به گزارش سرویس ترجمه خبرگزاری ایمنا، در شرایطی که رودخانه‌ها، مخازن و بارندگی دیگر نمی‌توانند در تمام طول سال تامین پایدار آب را تضمین کنند، توجه به منابع جایگزین اهمیت بیشتری پیدا کرده است. یکی از این منابع، آب موجود در جو است که بسته به شرایط آب‌وهوایی و فناوری مورد استفاده، می‌توان آن را از طریق جمع‌آوری مه، تشکیل شبنم یا استخراج رطوبت هوا به دست آورد.
بهره‌گیری از آب جوی می‌تواند تعریف متعارف از نقش ساختمان‌ها را تغییر دهد. در این رویکرد، سطوح، سازه‌ها و فضاهای باز تنها برای تامین سرپناه، کنترل نور و دما یا ایجاد محیط‌های قابل سکونت طراحی نمی‌شوند، بلکه می‌توانند در جمع‌آوری، ذخیره‌سازی و انتقال آب نیز نقش داشته باشند.
در معماری متعارف، بخش عمده زیرساخت‌های آب‌رسانی مانند مخازن، تصفیه‌خانه‌ها و شبکه‌های توزیع، خارج از تجربه روزمره شهروندان قرار دارند. اما سازه‌های جمع‌آوری مه باید در معرض جریان هوا و شرایط جوی قرار بگیرند. به همین دلیل، ادغام این تجهیزات با سایه‌بان‌ها، فضاهای تجمع، پناهگاه‌ها و اجزای ساختمان می‌تواند علاوه بر کارکرد فنی، ارزش اجتماعی و فضایی نیز ایجاد کند.
اهمیت این رویکرد زمانی بیشتر می‌شود که بحران آب نه‌تنها به شهرهای بزرگ، بلکه به مناطق روستایی و جوامعی مربوط باشد که دسترسی محدودی به شبکه‌های پایدار آب‌رسانی دارند. در چنین مناطقی، طراحی سازه‌هایی که بتوانند با استفاده از شرایط طبیعی محیط آب جمع‌آوری کنند، امکان ایجاد منابع مکمل را فراهم می‌کند؛ هرچند میزان موفقیت آن به اقلیم، ظرفیت تجهیزات و نحوه نگهداری وابسته است.
سه روش متفاوت برای استخراج آب از جو
جمع‌آوری آب از هوا یک فناوری واحد نیست و روش‌های مختلف آن به شرایط محیطی و سازوکارهای متفاوتی وابسته‌اند. شناخت این تفاوت‌ها برای انتخاب راهکار مناسب در طراحی ساختمان‌ها و زیرساخت‌های شهری ضروری است.
نخستین روش، جمع‌آوری مه است. در این روش، توری‌ها یا سطوح مشبک در مسیر جریان هوای مه‌آلود قرار می‌گیرند تا قطرات به آن‌ها برخورد کنند، به یکدیگر بپیوندند و در نهایت به شکل آب مایع به مخزن هدایت شوند. عملکرد این سازه‌ها به عواملی مانند فراوانی مه، سرعت و جهت باد، ابعاد سطح جمع‌آوری و ویژگی‌های مواد مورد استفاده بستگی دارد.
روش دوم، جمع‌آوری شبنم است. در این فرایند، سطح مورد نظر باید به اندازه‌ای سرد شود که دمای آن به کمتر از نقطه شبنم برسد؛ در نتیجه، بخار آب موجود در هوا روی سطح متراکم می‌شود و به قطرات آب تبدیل می‌شود. طراحی سطوح، میزان تماس آن‌ها با محیط و شرایط دمایی در کارایی این روش نقش تعیین‌کننده دارند.
روش سوم، استخراج رطوبت هوا از طریق جذب یا چگالش است. در سامانه‌های مبتنی بر جذب، مواد ویژه رطوبت هوا را به دام می‌اندازند و سپس امکان آزادسازی و جمع‌آوری آب از آن‌ها فراهم می‌شود. در روش‌های مبتنی بر چگالش نیز بخار آب به کمک فرایندهای مناسب به مایع تبدیل می‌شود.
هر یک از این روش‌ها به شرایط اقلیمی، تجهیزات و میزان انرژی یا امکانات مورد نیاز خود وابسته است و مقدار آب تولیدشده در آن‌ها یکسان نیست. پژوهش‌های مربوط به ادغام فناوری‌های برداشت آب جوی در نمای ساختمان‌ها نشان می‌دهد که با وجود ظرفیت این ایده، هزینه تولید تجهیزات و محدودیت آمادگی فناوری برای استفاده گسترده همچنان از موانع اصلی توسعه آن به شمار می‌روند.
