوامل البيئية بذكاء، مثل توجيه المبنى نحو الشمس، واستخدام مواد عازلة عالية الأداء، وتوظيف التهوية الطبيعية والكتلة الحرارية وأجهزة التظليل، للحد من الحاجة إلى التدفئة والتبريد الميكانيكي، مما يساهم مباشرة في خفض استهلاك الطاقة وتعزيز الاستدامة البيئية.

يتناول هذا المقال تحليل مفاهيم وتقنيات التصميم السلبي مع التركيز على المبادئ النظرية والتطبيقات العملية التي أثبتت فعاليتها في بيئات مناخية متنوعة. كما يستعرض أمثلة مشاريع ناجحة من عدة دول، توضح كيف تحولت الأفكار النظرية إلى حلول تصميمية مبتكرة تحقق فوائد بيئية، اقتصادية واجتماعية ملموسة.

يهدف المقال إلى إبراز الإمكانات الكبيرة للتصميم السلبي، ودوره في تطوير نماذج بناء تتماشى مع تحديات البيئة الحالية وتطلعات المستقبل نحو عالم أكثر استدامة.

ما هو تصميم المباني السلبي؟

يعتمد التصميم السلبي المعاصر على فهم المناخ والاستفادة من الموقع والشكل والتفاصيل ومواد البناء لإنشاء مبانٍ تحقق التميز التصميمي مع تقليل الحاجة إلى المعدات المستهلكة للطاقة لتوفير الراحة والصحة. إن تقليل الحاجة إلى الطاقة يجعل من الممكن تقليل حجم أنظمة التدفئة والتهوية والتكييف (HVAC)، واختصار فترات التشغيل والمواسم، وتقليل طول فتحات التهوية، وفي بعض الحالات القضاء على المعدات بشكل كامل. يمكن للتصميم السلبي أن يعني تحويل التكاليف الأولية من المعدات إلى تحسين غلاف المبنى، ويتطلب التركيز أولاً على العمارة قبل الاعتماد على الأنظمة النشطة.

استراتيجيات التصميم السلبي الرئيسية:

1. التوجيه وإضاءة الشمس:

يُعد تصميم المباني بحيث تواجه الاتجاه الصحيح أمرًا بالغ الأهمية.

في معظم المناخات، يُسهم توجيه مساحات المعيشة نحو الجنوب (في نصف الكرة الشمالي) في امتصاص الدفء في الشتاء وتجنب أشعة الشمس الحارقة في الصيف.

2. الكتلة الحرارية:

تستطيع مواد مثل الخرسانة والطوب والحجر امتصاص الحرارة وتخزينها خلال النهار وتحرير هذه ليلًا، مما يُحافظ على استقرار درجات الحرارة الداخلية.

3. العزل الحراري وإحكام التهوية:

يحافظ الغلاف العازل والمحكم جيدًا على الحرارة داخل المبنى خلال الشتاء وخارجه خلال الصيف. وهذا يُخفف العبء على أنظمة التدفئة والتبريد.

4. التهوية الطبيعية:

تُوفر النوافذ وفتحات التهوية الموزعة بشكل استراتيجي تهوية متبادلة، مما يُبرّد المساحة دون الحاجة إلى استخدام المراوح أو مكيفات الهواء.

5. التظليل والأسقف المعلقة:

يمكن لعناصر بسيطة مثل أسقف المعلقة أو المظلات أو الأشجار الموسمية أن تحجب شمس الصيف، ولكنها تسمح بدخول ضوء الشمس في الشتاء، مما يُساعد على تنظيم درجة الحرارة بشكل طبيعي

6. توضع النوافذ ونوع الزجاج:

تسمح النوافذ عالية الأداء، عند تركيبها في الأماكن المناسبة، بدخول الضوء والحرارة مع تقليل اكتساب أو فقدان الحرارة غير المرغوب فيه.

مدينة الشيخ خليفة الطبية:

هي مجمع مدينة طبية بمساحة 3 ملايين قدم مربع، صممته شركة سكيدمور، أوينغز وميريل (SOM) .

الموقع: أبوظبي

المناخ: مناخ صحراوي جاف

استراتيجيات تصميم المباني السلبية المُطبقة:

1. استخدام المظلات: تتنوع المظلات الخارجية التي تُميز واجهات أبراج غرف النوم، من الإيقاع البسيط للمستشفى العام، إلى الألوان والأنماط المرحة لمستشفى الأطفال، وصولاً إلى الأشكال الهندسية المعقدة المستوحاة من المشربية لمستشفى النساء.

2. استخدام المواد الطبيعية: استُخدمت المواد الطبيعية في جميع أنحاء الموقع.

3. دمج الطبيعة في المكان: تُضفي الحدائق المعلقة، والساحات العامة، والشرفات لمسة طبيعية على المكان. استراتيجيات أخرى للتصميم السلبي مطبقة في المشروع: تعمل الإضاءة الطبيعية، وتصميم التهوية السلبية، والتظليل الشمسي، جميعها معًا لتحسين ظروف المكان بشكل سلبي.

منزل ماكس، الهند:

صمم استوديو لوتس مبنى ماكس هاوس،

وهو مبنى تجاري فاخر من ثمانية طوابق حاصل على شهادة LEED الذهبية.

اكتمل المشروع عام ٢٠٢٠.

