برد باطن الأرض

وَٱللَّهُ جَعَلَ لَكُم مِّمَّا خَلَقَ ظِلَٰلًا وَجَعَلَ لَكُم مِّنَ ٱلْجِبَالِ أَكْنَٰنًا

«والله جعل لكم ممّا خلق ظلالًا وجعل لكم من الجبال أكنانًا.»

القرآن الكريم، سورة النحل، 16:81.

الرقم، وما فيه من عدم يقين

تتذبذب حرارة التربة غير المضطربة حول المعدّل السنوي لحرارة الهواء — وهو في راغوزا 17,1 درجة — بسعة تتناقص تناقصًا أُسّيًّا مع العمق وبتأخّر يزداد معه؛ وهذا هو النموذج الذي نشره كوسودا وأخنباخ سنة 1965 وما زالت برامج الحساب الطاقي تستعمله.1 والمقدار الذي يحكم ذلك كلّه هو الانتشاريّة الحراريّة للتربة، وهي في الأتربة والصخور الرسوبيّة بين 0,01 و0,08 متر مربّع في اليوم؛ أمّا الحجر الكلسي الرملي الإيبلي (الكلكارينيت) فلم يقسها فيه أحد، والنموذج المصغّر يترك الاختيار بين قيمة منخفضة وأخرى متوسّطة وثالثة مرتفعة.2 وبالقيمة المتوسّطة تنقص السعة السنويّة على عمق مترين ونصف إلى الثلث، ويبلغ التأخّر شهرين تقريبًا: ففي أغسطس تكون حرارة الأرض بين ثماني عشرة درجة وإحدى وعشرين، وتقع ذروتها في أكتوبر؛ ودون عشرة أمتار يكاد التذبذب يخمد.

حرارة التربة على مدار السنة، على الأعماق المختلفة

القراءة. النموذج هو نموذج كوسودا وأخنباخ (1965): تتذبذب حرارة التربة غير المضطربة حول المعدّل السنوي لحرارة الهواء — وهو في راغوزا 17,1 °C — بسعة تتناقص أُسّيًّا مع العمق وبتأخّر يزداد معه. المنحنى الأسود هو الهواء (المعدّلات الشهريّة للمحطّة)؛ والمنحنيات الأخرى هي التربة على عمق متر، وعلى العمق المختار، وعلى خمسة أمتار. وبانتشاريّة متوسّطة تنقص السعة على مترين ونصف إلى الثلث ويبلغ التأخّر نحو شهرين: ففي أغسطس تكون التربة بين 18 و21 °C، وتقع ذروتها في أكتوبر. ما لا يثبته: انتشاريّة الكلكارينيت الإيبليّة لم تُقَس؛ والخيارات الثلاثة تغطّي المجال المنشور للأتربة والصخور الرسوبيّة (Andújar Márquez et al. 2016؛ Mathur et al. 2015). والرقم حامل لتصميم القناة، ويجب أن يُقاس في الموضع قبل الحفر.

هذا حساب نموذجي، لا قياس في الموضع. ولأنّ الرقم حامل لتقدير مقاس القناة، يجب أن يُقاس في الموضع قبل تنفيذ العمل — مِجَسّ على عمق مترين وعلى ثلاثة، مدّة سنة — والقياس واحد من عمليّات التحقّق في المرحلة الجارية؛ وستُنشر قيمته مع غيرها.

القناة المدفونة

يقضي المشروع بـ150 مترًا طوليًّا من قناة مدفونة تأخذ الهواء من البستان الشمالي، وتسيّره تحت الأرض، وتدفعه إلى المواضع. ويترك الهواء حرارته للتربة على طول المسار فيصل أبرد ممّا دخل، باستهلاك كهربائي محصور في المروحة التي تحرّكه: وهي المحرّك الوحيد الذي يقبله مناخ الدار، وعلّة قبوله في النسبة بين ما يستهلكه وما يردّه. ويستعمل النموذج المصغّر أبسط قانون يصف هذا التبادل — يقترب الهواء من حرارة التربة اقترابًا أُسّيًّا على طول الأنبوب — ويبيّن ما يغيّره الطول والقطر والتدفّق.3

