بخشی از مقاله
بررسی تاثیر فناوری نانو در هوشمندسازی ساختمان ها
چکیده
فناوری نانو یکی از جدیدترین تکنولوژی های روز دنیا می باشد و نوید فو ق العاده ای در صنعت ساخت و ساز است با جایگزین کردن مصالح نانویی می توانیم :افزایش دوام و ایمنی مصالح و ساختمان،صرفه جویی در مصرف انرژی، عدم تخریب محیط زیست و حفاظت از م نابع طبیعی را در بر داشته باشیم هدف از انجام این پژوهش بررسی تاثیرات مصالح نانویی در هوشمندسازی ساختمان و کاربرد ان در معماری است.تحقیق بر مبنای مطالعات کتابخانه ای؛ جستجوهای اینترنتی، و بررسی های آزمایشگاهی انجام گرفته است. روش تحقیق نیز توصیفی- تحلیلی است. در بخشهایی که به معرفی انواع نانو ها و مصالح منتج از نانو پرداخته شده روش توصیفی و در بخشهایی که پژوهش مبتنی بر نمونه های آزمایشگاهی است روش تحلیلی می باشد.
واژگان کلیدی : تکنولوژی- مصالح هوشمند- نانو - هوشمند سازی
مقدمه
نانو خانه یا ساختمان نانو در درجه اول ساختمانی است هوشمند یعنی با استفاده از تکنولوژی روز نسبت به تغییرات پیرامون و نیازهای استفادهکنندگان واکنش نشان میدهد و خود را تغییر می دهد تا بهترین بهرهوری را داشته باشد. همانگونه که پوست انسان با هوشمندی در برابر پرتوهای آفتاب تیره می شود تا بازتابش را از سطح پوست افزایش دهد بدنه های بنا نیز باید نسبت به تغییر شرایط واکنش نشان داده و تغییر کنند مثلا تغییر رنگ دهند برای این منظور ساختمان باید واجد سیستم دریافت کننده و تحلیل اطلاعات باشد تا به محض ورود یک دیتای جدید تغییر یابد و عملکرد خود را ارتقاء بخشد.
در این فناوری با استفاده از خواص مولکولی مواد موجود در طبیعت، سعی می شود وسایلی ساخته شود تا از مشکلات وسایل فعلی بکاهد و در ضمن کارایی آنان را چندین برابر کند. [8] مواد در مقیاس نانو خواص متفاوت نسبت به مواد فله خود می توانند داشته باشند این خواص عبارتند از:افزایش رسانایی الکتریکی،افزایش مقاومت و استحکام، و یا رفتارهای شیمیایی جدید و نو.[24]
یک ساختمان هوشمند و پایدار،ساختمانی است که از منابع کلیدی (انرژی، آب، مصالح ساختمانی، خاک و غیره) به صورت کارآمدتر نسبت به ساختمان های معمولی استفاده کند. این ساختمان ها به گونه ای ساخته می شوند که سالانه منجر به صرفه جویی در هزینه های انرژی شود و میزان انتشار CO2 را کاهش دهد. از طریق نور طبیعی گسترده و هوای تازه برای ساکنانشان یک محیط سالم برای کار، تحصیل و یا استراحت ارایه می دهند.[12]
-1رابطه نانوتکنولوژی و معماری
در سال های اخیر پیشرفت سریع علوم به ویژه در زمینه نانو تکنولوژی ، تحولات بزرگی را در صنعت ساخت و ساز و محیط زیست در پی داشت. معماری ارگانیک که توسط فرانک لوید رایت به عنوان سازگاری ساختار ساختمان ها بر اساس قرارگیری بر طبیعت تعریف شده امروزه در قالب معماری پایدار و افق جدید آن نانو تکنولوژی مورد بحث و بررسی قرار می گیرد.برخی از اصولی که باید رعایت شود تا یک بنا به عنوان یک ساختمان هوشمند مطرح شود عبارتند از: افزایش دوام و عمر مفید ساختمان ، صرفه جویی در مصرف انرژی و مصالح، عدم تخریب محیط زیست و حفاظت ازمنابع طبیعی وساختمانی است.[6 ]