الموقع: منطقة أوكلا الصناعية في نيودلهي

المناخ: شبه استوائي رطب متأثر بالرياح الموسمية

استراتيجيات التصميم السلبي المُطبقة:

1. استخدام مواد محلية: يعكس ماكس هاوس الحرص على اختيار المواد واستخدامها بكفاءة.

2. غلاف المبنى: صُمم غلاف ماكس هاوس كاستراتيجية ثنائية الأبعاد لتنظيم دخول الحرارة. استُخدمت العديد من الميزات في الواجهة، بما في ذلك بناء الطوب المجوف، وألواح العوارض العازلة، ووحدات الزجاج المزدوج. يُسهم هذا بشكل كبير في خفض تكاليف التشغيل.

3. إدراج مناطق تهوية: تُسهّل مناطق التهوية دوران الهواء النقي بنسبة ٣٠٪ على الأقل فوق الحد الأدنى للمعدلات.

4. استخدام النباتات والمياه المحلية: تولّت شركة ROHA مسؤولية تصميم المناظر الطبيعية للمشروع. يهدف تصميم المناظر الطبيعية إلى استغلال الموارد المتاحة (النباتات المحلية والمياه) والتخفيف من تأثير الجزيرة الحرارية. كما شمل تصميم المناظر الطبيعية شبكة فعّالة لإدارة مياه الأمطار، بالإضافة إلى معالجات لإدارة مياه الأمطار في الموقع.

مبنى الكريستال، لندن:

صممت شركة ويلكنسون آير للهندسة المعمارية هذا الهيكل الزجاجي البلوري، ويمتد على مساحة حوالي 6300 متر مربع. يضم المبنى مساحات عرض، ومرافق مؤتمرات، ومركزًا للابتكار التكنولوجي.

الموقع: لندن، المملكة المتحدة.

المناخ: مناخ محيطي معتدل.

استراتيجيات التصميم السلبي المُطبقة:

1. غلاف المبنى: يهدف غلاف التصميم البلوري إلى عكس سياق المبنى، مع توفير درجة من الشفافية تُساعد على ربطه بمحيطه. ولهذا الغرض، استُخدمت أنواع مختلفة من الزجاج العازل بدرجات متفاوتة من الشفافية.

2. معالجة المياه: يُعزز المشروع تجميع مياه الأمطار وتنقيتها لتصبح صالحة للشرب. كما تُعالج المياه السوداء في الموقع. يتميز المبنى بالاكتفاء الذاتي من المياه بنسبة 90%.

مبنى بوسكو فيرتيكال، ميلانو:

لطالما حلم المهندسون المعماريون والمصممون بالغابات العمودية والزراعة العمودية لتلبية احتياجات إنتاج الغذاء في المناطق الحضرية وتوفير المساحات الخضراء،

ولكن لم يتجاوز أيٌّ منها المخططات الموضوعة قبل مشروع الغابة العمودية في ميلانو.

يتكون المشروع من برجين، يبلغ ارتفاعهما 80 و112 مترًا.

الموقع: ميلانو، إيطاليا.

المناخ: قاري.

استراتيجيات التصميم السلبي المُطبقة:

1. الحفاظ على مناخ محلي مثالي: يضم المبنى حاجزًا من النباتات، مما يُساعد على خلق مناخ محلي مناسب. كما يُساعد هذا على تصفية أشعة الشمس والجسيمات الدقيقة الموجودة في البيئة الحضرية.

2. استخدام نباتات متنوعة: استُخدمت مجموعة متنوعة من النباتات في هذا المشروع، والتي تُنتج الرطوبة، وتمتص ثاني أكسيد الكربون والجسيمات، وتُنتج الأكسجين، وتحمي من الإشعاع والتلوث الضوضائي.

3. استخدام الأشجار الموسمية: تُساعد هذه الاستراتيجية في التدفئة والتبريد.

برج الأرض، كندا:

تهدف ناطحة السحاب الكندية، المكونة من 40 طابقًا، إلى التفوق على جميع مباني الأخشاب الشاهقة الحالية. صممت شركة بيركنز+ويل هذا البرج، ويُزعم أنه “أطول برج خشبي في العالم”.

الموقع: فانكوفر، كولومبيا البريطانية.

المناخ: مناخ معتدل، محيطي.

استراتيجيات التصميم السلبي المُطبقة:

1. نهج هجين: يهدف النظام الهيكلي للمبنى إلى استخدام نهج هجين للحد من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري.

2. استخدام مواد مستدامة: استخدم الفريق مزيجًا من الخشب الرقائقي المتقاطع، وخشب الجلولام، والخشب الرقائقي الملتصق.

3. استخدام المساحات الخضراء: على الواجهة الجنوبية للمبنى، أدرج الفريق حدائق مشتركة في كل طابق ثالث، حيث يمكن للسكان التواصل مع بعضهم البعض والاستمتاع بأشعة الشمس والهواء النقي.

يُظهر التصميم السلبي أن الخيارات المعمارية البسيطة – مثل التوجيه، والعزل، والتهوية، والتظليل، والكتلة الحرارية – يمكن أن تجعل المباني أكثر خضرة وراحة. وتثبت الأمثلة من مختلف أنحاء العالم أن ضبط التصميم ليتوافق مع المناخ يُحقق فوائد كبيرة، إذ يُخفض من الحاجة إلى التبريد والتدفئة الآلية. حيث يتيح التصميم السلبي إزالة البصمة الكربونية للمبنى من خلال تقليل الاعتماد على أنظمة التبريد والتدفئة والإضاءة الاصطناعية.