بخشی از مقاله
چکیده
از مهمترین اهداف معماري پایدار میتوان به طراحی ساختمان هایی اشاره کرد که کمترین آسیب را بر محیط، طبیعت و منابع انرژي میرسانند. در این راستا باید تمهیداتی در نظر گرفته شود که مصرف منابع تجدیدناپذیر کاهش داده شده و مصرف منابع تجدیدپذیر بهینه سازي شود. با توجه به سهم بالاي مصرف انرژي در ساختمان ها و نیز ضرورت بهینه سازي مصرف سوخت در این بخش، با بکارگیري روش هاي نوین مهندسی میتوان مصرف انرژي را به میزان قابل ملاحظه اي کاهش داد.
یکی از راه هاي اصلی براي نیل به این هدف عایقکاري است. عایق هاي ساختمانی نقش قابل توجهی در صرفه جویی انرژي و همچنین افزایش آسایش و آرامش افراد ساکن در یک واحد مسکونی ایفا میکنند. استفاده از عایق هاي ساختمانی سالهاست که به عنوان یکی از ضروريترین اجزاي ساختمانی مورد توجه قرار گرفته است. همچنین بر اساس مقررات ملی ساختمان، تمام بنا هایی که ساخته می شوند باید عایق کاري شوند. در مورد محل هاي عایقکاري باید اشاره کرد که سقف ها، دیوارهاي خارجی، کف واحدهاي مسکونی و همچنین لوله هاي آبگرم از اصلیترین مکان هایی هستند که عایق کاري روي آن ها میبایست پیاده شود.
از سوي دیگر در طی سالهاي اخیر، مطالعات و تحقیقات گسترده اي در زمینهي انرژيهاي پاك و تجدیدشونده صورت پذیرفته است. در این بین نانو تکنولوژي جایگاه مهمی را در این عرصه از آن خود کرده که به دنبال آن دستاوردهاي مهمی نیز به دست آمده است. در این مقاله تلاش داریم از طریق مطالعهي اسنادي و میان رشتهاي در حوزهي معماري و شیمی، کاربرد این تکنولوژي را در عایق کاري دیوارها و سقف هاي ساختمان هاي مسکونی مورد بررسی قرار دهیم.
.1 مقدمه
به کارگیري فنآوري نانو در ساخت و ساز، ارتباط تنگاتنگی با مسألهي پایداري دارد. معماري پایدار -که در واقع زیرمجموعه طراحی پایدار است- را شاید بتوان یکی از جریانهاي مهم معاصر به حساب آورد که عکسالعملی منطقی در برابر مسایل و مشکلات عصر صنعت به شمار میرود. براي مثال، 50 درصد از ذخایر سوختی در ساختمانها مصرف میشود که این به نوبه خود منجر به بحرانهاي زیست محیطی شده و خواهد شد. بنابراین، ضرورت ایجاد و توسعه هرچه بیشتر مقوله پایداري در معماري بخوبی قابل مشاهده است.
در این راستا، هدف بسیاري از کشورها، بهبود راندمان انرژي و کاهش گازهاي گلخانهاي است. نانوتکنولوژي، یک ابزار تکنولوژیکی است که می تواند از عهدهي تغییرات آب و هوایی برآید و به کاهش تولید گازهاي گلخانهاي ناشی از سوختهاي فسیلی کمک کند.
نانوتکنولوژي، به توانایی کار کردن در تراز اتمی، مولکولی و فراتر از آن در ابعاد بین 1 تا 100 نانومتر، با هدف ساخت و دخل و تصرف در چگونگی آرایش اتمها و مولکولها و با استفاده از مواد، وسایل و سیستمهایی با تواناییهاي جدید گفته میشود. در این مقیاس واکنشها سریعتر و بهتر صورت میگیرد و محصولات پایدارتري نیز به وجود میآیند.
بهرهگیري خواصی از مواد و سطوح که به کمک نانوتکنولوژي دست یافتنی شده است، این امکان را فراهم میسازد که معماري، معماري داخلی و نظامات وابسته به آن، وسیلهاي براي رسیدن به انرژي کارآمدتر و ساختمانی پایدارتر از طریق نوآوري باشد.
انرژي مصرفی جهت گرمایش و سرمایش ساختمانها از عمدهترین منابع انرژي صرف شده در هر کشور میباشد. با توجه به اینکه سالیانه هزینههاي بسیار زیادي در این خصوص انجام میپذیرد، طبیعی است که به فکر چارهجویی در جهت کم کردن مصرف انرژي باشیم.
یکی از راه هاي صرفهجویی، ترویج فرهنگ عایقسازي ساختمان است که با این روش می توان از هدر رفتن بخش عظیمی از سرمایههاي ملی جلوگیري کرد
تصویر -1 میزان و منابع اتلاف انرژي در ساختمان
هدف این مقاله توجیه مزایاي استفاده از نانو عایقها در ساختمان است. در اینجا سعی بر آن شده تا ابتدا مختصري در مورد سیستم انتقال حرارت در دیوار و سقف ساختمانها بحث شود و سپس با معرفی محصولات نانوتکنولوژي در حوزه عایقکاري، خواص گوناگون آن در راستاي اهداف معماري پایدار توضیح داده شود.
