معماری پایدار (2)

به تبعیت از اصول معماری پایدار به معرفی برخی مصالح جدید می پردازیم که حفاظت از انرژی، کاهش استفاده از منابع جدید و قابل بازیافت بودن، از ویژگی آنهاست  :

1. فناوری نانو

فناوری نانو به دلیل توانایی دگرگون‏کردن ویژگی‌‌های بنیادین مواد، زمینه‌ساز ایجاد مصالحی جدید با ویژگی‌های نوین شده است که افزون بر کارآیی از بازدهی عملکردی بیشتری برخوردارند. عایق‌های بهتر، بتن‌های توانمندتر، شیشه‌های خودتمیزشونده و آسان‌تمیزشونده، نانوپوشش‌ها، رنگ‌ها و چسب‌های نانوبنیان و دیگر مصالح نانو از این نوع، علاوه بر چندعملکردی بودن، از امتیازات و ویژگی‌های کاربردی بیشتری برخوردارند.

در اطراف گلهای نیلوفر آبی و در همه جای طبیعت لرزشهای پنهانی وجود دارد که می تواند ویژگی های متفاوتی را در جانداران مختلف ایجاد کند، و تأثیر آن بر نیلوفر آبی زدودن قطرات شبنم مانند و خشک نگاه داشتن برگهای این گیاه است. ویژگی قابل توجه گیاه «نیلوفر آبی» در دفع آلودگی، الهام‏بخش ظهور دسته‏ای از فناوری‏ها و مواد خود تمیز شونده و ضدمیکروبی بوده است.

همچنین برآمدگی های میکروسکوپی بر روی برگ یک نیلوفر آبی، سطح مومسان آن را به سطحی ابرآب گریز تبدیل می کند که به شدت دافع آب است. قطرات باران به آسانی در سراسر چنین سطحی غلتیده و هر گونه آلودگی را حذف می کند.

         شکل شماره 30 – خاصیت خود تمیز شوندگی گل نیلوفر

ویلیام بارتلات کاشف و توسعه دهنده اثر نیلوفر آبی، چشم اندازی را مطرح نموده استکه در آن یک باران کوچک، پنجره ها و دیوارهای آسمان خراش ها را همانند یک نیلوفر آبی کاملاً تمیز می کند. در جایی دیگر، وی چادرها و سایبان هایی را معرفی می کند که با استفاده از بافت های جدید و بدون مداخله ی انسان، تمیز و بدون لک باقی می‏‏مانند.

شکل شماره 31 – خاصیت نانو پوشش ها بر روی شیشه  

به عقیده ی ویلیام بارتلات این اثر از ترکیب دو خصوصیت در سطح برگ این گیاه (مومسانی این برگ و برآمدگی های میکروسکوپی که سطح آن را پوشانده اند و اندازه آنها چند میکرون است(ایجاد می‏شود.

پوشش های نانو ساختارنسبت به پوششهای معمولی دارای مزایای بسیاری هستند :

- افزایش سختی

- مقاومت در برابر خوردگی

-مقاومت در برابر سایش

- مقاومت در برابر پوسیدگی

-باعث دفع آب شده

- جذب کثیفی را به حداقل می رسانند

- نمای ساختمان را در مقابل اشعهUV مقاوم می سازند.

-بهینه سازی مصرف انرژی

این نانو پوشش ها در سطوحی از جمله؛ سیمان، آجر، سفال، سنگ معمولی، کاشی ، مرمر، چوب، سرامیک، شیشه، فولاد و بتن به کار می روند.

ساخت بتن تقویت شده، خود تعمیر کننده و خود تمیز شونده، شیشه های خود تمیز شونده، مقاوم در برابر آتش وکنترل کننده انرژی ودر نتیجه صرفه جویی درمصرف انرژی، استفاده از رنگ های حاصل ازعلم نانو که باعث عدم نفوذ باکتری ها به ساختمان های اداری، مسکونی، بیمارستان ها و غیره شده و به آنها عمری طولانی، محیطی عاری از باکتری و ماهیتی غیر قابل کثیف شدن و فرسودگی می بخشند نیز از دیگر کاربردهای مهم فناوری نانو در صنعت ساختمان است.

