بخشی از مقاله
چکیده
امروزه در طراحی ساختمانهای پایدار استفاده از فناوریهای مدرن نقش مهمی را در کاهش آسیبرسانی صنعت ساختوساز بر محیطزیست و هم چنین استفادهی هر چه بیشتر از طبیعت ایفا کرده است .تلاش معماران بر آن بوده است که ساختمانهایی با کارایی بالا و صرفه اقتصادی بیشتر طراحی کنند با توجه به توسعه مصالح هوشمند به منظور کنترل انرژی داخل ساختمانها این امر میسر گردیده است .
از آن جایی که در حدود 25 تا %35 انرژی هدررفته در ساختمانها ناشی از شیشههای ناکارآمد است .[10] شیشهها از موارد قابلتوجه در اتلاف انرژی به شمار میآیند لذا در این مقاله سعی بر معرفی شیشه هوشمند و عملکرد آن و مزایای استفاده از آن در ساختمانها در یک روش مبتنی بر مطالعات کتابخانهای با رویکردی تحلیلی شده است.
-1 مقدمه
معماری پایدار در واقع زیرمجموعه طراحی پایدار است هدف از این نوع طراحی کاهش آسیبهای محیطی و تحلیل مصرف منابع تجدید ناپذیر و بهینهسازی مصرف انرژیهای تجدید پذیر است از آن جا که ساختمان جزئی کوچک از طبیعت پیرامون به شمار میآید و باید به عنوان بخشی از اکوسیستم عمل کند و در چرخه حیات قرار گیرد لذا لازم است با انتخاب مصالح ساختمانی مناسب این امر میسر گردد.
استفاده از مصالح هوشمند در طراحی ساختمان علاوه بر افزایش راندمان انرژی ساختمان آسایش بیشتری را برای ساکنان فراهم میکند این محصولات بر خلاف مصالح سنتی در مقابل رویدادهای محیطی و در پاسخ به تأثیرات فیزیکی و شیمیایی به شدت برگشتپذیر هستند.در همین راستا با توسعه و پیشرفت روزافزون دانش و فناوری تولید شیشههای هوشمند تأثیر شگرفی بر مدیریت مصرف انرژی عدم تبادل انرژی گرمایی و عایق نمودن ساختمانها دارد .این شیشهها با ذخیرهسازی انرژی و تبدیل آن به انرژی الکتریکی و جلوگیری از عوارض تخریبی آن بر پوست بدن و لوازم منزل سبب کاهش مصرف انرژی و صرفهجویی اقتصادی شدهاند. در این مقاله ضمن بررسی تعریف شیشه هوشمند و کاربرد آن مزایای استفاده از آن نیز مورد بحث قرار گرفته است.
-2 مصالح هوشمند
مصالح هوشمند یک اصطلاح جدید برای مصالح و فراوردههایی است که توانایی درک و پردازش رویدادهای طبیعی را داشته و نسبت به آن واکنش مناسب نشان میدهند.این مصالح و فراوردهها قادرند انرژی را چه به صورت نمایان و چه نهانی در خود ذخیره نمایند.
این مصالح علاوه بر افزایش عمر مفید ساختمانها در کاستن هزینههای نگهداری ساختمانها نیز نقش چشمگیری دارند. دستیابی به فناوریهای نوین در خصوص مصالح هوشمند توجه معماران را برای طراحی ساختمانهایی با قابلیت ماندگاری بالا را جلب کرده است .
-1-3 بیان مسئله -1-1-3 مدیریت منابع تجدید پذیر و تجدید ناپذیر
مشغله فکری طراحان و مهندسان با توجه به افزایش مصرف منابع انرژی ارائه راهحلی برای کاهش مصرف و ذخیره انرژیهای تجدید پذیر است.در این راستا بهرهگیری تکنولوژی و پیشرفت صنعت ساختمان با انتخاب مصالح ساختمانی مناسب و هماهنگ محیطزیست گامی موثر محسوب میشود.
