بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله، مسئله حذف سیمهای زاید در نمای بناهای ارزشمند و تاریخی شهرها مبتنی بر فناوری انتقال بیسیم جریان الکتریسته مورد بررسی و پژوهش قرار گرفته است. با توجه به تمایزها و اهمیت نورپردازی در فضاهای فرهنگی اعم از بناهای تاریخی، موزهها و گالریها و همچنین محدودیتهای حائز اهمیت در اینگونه فضاها نظیر حذف اغتشاش بصری، تلاقی سیمها، نحوه نوردهی در نقاط دلخواه، ایمنی، موجبری و جهتدهی نوری، تنظیم زمان و شدت نورپردازی متناسب با تراکم جمعیت و ... با تلفیق علم و هنر در حوزه تخصصی فرهنگ، سیستمهای نورپردازی هوشمند شیخبهایی به عنوان مطالعه موردی انتخاب گردید.
هدف اصلی از بررسی این سیستمها و کاربردهای آن در بناهای تاریخی شهر، پوشش حداکثری محدودیتها و مفروضات نورپردازی در اینگونه فضاها و در عین حال ایجاد یک مجموعه هدف بهینه برای بازآفرینی هویت شهری، توسعه کارآمد اقتصادی، فرهنگی و تقویت حیات مدنی شهر میباشد. در این سیستمها، ابتدا بر پایه معادلات فیزیک و شبیهسازیها، مسئله فرمولهبندی و با استفاده از نرمافزارهای تخصصی، معادله مدار با خروجی قابل قبول اولیه دستیابی به ولتاژ 40 ولت، جریان 1/5 آمپر و فاصله 30 سانتیمتر حل میشود. سپس با تعریف قالب و کاربردهای فرهنگی، محدودیتهای پیشروی نظری بُرد فاصله و عمق میدان جریان، تعریف و عملیاتی میگردد. یافتهها حاکی از نقش موثرعلمِمستقلِ نورپردازی در معماری و شهرسازی دارد.
-1 مقدمه
نور یکی از مهمترین عوامل کیفی و نمادین بوده و از نظر کارکرد عملی از جایگاه ویژهای در معماری و شهرسازی برخوردار است. اصلیترین کارکرد نور چه طبیعی و چه مصنوعی، روشن کردن فضا و فرمهای ساختمانی است که آنرا روشنایی مینماییم. نور با استفاده از نبوغ معمارانه و توجه به سه عامل زیباییشناسی مفهومی و معنایی و نمادین جهت تعریف مجدد فضاهای شهری مورد استفاده قرار میگیرد. این برداشت از نور در فضاهای شهری را نورپردازی مینماییم .[1]
بخش عمده از درک هویت شهر وابسته به نورپردازی فضاهای شهری است که از طریق آن میتوان به خوانایی شهر کمک کرد، در شهر نماد پردازی کرد، به ایمنی فضاهای شهری افزود، به شهر رنگ تعلق داد و در نهایت شهری جذاب و قابل سکونت را برای شهروندان ایجاد کرد. نورپردازی شهری علاوه بر ایجاد شرایط ادامه فعالیتها و کارکردهای شهریخصوصاً در هنگام شب، در ایجاد امنیت و آسایش و جذابیت محیطهای شهری نیز میتواند نقش به سزایی را ایفا کند.
هدف از این نورپردازی امکان بازخوانی ویژگیهای منظر شهری در تاریکی شب است و نه پاک کردن و تغییر آنها .[6] فضاهای شهری موجود در بافت تاریخی به دلایلی چون شهرنشینی شتابان و به دنبال آن جابجاییهای جمعیتی، فرسودگی کالبدی و افت منزلت اجتماعی در اکثر اوقات، علیالخصوص شب هنگام به دلیل مشکلات بسیار، از جانب شهروندان مورد استفاده قرار نمیگیرد. با استفاده از نور به عنوان یکی از مولفه-های غیر کالبدی منظر شهری میتوان بسیاری از مولفههای کیفیت-بخش محیط همچون، تنوع، ادراک، امنیت، ایمنی، سرزندگی را در یک فضای شهیِر تاریخی در شب ارتقاء بخشید.
