تصميم هياكل وقوف السيارات لتحقيق الاستخدام الأمثل للتخزين الطبيعي والحد من استهلاك الطاقة

تحدي الطاقة في الحدائق الحديثة

وتشكل هياكل وقوف السيارات من بين أكثر أنواع المباني كثافة في الطاقة نظراً لحاجتها المستمرة إلى التهوية الميكانيكية لتعطيل وسحب العادم من المركبات، ولا سيما أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد النيتروجين (NO2). ولا يمكن للمرآب المغلقة أن يستهلك ما بين 20 في المائة و 40 في المائة من مجموع طاقته فقط على عمليات المعجبين، حيث أن بعض التصميمات القديمة تتطلب زيادة كبيرة في حجم الكربون الواحد لكل قدم مربع بالنسبة للزيادات الميكانيكية الثابتة.

وتُعزى الحاجة إلى التهوية إلى رموز الصحة والسلامة على الحياة، مثل مدونة المباني الدولية ورقم 62-1، التي تُلزم أسعار الصرف الجوي بالاحتفاظ بتركيزات ملوثة تحت حدود العتبة، ومع ذلك، فإن العديد من المرآب يُصمم مع مراعاة القليل لتدفق الهواء الطبيعي، ويعتمد بدلا من ذلك على المعجبين الكبار وقطع القنوات التي تُقدّم على مدار الساعة، ونتيجة لذلك، توجد بيئة مبنية تعمل على الرغم من الحركة الطبيعية للهواء.

ويمكن للمصممين الذين يدمجون التهوية الطبيعية منذ البداية أن يقللوا بشكل كبير من حمولات النظام الميكانيكي، وأن يقطعوا فواتير الطاقة بنسبة 30 إلى 60 في المائة، وأن يحسنوا خبرة المستعملين، ويعزز التهوية الطبيعية ضغط الرياح وقوى الطهي لتوفير الهواء النقي وإزالة الملوثات بدون طاقة خيالية، وعندما تقترن باستراتيجيات معمارية مدروسة، فإن هياكل وقوف السيارات يمكن أن تحقق جودة صحية في الهواء داخل المباني التي تعمل على أساس منخفض الطاقة أو حتى صافي الزيادة في عدد المباني.

مبادئ الزرع الطبيعي للهياكل المركّبة

ويعتمد التهوية الطبيعية في مرآب السيارات على قوتين رئيسيتين هما: الضغط على الرياح والزجاج (أثر الحزمة) ويُعتبر فهم كيفية تفاعل هذه القوات مع بناء الهندسة أمراً أساسياً لتحقيق التهوية الفعالة دون مساعدة آلية.

Wind-Driven Ventilation

ويخلق الرياح ضغطا إيجابيا على الجانب الأمامي من المبنى وضغطا سلبيا على الجانب الميسر، إذ يمكن للمصممين، من خلال فتح وجوه عكسية لهيكل وقوف السيارات، أن يخلقوا فرقا في الضغط يدفع التهوية عبر التدفق، وكثيرا ما يتحقق ذلك من خلال فتحات المحيط (النظائر، أو الصمامات، أو الجدران المفتوحة) والفتحات الداخلية التي تسمح بسير الهواء على مسارها.

بوييان - دريفن فيشن (الإصابة الساكنة)

ويرتفع الهواء الحربي بطبيعة الحال لأنه أقل كثافة من الهواء المبرد، ففي مرآب السيارات، والحرارة التي تولدها محركات المركبات، والإشعاع الشمسي على السطح، واستيعاب الحرارة من جانب العناصر الهيكلية، يؤدي إلى تدرج في درجة الحرارة، وإذا كان للمرآب سقف عال أو محركات عمودية مفتوحة أمام الأماكن الأمامية في الأعلى، فإن الهواء الدافئ يمكن أن يفلت من خلال فتحات أعلى، ويضع في الهواء الطلق في فتحات الأمامية بشكل خاص من خلال فتحات الأمامية.

النظم الهجينة (المختلطة)

وفي كثير من المناخات، لا يمكن للتهوية الطبيعية وحدها أن تلبي جميع متطلبات نوعية الهواء على مدار الساعة، ولا سيما أثناء الحرارة القصوى أو الباردة أو التي لا تزال في الهواء، إذ أن النظم الهجينة أو المختلطة تستخدم أجهزة الاستشعار لرصد مستويات الملوث ودرجة الحرارة والرطوبة، ثم فتح النوافذ تلقائيا أو تشغيل المراوح المساعدة لا يمكن أن تؤدي إلا عند الحاجة، وهذا النهج يسمح للجراج أن يعمل في شكل طبيعي محضة في معظم النظم الميكانيكية التي تظهر.