-2-1-3 حفاظت از محیطزیست
روشهای نادرست ساختوساز در جامعه باعث بیمار شدن محیطزیست اطرافمان شده است و یک سیستم زیستی ناسالم ایجاد کرده است. برای ایجاد ساختوساز درست و حفظ محیطزیست، مصالح بکار رفته در ساختمانها نقش به سزایی دارد.انتخاب مصالح ساختمانی پایدار و مناسب، باعث کاهش مصرف انرژی میشود و سلامتی بیشتر محیطزیست را تأمین میکند. زیرا این مصالح باعث کاهش مصرف سوخت در جهت گرمایش و سرمایش ساختمانها میشود، که این امر باعث کاهش نشر آلایندههای 1هوا و گازهای گلخانهای میشود. همچنین استفاده از منابع طبیعی کاهش مییابد و جامعه به سوی معیارهای پایداری نزدیک میشود
-3-1-3 نیاز انسان به آسایش و امنیت
1مواد آلودهکنندهای که در پی رویدادهای طبیعی پدید میآیند زمانی به عنوان آلاینده شناخته میشوند که میزان آنها از حدّ طبیعی بگذرد.ساختمانها سرپناهی مناسب جهت حفظ آدمی در برابر شرایط نامساعد محیطی به منظور آسایش و راحتی هستند، لیکن حصول بخشی از این امر به استفاده درست از منابع انرژی بازمیگردد
.استفاده مدبرانه از فن آوری های نوین ساختوساز میتواند ضمن تحقق موارد یادشده، به میزان قابلتوجهی از مصرف بیرویه انرژی جلوگیری کند.
طراحی ساختمان هوشمند با استفاده از تکنیک و مصالح خاص نه تنها راندمان انرژی ساختمانها را به طور قابلملاحظهای افزایش داده بلکه آسایش بیشتری را برای ساکنین فراهم کرده است.[4] امروزه شیشههایی که با تکنولوژی پیشرفته میشوند آسایش حرارتی در زمستان و تابستان را فراهم میکند.
-4-1-3 پایداری محیط
ایده پایداری محیطی عبارت است از : باقی گذاردن زمین به بهترین شکل برای نسل آینده، با این تعریف که فعالیت انسان تنها زمانی از نظر محیطی پایدار است که بتواند بدون تقلیل منابع طبیعی یا تنزل محیط طبیعی اجرا شود.
اصل طراحی پایدار بر این نکته استوار است که ساختمان جزئی کوچک از طبیعت پیرامون است و باید به عنوان بخشی از اکوسیستم عمل کند و در چرخه حیات قرار گیرد. لذا طراحی پایدار یک سبک فرمال نیست و برگرفته از شرایط زودگذر و هیجانات آنی نیست، بلکه در بطن خود واجد مفاهیم عمیقی است که پیونددهنده انسان، طبیعت و معماری است
-2-3 هدف تحقیق
- تحلیل و بررسی در مورد شیشه هوشمند تحلیل و بررسی در مورد چگونگی استفاده از در ساختمانهای هوشمند
- تحلیل و بررسی در مورد میزان کاهش انرژی با استفاده از شیشههای هوشمند تحلیل و بررسی تأثیر شیشههای هوشمند در محیطزیست شهری
-3-3 سؤالات تحقیق
-1نقش شیشههای هوشمند در کاهش اتلاف انرژی چیست؟
-2شیشههای هوشمند چه تأثیری بر افزایش راندمان انرژی ساختمانها دارند؟
-3جایگاه مصالح هوشمند در معماری پایدار چیست؟
4 -با بهرهگیری از شیشه هوشمند چه آیندهای در انتظار ماست؟
-4-3روش تحقیق
این مقاله براساس مطالعات کتابخانه ای و روش تحقیق توصیفی - تحلیل و جستجو در سایتهای اینترنتی و بررسی متون تدوین شده است و بارویکرد کیفی ابتدا به معرفی این متریال و بررسی قابلیتهای شیشه هوشمند و عملکرد آن و سپس مزایای استفاده ازآن در کاهش مصرف انرژی ساختمان را بررسی نموده ایم.
