بخشی از مقاله
طراحی هیچ گاه به وضعیت موجود راضی نشده است و هر چند فرض میشود که مهندسان اشیا مورد استفاده ما در آینده را تولید میکنند ، ولی در واقع این طراحان هستند که همواره چگونه ی به نظر رسیدن آینده را تعیین می نمایند ؛اگر به گذشته برگردیم خواهیم دید که آینده اغلب به واسطه مصالح و فناوری هایی که ممکن است آنرا بسازند تعریف شده است. تا پیش از مدرنیسم که تلاشهای مشترکی در زمینه پیش بینی های آینده انجام گرفت از این رویداد ها اثری دیده نمی شد. در واقع در سال 1914 یک گروه از معماران ایتالیایی جوان ،(بیانیه معماری فوتوریست ) را منتشر کردند . آنها بیان نمودند که معماری فوتوریست ، معماری محاسبه ، جسارت و سادگی است . معماری بتن مصلح ،آهن ،شیشه، مقوا ، بافته های فیبری را جایگزین مصالح سنتی بود را ممکن می ساختند . بتن پر طرفدار ترین مصالح مورد استفاده مدرنیست ها بود. لوکوربوزیه با در نظر گرفتن فناوری در سال 1920 خانه برای آینده را به صورت (ماشینی برای زندگی) تعریف کرد و نه سال بعد باک مینستر فولر طرح های خود از ماشین زندگی (خانه دیماکسیون ) را منتشر ساخت . خانه هایی که آخرین مصالح صنایع را به نمایش میگذاشتند به سرعت افزایش یافتند از آن جمله میتوان به خانه ماسونیت ، خانه استراستیل ؛ خانه آرمکو-فروانامل اشاره نمود بعد از جنگ جهانی دوم اولین خانه لاست روم پیش ساخته پدیدار شد بنابر این مشاهده میشود که همواره رابطه تنگاتنگ و نوعی پیوند تاریخی ناگشودنی بین مصالح ساخت ومعماری وجود داشته است تا اینکه در قرن بیستم ،نقش مصالح تکنولوژی ها در معماری اهمییت بیشتری یافت . میتوان گفت هم اکنون در آغاز قرن 21 میلادی استفاده از مصالح با توجه به رفتارها وخصوصیات پایه ای آنها انتخاب میشود نه به دلیل عملکرد و چگونگی اجرای آنها ، امروزه با دید آینده نگری که معماری وسیستم های ساخت از سوی معماران وجود دارد به زودی شاهد توسعه وگسترش مصالح هوشمند در حیطه دانش معماری در کشور خواهیم بود پس شناخت و پی بردن به مشخصه های مصالح و کاربرد آنها در دنیای امروز امری اجتناب ناپذیر مینماید .
-2بیان مساله و ضرورت تحقیق :
یکی ازمهمترین مباحث درحوزه پایداری محیطی تقلیل مصرف منابع تجدید ناپذیر و بهینهسازی مصرف انرژیهای تجدید پذیر میباشد ازآنجا که ساختمانها مصرف بیش از40درصد ازکل انرژی تولید شده درکشور را به خود اختصاص میدهند حوزه محیطی معماری پایداراهمیت بسزایی درتوسعه پایدار کشور دارد ازطرف دیگر باتوجه به اهمیت پوستههای ساختمان درکنترل تبادل حرارتی بین درون و بیرون بنا مصالح بکاررفته درآنها دارای اهمیت بسیارزیادی درایجادشرایط آسایش حرارتی درساختمان میباشد براین اساس یکی ازمهمترین راه کارها درجهت دستیابی به معماری پایدارمحیطی شناخت فناوریهای نوین و مزایای استفاده ازآنها به منظور بکارگیری مواد و مصالحی است که موجب کاهش مصرف انرژی و همچنین تامین شرایط آسایشی مطلوب برای ساکنان ساختمان گردد. اهمیت مواد هوشمند هنگامی مشخص میشود که نقش آنها را در ایجاد سیستمهای سازگارتر در نظر آوریم. این مصالح اساس کار سایر سیستمهای حسگر، سازگار و کنترل شده را تشکیل میدهند.
