بخشی از مقاله
چکیده
امروزه یکی از مشغله های فکری طراحان و معماران و مدیران منابع انرژی، افزایش مصرف و رو به پایان بودن سریع منابع فسیلی می باشد. در همین راستا، ساختمان های تجاری به عنوان مکانی برای استفاده عموم در ساعات مختلف، یکی از منابع پر مصرف در زمینه انرژی هستند. در حال حاضر ما در آستانه نسل بعدی ساختمان ها هستیم. می توان با بهره گیری از مصالح سازگار و عملکرد مناسب، این میزان مصرف انرژی را در ساختمان های تجاری کاهش داد. در این روند، نمای ساختمان به عنوان حد فاصل فضای درون و بیرون، نقش به سزایی در کاهش مصرف انرژی و همچنین بیش ترین نقش را در استفاده از سوخت های تجدید پذیر دارد.هدف این مقاله، بررسی اسفاده از تکنولوژی و مصالح هوشمند در نمای ساختمان های تجاری و تأثیر آن در بهینه سازی مصرف انرژی است.
-1 مقدمه
پوشش ساختمان به عنوان یکی از مهم ترین اجزا یک بنا، تاریخچه ای به گستره ی کل تاریخ معماری دارد و بسیاری از تجلیات فرهنگی، اجتماعی، سیاسی و حتی مذهبی تمدن ها وامدار حضور آن است. به گواه تاریخ، نما بیش از سایر اجزای ساختمان مورد توجه قرار گرفته و قرن هاست که توان طراحانه معماران صرف خلق ظاهری متناسب برای بناها می گردد، اما در دهه های اخیر به صورت بی سابقه ای به این لایه توجه شده است .[1] از دهه هشتاد میلادی شاهد پیشرفت روز افزون تکنولوژی در زمینه مصالح و ساختمان بوده ایم. امروزه ساختمان ها قادر به پاسخگویی تغییرات بیرونی و ایجاد شرایط آسایشی درونی هستند. استفاده از مصالح هوشمند در نمای ساختمان یکی از راه ها کاهش مصرف انرژی می باشد که در ادامه مفصل راجب این موضوع بحث می شود.
-2 مفهوم نمای هوشمند
به صورت عام »هوش« به ظرفیت ذهن موجود زنده، نسبت به درک و فهم محیط اطراف گفته می شود. ایجاد سامانه های هوشمند در سازوکارهای غیر جاندار، منجر به پیشرفت دانشی تحت عنوان »هوش مصنوعی« شد .[1] با استفاده از هوش مصنوعی، ساختمان قادر است مانند هوش انسان برای مواقع مختلف تصمیم های مختلف بگیرد تا بتواند بهترین شرایط محیطی با توجه به بحث انرژی را برای ساختمان بوجود آورد. هر یک از حسگرهای استفاده شده در ساختمان عملکردی مانند رشته عصب های بدن را دارند و با دریافت اطلاعات و پیام های مختلف و ارسال آن به سیستم مرکزی ساختمان را مورد بررسی قرار می دهد. ویژگی های اصلی»معماری هوشمند« عبارتند از:
پویایی و فعال بودن؛ انعطاف پذیری و سازگاری با محیط؛
واکنش پذیری و پاسخده بودن .[2] بنابراین می توان صفت هوشمندی را در ساختمان به نوع خاصی از »آگاهی« این توده بی جان نسبت داد. با این تعبیر، ساختمانی هوشمند است که این سه مشخصه را دارا باشد: نسبت به آنچه در درون و محیط بلافاصل بیرون خود اتفاق می افتد »آگاه باشد« برای انتخاب کاراترین روش به منظور ایجاد محیطی راحت و مناسب برای ساکنانش »تصمیم بگیرد« در کوتاه ترین زمان به تقاضای ساکنانش »پاسخ دهد.[1] «
-3 پیشینه تحقیق
ساختمان هوشمند برای اولین بار در سال های ابتدایی قرن بیستم میلادی با ساخت وسایل برقی و ماشینی منزل مطرح شد. در ادامه با افزایش مصرف سوخت های تجدید ناپذیر و هوچنین پیشرفت تکنولوژی، تعریف ساختمان هوشمند گسترده تر شد و به مرور تمامی قسمت های مختلف یک ساختمن را شامل شد. در ادامه با افزایش زندگی اجتماعی میان انسان ها و گذراندن زمان بیشتر در ساختمان های غیر مسکونی، بحث هوشمند سازی ساختمان ها و اتوماسیون ساختمان ها به واحد ها و ساختمان های اداری و تجاری نیز کشیده شد و پروژه ها و تحقیقات گوناگونی در این زمینه ها صورت گرفت.