ویژگی  نانو پوشش های ضد آب و باکتری برای ساختمان

از این نوع پوشش ها می توان به عنوان عامل ضد آب کننده برای ضد آب سازی سطوح گچی ، آجری ، سیمانی و آب نماها استفاده نمود.

مزایا :

- ضد قارچ کپک در مناطق بارانی و مرطوب می باشد.

- از یخ زدگی و فروپاشی مصالح جلوگیری می نماید.

- ضد اشعه UV می باشد.

در این روش محلول با استفاده از روش های متداول پوشش دهی مانند اسپری و قلمو بر روی سطح اعمال شده و با گذشت زمان 24 ساعت سطح آبگریز می شود. ایمنی:

- قابل اشتعال نمی باشد.

- خورنده نمی باشد.

- سمی نمی باشد.

- باعث سوزش در دست و چشم می شود.

- دور از تابش مستقیم نور خورشید قرار بگیرد.

شکل شماره 32 – نانو پوشش های ضد آب و باکتری

استفاده از نانو پوشش‌های ساختمان در سطوح داخلی و خارجی ساختمان‌ها

ازجمله: 

سطوح شیشه‌ای، پلاستیكی، چوبی، فولادی، سنگی، آجری، كاشی، سرامیكی، سیمانی، بتنی ،مرمر،سنگ معمولی ،سفال استفاده می‌شوند. در این سطوح (سطوح هوشمند) كه عموماً فوق آبدوست یا فوق آبگریز هستند واكنش‌ها روی سطح صورت می‌گیرد.

لازم به ذكر است كه نانو پوشش‌های ساختمان آنتی‌باكتریال بوده و برای سلامت انسان بی‌ضرر هستند.

مهمترین  مزیت های استفاده از نانو پوشش ها عبارت است از: 

ایجاد پوشش عایق مناسب،عدم نفوذ عوامل خوردگی به داخل این پوشش ها،افزایش مقاومت در برابر انتقال حرارت ،افزایش مقاومت در برابر عوامل خوردگی ،سایش وپوسیدگی وخاصیت خود تمیز شوندگی این سطوح.

شکل شماره 33 – نانو پوشش های ساختمان در سطوح داخلی و خارجی

نانو پوشش های سنگ وچوب

این نانو پوشش های آنتی باکتریال، مقاوم در برابر آب، هوا، مواد ارگانیکی و غیر ارگانیکی هستند و یکی از  پوشش های اصلی صنعت ساختمان به شمار می روند. نانو پوشش های سنگ و چوب ترکیباتی هستند که ضمن حفظ ظاهر اصلی سطح باعث عدم ایجاد چسبندگی در سطح شده و آب، چربی و آلودگی ها را از سطح دفع می کنند. ضمناً نانو پوشش های سنگ وچوب برای سطوح سنگی نفوذ پذیرکه خاصیت مکندگی دارند نیز موارد استفاده بسیاری دارند. ترکیبات این نانو پوشش ها معمولاً شامل الماس، نقره، شیشه و سرامیک می باشند و باتوجه به موارد مصرف  ممکن است متفاوت باشند، اما در اکثرآن ها فاز حامل آب والکل است وذرات آنها تا 300 درجه سانتیگراد مقاوم هستند.

شکل شاره 34 – نانو پوشش های سنگ و چوب

درخت های بزرگ اطراف ساختمان ها با به جا گذاشتن آثار خود برروی سطوح ساختمان ها باعث می شوند نمای ساختمان ها به مرور زمان رنگ سبز درختان رابه خود گرفته و برای تمیز کردن آن ها می بایست ازابزار تمیزکننده با فشارهای قوی استفاده شود، اما این عمل نیز باعث می شود پس از چند ماه درسطح ساختمان چسبندگی بیشتری ایجاد شود و سریع تر وراحت تراز قبل کثیفی ها رابه خود جذب کنند دراین گونه موارد نیز استفاده از نانوپوشش های سنگ وچوب ضروری به نظر می رسد. همچنین این نانو پوشش ها باعث می شوند که ساختمان هایی که دارای باغچه هستند و مجسمه های اطراف آن ها از تاثیرات محیطی محفوظ مانده و به مرورزمان در رنگ آن ها تغییری ایجاد نشود.