القناة المدفونة: ما تعطيه، وبأيّ ثمن

القراءة. نموذج بمعامل واحد: يقترب الهواء المارّ في الأنبوب من حرارة التربة وفق قانون أُسّي، بمعامل تبادل فعلي بين الهواء والتربة قدره 2,5 W/m²K، يلخّص الحمل الحراري داخل الأنبوب ومقاومة التربة من حوله. فبقناة طولها مئة وخمسون مترًا وقطرها خمسة وعشرون سنتيمترًا، وستّمئة متر مكعّب من الهواء في الساعة، وتربة في 20 °C، يدخل الهواء في 32 درجة ويخرج في أقلّ من 23 بقليل؛ وتُقرأ القدرة المنتزَعة بجانب الشكل، مع استهلاك المروحة مقدّرًا بفرق ضغط متواضع. وإطالة الأنبوب بعد حدّ معيّن لا تنفع؛ ورفع التدفّق يعطي قدرة أكبر، لكن هواءً أقلّ برودة. ما لا يثبته: يُغفل النموذج تشبّع التربة حول الأنبوب بعد أيّام من العمل (Mathur et al. 2015: تراجع بدرجتين أو ثلاث في اثنتي عشرة ساعة من التشغيل المتواصل)، والتكاثف، والهندسة الحقيقيّة للمسار. والمردود المقيس في إيطاليا من رتبة 14–21 كيلوواط ساعة حراريّة لكلّ كيلوواط ساعة كهربائيّة (Grosso وChiesa 2015، إيمولا)؛ أمّا مردود المزرعة فسيُقاس.

والقياسات المنشورة تؤكّد رتبة المقدار. ففي إيمولا أعطى حقل من اثنين وثلاثين أنبوبًا، قطر كلّ منها خمسة وعشرون سنتيمترًا وطوله سبعون مترًا، مدفونة على عمق مترين وستّين سنتيمترًا، وتُوبع ثلاثين شهرًا، ما بين أربعة عشر وواحد وعشرين كيلوواط ساعة حراريّة في الصيف عن كلّ كيلوواط ساعة كهربائيّة مصروفة؛ وتضع الأدبيّات مدّة استرداد الاستثمار في المناخات الإيطاليّة بين خمس سنوات وتسع.4 وشرطان يقرّران هل يعمل جهاز من هذا النوع أم يصير مشكلة صحّيّة: الميل المتّصل مع جمع الماء المتكاثف وصرفه، لأنّ هواء الصيف إذا برد في الأنبوب ترك فيه ماءً، والماء الراكد يغذّي العفن؛ وإمكان الوصول للمعاينة والتنظيف.5 وكلاهما يُحلّ في التصميم التنفيذي، وقناة لا تحلّهما تركُ بنائها أولى.

ما تعلّمه الخطّارات وغرف الشرقي، وما لا تعلّمه

يحفظ سهل بالرم شبكة من أنفاق التصريف على هيئة الخطّارة (qanāt)، حُفرت شبه أفقيّة في طبقة الكلكارينيت حتّى تبلغ الماء الجوفي: وأقدم ما وُثّق منها، بالشيبيني وبدانيزينّي، يرجع إلى القرن الثاني عشر والثالث عشر؛ وحُفرت خطّارة جيزويتيكو ألتو في مطلع القرن السادس عشر لجيراردو ألياتا. وإلى جانب الخطّارات تميّز السنّة المحلّيّة ingruttati، وهي أنفاق وصل بين الآبار، وcatusi، وهي قنوات من الفخّار.6 وبالشبكة نفسها تتّصل camere dello scirocco، أي غرف الشرقي: مواضع جوفيّة معقودة، يبرّدها مرور ماء جارٍ في ساقية، وفيها أحيانًا مناور ومأخذ للهواء. وههنا تصحيح قلّما يُقرأ: فهذا النمط انتشر في قصور الأعيان الريفيّة بين القرن السادس عشر والثامن عشر، مستعيدًا بنية مائيّة من العصر الوسيط — وأقدم ما وُثّق منه غرفة فيلا ناسيلّي-أمبليري، المبنيّة سنة 1552، وعبارة «غرفة الشرقي» ترد في عقد عدلي سنة 1691 — فمن يعرضها ابتكارًا من العهد الإسلامي يقدّمها خمسة قرون على وقتها. ويُستثنى من ذلك كهف أوشيبيني، قرب قصر الشيبيني العربي النورماندي، حيث كان ماء العين يجري في موضع جوفي مستعمَل للغرض نفسه.7