ساختمان اداری طراحی شده توسط شرکت SOM به عنوان اولین ساختمان هوشمند در جهان معرفی شده است. این ساختمان دارای یک سیستم به اصطلاح " هوشمند عصبی " است که با بخشهای مختلف ساختمان مانند تهویه مطبوع، سیرکولاسیون - آسانسور - و سیستم ایمنی در ارتباط است. این ساختمان مانند یک مغز قدرتمند عمل می کند .[3] ساختمان GSW یک نمونه دیگر از ساختمان هوشمند است که در شهر برلین قرار دارد. دو سیستم به کمک یکدیگر انرژی و آسایش حرارتی در این ساختمان را تامین می کنند. این ساختمان به طور طبیعی در 70 درصد مواقع از سال از تهویه طبیعی استفاده میکند. در هنگامی که سرعت باد کم است نمای دو پوسته این ساختمان با ایجاد یک دودکش حرارتی سرعت تهویه را افزایش می دهد.
این دودکش حرارتی بوسیله پوسته شیشه ای که به فاصله یک متری از جداره 2 لایه ی ساختمان قرار گرفته است ایجاد می شود. دمپرهای میزان تهویه ورودی به داخل ساختمان را کنترل می کنند. دیگر سیستم به کار رفته در این ساختمان یک سیستم مکانیکی است، این سیستم به استفاده از یک چراغ سبز و قرمز به کاربران توصیه می کند که از تهویه طبیعی یا تهویه مکانیکی استفاده کنند. پنجرهها این ساختمان با استفاده از یک سیستم الکترومکانیکی و در ترکیب با حسگرها به طور اتوماتیک باز و بسته میشود. با توجه به ارتفاع این ساختمان استراتژی تهویه یکی از مهمترین فاکتورها برای هوشمند سازی در این ساختمان است که هم برای ایجاد تهویه طبیعی و هم برای جلوگیری از تهویه ناخواسته به کار برده می- شود.
جداره بیرونی در نمای غربی هم سپری در برابر نور خورشید است و هم باعث ایجاد اثر تهویه دودکشی در هنگامی که سرعت باد کم است می گردد. هنگامی که پنجره ها بسته می شود تهویه مکانیکی در داخل ساختمان به کار گرفته می شود .[2] یکی از پروژه های صورت گرفته تکنولوژی BMS یا همان سیستم مدیریت ساختمان می باشد. شرکت ها و طراحان زیادی در این زمینه کار کردند و محققان ایرانی زیادی در این مورد به پژوهش پرداختند. صرفه جویی در مصرف انرژی با استفاده از سیستم های مدیریت هوشمند ساختمان BMS نوشته ی علیرضا زمانی و معصومه ایرانی یکی از پژوهش های بسیار مفید در این زمینه است.
-4 عملکرد نمای هوشمند
برای توضیح عملکرد نمای هوشمند ابتدا باید خصوصیات مواد هوشمند را بررسی گردد. مواد هوشمند به دو دسته هوشمند و نیمه هوشمند تقسیم می گردند. در مواد هوشمند برای محرک ها تغییرات برگشت پذیر برنامه ریزی می شود. مواد کاملا هوشمند قابلیت برگشت پذیری نا متناهی را دارند اما مواد نیمه هوشمند قابلیت برگشت پذیری محدود دارند. محرک های عمده عبارتند از: تغییر محیط شیمیایی، میدان مغناطیسی والکتریکی، فشار، حرارت، نور و اشعه ماورا بنفش، تغییرات حاصل، بازده وسیعی را پوشش می دهد. برخی از این تغییرات عبارتند از:
تغییر شکل، ابعاد، سطح و بافت به صورت همگن یا موضعی. تغییر در جریان الکتریکی و تولید جریان الکتریکیسیته که به عنوان مثال در کفسازی امکان پر رفت و آمود برای تولید جریان برق استفاده می شود. تغییر رنگ و شفافیت که در ایجاد محرمیت و بستن فضا کاربرد دارد. تغییر نوفه و کنترل نوفه مزاحم. تولید بوی خوش بر اثر تحریکات خارجی. قابلیت اصلاح، ترمیم، تقویت و خود تمیز کنندگی که امروزه کاربرد وسیعی در آسمان خراش ها یافته اند.