- 5-3محدودیتهای تحقیق به دلیل جدید بودن مبحث مصالح هوشمند و همچنین عدم توسعه
استفاده از آن در کشور ما پژوهشهای علمی و مطالب قابلتوجهی در این زمینه در دسترس نمیباشد لذا محقق مجبور به استفاده از کتب یا مقالات لاتین میباشد که این امر نیز به دلیل صرف وقت بسیار امکانپذیر نمیباشد به دلیل کم بودن شرکتهای در حوزه شیشههای هوشمند امکان پژوهش از روش میدانی امکانپذیر نیست بنابراین محقق بایدصرفاً از منابع محدود اینترنتی و کتابخانهای استفاده کند . این عوامل موجب شده است که پژوهش نتواند به صورت کامل شیشههای هوشمند را معرفی کند و دارای نقصان و کاستی است.
-4 معرفی شیشه هوشمند
-1-4 تعریف شیشه هوشمند
گونهای از شیشه و پنجره است که با استفاده از فناوریهای نوین میتوان با آن میزان جذب نور را در واکنش به محرک خارجی کنترل کرد.
-2-4تاریخچه:
شیشه در حدود 1000 سال پیشتولید و به عنوان وسیلهای برای تزیین و هدایت نور مورد استفاده قرار میگرفت.در قرن 20 استفاده معماران از شیشه رونق یافته و آنها توانستند دیوارهایی سرتاسر شیشهای طراحی کنند. هم اکنون و در آغاز قرن 21 شیشه هوشمند به دلیل خصوصیات پایهای و نوع عملکرد آن انتخاب میشود.[11]
-3-4کاربرد شیشههای هوشمند:
امروزه در طراحی ساختمانها تحولاتی ایجادشده که از آن میتوان به کمرنگ شدن نقش دیوارهها نما و استفاده از شیشه به عنوان متریالی سازگار با طبیعت اشاره کرد تا بدین وسیله نور طبیعی به فضای داخلی هدایت شود و امکان ارتباط بصری با خارج ساختمان برقرار شود مهمترین استفاده شیشههای هوشمند در صنعت ساختمان در صرفهجویی در انرژی، کنترل نور و دید، قابلیت ایجاد انعطاف در فضا و طراحی داخلی میباشد.
با استفاده از این شیشهها میتوان روشنایی و نور روز را به میزان ایده آل رسانده و به صورتکاملاً کنترل شده در مواقع مورد نیاز میزان نور ورودی را کاهش داد. همچنین این قابلیت مسدود کردن دید میتواند به ایجاد آسایش در فضاهای خصوصی و حفظ حریم خصوص کمک نماید. انعطافپذیری فضاها و قابلیت استفاده حداکثری از فضاهای محدود از دیگر موارد استفاده این شیشهها در معماری و ساختمان میباشد
نو آوری های مدرن در فناوریهای شیشه پنجرهی جدیدی را برای استفاده از شیشه نمای ساختمانها باز کرد.پوشش سنتی در ساختمان پاسخگو تغییرات فصلی نیست، استفاده از شیشه هوشمند راهگشایی برای خلق معماری سازگار با محیط زندگی انسان است.
-4-4 مزایای استفاده از شیشه هوشمند در ساختمان :
در مواقعی از سال، همچون تابستان که مصرف انرژی در سیستم های سرمایشی به اوج میرسد، بیش از هر زمان دیگری به چشم میآید، اما در زمستانها نیز روی دیگر این فناوری به کار میآید، زمانی که تابش نور خورشید به واسطه زاویهای که این ستاره همیشه فروزان با زمین پیدا میکند، از شدت کمتری برخوردار میشود. شیشهها در فصول سرد همچون زمستان، ضمن عبور دادن نور خورشید از خود و راه یافتن حرارت نسبی پرتوهای ضعیف خورشیدی به داخل فضاهای بسته، نقش چشمگیری در کاهش مصرف انرژی در سیستم های گرمایشی ایفا میکنند
با بهکارگیری این شیشهها، در ساختمانها به عنوان یک جسم عایق، که نقش اصلی را در جهت حفظ گرما یا سرمای مناسب و ذخیرهسازی معقول انرژی و تبدیل آن به انرژی الکتریکی موجب راهاندازی سیستم های روشنایی و همچنین تهویه مطبوع 3هوا با تأمین میزان نور دلخواه میشوند، میتوانیم به عنوان مصالح نوین در جهت حل مشکل بحران انرژی و سبک سازی بهره ببریم
از دیگر مزیتهای شیشه هوشمند آسایش بهتر با ایجاد امنیت و ایمنی ، مانعی در برابر گردو غبار ،باران،سرما و کاهش آلودگی صوتی و استحکام بالای آن است.