-2کاربردهای نانوتکنولوژی درمعماری
منبع الهام سطوح خودتمیزشونده به نیلوفر ابی باز می گردد ،گیاه زیبا و بادوام که نقش پررنگی در باورهای مذهبی و فرهنگی مردمان مشرق زمین داشته،این گیاه ابی به این علت مورد تکریم و احترام است که از پاکی و تمیزی استثنایی برخوردار است. [4]
شکل-1 مکانیزم برگ گل نیلوفر [4]
شکل-2 برگ گل همیشه تمیز نیلوفر[4]
قطرات روی برگ هایی که با زاویه بالا خم شده اند، می توانند از طریق خود پیشرانی با کمک گرانش یا با نسیم یا باد ملایم
به طور کامل از روی سطح حرکت کنند و باعث تمیزی برگ های خود شود.[18]
2-1سیمان و بتن
بتن یکی از رایجترین مصالح ساختمانی می باشد که به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد.تحقیقات نشان می دهد که بهره گیری از ذرات در مقیاس نانو باعث بهبود خواص مکانیکی و افزایش کیفیت بتن می شود.
به عنوان مثال آزمایشات نشان داده اند که نانو سیلیکا (SiO2)می تواند کارایی بتن را افزایش دهدو اضافه کردن 10 نانو سیلیکا مقاومت فشاری ملات سیمان (ماده اولیه در بتن) را تا 26 افزایش دهد.[24]
نانوسیلیس باعث تراکم ذرات می شود و استحکام بتن را افزایش می دهد.دی اکسید تیتانیوم سبب خاصیت خودتمیز شوندگی و ضدعفونی کنندگی در بتن میشود.[8 ]علاوه بر خود تمیز کردن؛ نانو دی اکسید تیتانیوم توانایی تجزیه آلاینده ها مانند مونوکسید کربن و ترکیبات آلی فرار (VOCs) به صورت فوتوکاتالیزی را به بتن می دهد.[24]
نانو آلمینیوم محصولی است که مقاومت فشاری بتن را تا حدودی افزایش می دهد.نانو تیتانیوم از نفوذپذیری یون کلر در بتن و تخریب و خوردگی آرماتور جلوگیری میکند .[6]مطالعات محدودی در مورد استفاده از اکسید آهن در ترکیب بتن وجود دارد که باعث افزایش مقاومت فشاری و خمشی بتن می شود و همچنین یک خاصیت خود حسی جدید و نو را برای بتن ایجاد می کند اکسید اهن باعث می شود مقاومت الکتریکی بتن، بسته به نوع بارالکتیریکی اعمال شده، تغییر کند این ویژگی می تواند به عنوان یک جایگزین ، استفاده شود مانند سنسورهای (حس گرهای) شیب (انحراف)، و واحدهای GPS برای توسعه سیستم های نظارت بر ساختار
پویا مشابه آنچه که در حال استفاده در هتل Rixos است.
[24]
2-2 بتن های خودتمیزشونده
یکی از نگرانی های مهندسین در مورد بتن، ترک خوردن آن است. ترک ها باعث نفوذ مواد مضر، کاهش عمر بتن و کاهش عملکرد سازه ای آن می گردد. اخیرا تحقیقاتی انجام شده که در آن ریز کپسول هایی حاوی پر کننده های ترک در مخلوط بتن قرار داده می شود. زمانی که در بتن ترک ایجاد می شود این کپسول ها شکسته شده و مواد داخل آن فضای ترک را پر می کند.[27 ]
شکل-3 مکانیزم بتن ترمیم شونده[27]
2-3شیشه
از کاربردهای نانوتکنولوژی در صنعت ساخت شیشه می توان به محصولاتی مانند شیشه های خودتمیز شونده، شیشه های کنترل کننده انرژی و شیشه های محافظ در برابر آتش اشاره کرد.
