المستخلص:

يهدف هذا البحث إلى تقييم السلوك الحرارى للقباب بشكل كمى، لحسم بعض جوانب الجدل الدائر حول جدواها كأسلوب للمعالجة المناخية للأسقف فى المناطق الصحراوية. والذى نشأ عن اقتناع بعض المتخصصين فى التصميم البيئي والمناخى أن لها تأثيرا كبيرا فى تحسين الظروف المناخية داخل الفراغات نتيجة لشكلها الذى يقلل من التعرض للشمس ويزيد الاظلال حسب ما يرون، وارتفاعها الذى يزيد من ارتفاع الفراغ الداخلى بحيث يظهر فارق محسوس فى درجة الحرارة بين الهواء فى أسفل الفراغ وأعلاه، والعديد من النظريات التى ترتبط بتأثير القبة على حركة الهواء. بينما ينكر آخرون أن لها أى فائدة على الظروف المناخية داخل المبانى.

ويتعامل البحث مع هذه المشكلة عن طريق تحليل السلوك الحرارى للقبة وتحديد المتغيرات الكمية المؤثرة فيه، ثم الحساب التفصيلى لأحد هذه المتغيرات وهو الاكتساب الحرارى نتيجة الاشعاع الشمسى.

وتتم المقارنة كميا بين الاكتساب الحرارى للسقف المسطح مع السقف المغطى بقبة نصف دائرية باستخدام نموذج محاكاة رقمى، تم تصميمه وتنفيذه كجزء من هذا البحث، فى صورة برنامج للحاسب الآلى، يقوم بتمثيل حركة الشمس وحساب الطاقة الاشعاعية لها، وبناء نموذج تمثيلى للقبة والسقف المسطح، يقوم بحساب كمية الاشعاع المباشر والمشتت التى تستقبلها هذه الأسقف.وقد أظهر البحث أن القباب نصف الدائرية تستقبل كميات كبيرة من الاشعاع الشمسى تزيد غالبا على تلك التى يستقبلها السقف المسطح، فالمقارنة بين العوامل التى تقلل اكتساب القبة الاشعاعى والعوامل التى تزيده أثبتت تغلب عوامل الزيادة. والبحث يتناول هذه النتائج بالتحليل والتفسير، من خلال مجموعة من المنحنيات التى تميز السلوك ااحرارى للقبة نصف الدائرية، كما يقترح البحث عدة موضوعات لأبحاث تكمل نتائجه. 

1- مقدمة

عندما بدأ مشروع تنمية توشكى بجنوب مصر، قام مركز بحوث الاسكان والبناء بدراسة الظروف المناخية بالمنطقة، و قياس وتقييم الأداء المناخى لبعض المبانى القائمة بها، والتى أخذ بعضها بالتوصيات المعروفة للتصميم المناخى فى المناطق الحارة، مثل استخدام الأقبية والقباب فى التسقيف.
وكانت المفاجأة أن الظروف الحرارية المقاسة داخل هذه المبانى كانت بعيدة عن الراحة الحرارية مثل المبانى المعتادة. (شكل-1) ْ [1]
 و عند مناقشة هذه النتائج فى سبتمبر 1999، تحفظ كثير من الحضور عليها (رغم أنها قياس مباشرللواقع)، واحتدم النقاش عن جدوى استخدام القباب فى التسقيف.
فعلماء فيزياء المبانى الذين أجروا القياسات، برروا سوء أداء المبانى بأخطاء فى اختيار المواد، وخلو القباب من فتحات التهوية العلوية التى تقوم باخراج الهواء الساخن، مما أفسد عمل القبة، [2] فى حين تمسك بعض المعماريين بأن القبة ذات تأثير إيجابى على تقليل الاكتساب الشمسى والاظلال، حتى لو لم يكن بها فتحات.
ويعتبر ما سبق ذكره مجرد مثال لتعارض الآراء الذى يحيط بموضوع استخدام القباب فى التسقيف، مما يؤدى إلى صعوبة الوصول لقرار تصميمى أو توصية علمية تطبق بثقة، مما يحتاج للعديد من الدراسات الكمية الموضوعية للمقارنة بين البدائل والحلول والتفسيرات.

