نانومعماری؛ چشم اندازی نو در کاهش مصرف انرژی

فرهاد آل علی

عضو هیئت علمی دانشگاه سمنان گروه طراحی صنعتی

اشاره: تأثیراستفاده از تکنولوژی های نوین بر کاهش میزان مصرف انرژی در خانه های آینده و طراحی آنها موضوعی است که در دو دهه اخیر توجه بسیاری از معماران و محققان را به خود جلب کرده است . در طی سالهای اخیر مطالعات و تحقیقات گسترده ای در زمینه انرژیهای پاک و تجدید شونده صورت پذیرفته و  در این بین فناوری نانومواد جایگاه مهمی را در این عرصه اشغال کرده که در پی آن به دستاوردهای مهمی نیز نائل شده است

فناوری نانو چیست؟

نانوتکنولوژی نامی است که به یک نوع فناوری تولیدی اطلاق می شود.همانطور که از نامش پیداست، زمانی محقق می شود که توانایی ساختن اشیاء از اتمها وجود داشته باشد و در این صورت توانایی آرایش دوباره موادبا دقت اتمی را بوجود می آورد . یک نانومتر (nm) یک میلیاردیم متر است . نانو تکنولوژی 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 تواناییهای جدید است.

تاریخچه فناوری نانو

امکان مهندسی در مقیاس مولکولی برای اولین بار توسط ریچارد فاینمن برنده جایزه نوبل فیزیک مطرح شد. فاینمن طی یک سخنرانی در انستیتو تکنولوژی کالیفرنیا در سال 1959 اشاره کرد که اصول و مبانی فیزیک امکان ساخت اتم به اتم چیزها را رد نمی‌کند. وی اظهار داشت که می‌توان با استفاده از ماشینهای کوچک، ماشینهایی به مراتب کوچکتر ساخت و سپس این کاهش ابعاد را تا سطح خود اتم ادامه داد. همین عبارتهای افسانه وار فاینمن راهگشای یکی از جذابترین زمینه‌های نانو تکنولوژی یعنی ساخت روباتهایی در مقیاس نانو شد. در واقع تصور در اختیار داشتن لشکری از نانو ماشینهایی در ابعاد میکروب که هر کدام تحت فرمان یک پردازنده مرکزی هستند، هر دانشمندی را به وجد می‌آورد.

فناوری نانو و تأثیر آن در معماری

نظرات و طرحهای ارائه شده در زمینه نانوفناوری و تأثیر آن بر ساختار محیط انسان را از سه جنبه می توان مورد بررسی قرار داد:

اول اینکه نقش کنونی فناوری نانو در معماری معاصر بوسیله نانو مواد در مصالح ساختمانی مانند     :

1. لایه های نازک و شفاف محافظ پنجره ها که در برابر خراش مقاوم هستند و به صورت خودکار با دریافت پرتو ماورائ بنفش خورشید و باران خود را تمیز می کنند.
2. شیشه هایی که رنگ خود را با کاهش یا افزایش حرارت محیط تغییر میدهند و نور محیط را تنظیم می کنند.
3. بتن های مقاوم در برابر ضربه های ناگهانی و ترک خوردگی

دوم آنکه با تلاش متخصصین و دانشمندان در دهه های آینده دستاوردی را ارائه خواهند نمود که نمونه بارز آن استفاده از نانولوله.های کربنی است که استحکام و قابلیت انعطاف پذیری بی نظیری را در ساختمانها بوجود خواهد آورد و راهنمای فرمهای خلاقانه و نوینی برای ساختمانها خواهد بود و همچنین ارتباطات و تعامل تازه ای بین ساختمان ، استفاده گر و محیط ایجاد خواهد نمود.

