بخشی از مقاله
چکیده
امروزه ساختمان ها خود گونه ای از تکنولوژی هستند. آن ها خود را با تکنولوژی وفق می دهند و از آن بهره می گیرند. ساختمان ها به عنوان یک سازه به محض اینکه توانایی کامپیوتر را در اختیار بگیرند، هوشمند خواهند شد و نخستین بنای هوشمند، از تکنولوژی در جهت مهیا ساختن محیطی امن و راحت و انرژی زا استفاده نمود. هر ساله روش های نوینی برای بهینه سازی انرژی و بازتولید آن در جهان مطرح میشوند، تولید انرژی در ساختمان های پر رفت و آمد، همانند موزه ها، ادارات، مراکز فرهنگی، مساجد و ورزشگاه ها؛ توسط بار مکانیکی وارده بر کف از طرف بازدیدکنندگان و همچنین استفاده از ارتعاشات صوتی ایجاد شده، سهم عمده ای در تأمین انرژی در آن ساختمان ها به عهده خواهد داشت. در این مقاله با بررسی اثر پیزوالکتریک در مصالح هوشمندی تحت عنوان سرامیک ها و پلیمرهای پیزوالکتریک؛ سعی در به وجود آوردن امکان بهره مندی از مصالح نوین و سازوکاری بهینه در این گونه ساختمان ها با ایجاد پوششهایی از جنس سرامیکهای پیزوالکتریک، و استفاده از ارتعاشات حاصله از انرژی مکانیکی تردد افراد و امواج صوتی موجود، موجبات تولید انرژی الکتریکی مورد نیاز ساختمان، توسط تردد مراجعین را فراهم سازد، و نتایج کلی حاصل از آن عبارتند از
o امکان تولید انرژی الکتریکی مورد نیاز، توسط ارتعاشات موجود در ساختمان o ایجاد صرفه اقتصادی دراز مدت در تولید و ساختمان مراکز اداری و تجاری
o کاهش آلودگی محیط زیست از جهت تولید انرژی الکتریکی مراکز مذبور در نیروگاهها
o جلوگیری از اتلاف انرژیهای چون انرژی مکانیکی و انرژی امواج صوتی حاصل از تجمع افراد، انرژی ارتعاشات باد بر بدنه ساختمانها و ...
واژه های کلیدی : معماری پاسخگو، مصالح هوشمند، مواد پیزوالکتریک، تردد بازدیدکنندگان، تولید انرژی الکتریکی
-1 مقدمه
ایده یک ساختمان هوشمند، ارتباط و پیوستگی میان دسترسی، نور دهی، امنیت، نظارت، مدیریت و ارتباط راه دور را پیش رو قرار می دهد. عامل یکپارچگی، این توانایی را به سیستمها میدهد تا بتوانند اطلاعات را میان خود رد و بدل کنند. تبادل اطلاعات میان این سیستم ها باعث میشود که خروجی اطلاعات که همان نتیجه نهایی است، بدون ایجاد هر گونه اختلال، انجام شود. از سوی دیگر سیستمهای خروجی اطلاعات و یا تصمیم گیرندههای نهایی، سیستمهای پاسخگویی هستند، که پاسخی مناسب برای اطلاعات ارسالی که از منابع گوناگون به سیستم وارد میشوند را، مهیا میکنند. خروجیهای اطلاعات و سیستم های تصمیم گیرنده، اصلی ترین و ضروری ترین مؤلفه در این نوع معماری که به نام معماری پاسخگو شناخته میشود، هستند. [1] - Addington-2005 -
امروزه با توجه به الزامی شدن بحث رعایت استاندارد »مدیریت انرژی و طراحی سازگار با محیط زیست1 - LEED - « در آینده نزدیک برای تمامی ساختمان های اداری، تجاری و پر رفت و آمد، مانند هتلها و استادیومها، نقش تولید و همچنین بازتولید انرژی مورد نیاز یک کاربری توسط همان ساختمان بسیار پر رنگ تر از قبل خواهد شد. استفاده از انرژیهای پاک در ساختمان ها به مانند انرژی حاصل از خورشید و باد و انرژی امواج، سال هاست که مورد تحقیق دانشمندان رشته ساختمان قرار گرفته و نتایج مهمی نیز در پی داشته است. اکنون با مطرح شدن بحث مصالح هوشمند و البته فناوریهای نانو، دریچه نوینی در زمینه بازتولید انرژی در ساختمانها به وجود آمده است.
دسته ای از مواد هوشمند تحت عنوان مبدل کننده های انرژی، می توانند صورت های مختلفی از انرژی در ساختمان ها را به یکدیگر تبدیل نموده و از این رو در جهت جلوگیری از اتلاف انرژیهای موجود، چون انرژی حاصل از امواج صوت در ورزشگاه ها، انرژی ارتعاشات حاصل از وزش باد و انرژی بار مکانیکی تردد افراد در مراکز اداری و تجاری، گام بردارند و آن ها را تبدیل به انرژیهای قابل استفاده نمایند.
