Klimatyzacja bez prądu. Niesamowity wynalazek starożytnych Persów

Skuteczna, wydajna klimatyzacja zasilana energią słoneczną nie jest wynalazkiem naszych czasów. Instalacje tego typu budowali już starożytni Persowie 2300 lat temu. Potrafili obniżyć temperaturę powietrza nawet o 16 stopni, a ich konstrukcje były tak wydajne, że na terenach, gdzie panują kilkudziesięciostopniowe upały, mogli przechowywać lód przez cały rok.

Perska klimatyzacja składała się z kilku elementów: kanatów, czyli podziemnych wodociągów dostarczających na duże odległości czystą wodę, podziemnych cystern i łapaczy wiatrów: konstrukcji wznoszonych na dachach budynków tak, aby powiew wiatru był kierowany w odpowiednie miejsce. Znajomość praw fizyki i inżynieria na wysokim poziomie sprawiały, że całość działała bardzo skutecznie.

Kanat wygląda z góry, jakby ktoś zbombardował pustynię. Długi łańcuch dziur, otoczonych niewielkimi kraterami może wydawać się nam tworem nieco dziwnym i tajemniczym, zwłaszcza, że to co w nim najważniejsze, kryje się głęboko pod ziemią.

Budowę kanatu rozpoczynano zazwyczaj od miejsca, do którego miała zostać dostarczona woda: powstawał tam podziemny tunel, na tyle duży, by zmieścił się w nim człowiek.

Tunel prowadzono pod ziemią w stronę wzgórza czy wzniesienia terenu, gdzie występował tzw. stożek aluwialny: miejsce osadzania zawiesin, niesionych przez płynącą wodę. Chodziło o to, aby pod ziemią natrafić na wodonośne warstwy, czyli w praktyce studnię, zasilającą całą instalację w świeżą wodę.

Budowniczowie drążący tunel co pewien czas przebijali ku powierzchni pionowe szyby, którymi wyciągano urobek. Rozsypywano go wokół otworu, gdzie tworzył charakterystyczny stożek. Była to osłona, chroniąca podziemną instalację przed różnymi obiektami, które - toczone choćby przez wiatr – mogłyby wpaść do środka. Same otwory dostarczały do wnętrza kanału świeże powietrze i pozwalały na jego późniejszą konserwację.

Widoczny na powierzchni łańcuch kopczyków z dziurą w środku pokazuje przebieg kanatu. Ponieważ prowadzi on zazwyczaj do jakiegoś wzniesienia, oznacza to, że im bliżej studni, tym kanat głębiej pod ziemią. Jak głęboko może być? Typowa głębokość to 30-200 metrów, ale rekordowe kanały odkryto na głębokości 270 metrów.

Tunel prowadzi do podziemnej studni - miejsca, gdzie przecina warstwy wodonośne, zaopatrujące cały system w wodę. To właśnie na tym etapie ujawnia się geniusz twórców kanatów: typowy spadek kanału to około 1 metr na 1000-1500 metrów jego długości.

Wszystko zależy od warunków geologicznych, jednak spadek musiał być dobrany tak, aby zapewnić laminarny przepływ wody. Chodzi o to, aby w podwodnym strumieniu nie występowały żadne zawirowania, przyspieszające erozję dna kanału.

Zbyt duże nachylenie powodowałoby szybkie zniszczenie instalacji. Zbyt małe – za wolny przepływ wody, która byłaby nieświeża, a dno kanału szybko zostałoby zamulone.

Podziemne kanały mają zazwyczaj kilka kilometrów długości, choć rekordowe kanaty ciągną się nawet na kilkadziesiąt kilometrów. Było to możliwe, bo ukrycie wodociągu głęboko pod ziemią nie tylko chłodziło przepływającą wodę, ale także ograniczało parowanie. Kanały prowadzą do podziemnych cystern, które były czymś więcej, niż zwykłymi zbiornikami na wodę: często stanowiły element systemu klimatyzacyjnego.

Jego działanie opiera się na efekcie Bernouliego: umieszczone na zewnątrz tzw. łapacze wiatru (wymyślone w Egipcie, ale udoskonalone przez Persów) przechwytują podmuchy gorącego powietrza i kierują je w stronę szybu, prowadzącego do kanatu.

Dzięki podciśnieniu, wywołanemu przepływem ciepłego powietrza, z szybu zasysane jest zimne powietrze, które następnie trafia do pomieszczeń mieszkalnych.

Po ogrzaniu, powietrze wylatuje specjalnym kanałem wentylacyjnym, a ciągła cyrkulacja sprawia, że wnętrze domu jest skutecznie chłodzone zimnym powietrzem, czerpanym ciągle z chłodnego tunelu z wodą. Skuteczność tego rozwiązania była tak duża, że w podziemnych komorach Persowie przechowywali lód. Topnienie dawało się spowolnić na tyle, że był dostępny przez cały rok.

Z budowli takich słynie m.in. irańskie miasto Jazd, wpisane w 2017 roku na listę światowego dziedzictwa UNESCO. Mieszkańcy tego półmilionowego obecnie miasta cieszą się komfortem, jaki zapewnia klimatyzacja, od setek lat.

Kanaty i oparty na nich system chłodzenia to coś więcej, niż tylko inżynieryjna ciekawostka z przeszłości. Cała instalacja nie potrzebuje prądu: pośrednio zasila ją Słońce, którego energia zapewnia przepływ powietrza, chwytanego przez łapacze wiatru.

Rozwiązania takie, działające od wieków, znajdziemy w wielu starych budynkach krajów Bliskiego Wschodu, ale pasywne chłodzenie wywołuje zainteresowanie także współcześnie.

Kanaty były gwiazdą dubajskiej wystawy Expo 2020, a stare rozwiązania budzą bardzo duże nadzieje, wynikające z możliwości bezemisyjnego chłodzenia budynków. W obliczu katastrofy klimatycznej korzyść jest podwójna - skuteczne chłodzenie jest zapewniane bez potrzeby produkowania dodatkowej energii.

Nic dziwnego, że po stare technologie sięgają dzisiaj współcześni architekci, tworząc m.in. budynki takie, jak Royal Hospital Chelsea, na którego dachu zobaczymy współczesną wersję łapaczy wiatru.

Łukasz Michalik, dziennikarz Gadżetomanii