مزیت های نانوپوشش های سنگ وچوب در پوشش سطوح منفذ دار :

حفظ تنفس سطوح، حفظ سطوح در برابرعوامل محیطی، امکان تمیز شدن لکه ها ازجمله؛ چربی ها وروغن ها با آّب، جلوگیری از ایجاد کپک، جلبک و مشابه آنها و محافظت سطوح در برابر رطوبت و فساد میکروبی، ظاهرواضح وافزایش کیفیت وکارایی سطوح وکف های چوبی درساختمان ها،پایداری دربرابراشعه فرابنفش وانواع ویژگی های ظاهری ازقبیل سختی و مقاومت دربرابرآتش .

بتن گازی وماسه سنگ هایی که ساختار سفید رنگی دارند واغلب در آتلیه ها و ایوان ها به کار می روند، کثیفی ها وچربی ها را جذب کرده وظاهر آنها خیلی سریع به صورت نامطلوبی تغییرمی کند. در این شرایط استفاده از تمیز کننده های بافشار بسیار قوی نیز کارساز نمی باشد. اما در صورت استفاده از نانو پوشش های سنگ وچوب درحالی که به سطح اجازه تنفس داده می شود، باعث عدم نفوذ مواد به سطح می شوند، بدین ترتیب رنگ و ساختار اصلی سطح حفظ می شود.

نانوپوشش های چوب، علاوه بر استفاده در سطوح چوبی معمولی برای سطوح چوبی جلادار وسطوح چوبی رنگ شده هم مورد استفاده قرارمی گیرند. سطوح چوبی جلادار سه ماه پس ازاعمال جلا، مورد استفاده قرار می گیرند و برای سطوح چوبی رنگ شده، از نانوپوشش های چند منظوره استفاده می شود.

شکل شماره 35 – نانو پوشش های سنگ و چوب

گچ، آجر و سیمان متأثر از فناوری نانو

یکی از مشکلات اساسی گچ ها ،آجرها یا سیمان های رایج،خاصیت جذب بالای آن هاست که موجب می شود این مواد بسترهای بسیارخوبی برای نوشته ها یا نقاشیهایی باشند که به زیبایی نمای ساختمان ها آسیب می زند.برای غلبه بر این مشکل، می توان از روکش های مبتنی بر فناوری نانو استفاده کرد که با ایجاد محافظت دائمی از نفوذ رنگ به داخل دیوار جلوگیری می کند.این روکش از دوجزء تشکیل می شود که پس از اعمال شدن روی دیوار،باهم واکنش می دهند وپس ازآن هر نوشته یا نقاشی روی این سطح به راحتی  تمیز می شود.

ساختمان هایی که با سیمان های الیافی ساخته می شوند، پس از مدتی به منبع لکه وکثیفی تبدیل می شوند. سیمان استفاده شده درنمای ساختمان ها، کثیفی ها و کپک ها را مکیده و باتأثیر نور خورشید آنها را بخوبی در داخل ماتریس جایگزین می کند و دورکردن این لکه ها و کثیفی ها کار بسیار مشکلی است. استفاده ازنانوپوشش های سنگ و چوب که در بالا ذکر شد، در نمای ساختمان باعث عدم نفوذ کثیفی ها، باکتری ها وغیره به داخل ماتریس می شوند و ظاهر اولیه نما را به خوبی حفظ می نمایند.

شیشه های خود تمیز شونده

راهبرد ارائه شده توسط فناوری نانو، نانو کامپوزیت های آلی /معدنی هستند که ویژگی های پلیمری پرفلوئوره (همانند تفلون) ایجاد می کنند.سطح هیدروفیل این نوع نانو پوشش ها از تأثیر نور خورشید یک فوتوکاتالیست تشکیل داده وآب جمع شده در سطح، درمقابل نیروی جاذبه زمین میزان آب/ هوا را برروی خود افزایش داده وبدین ترتیب آب جمع شده در سطح تماماً پخش شده وبخودی خود امکان تمیز شدن رابوجود می آورد.