-3اهداف تحقیق :
هدف نهایی، ساخت موادی با هوشمندی مواد موجود در طبیعت است. با ایجاد خواص مورد نظر در سطح مولکولی، میتوان مواد ابر هوشمند ساخت که قادرند نقش نظامهای هوشمند موجود را ایفا، کنند. یک سیستم ساختمانی هوشمند پیشرفته میتواند علاوه بر کنترل سیستم ایمنی، انتقال بار، گرمایش، تهویه مطبوع و HVAC اثر بارهای باد و زلزله را اندازهگیری نموده و سیستمهای ضد ارتعاش را در مقابل نیروهای محرک خارجی به کار اندازد. با عرضه مواد هوشمند توانمندیها و امکانات نو در اختیار مهندسان و طراحان قرار خواهد داد.
-پرسش تحقیق :
آیا آشنایی با معماری هوشمند باعث ایجاد یک سبک زندگی با انرژی کارآمد تر میشود ؟
-روش شناسی تحقیق :
این پژوهش بر اساس مطالعات کتابخانه ای و مشاهدات غیر مستقیم انجام شده است به طوری که نگارندگان با مطالعه کتاب ها و مقالات به بیان معنا و اصول و اهداف معماری هوشمند پرداخته اند.
-4پیشینه تحقیق:
دی میچل آدینگتون، دانیل ال اسکودک در کتاب مصالح هوشمند و فناوری های جدید طی تحقیقات خود در شناخت مصالح ساختمانی و آگاهی از نحوه تولید ، محل استفاده ، چگونگی کاربرد آن در احداث بناهای مسکونی ،اداری و صنعتی و همچنین آشنایی با روش های آزمایش انواع مصالح از نقطه نظر کیفی و مقاومت در مقابل عوامل جو برای دست اندر در کاران ساختمان سازان امری حیاتی است. و همچنین در مقاله دکتر یوسف گرجی مهلبانی و خانم الناز حاج ابوطالبی تحت عنوان مصالح هوشمند و نقش آن در معماری در فصل نامه مسکن و محیط روستا به این نتیجه رسیدند که ما در حال حاضر در آستانه نسل بعدی ساختمان ها هستیم؛ ساختمان هایی با درجات متعددی از که کاملا رفتار اکولوژیکی دارند و قادرند با بهره گیری هوشمندانه از مصالح سازگار و عملکرد (Hi-Tech) تکنولوژی جدید مناسب، در برابر تغییرات مستقیم و غیر مستقیم پیرامون خود واکنش نشان دهند و خود را با شرایط مناسب تطبیق دهند . این نوآوریها وظایف جدیدی را برای طراحان و معماران ایجاد می کند که از قافله پر سرعت تکنولوژی عقب نمانده و آنها را درطرح های خود بکار گیرند . لذا در این مقاله، معرفی مصالح هوشمند و عملکرد آنها و مهمتر از آن نحوه بکارگیری و رفتار آنها در پروژه های ساختمانی هدف اصلی می باشد که در کشورهای پیشرفته به اجرا درآمده اند.
-5مفاهیم هوشمندی:
.1-5تعریف هوشمندی :
هوشمند((intelligent، باهوش((Smart، حساس((Adaptive همه برای تعریف ساختارها ومصالحی به کارمی روند که شامل حسگرها ومحرکها (Actuators) بوده وتوانایی سازگاری باتحریکات خارجی مانند بارها وتحریکات محیط رادارند.