[3] استفاده از فناوری و بکارگیری دانش روز جهان در حوزه نورپردازی، میتواند یکی از راه-حلهای پوشش برخی نیازها و رفع نواقص باشد. این امر در حوزههای فرهنگی و هنری و فضاهای فرهنگی شهری نظیر موزهها، گالریها و بناهای ارزشمند شهری که انتقال مفاهیم با رعایت اصول زیباشناختی و حفظ زیبایی محیطی محقق میگردد، به مراتب اهمیتی مضاعف مییابد. در مقاله علمی - پژوهشی پیشروی، ابتدا نیازسنجی و شناسایی نقصانهای نورپردازی هنری در فضاهای فرهنگی و بناهای ارزشمند تاریخی ارائه و سپس سیستم نورپردازی بدون سیم از طریق روشهای انتقال الکتریسته بر مبنای ایجاد میدان مغناطیسی غیر مخرب معرفی میشود.
در ادامه به بررسی کاربرد این نوع از سیستم-های نورپردازی در فضاهای مذکور مبتنی بر دانش روز جهان با قابلیت هوشمندی در برابر تنظیم شدت و زمان روشنایی و همچنین قابلیت جهتدهی و ارائه پیشنهادات نسبت به نتایج بدست آمده و مورد انتظار، پرداخته میشود. بخش فناوری مورد اشاره در مقاله حاضر، حاصل پژوهشهای علمی-کاربردی در راستای تولید نمونه موردی سیستم نورپردازی بدونسیم هوشمند شیخ بهایی بوده که به عنوان نخستین سیستم نورپردازی هنری در معاونت فناوری ریاست جمهوری به ثبت رسیده است.
-2 روش تحقیق
پژوهش حاضر، تحقیقی کاربردی- توسعهای است که مبتنی بر ایده و نیازسنجی بعمل آمده طی فرایند تحقیق و توسعه و با استفاده از مطالعات کتابخانهای به روش آزمایشی به عنوان یکی از کارآمدترین روشهای تحقیق، نسبت به بومیسازی فناوری و دانش فنی جهت تولید دستگاههای انتقال جریان برق بدون سیم، اقدام گردیده است. در این تحقیق پس از تبیین نقش و ابعاد نورپردازی در بناهای ارزشمند و تاریخی و مرور پیشینه پژوهشی انجام شده، به معرفی ساختار و نحوه کار سیستم نورپردازی بدونسیم پرداخته و در نهایت کاربردهای فرهنگی آن در قالب سیستم نورپردازی هوشمند شیخ بهایی بررسی میگردد.
در نتیجه یک رویه بومی شده برای کاربریهای انتقال جریان و روشنایی در فضاهای خاص فرهنگی، بناهای تاریخی و فضاهای هنری، توسعه داده شد. این مقاله برگرفته از یک مسئله از دنیای واقعی است که در داخلکشور قبلاً مطالعه نشده و کاربری فرهنگی آن نیز برای نخستین بار در جوامع علمی مورد بررسی و نمونه آزمایشی مبتنی بر مفروضات تئوری مندرج در سند حاضر، تولید شده است.
پس از تشریح جوانب مختلف، مسئله در قالب یک فرضیه بر پایه معادلات فیزیک و شبیهسازیها فرمولهبندی و با استفاده از نرمافزارهای تخصصی نظیر Altium Designer 2014، Codevision 3.02 و ISIS 7.8 معادله مدار حل میشود. سپس با تعریف قالب و کاربردهای فرهنگی، محدودیتهای پیشروی نظری بُرد فاصله و عمق میدان جریان، تعریف و عملیاتی میگردد.