قابلیت جذب یا انتشار نوعی مولکول، اتم یا ماده ای خاص که در سه حالت ماده که به ویژه برای کاهش آلودگی محیط و تولید مواد مطلوب و ضروری مانند تصفیه هوا و یا آب کاربرد دارد. امکان تبادل انرژی مانند مواد تغییر فاز دهنده که که در پوسته بنا برای کنترل دمای محیط داخلی کاربرد دارند و این مواد حرارت را از محیط گرفته و با تغییر فاز به حالت مایع یا گاز، آن را به صورت نهان در خود ذخیره می کنند و در هنگام کاهش دمای محیط با تغییر فاز مجدد، حرارت را به محیط بازپس می دهند .[2]
به طور کلی می توان عملکردهای نمای هوشمند را در چند دسته ی اصلی طبقه بندی کرد: افزایش نور روز - به عنوان مثال با استفاده از بازتابنده ها- سکوی تابش نور - به حداکثر رساندن نور روز - به عنوان مثال با استفاده از پاسیو - سطح درخشان بر روی شیشه با ارتفاع زیاد - حفاظت در برابر خورشید - به عنوان مثال با استفاده از پرده - کرکره - عایق بندی - به هعنوان مثال استفاده از حایل ها در طول ساعات شب - تهویه - به عنوان مثال استفاده از مرطوب کننده های خودکار - جمع آوری و استفاده از گرما - به عنوان مثال با استفاده از کلکتورهای خورشیدی - رانش گرما - به عنوان مثال با استفاده از طاق نما - نورشکن ها - کاهش صدای عبوری - به عنوان مثال با استفاده از حایل های آکوستیک - تولید الکتریسیته - به عنوان مثال با استفاده از سلول های فتوولتائیک - بهره برداری از تفاوت فشار - به عنوان مثال با استفاده از دودکش های تهویه - .[3]
-5 مصرف انرژی در واحد های تجاری
با توجه به تحقیقات و مطالعات صورت گرفته مشخص شده است در ایران 40 درصد از انرژی مصرف شده در بخش تجاری و مسکونی است. علت آن را می توان در طراحی نادرست و استفاده از مصالح نا مرغوب در این دو بخش پیدا کرد. وجود مصالح غیر استاندارد و غیر مرتبط با شرایط اقلیمی مناطق مختلف کشور و عدم رعایت الزامات اجرایی از لحاظ انرژی عوامل تاثیر گذار در این بخش هستند.
با توجه به پیشرفت روز افزون مصالح و تحقیقات صورت گرفته در بحث انرژی می توان این آمار را کاهش داد تا در ادامه متحمل هزینه های سنگین جهت تولید انرژی و یا حتی واردات انرژی نشویم. درساختمان های تجاری جهت جلب مشتری برای خرید و تامین آسایش افراد در این فضاها درتمام ساعات شبانه روز سیستم تهویه مطبوع و روشنایی درحال مصرف انرژی است که این دسته ساختمان را به بنای با مصرف انرژی بالا تبدیل کرده است .[4]
-6 کاربرد نمای هوشمند در واحدهای تجاری
دیوار علاوه بر بحث سازه ای و مقاومت در برابر گرما، باران، باد، نور و غبار، تقسیم کننده و تعریف کننده فضا نیز است. جداره ها استفاده بهینه از نور طبیعی در فضای داخلی تاٍیر بسزایی دارند. نور روز باعث کاهش مصرف انرژی، افزایش سطح بهره وری، باعث افزایش رضایتمندی مردم نیز می شود. نمای هر ساختمان در شکل دهی به مجموعه شهری که در آن حضور دارد، موثر است. اگر به نمای یک ساختمان بدون در نظر گرفتن نمای دیگر ساختمان های شهر توجه شود، همگونی نمای شهری در مجموع از بین می رود.
در طراحی نمای واحد های تجاری علاوه بر توجه به بحث ساختار و انرژی باید به بحث همگونی با نمای شهری نیز پرداخته شود. استفاده از مصالح هوشمند در طراحی نمای ساختمان های تجاری یکی از راه کارهای طراحان و برنامه دهندگان جهت دستیابی به بازدهی بیشتر این ساختمان ها است. به دلیل پر رفت و آمد بودن این نوع ساختمان ها می توان انرژی الکتریکی مورد نیاز ساختمان را از طریق مواد هوشمند به کار رفته در کفسازی این ساختمان ها تولید کرد.
