يتميز مناخ المملكة العربية السعودية بحرارة شديدة وجفاف شديد وتعرض كبير لأشعة الشمس معظم أيام السنة. تُشكل هذه الظروف الجوية القاسية تحديات جسيمة لمشاريع البناء التجارية، مما يجعل مقاومة الحرارة عاملاً حاسماً في ضمان متانة الهيكل على المدى الطويل وراحة شاغليه. قد تعاني المباني التي لا تتحمل هذه الظروف من تدهور المواد، وانخفاض كفاءة الطاقة، وارتفاع تكاليف الصيانة. تُدرك شركة “وفائية”، الرائدة في حلول البناء المبتكرة، أهمية استخدام مواد وأساليب مناسبة لهذه البيئات القاسية. يستكشف هذا المقال تأثير الحرارة على مواد البناء، وأمثلة واقعية على الإخفاقات والنجاحات، والحلول الهندسية الحديثة.
من الشائع أن تكون درجات الحرارة مرتفعة جدًا في المملكة العربية السعودية خلال فصل الصيف، حيث يصل متوسط درجة الحرارة إلى 45 درجة مئوية من مايو إلى سبتمبر. وفي بعض المناطق، تقترب درجات الحرارة من 50 درجة مئوية. وتنتشر العواصف الرملية بكثرة، ويمكن أن تُلحق الضرر بالأسطح المكشوفة، بالإضافة إلى ارتفاع درجات الحرارة بشكل كبير. وتتسبب الأشعة فوق البنفسجية العالية في بهتان المواد أو تشققها أو ضعفها بمرور الوقت. كما أن الرطوبة في جدة تؤثر على متانة المعادن والخرسانة في معظم المناطق. وفي بعض النواحي، كلاهما أكثر حرارة وجفافًا من المناطق الداخلية في الرياض، وكلاهما رطب مقارنةً بجدة، القريبة من البحر الأحمر. كما أن الحرارة والرطوبة في المنطقة الشرقية شديدتان للغاية.
الخرسانة والأسمنت
في درجات الحرارة المرتفعة جدًا، تتمدد الخرسانة وتنكمش، مما يُسبب تشققات فيها، وبعد تشكلها، تُضعف هيكلها. كما تُسرّع درجات الحرارة المرتفعة عملية المعالجة، خاصةً فيما يتعلق بمتانتها على المدى الطويل. في الرياض، لوحظ تدهور الخرسانة المكشوفة في العديد من المجمعات التجارية وتشققها في المراحل المبكرة نتيجة تعرضها لدرجات حرارة عالية جدًا وظروف معالجة خاطئة لفترات طويلة.
مكونات الفولاذ والمعادن
يتمتع الفولاذ والمعادن الأخرى بقوة عالية تجعله عرضة للتشوه بسهولة عند درجات الحرارة العالية، ويفقد المعدن قوة الشد عند درجات الحرارة المرتفعة. وبسبب الهواء المالح، تزداد مخاطر التآكل والأكسدة في الدمام والمدن الساحلية الأخرى. ومن الأمثلة المعروفة تشوه هيكل سقف الفولاذ المعرض للعوامل الجوية في المستودعات، مما يؤثر سلبًا على السلامة وعمر الهيكل المتأثر.
واجهات ونوافذ زجاجية
يمكن أن يتدهور الزجاج بفعل الأشعة فوق البنفسجية، أو حتى يتشقق (يتعرض للكسر الحراري) نتيجةً للتسخين غير المتساوي. إضافةً إلى ذلك، يشير ذلك إلى أن تفاقم مشكلة انتقال الحرارة المرتفعة داخل المباني نتيجةً لسوء جودة الزجاج يزيد أيضًا من استهلاك الطاقة. وقد تمت معالجة المشاكل الناجمة عن استخدام المباني الحديثة، مثل الزجاج المزدوج والطلاءات العاكسة لأشعة الشمس، مع الحفاظ على جمالها وكفاءتها.
مواد العزل
تؤدي درجات الحرارة المحيطة المرتفعة جدًا إلى فقدان خصائص عزل الرغوة والألياف الزجاجية والبوليسترين لمقاومة التدفق الحراري (قيمة R) بمعدل انهيار أعلى. كلما ضعف العزل، زادت حاجة المبنى لتبريده. كما يُسهم ذلك في الضغط البيئي الناتج عن المواقع كثيفة الاستهلاك للطاقة، ويزيد من التكلفة التشغيلية لزيادة الطاقة.
المخاطر الخفية على العمليات والوظائف والاقتصاد
تُسبب درجات الحرارة المرتفعة للغاية أضرارًا ظاهرة وغير ظاهرة للمباني. فنتيجةً لتمدد المواد وانكماشها بشكل غير متساوٍ، تتشقق الأرضيات والواجهات والجدران. كما تُسرّع من تدهور مفاصل المباني الهيكلية وأدوات التثبيت، مما يُضعف استقرار قلب المبنى. ويمكن أن يُؤدي الإجهاد المُطوّل إلى عدم استقرار فجوات التمدد المُستخدمة لامتصاص الحركة. ويزداد خطر فشل الهيكل بسبب إجهاد المواد. ويشمل ذلك أيضًا الحرارة الزائدة، التي تُفاقم تدهور أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء، مما يُجبرها على العمل بجهد أكبر، مما يُقلل من كفاءتها، ويزيد من تكاليف فواتير الطاقة، لا سيما في المؤسسات التجارية الكبرى.
