بخشی از مقاله
انرژی های نوین و تجدید پذیر (بهره گیری از انرژی خورشیدی و مصالح هوشمند در طراحی محیط)
چکیده
با پیشرفت علم و به دست آوردن تکنولوژی های جدید برای رسیدن به آسایش بشر، مشکلات تازه ای نیز برای او به وجود آمده است که مهمترین آنها کاهش ذخایر منابع انرژی و آلودگی های محیط زیست است. ایـن امـر دانشمندان را بر ان داشت تا به فکر جایگزینی انرژی هایی پاک و تجدیدپذیر، بـه جـای سـوخت هـای فسـیلی باشند. از جمله این انرژی های تجدیدپذیر و پایدار، انرژی خورشیدی است.
در این میان از آنجا که سهم عمده ی استفاده از انرژی را ساختمان ها بر عهده دارند، ضرورت استفاده از انرژی های پاک و از جمله انرژی خورشیدی در این بخش آشکارتر می گردد. زیرا توجه به چگونگی تـأمین انـرژی در بناها، هم بر روی حفظ سلامت محیط زیست و هم بر روی استفاده ی بهینه از منابع موجود در کـره ی زمـین، تأثیرگذار می باشد.
امروزه معماری پایدار با تأکید بر موضوع بحران انرژی و پشت سرگذاشتن تجربیات اولیه در زمینـه ی معمـاری خورشیدی، به سوی تکامل گام برمی دارد. از این رو هدف از نگارش این مقالـه توجـه بـه چگـونگی اسـتفاده از انرژی خورشیدی و بکارگیری مصالح هوشمند در معماری در راستای اهداف توسعه پایدار می باشـد. در ادامـه نتایج به دست آمده به شرح ذیل است: استفاده از انرژی های تجدید شـونده و از جملـه انـرژی خورشـیدی در معماری می تواند علاوه بر کاهش هزینه ها، کیفیت زندگی کاربران فضا را نیز ارتقاء دهد. همچنـین مـی توانـد زمینه ساز تولید شغل هایی با تکنولوژی برتر، و گامی مؤثر در جهت کاهش استفاده از سـوخت هـای فسـیلی و تولید دی اکسید کربن باشد. در این راستا مقاله حاضر در چند مبحـث ذیـل ارائـه مـی شـود: -1 انـرژی هـای خورشید و لزوم توجه به آنها،-2 اهمیـت انـرژی خورشـیدی، -3کاربردهـای انـرژی خورشـیدی، -4 چگـونگی استفاده از انرژی خورشیدی در محیط به کمک مصالح هوشمند.
کلمات کلیدی:
انرژی خورشیدی، مصالح هوشمند، پایداری، محیط زیست.
.1 مقدمه
در حال حاضر، ضرورت نیاز به سیستم های کنترل ساختمان در کشورهای مختلف احساس می گردد که در راستای این امر، بهینه سازی مصرف انرژی در ساختمان از ابتدای کار در بنا مد نظر خواهد بود. با توجه به این که موضوع این تحقیق تاثیر ساختمان های هوشمند در معماری پایــدار و بهینه سازی مصرف انرژی است، به طـور اختصاصی بررسی خصوصیات و قابلیت های انرزی خورشیدی و نیز تاثیر مصالح هوشمند در ارتقاء این کیفیت مد نظر می باشد. در ابتدا به تعریف واژه های این موضوع پرداخته و سپس به تحلیل و تا حدی اجزا آن و نحوه کارایی آن ها خواهیم پرداخت و در نهایت لزوم استفاده از این انرژی و بکارگیری مصالح در محیط پیرامون خواهیم پرداخت.