اردن؛ طراحی شهری در پاسخ به کمبود آب
اردن یکی از نمونه‌های مهم کشورهایی است که بحران آب در آن، ضرورت بررسی راهکارهای جایگزین را برجسته کرده است. بر اساس اطلاعات ارائه‌شده میزان منابع آب تجدیدپذیر در دسترس هر نفر در این کشور حدود ۶۱ مترمکعب در سال برآورد شده است؛ رقمی که بسیار پایین‌تر از آستانه ۵۰۰ مترمکعب در سال است که معمولا برای تعریف کمبود مطلق آب در نظر گرفته می‌شود.
این وضعیت با محدودیت دسترسی منظم به آب لوله‌کشی و برداشت از منابع زیرزمینی تشدید می‌شود. طبق همان گزارش، حدود نیمی از جمعیت اردن تنها هفته‌ای یک‌بار به آب لوله‌کشی دسترسی دارند و برداشت از آبخوان‌ها در بسیاری از موارد سریع‌تر از توان طبیعی آن‌ها برای تجدید منابع انجام می‌شود.
در چنین شرایطی، پروژه پژوهشی و طراحی «آب‌شهرنشینی: امان» در مدرسه عالی معماری دانشگاه کلمبیا، امکان استفاده از آب جوی را در پیوند با نیازهای شهری و اجتماعی بررسی کرده است. این طرح با توجه به بحران آب اردن و شرایط پناه‌جویان، مجموعه‌ای از مداخلات معماری و شهری را پیشنهاد می‌کند که در آن‌ها جمع‌آوری آب با ایجاد سایه، امکانات بهداشتی، فضاهای گردهمایی و چشم‌اندازهای مولد ترکیب شده است.
در محل موسوم به الحدالات، برای نمونه، استقرار پناهگاه‌های جمعی در اطراف برج‌های جمع‌آوری مه پیشنهاد شده است. بر اساس برآوردهای طراحی، این برج‌ها می‌توانستند روزانه حدود ۸۰۰ تا ۲ هزار لیتر آب جمع‌آوری کنند. همچنین برای سازه‌های کوچک‌تر و سایه‌دار، ظرفیت پیش‌بینی‌شده حدود ۵۰۰ لیتر در روز اعلام شده است.
این ارقام، برآوردهای مربوط به طرح هستند و نباید آن‌ها را با نتایج اندازه‌گیری‌شده یک سامانه عملیاتی یکسان دانست. با این حال، پروژه نشان می‌دهد که چگونه می‌توان زیرساخت آب‌رسانی را از یک تجهیز فنی به بخشی از فضای زندگی روزمره تبدیل کرد.
در طرح پیشنهادی، سازه‌های جمع‌آوری مه با استفاده از چوب نخل و توری‌هایی ساخته‌شده از کیسه‌های دورریخته‌شده توزیع اقلام حمایتی، امکان به‌دام‌انداختن قطرات مه را فراهم می‌کنند. این سازه‌ها در عین حال، با قرار گرفتن در مسیر جریان هوا، سایه و فضای مناسبی برای گردهمایی افراد ایجاد می‌کنند.
آب جمع‌آوری‌شده از طریق سازه به مخازن زیرزمینی منتقل می‌شود تا برای دوش گرفتن، خدمات بهداشتی و آبیاری فضاهای تولیدی مورد استفاده قرار گیرد. در ادامه، پساب نیز می‌تواند از تالاب‌های مصنوعی عبور کند و پس از تصفیه مناسب، به چرخه کشاورزی بازگردد. به این ترتیب، آب در این طرح تنها محصول یک فناوری نیست، بلکه بخشی از یک چرخه مرتبط با سکونت، بهداشت، فضای عمومی و استفاده مجدد از منابع به شمار می‌رود.
مراکش؛ تجربه عملی جمع‌آوری آب از مه
در حالی که بعضی پروژه‌های معماری برداشت آب از هوا هنوز در مرحله طراحی و برآورد قرار دارند، مراکش نمونه‌ای از کاربرد عملی این فناوری در مقیاس اجتماعی ارائه می‌کند. در منطقه ساحلی سیدی افنی، آب مه در کوه بوت‌مزگایدا جمع‌آوری و به شبکه‌ای برای تامین آب جوامع محلی منتقل می‌شود. ارزیابی منتشرشده در سال ۲۰۲۴ این سامانه را بزرگترین پروژه جمع‌آوری مه در جهان معرفی کرده و عملکرد آن را از نظر میزان آب تولیدی، کیفیت آب و مشارکت جوامع محلی بررسی کرده است.