نانوپوشش های استفاده شده برروی شیشه پس از شش هفته خاصیت خود تمیزشوندگی را از خود نشان می دهند.خاصیت پخش شوندگی مساوی آ ب در سطح باعث می شود بدون اینکه لکه‌ای باقی بماند سطح ازکثیفی‌ها عاری شود.                                 

شکل شماره 36 – شیشه های خود تمیز شونده

شیشه های کنترل کننده انرژی

این نوع شیشه ها ضمن دارابودن تنوع دررنگ وسایر خصوصیات، قادرند باکاهش شدید امواج ماوراء بنفش ومادون قرمز عبوری وتنظیم عبور نورمرئی، در زمستان تا 85درصد ودر تابستان تا 80درصد از هدر رفتن انرژی داخل ساختمان جلوگیری کرده ودر صرفه جویی مصرف انرژی، نقش بسزایی داشته باشند.

شیشه های محافظ در برابر آتش

شیشه های محافظ در برابر آتش نیز یکی دیگر از دستاوردهای فناوری نانو است. این محصول از طریق قراردادن یک لایه شفاف محتوای نانو ذرات سیلیس (SiO2) درمیان دو صفحه شیشه ای ساخته می شود که در هنگام گرم شدن شیشه این لایه شفاف تبدیل به محافظی سخت، تیره و مقاوم دربرابر آتش می شود.

شکل شماره 37 – شیشه های محافظ در برابر آتش

رنگ نانو عایق:

به جرأت می توان گفت پوشش رنگ نانو، عایق ترین ماده شناخته شده در جهان می باشد که مانند یک سد حرارتی از هر سه راه انتقال حرارت (رسانش- همرفت - تابش ) جلوگیری می کند.

به عبارتی دیگر رنگ نانو عایق با بهره گیری از فناوری نانو توانسته در عین برآورده ساختن مسائل زیست محیطی، انجام عایق کاری حرارتی با پوشش لایه نازک را به همراه خاصیت ضد باکتری و کپک و قارچ،یکجا به ارمغان آورد.

سطحی که بوسیله رنگ نانو عایق، رنگ آمیزی گردیده است، از تونلهای نانو متریدرهم رفته تشکیل شده است. دیواره این تونل ها بسیار ریز هستند و هدایت بسیار کمی در مقابل حرارت نشان میدهند. درست مانند موادی که در ساخت سایر عایق ها به کار می روند با این تفاوت که رنگ نانو عایق تونلهای بسیار نازک و نانو متری دارد و می تواند نسبت به سایر عایقها در برابر انتقال حرارت مقاوم تر باشد . ضریب انتقال حرارت در آن بسیار کم است و انتقال حرارت از آن به سختی صورت می گیرد.

همچنین، در نتیجه ی جرم بسیار کم و مساحت سطح بسیار زیاد ، هدایت تابشی پایین خواهد بود. 

در حال حاضر روش های زیادی برای عایق کاری وجود دارد. برای مثال، پشم شیشه ارزان است و کاربرد آسانی دارد؛ اما مطابق تحقیقات صورت گرفته پشم شیشه 40 تا 70 درصد کارآیی خود را در اولین سال پس از نصب به علت حضور رطوبت و آلودگی های محیطی از دست می دهد. زیرا که فضاهای خالی در آن به جای هوا از رطوبت و یا عوامل دیگر پر می شوند و خاصیت عایق بودن خود را در مقابل حرارت از دست می دهد. این در صورتی است که رنگ نانو عایق به دلیل ساختار به شدت آبگریز دارای خاصیت ضد خوردگی نیز می باشد و تنها محصولی در جهان است که این دوخاصیت یعنی عایق بودن و ضد خوردگی را همزمان دارد.

2. عرضه عایق صوتی و حرارتی سازه ای توسط محققان کشور ایران

شکل شماره 38 – عایق صوتی و حرارتی سازه ای

محققان دانشگاه آزاد قزوین با اجرای پروژه تحقیقاتی به نوعی عایق سازه ای چند منظوره دست یافتند که علاوه بر آنکه عایق حرارتی و صوتی است موجب کاهش وزن سازه هم می شود.

