بخشی از پاورپوینت
اسلاید 1 :
به نام خدا
موضوع:
فصل چهار علوم
موّاد پیرامون ما
اسلاید 2 :
موّاد هوشمند
مواد هوشمند یا مصالح هوشمند (به انگلیسی: Smart Materials) یا ساختارهای هوشمند، مجموعه (یا جزئی از مجموعه) دارای کارکرد مهندسی هستند که در آنها ساختار دارای توانایی درک و فعالشدن را به منظور انجام کار دارد. آلیاژهای حافظهدار نوعی از مواد هوشمند به شمار میآیند.[۱]
مصالح هوشمند مصالحی هستند که با عملکردی هوشمندانه در مقابل تغییرات محیط میتوانند مانند موجودات زنده خود را با شرایط محیطی منطبق سازند. برخی از این مواد، هر نوع خدشه و خرابی در ساختار خود را پیش بینی کرده و نقایص خود را برطرف میسازند. یک یا چند ویژگی این مصالح مانند شکل، میزان سختی، فرکانس و رنگ آنها در یک حالت کنترل شده یا تحت اثر محرک نیروی الکتریسیته یا میدانهای مغناطیسی به صورت قابل توجهی تغییر میکند. روند ،PH، خارجی مانند فشار، دما، رطوبت که بر مصالح بیولوژیکی نیز Hyper- Functional پیشرفت این مواد از مصالح سازهای و عملکردی آغاز شده به سمت ساخت مصالح برتری دارند پیش میرود.
پایان
اسلاید 3 :
هوشمند(intelligent)، باهوش(Smart)، حساس(Adaptive) همه برای تعریف ساختارها ومصالحی به کارمی روند که شامل حسگرها ومحرکها (Actuators) بوده وتوانایی سازگاری باتحریکات خارجی مانند بارها وتحریکات محیط رادارند. مصالح هوشمند یک اصطلاح جدید برای مصالح و فر آوردههایی است که توانایی درک و پردازش رویدادهای محیطی را داشته و نسبت به آن واکنش مناسب نشان میدهند. به بیان دیگر این مصالح قابلیت تغییرپذیری داشته و قادرند شکل، فرم، رنگ و انرژی درونی خود را به طرز برگشتپذیر در پاسخ به تاثیرات فیزیکی و یا شیمیایی محیط اطراف تغییر دهند. اگر مصالح را به سه گروه مصالح غیر هوشمند، نیمه هوشمند و هوشمند طبقهبندی کنیم، گروه اول یعنی مصالح غیر هوشمند ویژگی خاص بالا را ندارند، نیمه هوشمندها تنها قادرند در پاسخ به تاثیرات محیطی شکل و فرم خود را برای یک بار یا مدت زمان اندکی تغییر دهند اما در مصالح هوشمند این تغییرات تکرارپذیر و قابل برگشت خواهد بود. معماری هوشمند پویا است؛ بدین معنا که پارامترهای عملکردی اصلی، خود را با توجه به نیاز، تقاضا و شرایط متغیر و پویا تغییر میدهند. یک معماری هوشمند همچنین مانند سامانه زندهای قادر به تجربه اندوزی و استفاده از تجارب در شرایط جدید است و بااین خصیصه پویایی و حود سازماندهی سامانه تضمین میگردد. مصالح و فرآوردههای نوین در حال حاضر طیف وسیعی از فرآوردهها و مصالح، در دسترس قرار گرفتهاند و یا اینکه د ر حال
اسلاید 4 :
عرضه به بازار هستند. برخی از آنها به طور خاص برای استفاده در زمینه معماری تولید شدهاند. مصالحی را که در ذیل به توضیح آنها میپردازیم، مصالح و مواد خامی هستند که دارای پتانسیلهای خاص و کاربردی در زمینه معماری و ساخت و ساز میباشند. این فهرست با توجه به ویژگیها، ساختار و خصوصیات درونی این مواد تهیه شده است.
مصالح بازیافتی:این مصالح اساسا از مواددست دوم و زبالههای تمیز، تهیه میشوند. برای تهیه مصالح بازیافتی، قسمتهای ارزشمند مصالح دست دوم مورد استفاده قرار میگیرد ولی به هر حال فرآورده حاصله معمولا کیفیت پایینتری نسبت به مصالح اصلی دارد. امروزه استفاده از مصالح بازیافتی باتوجه به اصول معماری پایدار بسیار مورد توجه ق رار گرفته است.