تتطلب المباني موادًا متغيرة باستمرار، مثل العوازل أو العوازل الزجاجية، نظرًا لتعرضها للظروف المناخية القاسية. سترتفع تكلفة التشغيل على المدى الطويل. قد تُعتبر هذه المباني شديدة الخطورة على شركات تأمين الممتلكات التي قد ترفض تأمينها، أو تفرض أقساطًا أعلى. الأسطح التالفة أو الباهتة والواجهات المتضررة كلها علامات واضحة على التآكل الذي يُقلل من قيمة العقار. علاوة على ذلك، فإن تكاليف الإصلاحات الطارئة أو أعطال التبريد في هذه المباني قد تؤثر بشكل كبير على عمليات الأعمال وتُؤثر سلبًا على تجربة العملاء وراحة الموظفين. في حين أن البناء المقاوم للحرارة ليس لأغراض السلامة، إلا أنه قد يُشعر المستأجر أو المشتري المحتمل بالملل من العقار ويؤدي إلى انخفاض الكفاءة على المدى الطويل.
حلول الهندسة والتصميم الذكية
مواد بناء مقاومة للحرارة
تُستخدم مواد جديدة، مثل الخرسانة الجيوبوليمرية وسبائك الألومنيوم والبلاط السيراميكي، بشكل عام في البناء الحديث في المملكة العربية السعودية. تتميز هذه المواد بمقاومتها العالية للإجهاد الحراري وتحملها لدرجات الحرارة العالية. كما تُقلل أنظمة الأسقف الباردة، المكونة من طبقات عاكسة تمتص القليل من درجات الحرارة المرتفعة وتحافظ على درجة حرارة منخفضة داخل المباني، من تكاليف التبريد.مبادئ التصميم السلبي
يتميز المبنى بتصميمه الموجه، وتُقلل وسائل التظليل، مثل الأسقف البارزة، من التعرض المباشر لأشعة الشمس. وتتضمن التصاميم تهوية طبيعية من خلال أبراج الرياح التقليدية والمداخن الحرارية. وهذا بدوره يُخفض درجات الحرارة الداخلية بشكل طبيعي ودون الحاجة إلى طاقة إضافية. تجمع هذه الحلول بين خفض الانبعاثات السلبية في الاستدامة والتحكم في المناخ بتكلفة معقولة.تقنيات العزل الذكية
يعتمد العزل المتطور على مواد متغيرة الطور (PCMs) تمتص الحرارة أو تطلقها مع تغير درجات الحرارة. وتُدمج العوازل العاكسة والحواجز الإشعاعية لتقليل انتقال الحرارة العالية إلى المباني، مما يحافظ على درجة حرارة مريحة إلى حد ما دون الحاجة إلى الاعتماد المفرط على أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء. وتكتسب هذه الحلول أهمية خاصة في المناخات الحارة، كما هو الحال في المملكة العربية السعودية.ابتكار الزجاج
على سبيل المثال، يوفر التزجيج الكهروكرومي الجيل الجديد من الزجاج شفافًا أو شبه شفاف بناءً على ضوء الشمس. وتُعد هذه طريقة فعالة للغاية في الحد من الوهج والحرارة. تعمل الطلاءات منخفضة الكثافة (Low-E) على تقليل انتقال الحرارة مع الحفاظ على الرؤية الواضحة.نظرة مستقبلية وابتكارات حديثة
يكمن مستقبل البناء التجاري في المملكة العربية السعودية في الابتكار والقدرة على التكيف. تُمهّد الأبحاث في المواد النانوية والعمارة التكيفية الطريق لبناء مبانٍ تستجيب ديناميكيًا لتغيرات درجات الحرارة. ويتزايد استخدام أدوات تحليل المناخ المدعومة بالذكاء الاصطناعي لاختيار المواد الأنسب لظروف المناطق المختلفة. علاوة على ذلك، هناك طلب متزايد على شهادات الاستدامة الخاصة بكل منطقة، والتي تُراعي تحديات المناخ الفريدة في المملكة العربية السعودية. وستُسهم هذه التطورات في ضمان هياكل أكثر أمانًا واستدامة وكفاءة في استخدام الطاقة.
خاتمة
تواجه المباني التجارية في المملكة العربية السعودية تحديات كبيرة بسبب الحرارة الشديدة، والتعرض للأشعة فوق البنفسجية، والرياح المحملة بالرمال. وتتمثل خيارات هذه النماذج في اختيار المواد، واستراتيجية التصميم، والتكيف مع مختلف الظروف المناخية المحلية. أما الحلول التي توفر المتانة والكفاءة والاستدامة، فهي في الوقت نفسه حلول البناء المستجيب للتغيرات المناخية، وهي طريقة موثوقة تقودها وفية. وعلى شركات البناء والمطورين إعطاء أولوية أكبر للهندسة المناخية، والبدء في بناء مشاريع أكثر مرونة وأقل تكلفة للمستقبل.
