تأثير تفاعل شكل المبنى الفناء وتوجهه على أداء الطاقة للمستشفيات في مناخ دافئ رطب

لماذا يهم شكل المستشفى من حيث الراحة والتكاليف

من انتظر في ممر مستشفى حار ومغلق يعرف أن المباني يمكن أن تجعلنا نشعر الأفضل أو الأسوأ. في المناطق الساحلية الدافئة والرطبة، المحافظة على برودة المستشفيات وتهويتها وتكلفة تشغيلها المعقولة تعد تحدياً خاصاً. تطرح هذه الدراسة سؤالاً يبدو بسيطاً: هل يمكن لشكل المستشفى العام والاتجاه الذي يواجهه أن يغيرا بشكل كبير كمية الطاقة التي يستهلكها، مع الحفاظ على راحة المرضى والطاقم؟

الفكرة الكبرى وراء تخطيط المستشفى الأذكى

يركز الباحثون على المستشفيات في حزام السواحل الدافئ الرطب في الهند، حيث تستهلك التبريد والتهوية كميات كبيرة من الكهرباء طوال العام. بدلاً من التركيز على المعدات أو أنظمة التكييف، يركزون على هندسة المباني الأساسية: مخطط الطابق الخارجي، كيف تُنحت الفناءات داخله، وإلى أي جهة تُوجَّه البناية بالنسبة للشمس والرياح السائدة. يقيسون استهلاك الطاقة من خلال مؤشر أداء الطاقة، الذي يعكس كمية الطاقة التي يستهلكها المستشفى لكل متر مربع من المساحة في السنة.

اختبار أشكال فناء مختلفة على الحاسوب

لاستكشاف هذه الأسئلة دون إعادة بناء مستشفيات حقيقية، أنشأ الفريق نماذج رقمية لستة تخطيطات مختلفة مبنية على مستشفى حكومي فعلي بسعة 500 سرير في مانجالور، كارناتاكا. كانت جميع المتغيرات لها نفس المساحة الإجمالية للطوابق ووظائف الغرف ونوافذ وجدران ومعدات مشابهة، لكن مخططاتها تغيرت: على شكل H، E، S، مستطيلة، مثمنة، وخماسية، جميعها ذات ترتيبات فناءية. باستخدام محرك المحاكاة DesignBuilder/EnergyPlus وبيانات الطقس لسنة نموذجية، داروا كل مخطط عبر ثماني اتجاهات بوصلة وتتبعوا استهلاك الطاقة الشهري والسنوي، مع إبقاء المعدات والوجود وتفاصيل البناء ثابتة.

ما الأهم: الشكل أم الاتجاه؟

أظهر تحليل إحصائي مفصل أن شكل المبنى يهيمن باستمرار على أداء الطاقة. عبر الفصول، يفسر الشكل العام وتكوين الفناء معظم التباين في مؤشر أداء الطاقة، إذ يفسر النموذج نحو 98–99% من الاختلافات بين الحالات. يظل التوجه مهماً، لكن تأثيره يتغير مع أوقات السنة. خلال موسم الرياح الموسمية الطويل والغائم، عندما تكون الشمس المباشرة أضعف والرطوبة عالية جداً، يكون لتدوير المبنى تأثير نسبي ضئيل؛ إذ يصبح التحكم بالرطوبة وتدفق الهواء أكثر أهمية. في الأشهر التي تلي الموسمية، عندما يتوضح الجو وتتحول الرياح، يصبح التوجه أكثر أهمية لأنه يحدد كسب الحرارة الشمسية والتهوية الناتجة عن الرياح.

التوليفة الفائزة للمستشفيات الساحلية

من خلال فحص كيفية تفاعل الشكل والاتجاه بدلاً من معالجتهما بشكل منفصل، كشف المؤلفون عن اقتران فعال بشكل خاص: مستشفى على شكل S مع فناء نصف مغلق، موجه تقريباً نحو الشمال الغربي. في المحاكاة، حقق هذا الترتيب مؤشر أداء طاقة يصل إلى نحو 124.8 كيلوواط ساعة لكل متر مربع سنوياً، متفوقاً على نفس شكل S الموجه نحو الغرب أو الجنوب الغربي. يقلل التوجه الشمالي الغربي التعرض لأشعة الشمس القاسية في أواخر الظهيرة بينما يتماشى بشكل أفضل مع الرياح السائدة، محسّناً التهوية المتبادلة الطبيعية في الأقسام العامة ومناطق العيادات الخارجية. في المقابل، يمكن وضع المناطق الأكثر حساسية للحرارة والمكيفة مثل غرف العمليات ووحدات العناية المركزة على الجوانب الأقل تعرضاً من المخطط، حيث يساهم التظليل والعزل في تقليل أحمال التبريد.

دروس تصميمية لمساحات علاجية مستقبلية

للغير خبراء، الخلاصة واضحة: في المناخات الساحلية الحارة والرطبة، يعد الشكل الأساسي للمستشفى أحد أقوى العوامل للحد من استهلاك الطاقة، ويقوم اتجاهه بضبط تلك الكفاءة بدقة، خصوصاً خارج موسم الرياح الموسمية. تساعد أشكال الفناء نصف المغلقة مثل S وH على توجيھ النسائم، ظل المساحات الداخلية، وخلق أماكن مشتركة أبرد، بينما يسمح التوجه المدروس للأجنحة المهواة طبيعياً بالاستفادة من الرياح والضوء النهاري المصفى. تجادل الدراسة بأنه إذا اعتبر المعماريون والمخططون الشكل العام والتوجه قرار تصميمي موحد منذ المراحل الأولى، فيمكنهم بناء مستشفيات أكثر راحة، أرخص في التشغيل، ومستعدة بشكل أفضل لمواجهة مناخ أكثر دفئاً.

الاستشهاد: Harshalatha, Patil, S. Interaction effect of courtyard building form and orientation on energy performance of hospitals in warm humid climate. Sci Rep 16, 9790 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40632-1

الكلمات المفتاحية: تصميم المستشفيات, مبانٍ بفناء داخلي, كفاءة الطاقة, مناخ دافئ رطب, توجه المبنى