مصالح تجزیه پذیر زیستی:ترکیبات تشکیل دهنده این مصالح به گونهای است که پس از پا یان عمر و مدفون شدن در زیر خاک به طور کلی توسط جانوران میکروسکوپی موجود در خاک تجزیه میشوند؛ بنابراین تهدیدی برای آلودگی محیط زیست محسوب نمیشوند.
زیست مواد:شامل پلاستیکها و مصالح دیگری است که از منابع تجدیدپذیر ساخته میشوند. تحقیقی که در حال حاضر بر روی این مواد بسیار مورد توجه است، استفاده از باکتری خاصی است که گازco2مصرف
اسلاید 5 :
تهدیدی برای آلودگی محیط زیست محسوب نمیشوند.
مصالع تغییر ناپذیر:مصالحی هستند که تاثیرات فیزیکی و شیمیایی بر آنها اثر ندارد. مثالی از این نوع مصالح، آلیاژ فولاد میباشد.
مصالح هوشمند:این مصالح مواد و فرآوردههایی هستند که خاصیت تغییرپذیری دارند و قادرند مشخصههای ظاهری و یا درونی خود را در پاسخ به تاثیرات فیزیکی و شیمیایی به صورت برگشتپذیر تغییر دهند.
مصالح هیبرید یا پیوند ی:این مصالح با تلفیق حداقل دو ترکیب متفاوت ساخته میشوند. مثل تلفیق ترکیبات طبیعی و مصنوعی.
مصالح با ساختار فسیل واره:اینها نوعی مصالح مرکب با لایههای ملحق شده تدریجی میباشند. این مصالح نتیجه یک تغییر پیوسته در ویژگیهای مصالح است. مثالی از این نوع مصالح نفت خام میباشد که از قرار گرفتن لایههای متعدد در طول سالیان متمادی ایجاد میشود.
نانو متریال (مصالح نانو):مصالحی هستندکه مصالحی هستندکه نقاط اشتراک زیادی با مصالح هوشمند دارند.
اسلاید 6 :
مواد با ساختار نانو به عنوان پوشش نهایی در ساخت فرآوردهها به کار میروند. بهعنوان مثال در پوششهای هوشمند ضد خوردگی، تصفیه کننده هوا، تمیز کننده سطوح و پوششهای زیست فعال کاربرد دارند. ویژگیهای اصلی معماری هوشمند عبارتند از:
"تطبیق پذیر "پویایی و فعال بودن؛انعطافپذیری و سازگاری با محیط؛واکنش پذیری و پاسخ ده بودن.
اسلاید 7 :
ساختمان هوشمند
استفاده ازسیستمهای ساختمانی هوشمند درساختمانهای امروز و پاسخ به موقع نسبت به تغییرات درشرایط محیطی مانع از هدررفتن انرژی و نیز موجب دوام و افزایش عمر بیشتردر ساختمانها می شودامروزه ساختمانها خود گونهای از تکنولوژی هستند. ما در حال حاضر در آستانه نسل بعدی ساختمانها هستیم؛ ساختمانهایی با درجات متعددی از تکنولوژی جدید (Hi-Tech) که کاملا رفتار اکولوژیکی دارند و قادرند با بهرهگیری هوشمندانه از مصالح سازگار و عملکرد مناسب، در برابر تغییرات مستقیم و غیر مستقیم پیرامون خود واکنش نشان دهند و خود را با شرایط مناسب تطبیق دهند. آنها خود را با تکنولوژی وفق میدهند و از آن بهره میگیرند. ساختمانها به عنوان یک سازه به محض اینکه توانایی کامپیوتر را در اختیار بگیرند، هوشمند خواهند شد. نخستین بنای هوشمند از تکنولوژی در جهت مهیا ساختن محیطی امن و راحت و انرژی زا بهره میبرد.
اسلاید 8 :
ایده یک ساختمان هوشمند، ارتباط و پیوستگی میان دسترسی، نوردهی، امنیت، نظارت، مدیریت و ارتباط راه دور را پیش رو قرار میدهد. یک بنای هوشمند، بنایی است که کارآیی و راندمان ساکنانش را افزایش داده و امکان مدیریت موثر را بر اساس مقتضیات خاص و با یک»: کمترین هزینه فراهم آورد.