-2 معماری هوشمند
معماری هوشمند، طراحی فرم هایی است که در آنها، از سیستم یکپارچه ای استفاده شود که قابلیت پیش بینی کردن و واکنش نشان دادن به پدیده های که بر عملکرد ساختمان یا ساکنان، تأثیر میگذارند را داشته باشد. با استفاده از مصالح توانمند میتوان سبب افزایش عمر مفید ساختمان از 50 سال به 100 سال شد که این امر سبب صرفه جویی در هزینه های نگه داری است که به مراتب، بیشتر از هزینه های ساخت و ساز میباشد. - گلابچی- [2] - 1390 زمانی که از معماری هوشمند سخن میگوییم، نقطه شروع باید حسگرها باشند. حسگرها ابزارهایی هستند که اطلاعات داخلی
و خارجی ساختمان را جمع آوری می کنند. در فضای داخلی، حسگرها این امکان را برای سیستمها فراهم میکنند تا درک درستی از شرایط درونی ساختمان داشته باشد. در فضای خارجی، آن ها اطلاعات را از محیط بیرونی ساختمان، در زمانهای معین دریافت و جمعآوری میکنند. حسگرها به سه دسته تقسیم میشوند که حسگرهای درون و بیرون بنا زیر مجموعه های این سه قسم هستند : o حسگرهای امنیتی و مراقبتی
o حسگرهای تشخیص کیفیت هوا o حسگرهای نظارتی سیستم حسگرهای بیرونی شامل، حسگرهای پرتو خورشیدی، حسگرهای نظارتی و امنیتی، حسگرهای آلودگی صوتی، حسگرهای تغییر رنگ و نمای بصری هستند و حسگرهای بخش هایی نظیر بخش انرژی، کنترل هوا، بخش نور دهی، تهویه مطبوع از انواع حسگرهای درون بنا هستند که به وسیله آن ها اهداف گوناگونی محقق میشوند. حسگرها به منزله عصبهای یک ساختمان هستند که می توانند شرایط خاص را حس کرده و با پردازش اطلاعات، تصمیم های مورد نیاز در قبال شرایط درونی و برونی بنا را اتخاذ کنند. - [3] - Jantunen-2007
معماری پاسخگو نوعی از معماری است که دارای توانایی پاسخگویی به نیازهای کاربران است. لزومی ندارد که این نوع معماری حتماً از نوع هوشمند باشد. مگر اینکه پاسخ های مورد نیاز، نیازمند نوعی پردازش هوشمندانه باشند. برای مثال یک دیوار خشتی در پاسخ به هوای گرم بیرون خانه، هوای سرد و خنک را در فضای داخلی فراهم میآورد. این کنش از جمله خصوصیات مصالح است و البته جدا از پردازش هوشمندانه نیست. چرا که دیوار خشتی درست بر مبنای اطلاعات داده شده از بیرون ساختمان و پردازش آن دست به کنش خنک کردن فضای درون ساختمان زده است؛ لذا این واکنش جزو معماری هوشمندانه به حساب میآید. بعضی تعاریف در مورد پاسخگو نشان می دهند که این نوع معماری معرف نوع خاصی از پاسخگویی است که همانا پاسخگویی حرکتی نام دارد. درون مایه یک سیستم پاسخگو این است که چگونه سازههای مکانیکی را در کنار معماری قرار دهیم تا بر یکدیگر کنش متقابل و هوشمندانه داشته باشند.
-3 مواد هوشمند
مصالح هوشمند مصالحی هستند که رویداد های محیطی را حس و اطلاعات بدست آمده را پردازش کرده و نسبت به محیط و شرایط واکنش مناسب را نشان میدهند؛ به عبارتی دارای توانایی ذاتی در جهت پاسخگویی سریع به محیط هستند. این مصالح دارای ویژگیها و مشخصه هایی هستند که آن ها را از بیشتر مصالح سنتی که در معماری استفاده شده اند متمایز میکنند. - [1 - Addington- 2005 این خواص و ویژگیها عبارتند از :
وفق پذیری، فوریت و بی درنگی، به گزینی، صراحت و مستقیم بودن، خود به کار اندازی، که در صورت دقت بیشتر به ویژگیها و خواص این مصالح و در نتیجه پی بردن به تمرکز مستقیم این مصالح بر روی رویدادهای فعال کننده آنها و نیز توانایی واکنش قابل پیش بینی و در عین حال بی درنگ و سریع آنها نسبت به شرایط محیطی، میتوان این مصالح را به گروه های زیر تقسیم کرد [1] - Addington-2005 - :
o قابلیت تغییر خاصیت o قابلیت مبادله انرژی
o موقعیت یا اندازه گسسته o قابلیت برگشت پذیری
.1-3 قابلیت تغییر خاصیت : گروهی از مصالح هوشمند که بزرگترین حجم پتانسیل کاربردی در معماری را دارند گروه مصالحی هستند که تغییر خاصیت میدهند، این مصالح دستخوش تغییر در خاصیت یا خصوصیات؛ شیمیایی، گرمایی، مکانیکی، الکتریکی، بصری و ... در جهت پاسخ به تغییرات شرایط محیطی اطراف خود میشوند، که این شرایط محیط اطراف ممکن است از طریق ورود مستقیم انرژی، محدود و یا تولید شده باشد. مصالح این گروه، تمامی مصالحی هستند که تغییر رنگ میدهند، مانند ترموکرومیک ها، الکتروکرومیک ها و فتوکرومیک ها که خاصیت سطوح اصلی ضریب جذب مولکولی پرتو الکترومغناطیسی مرئی آنها توسط یک متغیر محیطی - پرتو تابشی خورشید، دمای سطوح - یا یک ورودی انرژی - شدت جریان برق، نیروی الکتریکی - به مصالح، تعدیل شده است.
