بشكل أساسي، يمكن تقسيم التهوية الطبيعية التي يمكن تطبيقها على المباني إلى نوعين: طرد الهواء بفعل الرياح وتهوية بفعل الطفو الحراري. كلا أنواع التهوية الطبيعية تنجم عن اختلافات الضغط الهوائي التي تتشكل بشكل طبيعي، وتتطلب تصاميم معمارية مختلفة لتعظيم فعالية هاتين الطريقتين للتهوية الطبيعية.
طرد الهواء بفعل الرياح
عندما تهب الرياح نحو الجزء الأمامي من المبنى، يتم توليد منطقة ضغط إيجابية على الجانب المعرض للرياح بسبب عرقلة سطح المبنى. بعد تحويل تدفق الهواء، يتجاوز جوانب وسقف المبنى، ويتم توليد منطقة ضغط سلبية على هذه الجوانب والخلف. يستخدم طرد الهواء بفعل الرياح الفارق في الضغط بين الجانب المعرض للرياح والجانب المعاكس له من المبنى لتحقيق تهوية طبيعية للمبنى.
تهوية بفعل الطفو الحراري
نظرًا لعدم استقرار الرياح الطبيعية، أو بسبب تأثير المباني الشاهقة والنباتات المحيطة ومساحة النافذة غير الكافية للمبنى، يجب مراعاة مبدأ تهوية بفعل الطفو الحراري لتسريع التهوية. مبدأ تهوية بفعل الطفو الحراري هو أن الهواء الساخن يرتفع ويتم تصريفه من فتحات التهوية في أعلى المبنى، ويدخل الهواء البارد النقي من الخارج إلى الغرفة من مدخل الهواء في أسفل المبنى، مما يشكل حركة تدفق هوائي متواصلة في الداخل. وهذا يعني أن التهوية تتم عن طريق استخدام الفرق في كثافة الهواء الناجمة عن الفرق في درجة حرارة الهواء الداخلي والخارجي والفرق في الارتفاع بين المدخل والمخرج.
عند استخدام تصميم تهوية بفعل الطفو الحراري، يجب مراعاة أن يتم تعيين مدخل الهواء لتدفق الهواء في وضع منخفض في الغرفة، ويجب تعيين مخرج الهواء على الجانب الآخر للغرفة مواجهًا لمدخل الهواء، وفي وضع مرتفع. يجب أن يجعل الارتفاع العمودي بين مدخل الهواء ومخرج الهواء استخدامًا كاملاً لمبدأ الطفو الحراري، باستخدام الفتحات السقفية أو فتحات السقف. طريقة تهوية بفعل الطفو الحراري لا تعتمد على قوة الرياح. في الصيف الخالي من الرياح، يمكن للطفو الحراري الذي يتشكل بشكل طبيعي أن ينتج تدفق هواء نسبيًا مستقر. بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لأن تأثير الطفو الحراري لا يعتمد على ضغط الرياح واتجاه الرياح، يمكن أن يكون هناك حرية أكبر في تعيين مدخل الهواء.
يمكن أن يخلق شكل المبنى ضغطًا هوائيًا، مما يدفع بفعالية تدفق الهواء من خلال الجزء المفتوح من المبنى. بالطبع، هناك العديد من الاعتبارات الأخرى لتصميم تهوية المباني. في إرشادات التصميم للعديد من اللوائح البنائية، عادة ما تُعطى الاقتراحات التالية:
1. توجيه وموقع المبنى: عندما يكون الحاجة إلى زيادة القدرة على التهوية إلى الحد الأقصى، يجب اختيار موقع عرضي للمبنى، وعند تصميم توجيه المبنى، يجب تصميم الجدار المعرض للرياح ليكون عموديًا على اتجاه الرياح الصيفي المحلي
2. شكل وحجم المبنى: لا يمكن تصميم المباني التي تستخدم التهوية الطبيعية بشكل عميق جدًا، وإلا سيكون من الصعب توصيل الهواء النقي إلى كل جزء من المبنى
3. اعتبارات أخرى: نوع واستخدام النوافذ، نوع وشكل وحجم الفتحات؛ طرق البناء والتفاصيل؛ العناصر الخارجية؛ الاعتبارات للتخطيط الحضري
في تصميم التهوية الطبيعية، يجب الاستفادة الكاملة من مفاهيم التصميم للطريقتين للتهوية المذكورتين أعلاه، القيادة بواسطة الرياح والطفو الحراري. تشمل الاعتبارات في التصميم ما يلي:
1. تقليل عوائق مدخل الهواء من الخارج (مثل النباتات أو العوائق في الموقع) أو من الداخل (مثل الأثاث والحواجز الداخلية) لزيادة تداول الهواء
2. يجب تعيين مدخل الهواء ومخرج الهواء للغرفة في المنطقة ذات الضغط المعاكس للغرفة، بما في ذلك الفتحات على الجدار المعرض للرياح والجدار المعاكس له، أو الفتحات على الجدار المعرض للرياح والسقف
3. يجب أن تحتوي جميع الغرف على مدخل هواء ومخرج هواء، ويجب أن يكون على الأقل واحد من الفتحات مجهزًا بنافذة قابلة للتعديل للتحكم في تدفق الهواء. يجب تعيين مدخل الهواء في وضع أدنى في الغرفة؛ يجب تعيين مخرج الهواء على الجانب الآخر مواجهًا لمدخل الهواء وفي وضع أعلى
من أجل بناء نظام تهوية أكثر موثوقية وأقل تكلفة وأكثر كفاءة في استهلاك الطاقة، يجب علينا فهم بوضوح القيود المفروضة على المبنى واستخدام استراتيجيات التصميم المختلفة المذكورة أعلاه لدمجها في تصميم المبنى. تشمل القيود على المبنى الجوانب التالية: نوع المبنى، البيئة المحلية، المناخ واللوائح البنائية. من خلال معرفة هذه المتطلبات، يمكن للمصممين تحديد حجم المراوح وفتحات المبنى والقنوات التهوية.
1. نوع المبنى: غرض المبنى، توجيه المبنى المقترح ومظهره، وحجم وموقع النوافذ.
2.البيئة المحلية: اتجاه الرياح المحلي الشائع، جودة الهواء، والهياكل المحيطة بالمبنى المقترح
3. المناخ: درجة الحرارة المحلية والرطوبة
4. قواعد البناء: القواعد المحلية، المعايير (مثل معايير ASHRAE) أو الإرشادات. تحدد الإرشادات التصميمية متطلبات التهوية المحددة عادة. تشمل متطلبات التهوية: الحد الأقصى المسموح به لتركيز الملوثات الهوائية، معدل توليد الحرارة، ومعدل تجديد الهواء، إلخ.