اسلاید 9 :
خصوصیّت
مواد هوشمند و یا انطباق پذیر خود به دو گونه هوشمند و نیمه هوشمند قابل تقسیم میباشند. در مواد هوشمند در برابر محرکهای فیزیکی یا شیمیایی تغییرات بازگشت پذیر فیزیکی و شیمیایی ایجاد میشود. این تغییرات در مواد کاملاً هوشمند به صورت نامتناهی بازگشت پذیر است. در صورتی که مواد نیمه هوشمند توانایی محدودی در تعداد دفعات تغییرات دارند، یک محرک میتواند چند تغییر در ماده ایجاد نماید و یا چند محرک مختلف میتوانند موجب تغییر خاصی در ماده گردند. محرکهای عمده عبارتند از: تغییر محیط شیمیایی، میدان مغناطیسی و الکتریکی، فشار، حرارت، نور و اشعه ماورا بنفش. تغییرات حاصل، بازده وسیعی را پوشش میدهد. برخی از این تغییرات عبارتند از:
تغییر شکل، ابعاد، سطح و بافت به صورت همگن یا موضعی.
اسلاید 10 :
تغییر در جریان الکتریکی و تولید جریان الکتریسیته که به عنوان مثال در کفسازی امکان پر رفتوآمد برای تولید جریان برق استفاده میشود.
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 خراشها یافتهاند.
قابلیت جذب یا انتشار نوعی مولکول، اتم یا مادهای 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 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 میکنند و در هنگام کاهش دمای محیط با تغییر فاز مجدد، حرارت را به محیط بازپس میدهند.
اسلاید 11 :
متغیرهای تاثیرگذار شیمیایی و فیزیکی که در زیر معرفی شدهاند، محرکهایی هستند که مصالح هوشمند در برابر آنها از خود عکس العمل نشان میدهند:
نور، اشعهUV :بخش فرابنفش و مرئی اشعه الکترومغناطیسی.
دما:تغییرات دمایی که یک سیستم فیزیکی مثل بدن انسان ایجاد مینماید.
فشار:اختلاف فشار ایجاد شده در یک ناحیه.
میدان الکتریکی:میدان ایجاد شده پیرامون یک بار الکتریکی.
میدان مغناطیسی:میدان ایجاد شده پیرامون یک آهنربا یا یک بار الکتریکی متحرک.
محیط شیمیایی:حضور یک عنصر یا ترکیب شیمیایی خاص مثل آب.
اسلاید 12 :
طبقه بندی مصالع هوشمند
به طور کلی مصالح ساختمانی موجود اعم از سنتی، طبیعی و مصنوعی با توجه به خصوصیات آنها، از جمله: نمود ظاهری، بافت، ترکیب شیمیایی، خواص مکانیکی و فیزیکی، اثر محیطی و . طبقهبندی میشوند. اما در طبقهبندی مصالح هوشمند علاوه بر در نظر داشتن مشخصههای فوق، خواص دیگری که به طور ویژه به تمیز دادن مصالح هوشمند از مصالح سنتی مربوط میشود نیز لحاظ شده است. طبقهبندی پیشنهادی مصالح هوشمند بر پایه خواص زیر ارائه شدهاند:
مصالح هوشمند دارای قابلیت تغییر خواص درونی
مصالح هوشمند تغییر شکل دهنده/ مصالح هوشمند تغییر رنگ دهنده/ مصالح هوشمند تغییر پیوند دهنده
مصالح هوشمند دارای قابلیت مبادله انرژی
اسلاید 13 :
مصالح هوشمند ساطع کننده نور/ مصالح هوشمند تولید کننده الکتریسیته/ مصالح هوشمند ذخیره کننده انرژی
مصالح هوشمند دارای قابلیت تغییر و مبادله مواد درونی
مصالح هوشمند تغییر شکل دهنده: این گروه از مصا لح هوشمند که دارای قابلیت تغییر خواص درونی خود هستند در پاسخ به محرکات خارجی تغییراتی در شکل و ابعاد خود ایجاد میکنند پرکاربردترین آنها میتوان به مصالح هوشمند دما واکنشی Thermostrictive پیزوالکتریک اثر فشاربرقی الکترو واکنشی Electroactive و شیمی واکنشیChemostrictive اشاره نمود.
مصالح هوشمند دما واکنشی:این نوع از مصالح هوشمند نوعی ویژگی ذاتی دارند که آنها را قادر میسازد تا در برابر تغییرات دمای محیط پیرامون به طور برگشتپذیر واکنش نشان دهند تغییرات دمایی ممکن است تاثیر غیر فعال داشته باشد به طوری که مصالح به طور مداوم وضعیت دمای داخلی خود را با وضعیت طبیعی پیرامونش از طریق پوسته بیرونی تنظیم کند و اگر تاثیرات آن به صورت فعال باشد نوعی گرمایش فعال با بکار بردن یک میدان الکتریکی از طریق تماس ایجاد میشود. مصالح منبسط شونده Thermal Expansion نمونهای از مصالح دما واکنشی هستند.