شكل-1 التغير الساعى لدرجات الحرارة الداخلية والخارجية بمنزل مسقوف بالقباب بتوشكى فى شهر مايو 1999. يلاحظ استقرار درجة حرارة الهواء الداخلية فى حدود 33-35 درجة مئوية، وهو أعلى من المتوسط اليومى للهواء الخارجى، ويخرج عن حدود الراحة الحرارية بحوالى 7 درجات مئوية.  [1]

والهدف من هذا البحث الوصول لتقييم كمى دقيق للأداء المناخى للقباب يغطى كافة المتغيرات القابلة للقياس والحساب الكمى، للسماح للمصممين باتخاذ قرارات تصميمية سليمة بثقة، وتقليل الجدل الذى يعيق الوصول لقرار متفق عليه إلى أقل درجة ممكنة.

ويتم ذلك بتحليل السلوك المناخى للقبة وتحديد المتغيرات الكمية المؤثرة على أدائها، ليسهل دراستها كميا فى بحث أو أكثر، ثم اختيار أحد المتغيرات ودراسته تفصيليا كمثال لاسلوب التقييم الكمى.

وصولا للاجابة على السؤال:

هل للقبة تأثير إيجابى على كمية الاشعاع الشمسى الذى يستقبله السقف مقارنة بالسقف المسطح؟ 

2- منهج البحث وبنيته

يتكون البحث من جزئين رئيسيين

2-1 الجزء النظرى

تحليل السلوك المناخى للقبة، من خلال استعراض المتغيرات الكمية المؤثرة على السلوك المناخى للقبة،  فتحديد المتغيرات المؤثرة وعلاقاتها، بهدف فتح الطريق للدراسة الكمية لأداء القبة المناخى. ثم تحديد النطاق الذى ستتم عليه الدراسة وتثبيت (أو تحييد) باقى المتغيرات، ليمكن لهذه الدراسة أن تخرج بنتائج واضحة مبنية على أساس كمى.

ومنهج هذا الجزء منهج تحليلى، ينتهى بتحديد قوائم من المتغيرات لتتم دراستها.

2-2 الجزء التطبيقى

حساب كمية الإشعاع الشمسى التى تكتسبها القبة رقميا، ومقارنته بكمية الاشعاع التى يكتسبها السقف المسطح، فى عدة مواقع جغرافية تسمح بتعميم النتائج على صحارى العالم العربى.

والمنهج فى هذا الجزء استقرائى، يعتمد على بناء نموذج تمثيلى رقمى على الحاسب الآلى، واجراء التجارب عليه، ثم استقراء نتائج التجارب وتحليلها وصولا للنتيجة النهائية للبحث.

3- المتغـــيرات الكمية المؤثرة على الأداء المناخى للقبة

متغير الهدف: كمية الطاقة الحرارية التى يكتسبها سقف المبنى من الاشعاع الشمسى. وهو معيار المقارنة بين البدائل، فالهدف الرئيسى هو : تحقيق أقل اكتساب ممكن للسقف خلال الفترات الحارة   فالبديل الأفضل هو الذى يحقق اكتسابا أقل صيفا. ومن ناحية أخرى تحقيق أعلى اكتساب شتاءا.

1. وهناك عدد كبير من المتغيرات المؤثرة فى أداء القبة المناخى، يعرض جدول-1 المتغيرات الأكثر تأثيرا على اكتساب السقف للاشعاع الشمسى، ونطاق البحث فى التعامل مع هذه المتغيرات، ويلاحظ تثبيت المتغيرات غير المرتبطة بشكل السقف بقدر الإمكان. بينما يعرض جدول –2 المتغيرات الباقية.