-3 پیشینه تحقیق
نظریه ریاضی امواج الکترومغناطیسی توسط ماکسول در سال 1873 میلادی پیشنهاد شد و هاینریش هرتز در سال 1887 میلادی وجود این امواج را نشان داد. از اواسط دهه 90 میلادی، تحقیقات بر روی مخابرات بدون سیم - که شاخهای متمایز از انتقال بدون سیم الکتریسیته میباشد - نیز به عنوان رشتهای علمی شدت یافت .[ 13] در دهه 1950 میلادی، نوپردازی در معابر شهری چیزی بیشتر از یک محفظه آهنی که در آن لامپهای افروخته جیوهای قرار گرفته بودند نبود.
در دهه 1970 و با اهمیت یافتن مقوله مصرف انرژی، به این نتیجه رسیدند که مصرف هر صورت از انرژی بطور مثال نور، بیش از آنچه بهرهبرداری شود هدر میرود بگونهای که شاید در بعضی از موارد %95 از انرژی نورپردازی هدر میرفت، بنابراین تکنولوژی نورپردازی در اروپا به شدت معطوف به بحران انرژی و سوخت و اختراع سیستمهای استفاده از بخار بود. از سال 1980 صنعت و هنر نورپردازی با رایج شدن نور سفید چراغهای سدیم پرفشار در نورپردازی داخلی و به دنبال آن با گسترش آن در نورپردازی خارجی، سیر تکاملی به خود گرفت .[8]
در سال 2005 اقداماتی موفق در انتقال انرژی غیر تابشی از طریق جفتسازی میدان رزونانسی ناپایدار تشدید کننده اول و دوم شکل گرفت و عملا انتقال انرژی تحت شرایطی بهینه عملی گشت .[18] اما عملا در سال 2007 و توسط گروه نایجل پاور و از طریق ایجاد یک میدان مغناطیسی توسط یک تشدید کننده در فرکانس 13/56 مگاهرتز انرژی الکتریسیته تا فاصله 50 سانتی متر القاء شد و با توجه به بالا بودن ضریب کیفیت آنتن ارسال کننده عملا انرژی بدون هرگونه تداخلی انتقال پیدا کرد .[15]
انتقال انرژی - الکتریسیته - بیسیم فرآیندی است که در هر سیستمی که انتقال انرژی الکتریکی در آن از منبع انرژی الکتریکی به مصرف کننده بدون اتصالات سیمی صورت میگیرد، گفته میشود. همچنین رایجترین شکل انتقال برق بیسیم با استفاده از القاء که منتج شده از القای الکترودینامیک است صورت می-گیرد. برخی دیگر از تکنولوژیهای سالهای اخیر برای انتقال بیسیم برمبنای امواج مایکروویو و لیزرها انجام میشوند.
لیکن مقوله انتقال برق و روشنایی بدون سیم، تا ماههای اخیر، در زمره رویاهای دیرینه نویسندگان علمیتخیلی محسوب میشد که با توسعه تحقیقات کاربردی، این رویا به زودی در عرصه همگانی و با کاربردهای بسیار و ایمن، محقق خواهد شد. اصول این فرایند نظیر کارکرد ترانس و از طریق یک سیم پیچ اولیه یا القاگر و یک سیم پیچ ثانویه یا القا شونده، میباشد. ابتدا باید یک نوسان ایجاد شده و یک موج متناوب ساخته شود و سپس خروجی آن را در سیم پیچ دوم بدست آورد، بدین ترتیب کلی، یک انتقالدهنده برق بیسیم خواهیم داشت.
-4 مرور تجارب جهانی
تا سالهای اخیر، بهرهوری پایین انتقال توان و مسائل ایمنی، تلاشها برای انتقال بیسیم نیروی برق و تحقق آرزوی دیرینه به قدمت تولید برق را بیاثر کرده بود، ولی فرایند تحقیق و توسعه برندهایی چون سونی، اینتل، سامسونگ، اپل و حتی در داخل کشور گروههای تحقیقاتی متعدد نظیر هنربان، حاکی از کاربردیسازی این سیستم در آینده دارد.