.2-5 معماری هوشمند :
با استفاده از دستاورد های مصالح هوشمند یک شی (ساختمان ) در زمانها و مکان های مختلف میتواند رفتار های متفاوتی از خود نشان دهد. تئوری های شناخت مواد به طور کلی دگرگون میشوند در وواقع مصالح هویت ثابت خود را از دست می دهند و دیگر معماری تعریف محدودی در زمان و مکان نخواهد داشت یک ساختمان هوشمند ،ساختمانی است که خود فکر میکند و با سنجیدن نیاز هایش در جهت رفع آن گام بر میدارد . برای رسیدن به این ساختمان ،مصالح هوشمند اولین قـدم و موثر ترین هـستند. (مهرگان ،ساحره،1390 ، استفاده از مصـاح هوشمنـد در پوستـه ساختمان به مـنظور صرفه جویی در مصرف انرژی)
.3-5 ساختمان هوشمند
سیستم های موجود در ساختمان هوشمند ، محیط زیستی کار آمد و راحت برای ساکنانش فراهم میکند این سیستم ها در یک ساختمان هوشمند به طور یکپارچه عمل کرده و وسایل مختلف را در ارتباط و اثر متقابل با یکدیگر قرار می دهند . با این سیستم میتوان ارتباطات ، کارهای دفتری وکنترلی ساختمان را با استفاده از یک شبکه رایانه ای جامع به عهده ی یک مدیریت هوشمند سپرد .( نجفی مطیعی ، (87 :1386 از نظر گروه های مختلف تخصصی در جهان ، تعاریف و تعبیر های متفاوتی برای ساختمان های هوشمند ارائه شده
است همچنین شهر های هوشمند و مجامع مرتبط بسیاری در این خصوص وجود دارند که هر کدام با توجه به نوع گستردگی حوزه عمل خود تعاریف خاصی در این خصوص ارائه می نمایند.
سمپوزیوم بین المللی معماری در سال 1985 در تورنتو تصریح کرد که: (یک ساختمان هوشمند آمیزه ای است از ابداعات خواه این ابداعات تکنولوژیک با شد یا خیر) به همراه مدیریتی بدون نقص که در این راستا با داشتن این دو ویژگی سرمایه صرف شده تا حد زیادی باز گردد این تعریف علاوه بر لزوم وجود ابداع و نوآوری و استفاده از تکنولوژی این موضوع را نیز یاد آوری میکند که یکی از اهداف ساخت ساختمان های هوشمند ، این است که ساختمان هایی ساخته شوند که هرچه بیشتر سرمایه ای را که در ساخت و ساز صرف شده است برگردانند که این سرمایه مسائل مختلفی را از جمله انرژی در بر میگیرد.
.4-5 ویژگی های مصالح و سامانه های هوشمند :
ناسا مواد هوشمند را به صورت موادی تعریف میکنند که قابلیت به خاطر سپردن ساختارهایی را دارند و تحت تاثیر محرک های خاص از آنها تبعیت می کنند . دایره المعارف فناوری شیمی تعریف کاملتری ارائه داده است : ساختارها و مواد هوشمند ، پدیده هایی هستند که رویداد های محیطی را حس می کنند ، اطلاعات حسی را مورد پردازش قرار میدهند و سپس بر محیط اثر میگذارند در واقع کاربرد هدفمند مصالح ، ایده کاملا جدیدی در معماری است چرا که در
رشته ما به ندرت تصور میشود که مصالح می توانند نقش موضعی و بی واسطه ایفا کنند . علاوه بر این کاربرد گزینشی مصالح به یک پاسخ و عملکرد واحد اشاره دارد و نه الزاما به یک مصالح واحد . پس شاید منحصر به فرد ترین جنبه های این مواد و سامانه ها ، مفاهیمی نهفته باشد که میتوان آنها را در خلال رفتارشان کشف کرد. مواد و سامانه های هوشمند ، اعم از اینکه مولکول ماده، ترکیبی از مواد ، مواد گرد هم آمده یا حتی یک سامانه باشند ، خواص زیر را از خود نشان میدهند :
- سرعت : آنها به موقع از خود واکنش نشان می دهند
- موقتی بودن: آنها به بیش از یک رویداد محیطی واکنش نشان می دهند
- خود بکاراندازی: هوشمندی مواد و مصالح بیشتر درونی است تا بیرونی
- گزینشگری: واکنش آنها صریح و قابل پیش بینی است
- هدفمندی: واکنش نسبت به رویداد فعال کننده ، موضعی رخ می دهد .
