بخشی از مقاله
خلاصه
با پیشرفت تکنولوژی و با جایگزین شدن روشهای غیرفعال سرمایش و گرمایش توسط سیستمهای مکانیکی، میزان مصرف انرژی تدریجا افزایش یافته است. از این رو، ایجاد ساختمانهای سبز و پایدار به منظور کاهش مصرف انرژی و مشکلات زیستمحیطی ضرورت مییابد. تلفیق طبیعت و تکنولوژی در معماری به طراحی عناصر پیشرفتهای منجر شده است که نه تنها کارایی مستقل اجزا را افزایش میدهد، بلکه در افزایش بازده سیستم نقش مهمی ایفا کرده است.
در میان اجزای ساختمان، پوشش آن از اهمیت ویژهای در تعیین مقدار انرژی لازم برای گرمایش، سرمایش و تهویه برخوردار می-باشد. در این مقاله به دنبال آشنایی با راهکارهایی هستیم که با تغییر الگوهای طراحی نما و سایبانها عملکرد ساختمان را بهبود بخشیده و مصرف انرژی را کاهش دهیم . سایبانهای ثابت اگرچه گاها کارایی مناسبی در دورههای زمانی نیاز به سایه دارند، لیکن اغلب در سایر بازههای زمانی ساختمان را با مساله سایهاندازی بیش از حد و در نتیجه نیاز به گرمایش اضافی مواجه میسازند. از آن جا که مسیر حرکت خورشید دائما در حال تغییر است، یکی از راهکارهای مناسب برای بهره-گیری از نور روز و کاهش مصرف انرژی تلفیق سایبانها با ویژگیهای هوشمند میباشد؛ به طوری که سایبان هوشمند با توجه به حرکت خورشید و تغییرات شرایط محیطی تغییر وضعیت میدهد، با محیط سازگار شده و از فضای داخلی در برابر تابش نامطلوب خورشید محافظت میکند .
در اینجا هوشمند بودن بدین معناست که سیستم قابلیت سازگاری با محیط را به صورت خودکار دارا باشد. با این وجود امکان اعمال تنظیمات به صورت دستی که ترجیح کاربر را نیز درنظر میگیرد از مزیتهای سیستم به شمار خواهد آمد. سایبانهای هوشمند میتوانند در قالب نماهای متحرک و هوشمند اجرا شوند و تاثیر به سزایی در بهبود روشنایی فضای داخلی و کاهش مصرف انرژی داشته باشند. عملکرد این نماها بایستی از طریق مدلسازی مورد بررسی قرار گیرد.
-1مقدمه
در دهههای اخیر همزمان با پیشرفت تکنولوژی و اهمیت یافتن بحث انرژی و پایداری، شاهد ایجاد مفهوم تازهای از ساختمانهای هوشمند در معماری هستیم. ساختمانهای هوشمند مختلفی با بهرهگیری از فناوریهای پیشرفته ساخته شدهاند که آیندهی فضاهای شهری را شکل خواهند داد. معماری طراحی شده برای پارامترهای ثابت، جوابگوی تغییرات محیطی نخواهد بود. برای بهرهگیری از تمامی ظرفیتها در پاسخ به تغییرات جوی، این الگوها بایستی تغییر کنند. ساختمانهای معمولی به عنوان واحدهای ثابت طراحی میشوند، درحالی که با عوامل متغیری مانند الگوهای خورشیدی و تغییرات باد سر وکار دارند که اغلب باعث ایجاد انفصالی میان ساختمان و محیط اطرافش میشوند.
برای از میان برداشتن این انفصال به ساختمانهایی نیاز داریم که بتوانند با تغییرات سازگار شوند، اطلاعات را تلفیق کنند و از آن بیاموزند. سیستمها باید به صورت پویا پاسخگوی تغییرات محیطی باشند و بدین ترتیب بازدهی بیشتری را نسبت به سیستمهای ثابت فراهم آورند. برای کاهش مصرف انرژی و بهبود کیفیت فضای داخلی، تحقیقات را بر بهبود پوشش خارجی ساختمان متمرکز کردهاند. در این رابطه راه حلهای گوناگونی پیشنهاد شده است، از جمله: تلفیق سبزینگی در سطوح و دیگری توسعهی تکنولوژیهای نمای متحرک برای کنترل تابشهای خورشیدی. راه حل اول کاشت گیاهان بر روی دیوارهای ساختمان را به دنبال دارد که این سیستمها نیازمند تکنولوژیهای پیشرفتهای برای آبیاری و زهکشی هستند.