والقياس الذي نملكه لتلك الغرف قديم لكنّه بليغ: في آخر صيف 1987، بفيلا ناسيلّي-أمبليري، كانت أرضيّة الغرفة في اثنتين وعشرين درجة بينما قيس في الخارج ثلاث وثلاثون؛ وتؤكّد الدراسة التحليليّة لسنة 2015 المبدأ — ماء وهواء وحجر كلسي تعمل معًا — وتلاحظ أنّ تعديلات مطلع القرن العشرين أنقصت نجاعتها.8 والذي تعلّمه هذه المصنوعات، وهو جدير بأن يُستأنف، هو المبدأ المركّب: لا هواء تبرّده الأرض وحدها، بل هواء تبرّده الأرض ويبرّده معها تبخّر ماء جارٍ على طول المسار. وقناة البستان الشمالي تحتمل هذه الزيادة بكلفة يسيرة، وعندها تصير السابقة الصقليّة شرطًا تقنيًّا مكان استشهاد.

مُّتَّكِـِٔينَ فِيهَا عَلَى ٱلْأَرَآئِكِ ۖ لَا يَرَوْنَ فِيهَا شَمْسًا وَلَا زَمْهَرِيرًا

«متّكئين فيها على الأرائك، لا يرون فيها شمسًا ولا زمهريرًا.»

القرآن الكريم، سورة الإنسان، 76:13.

البرد المخزون

في جبال إيبلي وعلى إتنة خُزن البرد في مثالج (neviere): حُفَر وقباب مدفونة، مبطّنة بحجر مرصوف بلا ملاط، كان ثلج الشتاء يُحفظ فيها، مغطًّى بالتبن والأعشاب والسرخس، إلى الصيف. والتجارة موثّقة منذ 1619 بين بوكّيري ومالطة، وفي القرن الثامن عشر كانت الجزيرة تصدّر منه أكثر من ألف طنّ في السنة؛ ومراكزه بوكّيري وبالاتسولو وكيارامونتي وبوشيمي وفيرلا ومونتيروسّو وجارّاتانا، على أميال قليلة من المزرعة.9 وهي ليست مؤسّسة من العهد الإسلامي، وتُذكر ههنا لسبب واحد: ففي المنطقة نفسها، وبالموادّ نفسها، حلّ أحدهم من قبل مسألة إبقاء موضع مدفون باردًا شهورًا، وحلوله ما زالت تُرى.

ما لا يُوعَد به

لا يُوعَد بحرارة الهواء عند خروجه من القناة، لأنّها تتوقّف على رقم — انتشاريّة التربة — لم يقسه أحد للكلكارينيت الإيبليّة، وعلى ظاهرة — تشبّع التربة حول الأنبوب بعد أيّام من العمل — يُغفلها النموذج المصغّر. ولا يُوعَد بأن تُبنى القناة، إن لم يحلّ التصميم التنفيذي مسألتي التكاثف والمعاينة. ويُوعَد بالمِجَسّ في التربة منذ السنة الأولى، وبنشر القياس، تحت مراجعة اللجنة العلميّة التي تعمل الدار على تكوينها.

T. Kusuda, P. R. Achenbach, Earth temperature and thermal diffusivity at selected stations in the United States, National Bureau of Standards, Report 8972, 1965؛ وهو النموذج الذي يعتمده برنامج EnergyPlus لحرارة التربة غير المضطربة. المعدّل السنوي لحرارة الهواء في راغوزا (515 م): 17,1 °C (1991–2019، مصدر ثانوي).

