مقاله بررسی مصالح هوشمند به عنوان راهکاری در بهبود آلودگی هوا

بخشی از مقاله

*** اين فايل شامل تعدادي فرمول مي باشد و در سايت قابل نمايش نيست ***

بررسی مصالح هوشمند به عنوان راهکاری در بهبود آلودگی هوا

چکیده
یکی از مشکلاتی که امروزه در کلان شهرها با آن روبه رو هستیم،مسئله آلودگی هوا و پیامدهای زیست محیطی

ناشی از آن است. در حال حاضر در شهرهای بزرگ ایران نیز با این مشکل و تبعات ناشی از آن مواجه هستیم. لذا تلاش در جهت کشف پتانسیل هایی که کارایی لازم را در برابر این مشکل داشته باشد ضروری است. پتانسیل هایی که شاید نسبت به مسئله آلودگی هوا نقش خاصی نداشته باشند اما با مطالعه و تلفیق نمودن آنها با شیوه های نوین می توانیم آنها را به عناصری موثر تبدیل کنیم. یکی از این پتانسیل ها جداره های شهری و نمای عمومی می باشد که می توانیم با تغییر مصالح آنها، این جداره های عمومی را به عواملی کاربردی در کاهش آلودگی هوای هر منطقه تبدیل کنیم. لذا استفاده از تکنولوژیهای نوین در ارائه مصالحی که در کاهش آلودگی هوا موثر باشد ضروری است. چرا که یکی از تاثیرگذارترین نتایج تکنولوژی را می توان در زمینه مصالح هوشمند دید که تغییراتی را در ابعاد مختلف معماری ایجاد کرده است. مصالح هوشمند در برابر تغییرات مستقیم و غیر مستقیم محیط پیرامون خود واکنش نشان داده و خود را با شرایط محیطی تطبیق می دهند. بنابراین با استفاده از این فناوری در ساختمان ها، بناهایی با کارایی بالاتر و صرفه اقتصادی بیشتر و همچنین سازگار با محیط زسیت و پایدار خواهیم داشت.در این مقاله به طور اجمالی به بررسی آلودگی هوا و تبعات آن در شهر تهران خواهیم پرداخت در ادامه به شناخت ویژگی های کلی مصالح هوشمند پرداخته خواهد شد. سپس به معرفی مصالح موثر در بهبود آلودگی هوا و نحوه ترکیب آنها با جداره عمومی شهری، همراه ارائه جزئیات و نمونه کاربردی خواهیم پرداخت. در انتها خواهیم دید که چگونه با استفاده صحیح از این تکنولوژی می توانیم به بهبود شرایط زیست محیطی در شهر خویش کمک کنیم.

کلمات کلیدی: مصالح هوشند، جداره، آلودگی هوا، نما

-1 مقدمه

پیشرفت تکنولوژی و صنعتی شدن تحولاتی را در کلان شهرهای دوران ما به دنبال داشته است. این تغییرات را می توان همچون شمشیر دولبی دید که مرزی میان شرایط مطلوب زندگی و شرایط مخاطره آمیز است چراکه از سویی موجب فراهم آوردن آسایش برای انسان ها می گردد و از سویی تبعات منفی را برای سلامت روح و جسم افراد و همچنین محیط زیست به دنبال دارد. یکی از این پیامدهای منفی را می توان در آلودگی هوای کلان شهرها به خصوص در روزهای سرد سال دید که با کاهش سطح سلامت هوای شهرها، شاهد راهی شدن بسیاری از افراد به بیمارستان ها و تعطیلی مدارس و ادارات هستیم. به دنبال این آلودگی، ضررهای اقتصادی فراوانی را مردم و مسئولین متحمل می شوند. حال جهت فائق آمدن بر این مشکل به دنبال راه حلی هستیم که شاخه دیگری از تکنولوژی نوین برای ما فراهم کرده و به مصالح هوشمند مربوط می گردد. پایداری و هماهنگی این تکنولوژی با طبیعت و قابلیت تطابق با محیط و توانایی در بهبود کیفیت شرایط محیطی موجب شده تا این مصالح در زمینه های گوناگونی کاربرد داشته باشد. بنابراین می توان مشاهده نمود که با جستجو در دنیای وسیع تکنولوژی می توان به راه حلی نوین دست پیدا نمود که در جهت کاهش آلودگی های محیطی هوا کار آمد باشد. در این راستا به شناخت گروه های اصلی تشکیل دهنده مصالح هوشمند و کاربرد این مصالح در نماسازی معماری خواهیم پرداخت. سپس به معرفی مصالحی خواهیم پرداخت که به عنوان یکی از راه حل هایی که در ترکیب با دنیای معماری از سوی محققان مصالح هوشمند تا کنون ارائه شده است می پردازیم. در ادامه به نحوه استفاده از این مواد در جهت کاهش آلودگی هوا در فضای کالبدی خواهیم پرداخت. بررسی نمونه های کاربردی با ارائه جزئیات نیز بخشی از این روند خواهد بود.

