التهوية المتقاطعة

التهوية المتقاطعة ظاهرة طبيعية يدخل فيها الهواء من فتحة، كالنافذة مثلاً، ويتدفق مباشرةً عبر المكان، ثم يخرج من فتحة في الجهة المقابلة من المبنى (حيث يكون ضغط الهواء أقل). ينتج عن ذلك تيار هواء بارد وانتقال عبر الغرفة من المنطقة المكشوفة إلى المنطقة المحمية. ^{[ 1 ]}

تعتمد التهوية المتقاطعة على طاقة الرياح، وبالتالي لا تتطلب أي مدخلات طاقة ، فضلاً عن كونها الطريقة الأكثر فعالية للتهوية بالرياح . تُعد التهوية المتقاطعة تقنية شائعة الاستخدام لإزالة الملوثات والحرارة من البيئات الداخلية، كما أنها تُقلل أو حتى تُغني عن الحاجة إلى تكييف الهواء ، وتُحسّن جودة الهواء الداخلي . ^{[ 2 ]} ومن المصطلحات الأخرى المستخدمة لوصف هذه الظاهرة: النسيم المتقاطع ، والتيار المتقاطع ، والتهوية بفعل الرياح ، والتهوية بالتدفق المتقاطع . وفي ألمانيا، تُعرف باسم lüften وStoßlüften. ^{[ 3 ]}

تحدث هذه الظاهرة عندما تقع الفتحات في بيئة ما (بما في ذلك المركبات) أو مبنى (منازل، مصانع، حظائر، إلخ) على جدران متقابلة أو متجاورة، مما يسمح بدخول الهواء وخروجه، وبالتالي خلق تيار هوائي عبر البيئة الداخلية. ^{[ 4 ]} تسمح النوافذ أو فتحات التهوية الموجودة على جانبي الغرفة بمرور النسيم العليل عبر المبنى، مما يؤدي إلى دوران الهواء وتوفير تبريد طبيعي. ^{[ 1 ]}

يوجد أيضًا فرق في الضغط بين جانبي المبنى. وينتج هذا التأثير في الغالب عن الرياح، حيث يُسحب الهواء إلى داخل المبنى من جهة الضغط العالي المواجهة للريح ، ويُدفع إلى الخارج من جهة الضغط المنخفض المواجهة للريح (بسبب فرق الضغط بين الفتحات). ويؤدي تأثير الرياح على المبنى إلى تكوين مناطق ذات ضغط موجب في الجزء المواجه للريح، وضغط سالب في الجزء المواجه للريح. لذا، يُعد شكل المبنى وأنماط الرياح المحلية عوامل حاسمة في توليد ضغوط الرياح التي تدفع تدفق الهواء عبر فتحاته. ^{[ 5 ]}

إذا فُتحت النوافذ على جانبي المبنى، فإن الضغط الزائد على الجانب المواجه للريح، و/أو الضغط المنخفض على الجانب المجاور المحمي، سيُحدث تيارًا هوائيًا عبر الغرفة من الجانب المكشوف نحو الجانب المحمي. في حال وجود نوافذ على كلا جانبي المبنى، يُعدّ التهوية المتقاطعة مناسبة عندما يصل عرض الغرفة إلى خمسة أضعاف ارتفاعها من الأرضية إلى السقف. أما إذا كانت الفتحات على جانب واحد فقط، فإن التهوية بفعل الرياح تُناسب المباني التي يبلغ عرضها حوالي 2.5 ضعف ارتفاعها من الأرضية إلى السقف. ^{[ 6 ]}

تعتمد التهوية المتقاطعة على عوامل عديدة، مثل إحكام إغلاق المبنى، واتجاه الرياح وكميتها، وإمكانية مرورها عبر المداخن والفتحات الأخرى في المنزل. ويمكن تركيب نوافذ مفصلية لتحسين التهوية المتقاطعة. كما قد تؤثر جودة الهواء على التهوية المتقاطعة.

على الرغم من أن التهوية المتقاطعة أكثر فعالية من التهوية التقليدية ، إلا أن من عيوبها عدم جدواها في الأيام الحارة الهادئة، حيث تشتد الحاجة إليها. علاوة على ذلك، تُناسب التهوية المتقاطعة المباني الضيقة فقط. كما يؤثر اختلاف ارتفاع الفتحات (الجدران، العتبات، الألواح، أو الأثاث) في المساحة بشكل مباشر على مستوى وسرعة التهوية. ^{[ 1 ]}