امروزه معماری پایدار با تأکید بر موضوع بحران انرژی و پشت سرگذاشتن تجربیات اولیه در زمینه ی معماری خورشیدی، به سوی تکامل گام برمی دارد. از این رو هدف از نگارش این مقاله توجه به چگونگی استفاده از انرژی خورشیدی در معماری در راستای اهداف توسعه پایدار می باشد. در ادامه نتایج به دست آمده به شرح ذیل است: استفاده از انرژی های تجدید شونده و از جمله انرژی خورشیدی در معماری می تواند علاوه بر کاهش هزینه ها، کیفیت زندگی کاربران فضا را نیز ارتقاء دهد. همچنین می تواند زمینه ساز تولید شغل هایی با تکنولوژی برتر و گامی مؤثر در جهت کاهش استفاده از سوخت های فسیلی و تولید دی اکسید کربن باشد.
.2 انرژی خورشیدی، اهمیت و کاربردهای آن
انرژی خورشیدی به عنوان مهمترین منبع تأمین انرژی های ساختمان بسیار مورد استفاده قرار می گیرد. از این روی طراحی و اجرای ساختمان هایی که بتوانند از انرژی خورشیدی، حداکثر استفاده را ببرند بسیار اهمیت دارد. تأمین نیاز حرارتی ساختمان با استفاده از خورشید به دو طریق غیر فعال و فعال قابل دسترسی است. کیفیت و چگونگی معماری ساختمان به دریافت و ذخیره ی انرژی خورشیدی بستگی دارد و در نهایت منجر به سلامت محیط زیست ساکنان زمین می شود. انرژی خورشیدی یکی از مهمترین انرژی های پایدار و پاک می باشد. این انرژی به عنوان یک منبع انرژی تجدیدپذیر، از مهمترین گزینه های جایگزین برای سوخت های فسیلی به شمار می آید که بسیاری از دغدغه های بشر از قبیل آلودگی های زیست محیطی، بیماری های نوپدید، پایان پذیری انرژی، تبدیل انرژی و... را برطرف می سازد. از این رو بسیاری از کشورهای جهان به دنبال آن هستند تا با استفاده از انرژی خورشیدی در تولید الکتریسیته و حرارت، زیان های ناشی از استفاده ی سوخت های فسیلی را کاهش دهند.
در حقیقت وقوع سه عامل در سال 1995 میلادی، سبب ایجاد نقطه عطفی برای انرژی های تجدید پذیر و به خصوص انرژی خورشیدی شد، که به شرح ذیل است: تغییرات آب و هوایی بر اثر انباشت گازهای گلخانه ای در جو، افزایش تقاضای مصرف انرژی برق در سراسر جهان، گشوده شدن چشم انداز نوید بخش؛ در مورد انرژی های تجدید پذیر؛که با صراحت از سوی کارشناسان اعلام گشت (رشیدی، غریب، .(1390 از این روی مسئله ی انرژی خورشیدی و جایگزینی آن به جای سوخت های فسیلی و سایر انرژی های پایان پذیر، مطرح شد و روش های بهره برداری از انرژی خورشیدی بار دیگر مورد توجه قرار گرفت و به دلیل اهمیت موضوع، نیروگاه های خورشیدی در کشورهای زیادی احداث شد. اهمیت این موضوع برای کشور ما نیز از دو جهت می باشد : یکی به دلیل وجود ایران در کمربند خورشیدی جهانی، کشور ما از پتانسیل بالایی جهت بهره برداری از انرژی
خورشید برخوردار است. و دیگری وجـود معادن سیلیس و همچنین وجــود زمین های بلا اســتفاده در ایران، نشان از این دارد که راه اندازی سیسـتم های خورشیدی در کشور ما بسیار مناسب و کارا خواهد بود.
.3 طراحی های هوشمند 1
یکی از مسائل مهم در طراحی معماری، طراحی پوسته خارجی بنا است. در بناهای سنتی نما به صورتی ثابت و غیر قابل تغییر در فرم کلی و نقاط پر و خالی آن اندیشه می شد که انطباق با ساعات مختلف روز و فصول مختلف در آن وجود نداشت. پوسته نما که می تواند بزرگترین منبع ذخیره انرژی باشد برای بحرانی ترین شرایط سال طراحی می شود که این امر موجب اتلاف انرژی در بنا و اسراف مصالح در پوسته در سایر مواقع سال خواهد شد. در این راستا توجه به هوشمند سازی بناها و بالاخص قسمت های مرتبط با محیط خارج آنها از اهمیت خاصی برخوردار است.