اسلاید 14 :
انواع مصالع هوشمند
مصالح هوشمند از نظر کارکرد به انواع زیر تقسیم میشوند:
مواد کروموژنیک
مواد پیزوالکتریک
آلیاژهای دارای حافظه
.MR و مگنتاهستاتیک ER مصالح الکتروهوستاتیک
مصالح هیبرید یا پیوندی
مصالح با ساختار فسیل واره
اسلاید 15 :
مصالح کروموژنیک
مصالح کروموژنیک خاصیت نوری خود را در پاسخ به محرکهای خارجی (میدان الکتریکی، تزریق یون، شدت نور و دما) تغییر میدهند. دامنه این تغییر از شفافیت کامل و انعکاس جزیی تا جذب یا پخش کل نور مریی گسترده است. به این ترتیب مصالح الکتروکرومیک، ترموکرومیک، فتوکرومیک، هالوکرومیک در زیر مجموعه این مواد قرار میگیرند. با در نظر گرفتن عامل محرک بین انواعAdaptive این مصالح (فتوکرومیک پاسخ گو به شدت نور و ترموکرومیک ترموتروپیک پاسخ گوبه دما) و مصالح Switchable کریستالهای مایع(EC وGC) باید تفاوت قائل شد. به این ترتیب مزایای کنترل خودکار و کنترل انتخابی مصالح مشخص میشود. به عبارت دیگر برخی مصالح کرموژنیک قابلیت کنترل انتخابی داشته و از این نظر تفاوت عمدهای با مصالح فتوکرمیک و ترموکرومیک دارند.
اسلاید 16 :
زیرا این تغییرات مصالح فتوکرومیک و ترموکرومیک هر چند ممکن است در برخی موارد مطلوب نباشد، به صورت خودکارانجام میشود. اما مصالح کروموژنیک Switchable توسط کاربر قابل کنترل هستند و به سیستم مدیریتی ساختمان BMS نیز میتوانند متصل شوند. مصالح الکتروکرومیک موادی هستند که با استفاده از جریان الکتریکی تغییر رنگ یا شفافیت میدهند) مانند کریستالهای مایع) شاید این مصالح مناسب ترین نوع برای کنترل انرژی در ساختمانها باشند. شیشههای ساخته شده با این مصالح سریعاً از حالت شفاف به کدر تغییر یافته و نور را پراکنده میسازند. عملکرد اولیه آنها ایجاد محرمیت وکنترل خیرگی است. تغیر رنگ مصالح تروکرومیک به تغییرات دما بستگی دارد. مصالح هالوکرومیک حساس به PH)) مصالحی هستند که در نتیجه تغییر میزان اسیدیته تغییر رنگ میدهند. یکی از موارد استفاده برای رنگهایی است که میتوانند برای تعیین خوردگی در فلز زیرین خود تغیر رنگ دهند.
مصالح فتوکرومیک:
photochromic material با نام اختصاری (مخفف انگلیسی: PC) در حال حاضر بسیار مورد توجه معماران قرار دارند. این مصالح با قرارگیری در برابر نور (اشعه مرئی،UV نور (INFRARED) یا اشعه الکترومغناطیسی با تغییر رنگ از خود واکنش نشان میدهند. هم اکنون مصالح فتوکرومیک یا PCها بصورت رنگدانههای فتوکرومیک، شیشههای فتوکرومیک و پلاستیکها یاپلیمرهای فتوکرومیک در دسترس هستند.
اسلاید 17 :
مصالح فتوکرومیک به تغییرات نور پاسخ میدهند بر خلاف مصالح الکتروکرومیک Switchable وبه صورت دستی نمیتوانند کنترل شوند. مثلاً در یک روز آفتابی سرد که کسب گرمای خورشیدی بیشتر محسوس است ممکن است یک پنجره فتوکرومیک تاریک شود. اگر عامل محرک تغییر رنگ، محرکی به صورت انرژی مکانیکی باشد، مواد تغییر رنگ دهنده را مکانوکرومیک و چنانچه این عامل محرک، به وسیله تغییر در محیط شیمیایی پیرامونی ایجاد شود، ماده تغییر رنگ دهنده راکموکرومیک مینامند.
از میان اولین پروژههایی که در آنها از مصالح PC در پوشش ساختمان استفاده شده بود میتوان «طرح ورودی موزه هنرهای مدرن مونیخ» را نام برد که دو معمار آلمانی در مسابقهای در سال ۱۹۹۲ میلادی از این مصالح استفاده نمودند. از آن زمان به بعد استفاده از این مصالح در معماری و در پوشش نمای بناها باب شد. هر چند که در ابتدا بکارگیری این مصالح بخاطر جنبه زیبایی آنها بود (بخاطر طیف رنگی که در برابر نور ایجاد مینمودند). اما پژوهشگران تحقیقات بسیاری بر روی این مصالح انجام دادند تا بتوانند از این فرآورده برای عملکردهای دیگری مثل کاهش میزان مصرف انرژی و یا تغییرات دمایی این پوششها استفاده نمایند.