از جمله ساختمانهایی که از این دیدگاه پیروی کردهاند می توان به پروژه هاروست2 توسط معماران گرین رامسس3 در ونکوور - 2009 - و برجهای دراگاس4 در استانبول توسط سوپرپول - 2009 - 5 اشاره کرد. راه حل دوم ایجاد رابطهای دو طرفه با محیط بیرون از طریق توسعهی تکنولوژیهای مربوط به نما است. این سیستم-ها »نماهای هوشمند« یا »نماهای سازگار« نامیده میشوند که میتوانند با شرایط محیطی مختلف سازگار شوند تا مصرف انرژی و آسایش محیط داخلی را به حالت بهینهای برسانند. این تکنولوژیها شامل استفاده از سیستمهای سایبان خورشیدی است که اغلب با مصالح و تکنولوژیهای هوشمند همراه میشوند. این تلفیق به ایجاد نماهای متحرک و هوشمند منتهی شده است.
طبق کتاب مصالح هوشمند در معماری، طراحی و معماری فضای داخلی6 نوشته شده توسط اکسل ریتر 7، مصالح هوشمند لغت نسبتا جدیدی است که برای مصالح و محصولاتی استفاده میشود که خواص تغییرپذیری دارند و میتوانند در پاسخ به اثرات شیمیایی یا فیزیکی مثل نور، دما یا وجود میدانی الکتریکی تغییر شکل یا تغییر رنگهای برگشتپذیر دهند. با استفاده از مصالح هوشمند این تغییرات قابل تکرار و برگشت پذیر خواهد بود .[1] هدف از این تحقیق، تعریف مفهوم هوشمندسازی در استراتژیهای محیطی بنا می باشد. به صورت ویژه بر عملکرد نماهای متحرک هوشمند در راستای کنترل دریافت نور روز و کنترل میزان انرژی خورشیدی ناشی از نور روز تمرکز شده است. در این راستا نمونههایی از ساختمانها با نماهای متحرک هوشمند مورد بررسی قرار گرفته است.
-2هوشمندسازی در معماری
هوشمندسازی در ساختمان میتواند در قالب سیستم ساختمان، نمای هوشمند، سنسورها، مصالح و یا حتی اسکلت ساختمان اعمال شود. در هوشمندسازی در معماری تفاوتی بین مفاهیم خودکار بودن و تلفیق شدن وجود دارد. المانها معمولا هنگامی هوشمند تلقی میشوند که سیستم کنترل آنها عملکردی خودکار داشته باشد. به همین مفهوم کلمهی هوشمند معمولا در مواردی به کار میرود که به خودکار بودن عملکرد در یک فضا از طریق سیستم کامپیوتری اشاره میکند، مانند باز و بسته شدن پنجرهها، پردهها یا خاموش و روشن شدن سیستم تهویه یا چراغها. بنابراین هنگامی که کاربر این تنظیمات را به صورت دستی اعمال کند، به دلیل عدم حضور سیستم پردازشگر، هوشمند تلقی نمیشود.
با وجود این که رفتار کاربر عامل مهمی در عملکرد ساختمان میباشد، برخی از ساختمانها از سیستمهای سازگار و جوابگویی استفاده میکنند که براساس تغییرات محیطی و آب و هوایی کار میکنند و آن چه را که کاربر ترجیح میدهد در نظر نمیگیرند. توسعهی ساختمانها با استفاده از ویژگیهای هوشمند بایستی با انجام مراحل زیر به عملکرد بهتری دست یابد :[2] - 1 ایجاد ارتباطی بین رفتار کاربر و شرایط فضای داخلی - 2 فراهم کردن تنظیمات خودکار در پاسخ به تغیرات محیطی و نیاز کاربر - 3 ایجاد اصلاحات به صرفه با توجه به تغییرات در اعمال و رفتار کاربر
-1-2 عملکرد یک ساختمان هوشمند
- 1 دریافت اطلاعات - 2 آنالیز آن - 3 پاسخ به آن با واکنشی مناسب - شکل - 1 ساختمان هوشمند ساختمانی است که از طریق بهینهسازی چهار جزء اصلی آن یعنی سازه، سیستم، سرویس و مدیریت و همچنین روابط متقابل میان آنها، محیطی کارامد و بهینه را فراهم آورد، بازده ساکنین خود را به حداکثر برساند و امکان مدیریت منابع با کمترین هزینهها را ایجاد کند .[3] برایان اتکین8 سه موردی را که در ساختمانهای هوشمند بایستی در نظر گرفت مشخص کرده است :[2]
- ساختمان باید نسبت به شرایط درونی و برونی هشیار عمل کند.
- ساختمان باید بهینهترین راه فراهم کردن فضایی مناسب، راحت و کارآمد برای کاربران را انتخاب کند.
- ساختمان باید با توجه به ترجیحات کاربر سریعا" واکنش نشان دهد.