]Key to success is a thorough analysis of local climate data-wind roses, temperature patterns, and prevailing wind directions - to determine the opt balance between natural andميكانيكي ventilation. Tools like computational liquid dynamics (CFD) and building energy modeling help predict air flow patterns and guide design decisions.

استراتيجيات التصميم لتحقيق الاستخدام الأمثل للزراعة الطبيعية

وقد ثبت أن الاستراتيجيات المعمارية والهيكلية التالية تعزز التهوية الطبيعية في هياكل وقوف السيارات، وينبغي النظر فيها في وقت مبكر في تصميم المفاهيم، حيث أن العديد من القرارات تؤثر على التصميم والتداول الهيكليين.

الافتتاحيات وسلسلة الميثان

ومن الأمور الحاسمة وضع الافتتاح وتجميعه، إذ أن فتحات المقياس - سواء كانت مفتوحة تماماً، أو فتحات كبيرة، أو نوافذ قابلة للتطبيق - يمكن توزيعها على جانبي المرآب الطويلين لتعزيز التهوية المتبادلة، كما أن قاعدة الإبهام المشتركة هي توفير ما لا يقل عن 10-20 في المائة من مساحة الأرض كمنطقة مفتوحة صافية على كل موكب.

Design details to maximize effectiveness:]

• فتحات مشرقة لمواجهة الرياح الصيفية السائدة؛ ويتيح السوفان القابل للتعديل التنظيف الموسمي.
• استخدام فتحات فتحة أفقية على طول حواف الشعاع للحفاظ على السلامة الهيكلية مع السماح بالتدفق الجوي بين عصا السيارات.
• تجنب أبراج السلالم المغلقة التي تحجب تدفق الهواء؛ وبدلا من ذلك، استخدام تصميمات من الطوابق المفتوحة مع الخيوط المبررة أو فتحات التهوية المستقلة.
• على مستوى السطح، تركيب فتحات التلال أو فتحات التربين ذات الدفع الريحي لاستنفاد الهواء الدافئ بدون طاقة.

ومن الأمثلة البارزة على ذلك: National Renewable Energy Laboratory (NREL)]، هيكل وقوف السيارات في غولدن، كولورادو، الذي يستخدم مزيجا من الجدران المفتوحة، وفتح فتحات التهوية، وضوءا مركزيا لتهوية جميع المستويات السبعة، ويفي التصميم بمعايير ASHRAE دون وجود مشجعين ميكانيكيين في مناطق وقوف السيارات الرئيسية.

التوجيه في مجال المباني والعُدد

ومن الأفضل أن يكون محور الجراج الطويل منطلقا إلى الاتجاه الريحي السائد خلال موسم ساخنة وملوثة للغاية، وأن يكون شكلاً من أشكال الارتداد البعيدة مع الجانب الطويل الذي يواجه الريح يزيد من الفرق في الضغط، أما بالنسبة للمواقع التي يقيد فيها التوجه، فإن البافلات الداخلية أو المرشدات يمكن أن تعيد توجيه التدفق الجوي.

الاعتبارات المتعلقة بالإجازات: ]

• التقليل إلى أدنى حد من الأجزاء الداخلية والجدارات الصلبة؛ استخدام تشييد الإطار المفتوح مع أعمدة ومصفوفات خرسانية أو حديدية.
• تصاميم لتكون مفتوحة لطوابق الوقوف المتاخمة بدلا من الأنفاق المغلقة، لذلك تتصرّف المنحدرات كمنطقة خليط هواء.
• نزيف في المبني للضغط السلبي
• في المسطحات أو المواقع المتعددة المستويات، ينسق المرآب لاستخدام فتحات المستوى عند الإمكان.

وتوفر البحوث التي أجريت من ASHRAE] Handbook-HVAC Applications (Chapter 15, En closed Vehicular facilities) إرشادات بشأن النسب الدنيا للمناطق المفتوحة استناداً إلى مخططات مواقف السيارات ومعدلات دوران المركبات، مع التقيد بهذه المبادئ التوجيهية مع تجاوز الحد الأدنى حيثما أمكن، يؤدي إلى تحسين نوعية الهواء وأدائه للطاقة.