بر اساس نتایج این ارزیابی، میزان آب جمع‌آوری‌شده در طول سال تغییرات قابل‌توجهی دارد. میانگین روزانه برداشت به ازای هر مترمربع سطح جمع‌آوری در دوره چهارساله بررسی‌شده، بین ۱.۶ تا ۶ لیتر متغیر بوده است. در فصل مه‌آلود، ماه‌های مارس و آوریل عملکرد بهتری داشته‌اند و میانگین برداشت در این دوره به ۸.۵ لیتر به ازای هر مترمربع در روز رسیده است. بیشترین مقدار ماهانه ثبت‌شده نیز در آوریل ۲۰۲۱، معادل ۲۱ لیتر به ازای هر مترمربع در روز بوده است.
این آمار نشان می‌دهد که ظرفیت جمع‌آوری مه می‌تواند در دوره‌های مختلف سال به‌شدت تغییر کند. هرچند مه در تمام طول سال در منطقه مشاهده شده، فراوانی آن ثابت نبوده است؛ ازاین‌رو، ذخیره‌سازی آب و استفاده از منابع مکمل برای تضمین تداوم تامین اهمیت دارد.
تجربه مراکش همچنین نشان می‌دهد که جمع‌آوری آب تنها نخستین مرحله از فرایند تامین است. آب باید پس از جمع‌آوری ذخیره شود، کیفیت آن مورد ارزیابی قرار گیرد و در صورت نیاز تصفیه شود؛ سپس می‌توان آن را از طریق شبکه توزیع در اختیار مصرف‌کنندگان قرار داد. مشارکت جامعه محلی در نگهداری و استفاده از تجهیزات نیز بخشی از الزامات عملکرد بلندمدت چنین سامانه‌هایی است. بر اساس ارزیابی یادشده، نوسان میزان آب حاصل از مه و آلودگی آب‌های زیرزمینی از جمله چالش‌های این پروژه هستند. بنابراین، اتکای کامل به مه به‌عنوان تنها منبع آب می‌تواند به ناپایداری دسترسی منجر شود.
برج‌های جمع‌آوری آب؛ از کامرون تا فضاهای عمومی
نمونه دیگری از این رویکرد، برج وارکا است که با هدف جمع‌آوری آب از جو و ایجاد منبع جایگزین برای جمعیت روستایی در کامرون طراحی شده است. ایده اصلی این سازه آن است که با استفاده از شرایط محیطی و ساختاری نسبتا ساده، امکان جمع‌آوری آب فراهم شود؛ رویکردی که به‌ویژه برای مناطقی با دسترسی محدود به زیرساخت‌های متعارف آب‌رسانی اهمیت دارد.
در این نوع طرح‌ها، فرم معماری تنها برای ایجاد یک نشانه بصری یا تامین سرپناه شکل نمی‌گیرد، بلکه باید با حرکت هوا، سطح تماس با رطوبت و مسیر هدایت آب هماهنگ باشد. با این حال، میزان آب قابل برداشت به شرایط واقعی اقلیمی و عملکرد سازه وابسته است و نمی‌توان ظرفیت یک پروژه را بدون توجه به موقعیت جغرافیایی به منطقه‌ای دیگر تعمیم داد.
در طرح‌های مبتنی بر جمع‌آوری مه، سازه می‌تواند به‌گونه‌ای طراحی شود که در کنار عملکرد فنی، سایه‌بان یا محل تجمع افراد نیز باشد. این ترکیب به‌ویژه در مناطق روستایی و سکونتگاه‌هایی که کمبود آب با محدودیت فضاهای عمومی و خدمات بهداشتی همراه است، اهمیت دارد.
چنین رویکردی، مرز میان زیرساخت و فضای عمومی را نیز تغییر می‌دهد. سازه‌ای که برای جمع‌آوری آب در معرض جریان هوا قرار گرفته است، می‌تواند به محل استراحت، گردهمایی یا فعالیت‌های روزمره تبدیل شود؛ در نتیجه، زیرساختی که معمولاً از دید شهروندان پنهان می‌ماند، به بخشی از تجربه مستقیم زندگی در محیط ساخته‌شده تبدیل می‌شود.