هناك أربعة أنواع مختلفة من التهوية المتقاطعة: ^{[ 12 ]}

• التهوية أحادية الجانب : تعتمد هذه الطريقة على تباين الضغط بين الفتحات المختلفة داخل الحيز المشغول. في الغرف التي تحتوي على فتحة واحدة فقط، تُحرك عملية التهوية بفعل الاضطراب، مما يُحدث حركة ضخ عند تلك الفتحة، مُسبباً تدفقات هواء صغيرة إلى الداخل والخارج. تتميز التهوية أحادية الجانب بتأثيرها الضعيف، وهي مُفضلة عندما يتعذر تحقيق التهوية المتقاطعة، حيث تُستخدم النوافذ أو فتحات التهوية في الجانب الآخر من الحيز للتحكم في ضغط الهواء.
• التهوية المتقاطعة (للمساحات الفردية) : يتميز هذا النوع من التهوية ببساطته وفعاليته، فهو عملية أفقية تعتمد على فروق الضغط بين جانبي المبنى المواجه للريح والجانب الآخر منه. ويتم توفير التهوية عادةً باستخدام النوافذ وفتحات التهوية على جانبي المبنى، حيث يؤدي اختلاف الضغط إلى سحب الهواء إلى الداخل والخارج.
• التهوية المتقاطعة (في المساحات ذات الجدران المزدوجة) : تعتمد هذه الطريقة، التي تشمل الغرف ذات الجدران المزدوجة، على فتحات في هيكل الممر . تسمح هذه الفتحات بانتقال الضوضاء بين المساحات، مما يوفر معدل تبادل هواء أعلى بكثير مقارنةً بالتهوية أحادية الجانب.
• التهوية العمودية : تُعدّ هذه التهوية عملية رأسية، وهي مفيدة للمباني الشاهقة ذات الردهات المركزية . تسحب هذه التهوية الهواء البارد من مستوى منخفض، ثم يرتفع هذا الهواء نتيجة تعرضه للحرارة قبل أن يُطرد إلى مستوى أعلى. وتستفيد من تجزئة درجة الحرارة وجودة ضغط الهواء، حيث يفقد الهواء الدافئ كثافته عند صعوده، فيحلّ محله الهواء البارد.

بالنسبة لحجم بسيط بفتحتين، يمكن حساب معدل تدفق الرياح العرضية باستخدام المعادلة التالية: ^{[ 13 ]}

${\displaystyle Q=U_{\textrm {wind}}{\sqrt {\frac {C_{\textrm {p1}}-C_{\textrm {p2}}}{1/\left(A_{\textrm {1}}^{2}C_{\textrm {1}}^{2}\right)+1/\left(A_{\textrm {2}}^{2}C_{\textrm {2}}^{2}\right)}}}\qquad {}\left(1\right)}$

أين${\displaystyle U_{\textrm {wind}}}$هي سرعة الرياح في المجال البعيد؛${\displaystyle C_{\textrm {p1}}}$هو معامل سحب الضغط المحلي للمبنى، ويتم تحديده عند موقع الفتحة العلوية؛${\displaystyle C_{\textrm {p2}}}$هو معامل سحب الضغط المحلي للمبنى، ويتم تحديده عند موقع الفتحة في اتجاه مجرى الهواء؛${\displaystyle A_{\textrm {1}}}$هي مساحة المقطع العرضي للفتحة العلوية؛${\displaystyle A_{\textrm {2}}}$هي مساحة المقطع العرضي للفتحة الواقعة في اتجاه المصب؛${\displaystyle C_{\textrm {1}}}$وهو معامل تصريف الفتحة العلوية؛ و${\displaystyle C_{\textrm {2}}}$يمثل معامل التصريف للفتحة الواقعة في اتجاه المصب.

في الغرف ذات الفتحة الواحدة، يكون حساب معدل التهوية أكثر تعقيدًا من التهوية المتقاطعة نظرًا للتدفق ثنائي الاتجاه وتأثير الاضطراب القوي. يمكن التنبؤ بدقة بمعدل التهوية أحادي الجانب من خلال دمج نماذج مختلفة للتدفق المتوسط، والتدفق النبضي، واختراق الدوامات. ^{[ 14 ]} يُحدد متوسط ​​معدل التدفق للتهوية أحادية الجانب كما يلي:

${\displaystyle {\bar {Q}}={\frac {C_{d}\;l\;{\sqrt {Cp}}\;\int \limits _{z_{0}}^{h}{\sqrt {-{\frac {2\;\Delta \;P(z)}{\rho }}}}\,\mathrm {d} z}{z_{ref}^{1/7}}}\;{\bar {U}}}$

أين

l = عرض النافذة؛

h = ارتفاع الحافة العلوية للنافذة؛

z ₀ = ارتفاع المستوى العصبي (حيث يتوازن الضغط الداخلي والخارجي)؛

z _ref = الارتفاع المرجعي الذي تُقاس عنده سرعة الرياح (على ارتفاع 10 أمتار) و

${\displaystyle {\bar {U}}}$= متوسط ​​سرعة الرياح عند الارتفاع المرجعي.

كما هو موضح في المعادلة (1)، يعتمد تبادل الهواء خطيًا على سرعة الرياح في المنطقة الحضرية التي سيُقام فيها المشروع المعماري. تُستخدم عادةً أدوات ديناميكا الموائع الحسابية (CFD ) ونماذج المناطق لتصميم المباني ذات التهوية الطبيعية. ويمكن لملاقط الرياح أن تُساعد في التهوية بفعل الرياح من خلال توجيه الهواء إلى داخل وخارج المباني.

• صائد الرياح
• التبريد السلبي
• التهوية السلبية
• توزيع هواء الغرفة
• الراحة الحرارية