-2 پیشینه تحقیق

در قرن بیستم توانایی متخصصان به حدی رسید که جهت پاسخ گویی به نیازهای تعریف شده ای،به انتخاب و مهندسی نمودن روی ویژگی های مواد پرداختند و کارایی لازم را در آنها ایجاد نمودند. مصالح هوشمند به عنوان موادی که دارای محدودیت زمانی و مکانی نمی باشد و قابلیت پاسخ گویی به محیط اطراف خود را دارد بیشتر از یک دهه است مورد توجه بیشتری قرار گرفته و پیشرفت سریعی در زمینه های مهندسی، طراحی و مواد داشته است.

-3 روش تحقیق

در تحقیق حاضر از روش تحلیلی و توصیفی استفاده شده است. در ابتدا به بررسی شرایط آلودگی هوای تهران و ضرورت ارائه راه حل هایی در جهت بهبود این شرایط خواهیم پرداخت . در این راستا ابتدا به شناخت گروه های اصلی تشکیل دهنده مصالح هوشمند و کاربرد این مصالح در نماسازی معماری می پردازیم سپس به شناخت یکی از راه حل هایی می پردازیم که در ترکیب با دنیای معماری

از سوی محققان مصالح هوشمند در کاهش آلودگی هوا معرفی شده است. در ادامه به نحوه استفاده از این مواد در جهت کاهش آلودگی هوا در فضای کالبدی شهر تهران خواهیم پرداخت. بررسی نمونه های کاربردی با ارائه جزئیات نیز بخشی از این روند خواهد بود.

-4 آلودگی هوا

به وجود مواد مضر، علاوه بر ترکیبات طبیعی در جو که توسط پدیده های طبیعی یا فعالیت های آلوده کننده هوا توسط انسـان بوجـود می آید، آلودگی هوا اطلاق می شود(حسینی و همکاران،1،.(1389 عمده ترین منابع آلاینـده هـوا را بـه دو قسـمت تقسـیم مـی کننـد : طبیعی و غیر طبیعی.

- منابع آلاینده طبیعی :

منابع طبیعی آلاینده ها آن دسته از منابعی است که انسان در آنها دخالت کمتری دارد که شـامل فعالیـت هـای آتشفشـان هـا ، آتـش سوزی طبیعی جنگل ها و مراتع ، فرسایش بادی و ایجاد ذرات معلق در هوا ، ذرات دیگر مثل بذر گیاهان و قارچ ها ، هاگ هـا کـه %50 آلـــودگی هـــ ا را تشـــکیل مـــی دهنـــد ولـــی از آنجـــایی کـــه منبـــع طبیعـــی دارنـــد آنچنـــان اهمیـــت ندارنـــد.
- منابع آلاینده غیرطبیعی :

ب) ترافیک و وسایل نقلیه موتوری ج) وسایل گرمایشی

در بخش صنایع گازهای آلاینده کارخانجات مطرح است در. بخش دوم دود ماشین ها مخصوصاً در شهرهای بزرگ و در بخش سوم سوخت گازهای فسیلی برای ایجاد گرما مطرح می شوند .