نمای ساختمان‌ها؛ سطحی تازه برای جمع‌آوری آب
فراتر از برج‌های مستقل، یکی از مسیرهای پژوهشی مهم، تبدیل پوسته ساختمان‌ها به سطوح فعال جمع‌آوری آب است. در این رویکرد، نما تنها وظیفه محافظت از فضای داخلی یا کنترل ورود نور و گرما را بر عهده ندارد، بلکه می‌تواند در تعامل با هوای بیرون، رطوبت را جذب یا قطرات آب را جمع‌آوری کند.
پژوهش‌های مربوط به برداشت آب جوّی از نمای ساختمان نشان می‌دهد که جهت‌گیری بنا، مساحت سطح، ویژگی‌های مواد و میزان قرارگیری در معرض جریان هوا، همگی به متغیرهای مهم طراحی محیطی تبدیل می‌شوند.
برای مثال، نماهای مشبک می‌توانند در مناطق مه‌خیز نقش جمع‌کننده قطرات را ایفا کنند. سقف‌ها ممکن است برای ایجاد سطوح مناسب چگالش طراحی شوند و حیاط‌ها نیز قابلیت ترکیب سطوح جمع‌آوری، مخازن ذخیره و فضاهای باز را داشته باشند. در بعضی طرح‌ها، مواد جاذب رطوبت نیز به‌عنوان بخشی از پوسته ساختمان بررسی می‌شوند.
این قابلیت به آن معناست که ساختمان می‌تواند هم‌زمان چند وظیفه را بر عهده بگیرد: کنترل شرایط محیطی، تامین آسایش حرارتی، مدیریت نور و جریان هوا و مشارکت در جمع‌آوری آب. با این حال، استفاده گسترده از چنین سامانه‌هایی هنوز با محدودیت‌هایی مانند هزینه ساخت و تولید، سطح آمادگی فناوری و ضرورت هماهنگی با شرایط اقلیمی مواجه است.
در واقع، افزودن قابلیت جمع‌آوری آب به نمای ساختمان تنها زمانی توجیه‌پذیر است که میزان آب قابل برداشت، هزینه‌های نصب و نگهداری و نیازهای واقعی مصرف‌کنندگان در نظر گرفته شود. فناوری‌ای که در یک منطقه ساحلی و مه‌آلود عملکرد مناسبی دارد، ممکن است در شهری با رطوبت پایین یا شرایط جوی متفاوت، کارایی محدودی داشته باشد.
با وجود ظرفیت‌های این فناوری، جمع‌آوری آب از جو را نمی‌توان راه‌حلی مستقل برای بحران آب شهرها دانست. عملکرد این سامانه‌ها به عواملی وابسته است که طراحان نمی‌توانند همه آن‌ها را کنترل کنند؛ از جمله فراوانی مه، رطوبت نسبی، دمای هوا، سرعت باد و تغییرات فصلی.
معماری می‌تواند جهت‌گیری سطوح جمع‌آوری را متناسب با جریان‌های غالب هوا تنظیم کند، مساحت تماس با محیط را افزایش دهد، مخازن ذخیره‌سازی پیش‌بینی کند و وابستگی به بعضی منابع دوردست را کاهش دهد، اما نمی‌تواند تشکیل مه یا دسترسی همیشگی به رطوبت کافی را تضمین کند.
از سوی دیگر، مقدار آب جمع‌آوری‌شده به‌تنهایی معیار کافی برای سنجش موفقیت یک پروژه نیست. کیفیت آب، هزینه نگهداری، نحوه ذخیره‌سازی، نیازهای بهداشتی، ظرفیت توزیع و مشارکت مردم در مدیریت زیرساخت نیز باید بررسی شود. آب حاصل از این فرایند، بسته به کیفیت و نوع استفاده، ممکن است پیش از مصرف به تصفیه نیاز داشته باشد.
رویکرد واقع‌بینانه آن است که برداشت آب از جو در کنار شبکه‌های متعارف آب‌رسانی، ذخیره‌سازی، تصفیه، مدیریت مصرف و استفاده مجدد از آب قرار گیرد. چنین ترکیبی می‌تواند انعطاف‌پذیری سامانه تامین آب را افزایش دهد، بدون آنکه پایداری یک منبع متغیر جوی را بیش از اندازه قطعی فرض کند.
نظر شما