الأثر الضار والتصميم السطحي

ويصلح التهوية الساكنة أفضل عندما يكون طول المبنى على الأقل من قصتين إلى ثلاث، وتزداد المسافة العمودية بين الفتحتين الأدنى والأعلى إلى أقصى حد، وفي مرآب سيارات يمكن تحقيق ذلك برفع هيكل السقف أو إضافة سقف مزود بمنافذ التلال المستمر، وينبغي أن يُعمد السطح للحد من المكسب الحراري، ولكن سطح سطح مشرق أو معكس يقلل من التدفئة الشمسية ويحسن التدفق الحر.

إن إضافة عطر أو ضياء وسط لا يجلب ضوء النهار في أعماق المرآب فحسب، بل أيضاً يعمل كحلقة رأسية ضخمة للهروب، ويمكن أن تُستغل هذه الأتريا بذوي أوتوماتيكيين يفتحون أثناء الطقس الدافئ ويغلقون أثناء الأمطار أو البرد الشديد، وكثيراً ما يؤدي الجمع بين تأثير الكسر وقوى الرياح إلى إنشاء نظام للتحكم الذاتي: في الأيام الساخنة، والثابتة، يكون التأثير الريحي أقوى.

العيون والعصيان الداخليان

وكل عنصر داخل المرآب يساعد أو يعوق تدفق الهواء، إذ أن العناصر الهيكلية الأساسية - الخريجين، وجدران الماشية، وأجهزة المصعد - المحركات توضع استراتيجياً لتجنب عرقلة الطرق الرئيسية للطيران، وتخلق أكوام الوقوف نفسها طبقة مخروطة؛ ويسمح المجال المفتوح بين المركبات )٤-٢-٧ متراً( بأن يمر الهواء، ولكن تشكيلات وقوف ضيقة يمكن أن تقلل من منطقة تدفق فعالة.

Guidelines for internal layout:]

• الحفاظ على الممرات المتحركة المتسقة مع الاتجاه الريحي السائد؛ وإذا كانت الرياح متقاطعة، ضمان أن تكون الممرات واسعة بما فيه الكفاية (6-7 متراً كحد أدنى) للسماح بالتحرك غير المهزوم.
• تجنب تحديد أماكن الغرف الميكانيكية أو مناطق التخزين في وسط لوحة الأرضية؛ أو دفعها إلى المحيط أو إنشاء مسارات تهوية مخصصة حولها.
• استخدموا الجلازين المشتعلة أو المطوية بدلاً من الجدران الصلبة حول ألبوم السلالم والمصعد
• وبالنسبة للهياكل التي تعمل في مواقف السيارات على خمسة مستويات، ينظر في فتحات عمودية متوسطة في كل طابق ثانوي لمنع الركود في المستويات المتوسطة.

المواد والثدييات الحرارية

المواد ذات الكتلة الحرارية العالية مثل الخرسانة أو حرارة الصدر أثناء النهار وتطلقها ببطء في الليل، وتقلب درجات الحرارة وتخفض حمولة التبريد القصوى، وفي مرآب مهيأ طبيعياً، يمكن أن يكون هذا التخلف الحراري مفيداً بصفة خاصة لأنه يخفض درجة الحرارة التي تؤدي إلى التأثير المهين، غير أن الكتلة الحرارية يجب أن تقترن ببطء حراري في وقت النوم.

أفضل الممارسات: ]

• Exposed concrete ceilings and unpainted structural elements maximize thermal mass.
• استخدام أسطح الخرسانة المحتوية على الضوء لتعكس الإشعاع الشمسي والحد من الامتصاص الحراري.
• إدراج سقف أخضر أو خضراء عمودية على الجدران المعرضة إلى درجات حرارة الهواء المنخفضة المحيطة من خلال التبخر.
• ويمكن تدوين الألواح المعدنية المرتجلة المستخدمة في السواحل المكشوفة مع نهاية عكسية للتقليل من المكاسب الحرارية إلى أدنى حد مع السماح بالتدفق الجوي.

The BuildingGreen] report “Natural Ventilation in Parking Garages” highlights case studies where high —mass open structures in Mediterranean climates achieved comfortable conditions with zeroميكانيكيal cooling.