انواع مواد آلاینده بدین صورت است :
(1 ترکیبات گوگردیSH2 , SO2 , SO3 (2 ترکیبات کربن دار : CO , CO2 و دوده (3 ترکیبات ازت دارNO2 , NO

(4 ترکیبات فلوئوردار : F , HF و سرب (5 گرد و غبار و اسموگ

(6 ازون((www.ngdir.ir
در این میان COرا می توان ، شاخص ترافیک بیان کرد و NO2 نیز به شدت وابسته بـه ترافیـک اسـت.ولـی بیشـترین مقـدار ازون سطحیمستقیماً بر اثر تابش خورشید بر مواد آلی فرار (voc) در حضور NO 2 تشکیل می شود که به آن آلاینده ثانویه گویند کـه از دود خودروها ایجاد می گردد.

1-4 شاخص کیفیت هوا 1
شاخص کیفیت هوا، جهت پیش بینی روزانه کیفیت هوا و مشخص نمودن میزان آلودگی و یا پاک بودن هوا به کار برده می شود. نتایج این شاخص میزان ارتباط آلودگی هوا را با سطح سلامت انسان نشان می دهد. سازمان حفاظت محیط زیست2 شاخص کیفیت هوا را با در نظر گرفتن 5 نوع آلاینده هوا محاسبه می کند:

1.AQI

(1 ازون موجود در سطح زمین

(2مونواکسید کربن (3دی اکسید گوگرد

(4گرد و غبار ( ذرات آلاینده)
(5دی اکسید نیتروژن (publicrelations.tums.ac.ir)

-2-4 آلودگی هوای تهران

یکی از مهم ترین عوامل تشدید کننده آلودگی هوا در دهه های اخیر به ویژه در شهرهای بزرگی نظیر تهران، رشد جمعیت و بالا رفتن سطح زندگی و به تبع آن استفاده هر چه بیشتر از سوخت های فسیلی به عنوان منبع اصلی تامین کننده انرژی مـی باشـد. همچنـین پدیده هایی نظیر باران های اسیدی، گرم شدن کره زمین، نازک شدن ضخامت لایه ازون و ... نیز در هر چه بیشتر مـورد توجـه قـرار گرفتن پدیده آلودگی هوا در مقیاس جهانی تاثیر قابل توجهی داشته است.

عوامل متعددی در آلودگی شهر تهران مؤثرند که در بین آنها ویژگی های جغرافیایی و هواشناسی از عوامل موثر بر آلودگی هـوا اسـت. کوه های اطراف به خصوص کوه های البرز در شمال که تهران را احاطه کرده اند، مانند سدی عمل می کنند و باعث تجمع آلاینده هـا در سطح شهر می شوند و در مورد عوامل دیگر می توان به منابع متحرک شامل خودروهای سبک و سنگین اشاره کرد.

بر اساس آمار موجود بیش از 75 درصد آلودگی هوا در کلان شهر تهران حاصل همین منابع متحرک است. براسـاس تحقیقـات صـورت گرفته عوامل اصلی آلودگی هوای شهر تهران در قسمت منابع متحرک را می توان بصورت زیر دسته بندی کرد:

• وسایل نقلیه موتوری در حال تردد در خیابان ها و معابر شهری شامل خودروهای سواری، تاکسی ها، موتورسیکلت ها، اتوبوس ها، مینی بوس ها و کامیون ها

• وسایل نقلیه هوایی شامل ورود و خروجی هواپیماها از فرودگاه
• وسایل نقلیه ریلی شامل ترن ها، لوکوموتیوها و متروهای در حال تردد در شهر و اطراف شهر((air.tehran.ir

روزانه آلاینده های متعددی که در هوای شهر تهران استنشاق می شود که اثرات جوی همچون وارونگی دما و یا باران اسیدی را به دنبال دارد. از طرفی بیماری های قلبی، تنفسی، سرطان و ... از جمله مشکلاتی است که آلودگی هوا برای ساکنان شهر های بزرگ به ارمغان آورده است. در آمارها و گزارشات سازمان هواشناسی همواره غلظت مونواکسیدکربن و ذرات معلق بیشتر از حد مجاز اعلام می شود و شاید آلودگی هوا بر دوش این دو آلاینده باشد. (www.aftabir.com)

بر اساس گزارش شرکت کنترل کیفیت هوای شهر تهران شاخص کیفیت هوا در طول چهار سال اخیر به ترتیب زیر می باشد.