نماهای دینامیک و هوشمند شکل خود را برای انطباق با تصورات انسانی تغییر می دهند؛ با تعقیب جهت حرکت خورشید و چرخش به سمت جهت وزش باد می توانند با طبیعت در ساعات و فصول مختلف همساز شوند. نماهای جنبشی علاوه بر این که می توانند انرژی مورد نیاز خود را تأمین کنند می توانند اتلاف انرژی را نیز به حداقل برسانند و از این رو نقش مهمی در مدیریت انرژی ایفا می کنند.
هدف اولیه پوشش ساختمان برای حفاظت ساکنان از محیط بیرون است. با وجود این اغلب در سیستم های استاتیک، نماها برای پاسخگویی به بسیاری از حالات و اجرای عملکردها طراحی می شوند که می تواند با هم متناقض باشند: نور روز در برابر بهره وری انرژی، تهویه در برابر منظرها و تولید انرژی در برابر مناظر و تولید انرژی نماهای سنتی و دارای فرمی ثابت، برای پاسخگویی به سناریوهای مختلف طراحی می شوند. آنها برخی اوقات این مسئولیت را دارند که به بیشترین گرمای خورشیدی ممکن اجازه ورود دهند، در حالی که همچنین مسئولیت خارج نگهداشتن آن را در سایر زمان ها را دارا هستند. آنها همچنین موظفند تا هوای محیط خارجی را از ساختمان دور نگه دارند. آنها خواستار سکونت و حفظ امنیت انسان ها هستند که در ضمن مانع دید خارجی نیز نشوند و نیز بتوانند اتصال با طبیعت را احساس کنند. احتیاجات نا متجانس نما، تعادلی را مستلزم می شود که در برخورد با نظم سیستم بکارگیری بسیاری از عملکردها در طول عمر ساختمان است.
برخی سیستم های ثابت برای کنترل محیط زیست طراحی می شوند، اما طراحی برای هر کدام که ضروری تر است انجام می شود یا به صورت مساوی، این راه حل ها هنوز کاراتر از نماهاییهستند که اصلاً هیچ یک از این تدابیر را ندارند، اما کارایی آنها اگر به صورت جنبشی ساخته شوند می تواند افزایش یابد، می توانند به صورت پویا با تغیرات شرایط محیطی اطراف آنها منطبق شوند و می توانند تعادل بین سایه ها، نور روز و تهویه طبیعی را بهینه سازند. نماها هم اکنون می توانند محیط زیست را احساس کنند و خود را در راستای دستیابی به اهداف تعیین شده تغییر دهند.
.1,3 مصالح هوشمند2
با توجه به لزوم اجرای پایداری محیط زیست، امروزه بناهای بسیاری در سراسر جهان بر پایه مصالح هوشمند در جهت
بهینه سازی مصرف انرژی در سطوح مختلف طراحی و در حال ساخت می باشند. مصالحی که با توجه به قابلیت های متفاوت خود می توانند در برابر تغییرات واکنش های مناسب را نشان داده و خود را در جهت بالا بردن کیفیت بنا مناسب سازی نمایند. این نوع مصالح ممکن است به عنوان مصالحی توصیف شوند که وظایف خود را هوشمندانه و با توجه به تغییرات محیط آشکار می کنند. در واقع یک نوع القای هوش انسانی در یک ماده است. در کل باید گفت که مصالح هوشمند آینده، احتمالا مصالحی با قابلیت های متفاوتی چون: خود عیب یابی، خود فراگیر، پیش بینی کننده، اخطار دهنده، قابلیت ماندن در حالت انتظار، واکنشی، توانایی تشخیص، تمایز و... را خواهند داشت.