2-3-1 شیشه های خود تمیزشونده
در ساخت شیشه های خود تمیز شونده از نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم استفاده می شود. این شیشه ها دارای خاصیت ضدلک و ضدعفونی کنندگی هستند.[6]ساخت شیشههای خود تمیزشونده مشکل تمیزکاری پنجرهها بخصوص در ساختمانهای بلند را از میان برمیدارد.
شکل-4 فرآیند حذف آلاینده ها بر روی سطوح خود تمیز کننده[4]
2-3-2 شیشه ایمنی در مقابل آتش
این شیشه ها که تحت نام Aerosil است شامل دو لایه صفحه شیشه ای که ضخامت هرکدام 3 میلیمتر است و،پر شده از موادی که قادر است مدت 120 دقیقه در معرض آتش قرار گیرد و حرارت بیش از 1000 درجه سانتیگراد را تحمل نماید . مواد خام Aerosil ،اسید سیلیک گرمازایی است. ذرات گرمازا نانوسیلیکا در اندازه های 7 نانو که به سبب سطح نسبتاً وسیعی که دارند بسیار واکنش پذیر می باشد و به مدت زمان مطلوب مقاومت در برابر آتش بستگی دارند .عامل بسیار موثر و تعیین کننده در آن پر شدن مواد،به صورت ساندویچی بین یک یا چند پنل می باشد.اندازه این مواد میتواند تغییر یافته و بصورت سطح در متر مربع در هر گرم عرضه گردد.این محصول بصورت استاندارد غالبا بین 90 الی 380 مترمربع در گرم میباشد.[15]
مزایای اصلی این فرآورده وزن نسبتاً سبک شیشه ،مساحت باریک و ظریف با ظاهر بصری و مدت زمان مقاومت در برابر
آتش میباشد .
توصیه می شود که به استفاده کنندگان اجازه داده شود که خود پانل های شیشه ای را کنترل نمایند. غالباً امکان دارد که در کاربرد الکتروکروبیک با ویژگی های براق نظیر شیشه ایمنی چند لائی ، حرارتی و عایق صدا براق را باهم ترکیب نمود.
شیشه فتوکرومیک نیز راه حل دیگری برای تاریک نمودن پانل های شیشه ای می باشد. در این حالت نور خورشید موجب تیره شدن شیشه بطور خودکار، بدون هیچ گونه تغییراتی خواهد شد.[15]
2-4نانوسلولزها
نانوسلولزها یک گروه فوق العاده گسترده ای از نانو مواد هستند. نانو سلولزدارای قطری حدود 5 nm و به طول ده ها نانومتر است.به دلیل وجود ابعاد نسبتا کم و اندازه کوچک فیبریش ، دارای خواص بسیاری مشترک با ذرات نانو است و به همین دلیل است که در بسیاری ازکاربردهای مشابه استفاده می شود و همچنین به عنوان یک پر کننده یا تقویت کننده قوی و مستحکم برای مواد در مقیاس فله مانند بتن و سیمان و به عنوان یک جزء منحصر به فرد در مواد کامپوزیتی استفاده می شود.[24]
-3ایروژل - نانومواد سازگار برای ساختمان های سازگار با محیط زیست
ایروژل شفاف است مثل شیشه،اماهزاران بار سبکتراز آن هنگامی که ذرات نانوژل در سیستم های پنجره ای گوناگون گنجانیده شود سیستم ها قادر به ارائه بهره وری بی نظیر حرارتی می شوند. محصولات ایروژل نانوژل مزایای زیر را ارایه می دهند : انتقال بالای نور، رسانایی حرارتی پایین - کاهش انتقال سر و صداو مقاومت در برابر تغییر رنگ. اجرای برنامه های فوق نشان می دهد که ایروژل مانند یک ماده ای است، و با استفاده از آن، حتی اگر هزینه های اولیه بیش از هزینه های دیگر مواد سنتی باشد، نتایج شگفت انگیزی در تحقق اهداف توسعه پایدارمی تواند به دست آید:ساختمان های هوشمند.[12