J. M. Andújar Márquez et al., «Ground thermal diffusivity calculation by direct soil temperature measurement», Sensors 16 (2016), 306: 0,98·10⁻⁶ m²/s (≈ 0,085 م²/يوم) في تربة رمليّة حصويّة رطبة؛ J. Mathur et al., Energy Reports 1 (2015), pp. 17–21: 1,4–9,7·10⁻⁷ m²/s للأتربة المدروسة، وتراجع حرارة الخروج بمقدار 2–2,6 K بعد اثنتي عشرة ساعة من التشغيل المتواصل في الأتربة الأقلّ انتشاريّة.

نموذج بمعامل واحد: Tu = Ts + (Ti − Ts)·exp(−U·π·D·L / ṁ·cp)، مع U = 2,5 W/m²K فعليّة بين الهواء والتربة؛ وقدرة المروحة مقدّرة من فواقد الضغط الموزّعة ومردود قدره 0,5. هذه رتبة مقدار، لا تصميم.

M. Grosso, G. Chiesa, «Horizontal earth-to-air heat exchanger in Imola, Italy. A 30-month-long monitoring campaign», Energy Procedia 78 (2015), pp. 73–78: فعاليّة 0,7–0,9، ومعامل أداء التبريد (COP) 20 و14 و21 في السنوات الثلاث؛ F. Ascione, L. Bellia, F. Minichiello, «Earth-to-air heat exchangers for Italian climates», Renewable Energy 36 (2011), pp. 2177–2188.

G. Chardome, V. Feldheim, «Heat transfer and condensation in an earth–air heat exchanger», Energy and Buildings 205 (2019), 109532، في خطر العفن والبكتيريا في الماء المتكاثف الراكد؛ H. Wei et al., Applied Energy 276 (2020), 115493، في الحصّة الكامنة من التبريد في المناخات الرطبة.

P. Todaro, G. Barbera, A. Castrorao Barba, G. Bazan, «Qanāts and historical irrigated landscapes in Palermo’s suburban area (Sicily)», European Journal of Post-Classical Archaeologies 10 (2020), pp. 335–370؛ P. Todaro, Il sottosuolo di Palermo, Palermo 1988؛ وللمؤلّف نفسه: Guida di Palermo sotterranea, Palermo 2002.

T. Firrone, «Le camere dello scirocco: archetipi bioclimatici della Palermo antica», in Palermo città delle culture؛ وللمصادر القديمة: V. Di Giovanni, Palermo restaurato (1615)، وF. Baronio, De majestate panormitana (1630). وفي الشيبيني: G. Spatrisano, La Zisa e lo Scibene di Palermo, Palermo 1982.

M. Saeli, E. Saeli, «Analytical studies of the Sirocco room of Villa Naselli-Ambleri: a XVI century passive cooling structure in Palermo (Sicily)», Journal of Cultural Heritage 16/3 (2015), pp. 344–351؛ وقياس 1987 عند Firrone، المرجع المذكور.

A. Patanè, I viaggi della neve. Raccolta, commercio e consumo della neve dell’Etna nei secoli XVII–XX, Palermo, Mediterranea, 2014؛ L. Lombardo, «Il viaggio della neve nel Mediterraneo: dalla Sicilia all’isola di Malta», Dialoghi Mediterranei 8 (2014).

اللجنة العلميّة التي ستقرأ هذه القياسات، وهي قيد التكوين، مذكورة في صفحة الهواء والماء والظلّ.

ما كانت المزرعة تفعله من قبل، مقولًا بلغة اليوم

الغايات التالية تصف، بلغة اليوم، استعمالًا لباطن الأرض مارسته صقلية قرونًا، ويعود هنا شرطًا تقنيًّا.

القناة المدفونة: برودة من الأرض بالمروحة وحدها — 7.3 النجاعة الطاقيّة · 13.1 الصمود أمام المخاطر المناخيّة

الخطّارات، وغرف الشرقي، والمثالج: تراث جوفي يُدرَس قبل أن يُستشهَد به — 11.4 صون التراث الثقافي

الماء المتكاثف، والمعاينة، وقياس التربة: الصحّة قبل الصورة — 3.d الحدّ من المخاطر الصحّيّة · 13.3 القدرة على التكيّف

جُمعت مصطلحات هذه الصفحات في المعجم، ومصادرها في صفحة المصادر. والصور معالجات دراسيّة: فالمزرعة لم تُرمَّم بعد.