التقنيات المتقدمة: نموذج لجنة التنمية الحرجية ولجنة التنمية المستدامة

وفي حين أن قواعد الإبهام والأساليب الوصفية المدونة توفر نقطة انطلاق، فإن تحقيق التهوية الطبيعية الموثوقة في هياكل وقوف السيارات يتطلب في كثير من الأحيان إجراء تحليل متقدم، كما أن ديناميات السوائل الحاسوبية تتيح للمصممين أن ينتقلوا إلى التدفق الجوي النموذجي، وتشتت الملوثات، وتوزيع درجات الحرارة لمجموعة من سرعة الرياح، والاتجاهات، والسيناريوهات التي تشغلها.

Key parameters to simulate:]

• وتنتج معدلات انبعاثات المركبات (الغرامات لكل مركبة في الدقيقة) التي تستند إلى معدلات الدوران وأنواع المحركات (الغازولين والديزل والمركبات الكهربائية - الخ) انبعاثات لا تذكر، ولا يزال وجودها يؤثر على الحمولة الحرارية.
• معامل ضغط الرياح للمباني المحددة والمباني المحيطة بها.
• مكاسب حرارة داخلية من الإضاءة والمركبات وهيكل البناء
• Local climate data in the form of typical meteorological year (TMY) files.

وبعد البناء، يكون التكليف ورصد الأداء حاسما لضمان أن يعمل التهوية الطبيعية على النحو المقصود، ويشمل ذلك اختبار الفوارق في الضغط، وقياس أسعار الصرف الجوي باستخدام فك التشفير في الغازات المتبصلة، وتركيب أجهزة استشعار ثاني أكسيد الكربون/ثاني أكسيد الكربون مع التغذية العكسية للتكييف التلقائي للسود أو الانخراط في المراوح الهجينة، ويمكن للعديد من النظم الحديثة لإدارة مواقف السيارات أن تتكامل مع نظم التشغيل الآلي للبناء من أجل تحقيق التوقعات المتعلقة بالطقس على أساس الوقت الحقيقي.

التكامل مع المعالم الأخرى للاستدامة

ويتحقق التهوية الطبيعية بأقصى قدر من الفعالية عندما يقترن ذلك باستراتيجيات البناء الخضراء الأخرى، ويحقق النهج الكلي فوائد تآزرية تقلل من استخدام الطاقة عموما، وتحسن نوعية البيئة الداخلية، وتخفض تكاليف دورة الحياة.

ألعاب اليقظة النهارية

كما أن الافتتاحات المصممة للتهوية تُدخل الضوء النهاري، مما يقلل من الحاجة إلى الإضاءة الاصطناعية، ويمكن أن تحقق هياكل وقوف السيارات ذات الآبار الخفيفة، وأسطح المنسوجات، أو الكتبة عوامل ضوئية تتجاوز 2 في المائة، مما يكفي لتغطية الرؤية الأساسية، ويمكن أن تؤدي ضوابط الإضاءة مع أجهزة استشعار الصور إلى إضاءة كهربائية عند توافر الضوء الطبيعي الكافي، مما يخفف الطاقة بنسبة تتراوح بين 40 و70 في المائة.

تخفيف حدة الجوع في جزيرة الهات

وتسهم هياكل وقوف السيارات في الجزر الحرارية الحضرية من خلال الرصيف المظلم والخرسانة التي تصيبها الحرارة، إذ إن استخدام المعاطف العالية التضاريس، والأسطح الخضراء، أو الألواح الشمسية السطحية، يقلل من درجات الحرارة السطحية، ويحسن أيضاً تفاوت درجات الحرارة في تأثير الكسر، كما أن السقف الأخضر يرش مياه الأمطار ويوفر الموئل، ويسهم في إدارة مياه الأمطار والتنوع البيولوجي.

شحن المركبات الكهربائية وتوفير الحماية المستقبلية

ومع تزايد شيوع المركبات الكهربائية، وعدم وجود ملوثات مخلفة، وتوليد قدر أقل من الحرارة، قد تتغير متطلبات التهوية الطبيعية، غير أن محطات الشحن الجوي نفسها يمكن أن تولد حرارة وتتركز في مناطق محددة، وينبغي للمصممين أن يخططوا للتهوية المقاومة للمستقبل عن طريق ضمان إمكانية إعادة توازن مسارات تدفق الهواء بإضافة نفاد محلي حيث تكون شحنات الحمولة عالية.