و سوم اینکه در آینده میتوان دید که چگونه فناوری نانو در بطن زندگی و محیط اطراف انسانها تأثیر گذاشته و ارتباطات غیر قابل تصوری بین انسانها و ساختمانها بوجود خواهد آمد: پوسته های محافظ در مقابل گرما و سرما ، دیوارهای نامرئی و ساختارهای خود ساز  همگی امکانپذیر خواهند شد

نانو معماری در راستای کاهش انرژی

 معماری ارگانیک که توسط معمار معروف فرانک لوید رایت مطرح گردیده بود، امروزه در قالب معماری پایدار و نانو معماری مطرح می شود .لذا استفاده از دستاوردهای نانوتکنولوژی در ساختمان موجب خواهد شد که:

1. ساختمان رفتارهای مختلفی در زمان و مکانهای مختلف از خود نشان دهد( سخت و غیر قابل انعطاف یا نرم و سیال(
2. دگرگون شدن تئوری های شناخت مواد
3. تغییر هویت ثابت مصالح و بوجود آمدن مصالحی که توانایی تغییر و تطبیق چگالی ، بافت ، شکل ، رنگ ، حجم و حالت را با محیط دارند
4. عدم محدودیت تعریف معماری در زمان و مکان
5. عملکردگرا شدن رفتار سازه ها و ساختمانها
6. توانایی وفق دادن ساختمانها با انواع دماها، جریانهای هوا، مصرف انرژی و دیگر شرایط اقلیمی و زمین شناسی
7. کاهش زمان و انرژی لازم جهت ساخت و ساز
8. رسیدن به فرمهای جدید ، سازگار با محیط و عملکردگرا در ساختمانها

نانو خانه ها ، دوستدار محیط و کاهش دهنده انرژی

نانو خانه چیست؟ نانو خانه ترکیبی از شکل ، عملکرد ، کنترل و امکانات اصلی یک سرپناه است که به هیچ وجه انرژی را هدر نمیدهد و میتواند سالانه یک میلیون دلار در مصرف انرژی صرفه جویی کند و از ورود 12500 تن دی اکسید کربن به اتمسفر جلوگیری کند.

بعضی از انواع تکنولوژی های بکار رفته در نانو خانه به شرح زیر است:

-فیلترینگ اشعه های خورشیدی و پنجره های منعکس کننده گرمای خورشید

-شیشه های خود تمیز شونده

-رنگ ها و پوسته های محافظ و هدایت کننده اشعه ها

-سیستمهای روشنایی برای دریافت نور در طول روز و استفاده ازمنابع نوری آن در شب

-استفاده از پوششهایی که در شدیدترین نورها خیره کننده نباشد

-سرامیکهای منتقل کننده گرما بدون تغییر حرارت

-پوششهای  مبدل انرژی خورشید به انرژی الکتریکی ( فتو ولتائیک)

پتانسیل بالقوه فناوری نانودر ساخت مصالحی که با آن میتوان به بالاترین حد رفع نیازهای انسان رسید ، اصلی ترین عاملی است که آن را برای طراحی ساختمانها در آینده انتخاب میکند. دو نمونه از مصالحی که در نانوخانه بسیار مورد استفاده قرار گرفته و با نانو مهندسی درست شده اند از این قرارند:

-نانوپودرها که در جهت دفع و هدایت اشعه ها کارایی بسیاری در ساختمان دارند . این مواد میتوانند ترکیباتی با رنگها و یا مصالحی با چگالی بالا درست کنند که نتایج بهتری نیز حاصل میگردد .

-نانو لوله های کربن  که کاربردهای زیادی در تمام صنایع از جمله داروسازی، ترانزیستورها ، ذخیره سازی هیدروژن مواد هوشمند و ابر رسانه ها دارند. مصالح ترکیبی که با استفاده از نانو لوله ها بدست می آید – بطور مثال با فلزات – استحکام بسیار بالایی دارند و در قسمت سازه ای ساختمان مورد استفاده قرار میگیرند.