شکل.1 مصالحی که در برابر تغییرات واکنش نشان می دهند
مصالح هوشمند، با تعریف مصالح مهندسی شده که نسبت به محیط پیرامون خود عکس العمل هوشمندانه دارند، تبدیل به یکی از موضوعات داغ دنیای فناوری قرن بیست و یکم شدند. این مصالح با آینده ما در ارتباط اند و ما در بسیاری از جنبه های زندگی روزمره نیز از آن ها استفاده می کنیممصالح. هوشمند معمولاً به عنوان بخشی منطقی از خط سیر توسعه مصـــالح به سوی بازدهی انتخابی تر و خاص تر می باشند. قرن ها بود که انسان کار و خواص مصالح استاندارد مانند چوب یا سنگ را پذیرفته بود و طراحی ها نیز با توجه به محدودیت مصالح انجام می گرفت، ولی در طی قرن بیستم، توانایی انتخاب یا مهندسی خواص مصالح با بازدهی بالا بدست آمد تا از آن ها در کارهای خاص استفاده شود.
مصالح هوشمند حتی خاص تر هستند (خصوصیات آن ها در پاسخ به نیازهای سریع، قابل تغییر است). برای مثال، مصالح فتــوکرومیک رنگ خود را در تماس با نور عوض می کنند و هرچه نور شدیدتر باشد، سطح تیره تر می شود.
این توانایی ها در چندین حالت، مورد استفاده است و بدین ترتیب مصالح هوشمند را می توان در ابــزار کار طراحـی ساختمان هایی که همیشه در معرض تغییر شرایط هستند، قرار داد. در نتیجه، امروزه پیشنهاداتی از نحوه جایگزینی مصالح هوشمند به جای مصالح سنتی مطرح می شود. در واقع مشکل هزینه و در دسترس بودن، جایگزینی کامل مصالح سنتی با مصالح هوشمند را محدود می کند، ولی مراحل تزریق این مدل استفاده از مصالح جدید به جای مصالح سنتی در معماری در حال انجام است.
شکل.2 مصالح هوشمند با قابلیت های مختلف
(Source : Ritter,2007)
.2,3 توانایی های مصالح هوشمند
مصالح هوشمند، با تعریف مصالح مهندسی شده که نسبت به محیط خود عکس العمل هوشمندانه دارند، تبدیل به یکی از موضوعات داغ دنیای فناوری امروز شده اند. بسیاری از معماران اکنون در حال تصور سطوح ساختمان، دیـوارها و نمــاهای ایجاد شده توســط مصالح هوشمند می باشند که شاید این مصالح بطور اتوماتیک طراحی خود را بهینه سازی کنند و از یک جعبه بی روح تبدیل به یک موجود تعاملی شوند.
معماران بطور مفهومی سعی در قرار دادن مصالح هوشمند در کنار مصالح ساختمانی سنتی دارند. مصالح هوشمند، اختلاف زیادی با مصالح عادی ساختمانی دارند. مصالح ساختمانی استاندارد ایستا هستند و قرار است که در مقابل نیروهای ساختمانی مقاومت کنند، ولی مصالح هوشمند بطور پویا بوده و در پاسخ به جریانات انرژی عمل می کنند. این نکته بسیار مهمی است که باید به آن توجه شود چون نمایش عادی ما از معماری توسط مصالح ایستا انجام می گیرد. با دخالت مصالح هوشمند، باید این تصاویر تبدیل به سری های ترتیبی از تصاویر مختلف شوند. با مصالح هوشند، ما باید روی آنچه که از ماده هوشمند انتظار داریم، تمرکز کنیم، نه روی شکل و ظاهر آن. درک مصالح هوشمند باید فراتر از درک ساده خصوصیات مصالح باشد. معمار باید فیزیک درونی و شیمی اولیه ارتباطی ماده را در پاسخ به محیط بیرونی خود، بشناسد و در بکارگیری مناسب آن فرمان لازم را در اختیار مصالح قرار دهد تا با عکس العمل مناسب در برابر تغییرات شاهد کیفیت بهتر بنا باشیم. از آنجا که مسئله امروز شهرهای ما حفظ محیط زیست با طراحی همساز با آن است، توجه به ساخت بناهای همساز با محیط از مهمترین اولویت های طراحان است.