2.EPA

شکل :(1) نمودار شاخص کیفیت هواAQIدر تمام ایستگاه های تهران-.92-93منبع: www.air.tehran.ir

شکل(:(2 نمودار شاخص کیفیت هواAQIدر تمام ایستگاه های تهران-.92-91منبع: www.air.tehran.ir

شکل(:(3 نمودار شاخص کیفیت هواAQIدر تمام ایستگاه های تهران-.91-90منبع: www.air.tehran.ir

علی رغم آمار روبه افزایش تعداد روزهای پاک در سطح شهر تهران، همچنان روزهای ناسالم از نظر آلودگی هوا نیز رو به افزایش است. کما اینکه روزهای پاکی هم که تاکنون ثبت شده چندان چشمگیر نبوده و همچنان شاهد افزایش آمار بیماری های ناشی از این آلودگی هستیم. طبق گفته رئیس کمیسیون بهداشت و درمان مجلس شورای اسلامی در سال)):91 تا زمانی که آلودگی هوا به قوت خود باقی بماند تعداد بیشتری از شهروندان جان خود را بر اثر ایست قلبی و بیماریهای قلبی از دست می دهند.)) (sdil.vahedi.tebyanidc.ir)

-3-4 آلودگی هوا و تاثیر آن بر سلامت

مطالعات کشورهای مختلف و بررسی ها نشان می دهد منوکسیدکربن با هموگلوبین خون ترکیب پایداری را تشکیل می دهد که این ترکیب از رسیدن اکسیژن مطلوب به سلول ها جلوگیری کرده و سوخت و ساز سلول را مختل می سازد و اثرات سوء بر سلامتی انسان از جمله اختلال در بینایی، تاری دید، خستگی، سردرد و تغییر در عملکرد قلب و شش دارد. مطابق مطالعات صورت گرفته 70 درصد مرگ و میرها در تهران به مشکلات قلبی و تنفسی مربوط می شود که ارتباط مستقیم و غیرمستقیمی با آلودگی هوا دارد . (sdil.vahedi.tebyanidc.ir ) در این بین کودکان و نوزادان به عنوان گروهی با حساسیت و تاثیر پذیری بالادر معرض کاهش وزن و ابتلا به سرطان خون هستند.

-4-4 تاثیر آلودگی های هوا روی اعضای مهم بدن

مغز : آلودگی هوا موجب کاهش توانایی ذهنی و آسیب سیستم عصبی، همچنین موجب سردرد، کاهش هوشیاری و حتی مرگ میشود.

قلب و عروق: تاثیر نامطلوب بر سیستم عروقی و گردش خون شکم و سبب بروز دردهای شکمی دهان و حلق و بینی: آسیب به بافت بینی، سینو سها و مخاط تنفسی .آسیب پذیری بدن در مقابل بیماری ها به خصوص آلرژی به مواد حساسیت زا ریه: بیماری های ریوی، سرطان ریه و مرگ زودرس، تنگی نفس

-5-4 ضرورت ارائه راهکار هایی در جهت کاهش آلودگی هوای تهران

حال با مشاهده وضعیت آلودگی هوا که به گفته برخی مسئولان در حالت بحرانی به سر می برد، بدون شک دست روی دست گذاشتن و انتظار از این که گروه های مربوطه به بهبود شرایط بپردازند، بیهوده به نظر می رسد چراکه که هر گروه و صنفی در سطح توان و تخصص خود می تواند در ارتقاء شرایط آلودگی هوا مشارکت داشته باشد. برخی از راهکارهایی که گروه های مربوطه، از گذشته همچنان در صدد عملی نمودن آن می باشند ، شامل موارد زیر است:

• جلوگیری از کارکرد عوامل دودزا مانند انتقال کارخانجات سطح شهر و جلوگیری از تاسیس هر نوع کارگاه و کارخانه صنعتی در مناطق نزدیک به شهر

• توسعه حمل و نقل عمومی ، ریلی و خودروهای گازسوز

• از سرویس خارج کردن اتومبیل های فرسوده
• تبلیغ جهت فرهنگ سازی استفاده از دوچرخه و بسیاری راهکارهای دیگر.

(Ritter, 2007)

در این بین معماران به عنوان طراحان بناها و جداره هایی که شهر را شکل داده، می توانند برای برون رفت از این بحران راه حل هایی را ارائه دهند که برخواسته از تکنولوژی نوین است. مصالح هوشمند یکی از تکنولوژی های نوینی است که با بهره گیری از ویژگی های منحصر به فرد آن می تواند در بهبود آلودگی هوا در سطح مناطق کوچک تاثیر گذار باشد.

-5 مصالح هوشمند و معماری

نقش مصالح در معماری بعد از انقلاب صنعتی دچار دگرگونی شد. به مرور مصالح متفاوت و استاندارد شده ای مورد استفاده قرار گرفت اما همچنان این مصالح مانند چوب یا سنگ دارای کیفیاتی مشخص و محدودیت هایی خاص بودند. امروزه معماران به دنبال بهره بردن از ابعاد مختلف یک مصالح در طرح خود می باشند. بنابراین ناگزیر به استفاده از مصالح هوشمند هستیم. معماران با بهره بردن از ویژگی های مختلف مصالح هوشمند در فضاها و جداره های مختلف می توانند به ارائه ساختمانی پایدار با مصرف انرژی کمتر، پر بازده و سازگارتر با محیط زیست نائل گردند.

-1-5 مصالح هوشمند

((مصالح هوشمند یک اصطلاح جدید برای مصالح و فر آورده هایی است که توانایی درک و پـردازش رویـدادهای محیطـی را داشـته و نسبت به آن واکنش مناسب نشان می دهند . به بیان دیگر این مصالح قابلیت تغییرپذیری داشته و قادرند شکل، فـرم، رنـگ و انـرژی درونی خود را به طرز برگشت پذیری در پاسخ به تاثیرات فیزیکی و یا شیمیایی محیط اطراف تغییر دهند . اگر مصالح را به سـه گـروه مصالح غیر هوشمند، نیمه هوشمند و هوشمند طبقه بندی کنیم، گروه اول یعنی مصالح غیر هوشمند ویژگی خاص بالا را ندارند، نیمه هوشمندها تنها قادرند در پاسخ به تاثیرات محیطی شکل و فرم خود را برای یک بار یا مدت زمان انـدکی تغییـر دهنـد امـا در مصـالح هوشمند این تغییرات تکرارپذیر و قابل برگشت خواهد بود.)) (Ritter, 2007)
((متغیرهای تاثیرگذار شیمیایی و فیزیکی که در زیر معرفی شده اند، محرک هایی هستند که مصـالح هوشـمند در برابـر آنهـا از خـود

عکس العمل نشان می دهند.))

جدول :(1) محرک ها و متغیرهای شیمیایی و فیزیکی تاثیرگذار بر مصالح هوشمند
محرک ها تعریف
نور، اشعهUV 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

-2-5 طبقه بندی مصالح هوشمند

نمود ظاهری، بافت، ترکیب شیمیایی، خواص مکانیکی و فیزیکی، اثر محیطی و ... از جمله خصوصیات طبقه بندی مصالح ساختمانی موجود اعم از سنتی، طبیعی و مصنوعی می باشد. 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 از مصالح سنتی مربوط می شود نیز لحاظ شده است. در واقع طبقه بندی پیشنهادی مصالح هوشمند بر پایه سه خاصیت زیر ارائه شده اند: (Ritter, 2007)