معرفی دو نمونه نانو خانه

نانو خانه شیشه ای آخرین اطلاعات و دستاوردهای فناوری نانو را به عینیت رساند. ایده اصلی طراحی رسیدن به معماری است که گزینه های زیر را مطرح کند:

-بهبود شرایط زندگی

-تأمین روشنایی طبیعی، نیازهای سرمایشی و گرمایشی و رفع آلودگی صوتی

-کاهش هزینه ها و افزایش عمر مفید ساختمانها

مشخصات اجزاء ساختمانی نانو خانه شیشه ای

نانوخانه دارای سه بخش به ابعاد 6.4 * 2.4متر مربع است که با وزنی معادل 15 تن به وسیله کامیون به راحتی جابجا می شود. نانو خانه کاملا پیش ساخته و اکثر اجزای آن از جنس شیشه است . اجزای اصلی نانو خانه به شرح زیر است :

1. بام با 16 میلیمتر ضخامت که بصورت یکپارچه به دیوارها متصل می شود.
2. دیوارها با 16 میلیمتر ضخامت . ( جدار خارجی بام و دیوارها از جنس شیشه های خود تمیز شونده)
3. کف بنا با 30 میلیمتر ضخامت از دو لایه 14 میلیمتری در زیر و 16 میلیمتری در بالا تشکیل شده است.
4. چهارچوب بنا از پروفیلهای فلزی مستحکم شده با نانو لوله های کربنی.

نانو خانه ساخت شرکت Bridge Development, Corp.

ویژگیهای ساختاری نانو خانه :

1. استفاده از پنلهای SIP   ( Structural Insulated Panel ) پیش ساخته از آهن گالوانیزه برش خورده با دستگاه CNC و هسته عایق از جنس پلی اورتان
2. مقاومت در برابر فشار به عنوان دیوارهای بار بر
3. مقاومت در برابر فشار باد و طوفان  تا 175 متر بر ساعت

هفت امتیازدر طراحی نانو خانه پیش ساخته:

1. بکارگیری گرمای اتلاف شده خورشید

2. حداکثر استفاده از فضا ( 18 متر مربع به جای 37 متر مربع)

3. استفاده از مواد پایدار ، بازیافت شده و قابل بازیافت

4. نصب راحت و سریع ظرف مدت 3 روز

5. حمل و نقل به هر نقطه از دنیا

6. طراحی ارگونومیک

7.صرفه جویی در انرژی

نتیجه گیری

در مقوله فناوری نانو آنچه که در وهله اول به نظر میرسد دوستدار بودن آن با محیط زیست و صرفه جویی در انرژی است که آن را در زمره پیشرفتهای بسیار عالی بشر قرار میدهد. اینکه بشر تا چه زمان و ناخواسته به نابودی محیط زیست خود و اتمام انرژی های فسیلی ادامه میدهد بحثی است که در گرو پیشرفتهای جدید در بکارگیری مواد نو و انرژی های نو است. تا کنون این دستاوردها در بوته آزمایش سربلند بیرون آمده و در ارتباط با بکارگیری فناوری نانو و مواد نانو در ساختمان سازی که مورد اصلی بحث ماست نتایج قابل قبولی بدست آمده اما . اکنون این سؤال مطرح می شود که با مصالحی که توانایی تغییر و تطبیق چگالی ، بافت ، شکل ، رنگ ، حجم و حالت را با محیط دارند ، نقش ثابت معماری به عنوان ماهیت فیزیکی که روابط اجتماعی را شکل میدهد چه خواهد شد؟ واقعیت این است که دانشمندان تلاش بسیار زیادی می کنند. تا فاصله بین فناوری و انسان  را تحت کنترل خویش درآورند . تکنولوژی جدید تکامل تدریجی طراحی و تولید را در دهه گذشته بر عهده داشته است . این تکنولوژی محدودیتهایی مثل استانداردها ، ترکیبات غیر قابل بازگشت مانند بتن¬ و آجر ، استیل ، میخ و اتصالات و..... را از سر راه طراحان بر خواهد داشت و مفاهیم معماری را دچار دگرگونی خواهد کرد. اینکه تا چه حد مزایای فناوری نانو انسانها را از شر پسماندها ، زباله ها و مصرف بیش از حد انرژی رهایی میبخشد مطلبی است که باید وزن آن را با مخاطرات اخلاقی و آسیبهای اجتماعی ناشی از اینگونه فناوریها سنجید.

نشریه پنجره ایرانیان، سال پنجم ، شماره 58 ، مردادماه 1391