مصالح هوشمند ساطع کننده نور:
مصالح و فرآوردههایی هستند که مولکولهای درون آنها با تاثیر انرژیهایی مثل روشنایی یا میدان
اسلاید 18 :
الکتریکی، برانگیخته شده و از خود نور تولید میکنند. این پدیده در واقع یک حالت موقتی برای مولکولها میباشد که بر اثر تاثیر انرژی بالاتر اتفاق میافتد که دراین زمان بخشی از انرژی جذب شده توسط مولکولها به شکل اشعه الکترومغناطیسی مرئی ساطع میشود بدون آنکه حرارت اشعه خارج شود. از این پدیده با عنوان تابناکی یاد میکنند. از مهمترین و کاربردی ترین آنها در زمینه معماری، مصالح فتولومینس و الکترولومینس میباشد.
مصالح هوشمند ذخیره کننده انرژی:
این مصالح و فرآوردهها قادرند انرژی را چه به صورت نمایان و چه نهانی در خو د ذخیره نمایند، مثلاً به شکل نور، گرما، هیدروژن یا الکتریسته. قابل ذکر است که این مصالح قابلیت برگشتپذیری نیز دارند؛ بنابراین این مصالح قادر به ذخیره انرژی بصورتهای مختلفی میباشند. اما در این بین مصالح هوشمند ذخیره کننده حرارت (گرما) بیشتر مورد توجه بودهاند این مصالح نوعی ویژگی ذاتی دارند که آنها را قادر میسازد که انرژی را بصورت گرما و یا سرما (معکوس گرما) بصورت انرژی نهانی در خود ذخیره کنند. این مصالح در معماری دارای کاربرد و مورد توجه بسیار هستند. پرکاربردترین آنها که با عنو ان مصالح تغییر حالت دهنده (Phase Changing Material) با نام اختصاری PCM مشهور است، به آن دسته از مصالح و فرآوردههایی اطلاق میشود .
اسلاید 19 :
که میتوانند به عنوان واسطه تنظیم دما عمل کنند مثلاً به عنوان عنصر واسطه ذخیره سرما یا گرمای نهانی تنظیمات دمای داخل اتاق. مصا لح PCM این ویژگی را دارند که وضعیت خود را از حالت مایع به جامد بوسیله کریستاله شدن (بلوره شدن) تغییر دهند و میزان مشخصی از انرژی گرمایی که قبلاً در درجه حرارت بالاتر ذخیره کرده بودند، از خود آزاد کنند و در حالت معکوس با تغییر وضعیت از جامد به مایع در زمان ورود انرژی گرمایی میزان حرارت یا دما را ثابت نگه دارند. ذکر این نکته ضروری است که مصالحی با ظرفیت ذخیره حرارتی بالا یا اتلاف حرارتی پایین در این دسته از مصالح هوشمند جای نمیگیرند. اولین استفاده کننده مصالح PCM سازمان NASA در سال ۱۹۶۰ میلادی بود که از این مصالح با توجه به کاربردهای ویژه آن در پروژههای فضایی استفاده نمود.
اسلاید 20 :
کاربرد موّاد هوشمند
یکی ازمهمترین مباحث درحوزه پایداری محیطی تقلیل مصرف منابع تجدید ناپذیر و بهینهسازی مصرف انرژیهای تجدید پذیر میباشد ازانجا که ساختمانها مصرف بیش از۴۰درصد ازکل انرژی تولید شده درکشور را به خود اختصاص میدهند حوزه محیطی معماری پایداراهمیت بسزایی درتوسعه پایدار کشور دارد ازطرف دیگر باتوجه به اهمیت پوستههای ساختمان درکنترل تبادل حرارتی بین درون و بیرون بنا مصالح بکاررفته درآنها دارای اهمیت بسیارزیادی درایجادشرایط اسایش حرارتی درساختمان میباشد براین اساس یکی ازمهمترین راه کارها درجهت دستیابی به معماری پایدارمحیطی شناخت فناوریهای نوین و مزایای استفاده ازآنها به منظور بکارگیری مواد و مصالحی است که موجب کاهش مصرف انرژی و همچنین تامین شرایط اسایشی مطلوب برای ساکنان ساختمان گردد.