پروژههایی که در این مقاله آورده شده است، نشان میدهد که با استفاده از فنآوري نانو، میتوان به راندمان بالاتري از انرژي دست پیدا کرد. مثالهایی از پروژههاي ساخته شدهي معماران در سراسر جهان، با هدف کمک به شناخت توسعههاي جدید در این عرصه صورت میپذیرد.
.2 نانو عایقها
براي پرداختن به موضوع عایق و عایق کاري ابتدا لازم است که مختصراً به مبحث انتقال حرارت بپردازیم. چنانکه میدانیم هرگاه دما بین دو جسم مجاور وجود داشته باشد، حرارت از جسم گرم به جسم سردتر منتقل میشود. این انتقال به یکی از روشهاي زیر است:
-1 هدایت در جامدات: در این حالت حرارت از مولکول هاي گرم یک جسم به مولکول هاي سردتر منتقل میشود بدون آنکه ذرات ماده جابجایی قابل ملاحظهاي داشته باشد.
-2 جابجایی: که خود بر دو نوع میباشد.
الف- جابجایی طبیعی: حرکت سیال در اثر اختلاف وزن سیال گرم و سرد که بدون کمک عامل خارجی صورت میگیرد.
ب- جابجایی اجباري: حرکت سیال به کمک انرژي یک عامل خارجی مثل پمپ صورت میگیرد. -3 تشعشع: عبارت است از انتقال حرارت از یک جسم گرم به سردتر توسط موج.
به منظور تثبیت دماي دلخواه و مناسب در داخل ساختمان باید ابتدا از میزان تلفات حرارتی محل اطلاع حاصل نمود. در فصل زمستان حرارت داخل ساختمان از راههاي مختلف تلف میشود که عبارتند از:
-1 تلفات حرارتی از جدارههاي ساختمان شامل دیوار، سقف، کف، در و پنجره.
-2 تلفات حرارتی در نتیجه ورود هواي سرد خارج به داخل ساختمان. این تلفات حرارتی ممکن است از طریق تهویه اجباري هواي ساختمان و یا نفوذ هواي خارج بطور طبیعی از درزهاي در و پنجره و غیره پیش بیاید.
نفوذ هوا به داخل ساختمان همواره یکی از طرق مهم دفع حرارت - در زمستان - و جذب حرارت - در تابستان - میباشد. مقدار هواي نفوذي بستگی دارد به میزان کیپ بودن درها و پنجرهها، ارتفاع ساختمان، کیفیت روکار ساختمان، جهت و سرعت وزش باد و یا مقدار هوایی که براي تهویه یا تعویض در نظر گرفته میشود.
مبناي مواد عایق بر دارا بودن تعداد زیادي حفرات است که تا حد امکان بتوانند هوا را در میان خود نگه دارند. مواد عایق از خاصیت رسانش پایین هوا استفاده کرده و جلوي جریان آزاد هوا را میگیرند. بنابراین چگالی این مواد از اهمیت بالایی برخوردار است. هرچه چگالی کمتر باشد، هواي بیشتري درون ماده محدود شده و در نتیجه خاصیت عایقبندي آن افزایش مییابد. توانایی عایقبندي یک ماده مشخص همانند پشم شیشه را میتوان با ضخیم کردن لایه عایق افزایش داد. در این عرصه، مواد نانو حفرهاي ویژگیهاي بسیار جالبی ارائه میدهند که در ادامه به آن ها اشاره خواهد شد.
.1-2 پنلهاي عایق خلأ
پنلهاي عایق خلأ، براي ایجاد عایقهاي مناسب حرارتی با ضخامتی بسیار کمتر از حد معمول، ایدهآل هستند. هدایت گرمایی این پنلها در مقایسه با مواد عایق مرسوم مانند پلیاستایرن، تا 10 برابر کمتر است. این بدان معناست که در ضخامتهاي یکسان، مقاومت گرمایی پنل به مراتب بالاتر از عایق هاي مرسوم است و در ترازهاي یکسانی از عایق، ضخامت پنل کمتر است. به عبارت دیگر میشود با حداقل ضخامت، به حداکثر مقاومت گرمایی دست یافت. این عایقها مناسب براي جلوگیري از اتلافات ناشی از هر سه مکانیزم انتقال حرارت - رسانش، همرفت و تابش - هستند.
پیشینه تاریخی پنلهاي عایق خلأ، به طراحی فلاسکها باز میگردد که طبق همین اصل کار میکند. در فلاسکها، هواي بین ظرف شیشهاي دو جداره تخلیه می شود و فرم استوانهاي فلاسک، در برابر فشار ایجاد شده توسط خلأ مقاومت میکند. این رویکرد براي لایههاي عایق مسطح که تاب ایستادگی در برابر فشار را ندارند، کمی سختتر است. راه حل این مشکل، استفاده از یک ماده پر کننده قوي با تخلخل نانویی حدوداً 100 نانومتر است. با این روش، یک فشار نسبتاً پایین، براي تخلیه هوا کافی است و میشود پنلهایی را به این شکل ساخت و در ساختمانسازي از آن بهره جست. ضخامت این پنلها بین 2 میلیمتر نا 40 میلیمتر است.
پنلهاي عایق خلأ را میتوان هم در ساخت بناهاي جدید و هم در کارهاي نوسازي و تغییر فرم استفاده کرد. این پنلها در دیوار و کف قابلیت اجرا دارند