با اشاره به اجباری شدن عایق کاری در ساختمان ها به خصوص عایق کاری حرارتی و صوتی در مبحث 19 مقررات ملی ساختمان، ترکیب این نوع عایق سبب می شود که ضمن افزایش کیفیت، از انتقال حرارت و صدا و امواج جلوگیری کند و در عین حال موجب کاهش وزن سازه ها نیز می شود.

این عایقها می تواند همراه با آجر و موزائیک در تیغه بندی ساختمان استفاده شود.

مقاومت در برابر آتش سوزی و محیط های اسیدی و ضربه، سبکی و قابلیت رنگ پذیری از ویژگی های این عایق های تولید شده می باشد.

3. پنجره هوشمند از مصرف انرژی ساختمانها می کاهد

شکل شماره 39 – پنجره هوشمند

دانشمندان در اقدامی به موازات کاهش هزینه‌های انرژی، موفق به ساخت نوعی سیستم پنجره هوشمند شده‌اند که در زمان مواجهه با خورشید، تاریک شده و سپس به سرعت با خنک تر شدن سطح آن، شفاف می‌شود.

این ماده جدید برای تولید یک سیستم ارزان و خودکار استفاده می‌شود که خانه‌ها را در تابستان، خنک و در زمستان، گرم نگه می‌دارد. پنجره‌های هوشمند پیشین نیازمند کنترل دستی و از هزینه بالایی برخوردار بوده، به سرعت دچار زوال می‌شدند و همچنین محصولات سمی مختلفی در آنها استفاده می‌شد، این محققان این شیشه‌ها را با هدف غلبه بر این مشکلات تولید کرده‌اند.

این محصول همچنین از مزیت تنظیم‌پذیری بالا برخوردار است که به آسانی و در عرض چند ثانیه از شیشه‌ای 100 درصد مات به یک شیشه کاملاً شفاف تبدیل می‌شود.

به گفته این محققان، این سیستم کنترل نور می‌تواند یک گزینه جدید برای ذخیره هزینه‌های حرارت، سرما و نور از طریق مدیریت نور منتقل شده به درون ساختمان باشد.

4. متمرکزکننده خورشیدی با قابلیت ایجاد دمای 220 درجه سانتیگراد

شکل شماره 40 – متمرکز کننده خورشیدی

محققان کشور موفق به طراحی و ساخت متمرکز کننده (کلکتور)تخت خورشیدی شده اند که در بام ساختمان ها قابل نصب است و با استفاده از 25 برابر تمرکز نورخورشید می تواند دمای 220 درجه سانتیگراد را ایجاد کند. متمرکز کننده تخت خورشیدی، نسل جدیدی از کلکتورهای خورشیدی است که یک فناوری نیروگاهی عظیم خورشیدی را در مقیاس کوچک به کار می گیرد.

برخلاف متمرکزکننده های موجود که به فضایی مستقل با مساحت زیاد و یک تیم نگهداری و کنترل نیاز دارد، این متمرکز کننده به گونه ای طراحی شده است که به آسانی بر بام ساختمان ها و سقف سوله ها نصب می شود.

در روزهای گرم سال سیستم های سرمایش با توان بیشتری به کار گرفته می شود و در نتیجه مصرف انرژی بیشتری را به دنبال دارد و با توجه به افزایش قیمت انرژی پرداخت هزینه های بالا برای سرمایش است و این درحالی است که در این روزهای سال خورشید بیش از پیش در حال تابش انرژی رایگان است.

سیال با دمای بالا و یا بخار داغ خروجی این کلکتور، توانایی راه اندازی مؤثر چیلرهای جذبی دو مرحله ای را دارد که می تواند سرمایش و یا گرمایش ساختمان را به عهده گیرد.

5. پنجره هایی رو به آسمان، جذب انرژی خورشیدی و ساختمان هایی خنک تر

شکل شماره 41 – پنجره های رو به آسمان، جاذب انرژی خورشیدی

با دستاورد جدید محققان در تکنولوژی پنل های خورشیدی، این پنجره های رو به آسمان، علاوه بر تولید الکتریسیته، ساختمان ها را خنک نیز خواهند کرد.