مصالح هوشمند تحت عنوان مصالح انعطاف پذیر و تطبیق پذیر نیز شناخته می شوند و این به دلیل ویژگی خاص آنها در تنظیم نمودن خود با شرایط محیطی می باشد متغیرهای تاثیرگذار شیمیایی و فیزیکی که در زیر معرفی شده اند ، محرکهایی هستند که مصالح هوشمند در برابر آنها از خود عکس العمل نشان می دهند
-نور و اشعه : UV بخش فرابنفش و مرئی اشعه الکترومغناطیسی
- دما : تغییرات دمایی که یک سیستم فیزیکی مثل بدن انسان ایجاد می نماید
- فشار: اختلاف فشار ایجاد شده در یک ناحیه
- میدان الکتریکی : میدان ایجاد شده پیرامون یک بار الکتریکی
- میدان مغناطیسی : میدان ایجاد شده پیرامون یک آهن ربا یا یک بار الکتریکی متحرک
- محیط شیمیایی : حضور یک عنصر یا ترکیب شیمیایی خاص مثل آب
.5-5 طبقه بندی مصالح هوشمند :
به طور کلی مصالح ساختمانی موجود اعم از سنتی ، طبیعی و مصنوعی با توجه به خصوصیات آنها ، از جمله : نمود : ظاهری ، بافت ، ترکیب شیمیایی ، خواص مکانیکی و فیزیکی ، اثر محیطی و ... طبقه بندی می شوند. اما در طبقه بندی مصالح هوشمند علاوه بر در نظر داشتن مشخصه های فوق ، خواص دیگری که به طور ویژه به تمیز دادن مصالح هوشمند ازمصالح سنتی مربوط می شود نیز لحاظ شده است در واقع طبقه بندی مصالح هومشمند بر پایه پنج ویژگی اصلی در معماری بعنی سرعت ، چند گانگی ، خودگردانی ، گزینشگری و هدفمندی آغاز میشود.
اگر ویژگی ها را با گروه بندی این مواد همراه کنیم انگاه میتوانیم دسته بندی زیر را ارائه کنیم :
- قابلیت تغییر خواص
- قابلیت تبادل پذیری
-چند ساختاری بودن موقعیت / اندازه
- بازگشت پذیری : میتوان از این ویژگی ها برای بهبود بخشیدن به خواص ماده در جهت هماهنگی بیشتر با شرایط متغییر محرک های وارده یا بهبود رفتار خاص از ماده برای ثابت نگه داشتن شرایط وضعی یکنواخت در محیط بهره برد.
- تغییر خواص :مواد با خواص متغیر ، گروهی از مواد هوشمند هستند که بیشترین قابلیت کاربرد در حوزه های معماری را دارا میباشند خواص این مواد (شیمیایی ، گرمایی، مکانیکی،مغناطیسی، بصری یا الکتریکی ) در واکنش به شرایط تغییر محیط ماده تغییر میکند از جمله مواد موجود در این گروه میتوان به تمامی مواد تغییر رنگ دهنده مانند ترموکورمیک ها ، الکتروکورمیک ها ، فتوکورمیک ها و... اشاره نمود . در این مواد تغییر محیط (تا بش اشعه های خورشیدی دمای سطح ) یا ورود مستقیم انرژی به ماده (ولتاژ،جریان برق ) بر جذب طیفی اشعه های الکترو مغناطیسی مرئی توسط ملکول ها یا سطح درونی ماده اثر میگذارد و آن را تغییر میدهد.