الكفاءة الهيكلية

إن بناء الأكواب المفتوحة لا يسهل تدفق الهواء فحسب بل يستخدم أيضا مواد أقل من التصميمات المغلقة، إذ إن انخفاض استخدام الخرسانة والفولاذ يجسد تكاليف الكربون والتشييد، ويمكن استخدام الأعمدة والأحزمة في مرآب سيارات مهوية بشكل طبيعي على نحو أمثل في الأداء الهيكلي والتدفق الهوائي، وذلك مثلا باستخدام أشكال مبسطة من الأقسام تقلل من الاضطرابات.

أمثلة عملية ودراسات حالات إفرادية

1 - حديقة وقوف السواحل الغربية، سان فرانسيسكو

ويستخدم هذا المرآب ذو المستوى السادس واجهة مزدوجة: طبقة خارجية من الأنهار الأفقية يمكن تعديلها فصليا، وطبقة داخلية من الرميل المفتوح لمنع دخول الحطام، وقد تأكدت محاكاة الديوكسينات من أن التقاطع وحده يلبي التغيرات الجوية المطلوبة من الشفرة ل85 في المائة من السنة، ولا ينشط مراوح المساندة إلا عندما يتجاوز عدد المركبات 50 مركبة في الساعة الواحدة.

2 - هيكل وقوف السيارات في جامعة تكساس، أوستن

ويستخدم الركن المركزي الذي يحتوي على مضخة متطورة في كل من المدخنة الخفيفة والعادمة، ويتجه المبنى إلى الجنوب الغربي لاستخلاص الرياح السائدة من الخليج، ويحمي الجانبان من فتحات الاستيعاب المنخفضة المستوى من الأمطار بواسطة الأوفر، بينما تعمل المنافذ الرفيعة المستوى في سطح السطح كعادم طبيعي، وقد أظهر تقييم ما بعد التكوين مستويات أقل من 9 ملليون (متوسط 24 ساعة)

3 - المسابقة الأوروبية: كار بارك بيسمركستراس، برلين

وقد أعيد تجهيز مرآب ما بعد التشغيل المكثف بفتحات جديدة تقطع إلى جدران خارجية، وفتحة من التلال السطحي، ونظام استعادة الحرارة (للاستصلاح في الشتاء)، وتكلفة إعادة التصريف تقل عن نصف سعر نظام تهوية آلي جديد، وانخفاض استهلاك الكهرباء لأغراض التهوية بنسبة 75 في المائة.

الاعتبارات التنظيمية والمتعلقة بالمدونة

وتسمح رموز البناء بالتهوية الطبيعية كبديل للنظم الآلية إذا كان بإمكان المصمم أن يثبت أداء مماثل، وفي الولايات المتحدة، تتيح هيئة الإذاعة البريطانية (الفرع 406-3) التهوية الطبيعية في مرآب السيارات المفتوحة، التي تعرف بأنها لا تقل عن 40 في المائة من مساحة الجدار المحيطي، أما بالنسبة للمرآب المغلقة، فتتطلب هيئة رصد الملوثات في 62.1 حدا أدنى قدره 0.75 من وزن الجسم/الخام 2 من سلطات التهوية.

خاتمة

إن تصميم هياكل وقوف السيارات لتحقيق التهوية الطبيعية على الوجه الأمثل ليس مجرد استراتيجية مثبتة لخفض استهلاك الطاقة وتكاليف التشغيل، بل أيضاً متوافقة مع الاستدامة الأوسع نطاقاً وأهداف الراحة السائدة، ومن خلال إيلاء اهتمام دقيق لتوجه البناء، والتنسيب، والتصميم الداخلي، والضوابط على النظام الهجين، يمكن للمهندسين المعماريين والمهندسين أن يخلقوا مرآباً تتنفساً طبيعياً في معظم السنة مع الاحتفاظ بشبكة أمان آلية لظر الأوضاع القصوى.

والنتيجة هي أن يكون نوع البناء الذي لم يعد مجرى للشبكة وإنما نموذجاً للتصميم السلبي في الممارسة العملية، ومع تقدم الضوابط على الكهربة والبناء الذكي، فإن التآزر بين التهوية الطبيعية، والإضاءة النهارية، والطاقة المتجددة سيزداد قوة، فالمعصمين الذين يستثمرون في التهوية الطبيعية اليوم يبنيون لمستقبل أقل كربوناً وصحة.