شکی نیست که پنل های خورشیدی، علاوه بر ایجاد زیبایی های بصری در ساختمان ها، مقدار انرژی الکتریکی موردنیاز برای روشنایی ساختمان در طول روز را کاهش می دهند و حتی در صورت جذب کافی انرژی خورشیدی، از انرژی ذخیره شده توسط آن ها، می توان برای تأسیسات تهویه مطبوع ساختمان نیز بهره برد. پنل هایی با نام دیاموند پاور علاوه بر جذب انرژی خورشیدی، با پراکنده ساختن تابش های خورشیدی، از گرمایش ساختمان ها نیز جلوگیری می کنند.

این پنل ها، هزینه ی الکتریسیته ی مصرفی یک ساختمان را، تا 50 درصد کاهش داده و طی 5 سال، هزینه های مربوط به خرید و نصب خود را جبران می کنند.

6. قالب پلاستیکی بتن و قالب های پلی اتیلن

مواد پلاستیکی با خصوصیات جدید خود در صنعت ساخت و ساز تحولات زیادی را ایجاد نموده اند:

1. سبکی فوق العاده قطعات پلاستیکی وحذف قسمت زیادی از هزینه های مربوط به تاور و جرثقیل

2. مقرون به صرفه بودن این قطعات

3. سرعت بالای اجرای پروژه

4. انعطاف پذیر بودن و توانایی تولید قطعات خاص و اشکال مختلف

5. سهولت و سرعت نصب و جداسازی قالبها با توجه به سیستم بهینه شده بستهای اهرمی

6. قابل بازیافت بودن و احترام به محیط زیست

7. عدم وجود گازها و مواد مضر در قطعات تولیدی

8. عدم چسبندگی بتن به پلاستیک و تمیز شدن قالبها فقط با مقدار کمی آب

9. قابلیت استفاده قالبها، بیش از صد بار

10. فضای محدود برای انبار و حمل و نگهداری این قالبها

11. نیاز به نیروی کمتر اجرایی و به تبع آن کم شدن هزینه های پروژه

12. ایجاد ایمنی بیشتر محیط کار و کم شدن ریسک و خطرات جانبی ومالی حین کار

13. حذف هزینه و زمان اجرای روغنکاری قالب ها

14. جلوگیری از آغشته شدن آرماتورها به روغن قالب بندی و بالا رفتن کیفیت اجرا

15. حذف قسمت زیادی از پشت بندها و سولجرها برای مهار عمودی و افقی دیوار

16. سطوح کاملاً صاف و تمیز بتن وامکان استفاده بصورت نمایان از دیوارها و سقفها

7. ETFE پلیمری با پایه فلوئوروکربن

شکل شماره 42 - ETFE پلیمری با پایه فلوئوروکربن

این پلیمر شگفت انگیز ، ظاهری شبیه به پلاستیک شفاف تفلونی دارد که جایگزین شیشه و پلاستیک های معمولی در بسیاری از ساختمان ها شده است.

خصوصیات :

-  بالشتک های ETFE توسط جریان هوا با فشار پایین باد می گردند.

-  می توان آن را با رنگ ها و طرح های متفاوتی تهیه کرد و به وسیله ی نورافکن یا جایگذاری لامپهای LED در پشت آن ها ، نورپردازی زیبایی را ایجاد نمود .

-  مقاومت بسیار بالا در برابر عوامل شیمیایی ، باد ، باران، زلزله و نور خورشید دارند و وزن سبکتری نسبت بهشیشه و پلاستیک .

- نسبت به شیشه هم نور بیشتری را از خود عبور می دهند و هم عایق بهتری محسوب می شوند.

-  از لحاظ هزینه های نصب بین 24 تا 70 درصد صرفه اقتصادی دارند.

-  حالت ارتجاعی فوق العاده ای دارند که می توانند تا 400 برابر وزن خود را تحمل کنند .

-  قابل استفاده برای عایقصوتی ، حرارتی و گلخانه ها

-  به خاطر سطوح کربنی لغزنده خود می توانند بطور خودکار ، گرد و غبار و آلودگی های مختلف را پاک نمایند.

-  این متریال ضمن داشتن عمر طولانی از قابلیت بازیافت برخوردار است.

خانم مهندس صدیقیان راد