-5 انواع شیشههای هوشمند
-1-5 شیشه فتوکرومیک
در برخورد با نور رنگ آنها تغییر میکند و به عبارتی کنترل آن در دست ما نمیباشد. مصالح فتوکرومیک انرژی ساطعشده ناشی از تغییر گونههای شیمیایی بین 2 لایه انرژی را که طیف جذبی متفاوتی دارند را جذب میکنند همچنین قادر به جذب انرژی مغناطیسی برای تولید یک خاصیت ذاتی در محدوده فرابنفش4 را نیز دارند.
-2-5شیشههای ترموکرومیک
با تغییر دما رنگ آنها تغییر میکند .گرما را جذب میکنند که طی آن یک واکنش شیمیایی حرارتی رخ میدهد آنها قابلیت برگشت پذیری در برابر تغییر ناگهانی دما را دارند . بدون جریان تهویه مطبوع یا هوارسانی دلپذیر شاخهای از مهندسی مکانیک است. وظیفه آن تأمین شرایطی است که موجب رفاه انسان شود و برای نگهداری محصول یا فرایند خاصی مورد نیاز باشد.
الکتریکی و بدون user استفاده میشوند و حاوی مواد پلیمر 5ی خاص میباشند که در دما پایین به هم ادغامشده و در دمای بالا منبسط و پراکنده میشوند که این خود باعث پراکندگی بیشتر نور میگردد.[14]نکته مهم در رابطه با این شیشهها این است که حالت کنترل شیشهها بر قسمت مربی طیف نور از بین می رود و آنها در ناحیه نزدیک مادونقرمز طیف نور خورشید بهترین عملکرد را دارند اشکال استفاده از این شیشهها درجه انتقال پایین در قسمت طیف مربی است که بین 27 تا 35 درصد است
-3-5 شیشههای گس کرومیک
شیشههای چند جداره - حداقل دو جداره - که پوششهای معینی بر روی آنها اندوده شده و بین لایهها از گازهای مختلف استفاده شده است.
-4-5 شیشههای کریستال مایع
ساختار درونی این شیشهها تشکیلشده از 2 لایه شفاف قلع به عنوان الکترود6 میباشد که لایهای از کریستال مایع بین آنها ساندویچ شده است .با گذراندن جریان الکتریسیته از فیلم کریستال مایع شیشه شفاف میشود و با قطع جریان کریستال ها با جهتگیری تصادفی خود در فضا موجب پخش کردن نور و در نتیجه مات شدن شیشه میشوند. [16] کریستالهای مایع حالت بینابین بلورهای جامد و مایعات میباشند .
آنها به میدانهای الکتریکی حساس هستند و به طور ویژه برای جلوههای بصری قابل کاربرد میباشند . شیشههای کریستال مایع در دو لایه ساخته میشوند . بین دو لایه از کریستال مایع استفاده میشود که میتوان شفافیت یا کدر بودن شیشه را به دلخواه تنظیم نمود . زمانی که جریان برقرار باشد اجزای +لایه کریستال مایع در یک خط قرارگرفته و شیشه شفاف میشود و با قطع جریان ، اجزای کریستال مایع به صورت تصادفی قرار میگیرند و مانع دید از دو طرف میشود. جریانی که از درون مایع عبور میکند باعث میشود که کریستالها تنظیم شوند بطوریکه نور نتواند از طریق آنها وارد شود. هر بلور همچون یک عامل مسدودکننده عمل میکند
-5-5شیشههایSPD
ماده ای شامل مولکولهای بزرگی است که از به هم پیوستن واحدهای کوچک تکرار شونده که تکپار یا مونومر نامیده میشود، ساخته شده است.
الکترود ماده ای رسانا است که از یک سو به بخش فلزی - مانند سیم مسی - و از سوی دیگر به بخش غیرفلزی - نیمهرسانا، الکترولیت و یا مدار الکتریکی متصل شده و بین آنها ارتباط برقرار می کند.