در سال 2006 دانشگاهMIT بر روی انتقال نیروی الکتریسیته به صورت بیسیم شروع به کار کرد که به نتایج درخشانی نیز دست یافت. متخصصان این دانشگاه توانستند در آخرین آزمایش خود، البته با روشی دشوار، یک لامپ 60 وات را از فاصله دو متری بدون اتصال فیزیکی به منبع برق روشن کنند. این گروه نام ابداع خود را WiTricity مخفف شده واژههای وایرلس و الکتریسیته گذاشتهاند. حدود یک دهه گذشته، شرکت پاورکست که در پیتزبورگ پنسیلوانیا مستقر است، از این فناوری برای انتقال نیرویی در حد میکرووات و یا میلیوات در فواصل بیش از 15 متر برای حسگرهای صنعتی استفاده کرده است.
شرکت PowerBeam واقع در سنخوزه کالیفرنیا از طریق تاباندن یک پرتو لیزر فروسرخ تنظیم شده به یک سلول فتوولتائیک، پرتو را به انرژی الکتریکی بازتبدیل میکند .[12] جذابترین انتخاب برای کاربردهای بزرگ محلی، القاء مغناطیسی است. در صورتی که دو شیء در فرکانس مشابهی رزونانس داشته باشند، انرژی مکانیکی منتقل شده، خیلی بیشتر میشود، وقتی که یک خواننده اپرا با صدای خود یک لیوان را به لرزش در میآورد از همین اصل استفاده میکند.
شرکتهای بزرگ نیز به سرمایهگذاری روی انتقال رزونانسی علاقه نشان دادهاند. اخراًی یک گروه محقق به نام ائتلاف غیر انتفاعی جریان برق بیسیم متشکل از شرکتهایی مانند Olympus، Philips و Samsung در سال 2015 بطور جدی بر روی این موضوع تحقیق میکنند .[14] تلویزیونهای LED شرکت هایر چین و گوشیهای تلفن همراه گلکسی اس6 سامسونگ از سال 2014 با شارژر بیسیم به عنوان پیشگام، روانه بازار شد. در حوزه کاربردهای فرهنگی و هنری تاکنون محصول هیچ شرکتی به بازار عرضه نگردیده است و تحقیقات داخلی بر روی کاربردیسازی این سیستم در حال انجام است.
علاوه بر موارد و تجارب ذکر شده در این بخش، برخی طرحهای جامع نورپردازی در شهرهایی نظیر لیون در فرانسه، کاونتری در قلب انگلستان، تورنتو در کانادا، سندیگو در ایالات متحده و شهر شیراز در ایران با هدف اصلی یکپارچهسازی فضاهای شهری تاریخی و برقراری ارتباط میان فضاهای جدید و فضاهای تاریخی در بخش مرکزی شهرها و همچنین حفاظت از آثار معماری ارزشمند شهر با رویکرد بلند مدت تهیه گردیدهاند .[2]
-5 سیستم نورپردازی شیخ بهایی
از سالیان بسیار دور و اندکی پس از کشف الکتریسیته توسط بشر، فکر انتقال آن به صورت بیسیم شکل گرفت، گرچه انتقال دیگر انواع موضوعات به طریق بیسیم مانند انتقال یکطرفه صوت - رادیو - و تصویر - تلویزیون - و همچنین انتقال دو طرفه کامل صوت - گوشی همراه - و در سالهای اخیر صوت و تصویر - نسل سوم بستر مخابراتی - بسیار زودتر و از طریق استفاده از امواج صورت گرفت، اما انتقال وایرلس الکتریسیته بطور کنترل شده، همچنان یکی از آرزوهای بشری است.