- تبادل انرژی : مواد تبادل کننده انرژی گروه بعدی مواد هوشمند هستند . انتظار میرود این مواد نفوذ گسترده ای در
حوزه های معماری داشته باشند این مواد که میتوانند مواد »اصل اول « نامیده شوند ، بر اساس قانون اول ترمودینامیک ، انرژی ورودی را جهت ایجاد یک انرژی خروجی ، به حالت دیگری تبدیل میکنند . هر چند راندمان مواد هوشمند مانند فتوولتاییک ها و ترموالکترویک ها معمولا فن آوری رایج تر ، در زمینه ی بقای انرژی کمتر است ولی امکان بهره برداری از انرژی آنها بسیار بیشتر می باشد به عنوان مثال در بسیاری از موارد هوشمند تبادل کننده انرژی از جمله پیزوالکتریک ها ، پیروالکتریک ها و فتوولتائیک ها ، رابطه ی مستقیم بین انرژی ورودی و خروجی ، این مواد را به حس گرمایی محیطی بسیار خوبی تبدیل نموده است .
-بازگشت پذیری /جهت داری : بسیاری از مواد متعلق به دو گروه بالا ، دارای یکی از ویژگی های بازگشت پذیری با دو سویه بودن میباشند اکثر مواد مبدل الکترسیته میتوانند حالت انرژی خروجی و ورودی خود را معکوس سازند به عنوان مثال، برخی از مواد پیزوالکتریک ، با اعمال کشش، جریان الکتریکی تولید مینمایند و همچنین میتوانند با اعمال جریان ، تغییر شکل دهنده موادی که به صورت دو جهته خواص خود را تغییر میدهند و یا تبادل انرژی میکنند ، این امکان را ایجاد مینمایند که به جای استفاده صرف از انرژی های ورودی و خروجی با خواصشان، تغییرات موقتشان نیز مورد بهره برداری بیشتر قرار گیرد. ویژگی جذب انرژی موا د تغییر فاز دهنده را ، بسته به آنکه تغییر فاز در چه جهتی روی دهد میتوان در یکنواخت نگاه داشتن محیط و یا آزاد کردن انرژی به محیط به کار برد طبیعت دو سویه ی آلیاژهایی با حافظه ی شکلی را میتوان در ساخت محصولات قابل تغییر با چند کاربردی مورد استفاده قرار داد و بدین ترتیب میتوان این مواد را جایگزین اجزایی نمود که خود از بخش های بسیاری تشکیل شده اند .
- موقعیت/اندازه :بدون در نظر گرفتن نوع مواد هوشمند یکی از اصلی ترین ویژگی های متمایز کننده ی این مواد از مواد سنتی چند ساختاری بودن ، ابعاد و عملکرد موضعی آنها میباشد با حذف یا کاهش شبکه های انتقال انرژی ثانویه ، اجزاء اضافی و در برخی موارد حتی با بسته بندی و اتصال نیرو به ماده ،اندازه ی ماده در بخش های فعال کاهش می یابد . سازه یا جزئی که از ماده ی هوشمند ساخته شده باشد ، نه تنها نسبت به ساختار مشابه از جنس مواد سنتی تر، بسیار کوچکتر است بلکه به زیر ساختار های پشتیبانی کننده کمتری نیز، نیاز دارد بنابراین شی حاصل را میتوان در کارامد ترین موقعیت ممکن نصب کرد . ابعاد کوچکتر به اضافه تغییر خواص و تبادل انرژی به صورت بلاواسطه این مواد را به حسگرهایی با کارایی بالا تبدیل نموده است بعلاوه این مواد ، به عنوان حسگر، بر محیط مورد اندازه گیری اثر کمتری میگذارند و به تنظیم درجه بندی کمتر نیز ،نیاز دارند (دی.میچل آدینگتون ،دانیل ال.اسکودک،(74: 1390
