استفاده از تکنولوژی در معماری (شناخت مصالح نوین )

تکنولوژی از موارد نو و غیر قابل تفکیک در دنیای امروزی می باشد . استفاده از تکنولوژی کمک می کند تا علاوه بر صرفه جویی در زمان و بعضا هزینه از امکانات و اختیارات بالاتری در هر بخش بر خوردار باشیم . در این بخش به تکنولوژی ها جدید در زمینه معماری اشاره می کنیم . با گروه مهندسین معمار بادگیر همراه باشید و از تکنولوژی های نودر دنیای امروز و در زمینه معماری باخبر شوید:

نمای فلزی و حرارتی خورشیدی

صفحات خورشیدی از اولی عناصری است که در معماری نو همگام با تکنولوژی به آن اشاره می شود .صفحات  فلزی حرارتی یک سیستم پوششی  می باشند که از ترکیب صفحات چوبی جاذب با شیارهای افقی و عایق شیشه ای مستقر بر روی این چوب ساخته شده اند  این روکش یک نمای عملکرد گرا  می باشند و برای فضا های سرد سیر که دمایی پایینی را در بیشتر سال تجربه می کنند مناسب است .

زیرا نور خورشید را از طریق صفحات آلومینیومی جذب  می شوند وگرما و حرارت را تولید می کنند صفحات چوبی شیارداراز دیگر صفحاتی می باشد که در طراحی نما از این تریال استفاده می شود . صفحات چوبی شیار دار به این منظور طراحی شده اند که از یک طرف در تابستان باعث کنترل جهت تابش آفتاب و میزان آفتاب ورودی به ساختمان  می گردد  و از طرف دیگر در زمستان باعث ذخیره ی انرژی و گرمای نور خورشید می شود  و ساختمان را گرم  می کند .

سیستم برق فتوولتائیک

سیستم فتوولتائیک مانند سایرمولد ها و نیروگاه های برق می تواند در هر ظرفیتی نصب و اجرا شود .محدودیت این سیستم برق به راحتی در بسیاری از فضا ها اجرا می شود و بهره برداری این  سیستم هم بسیار مناسب است این سیستم را می توانیم  به صورت ژنراتورهایی با توان میلی وات تا چندین مگاوات در نظر گرفته شود . با توجه به راندمان پائین تبدیل انرژی دراین سیستم و بالا بودن قیمت تجهیزات آن ، برق تولیدی ازاین سیستم با مقایسه به سایر سیستم ها گرانتر می باشد .

شرایط بهینه در بارگیری سیستم فتوولتائیک در معماری ساختمان از دو زاویه قابل بررسی  می باشد

 مجتمع کردن سیستم فتوولتائیک با معماری و تاسیسات الکتریکی ساختمان

 طراحی و محاسبه سیستم فتوولتائیک به صورت فصلی

استفاده از پانل های خورشیدی در معماری  نو و تکنولوژی هایی که امروزه در اختیار داریم  باعث کاهش هزینه های بارگیری در این انرژی می شود و می تواند در توسعه کاربرد آنهم تاثیر گذار باشد . در تلفیق یک سیستم فتوولتائیک با معماری و تاسیسات ساختمان، تجهیزات اصلی سیستم باقیمانده و سایرتجهیزات به نوعی با وسایل مشابه در ساختمانترکیب می شوند.

بعضی از قطعات جانبی تجهیزات اصلی نیز برای نصب نمای ساختمان، قابل حذف و صرفه جوئی  می باشند  و بدین ترتیب با همکاری طراح ساختمان و طراح سیستم خورشیدی می توان شرایطی را ایجاد کنید که امکان بهره برداری از سیستم فتوولتائیک با شرایط بهینه فنی و اقتصادی  را فراهم می کند .

 از موارد استفاده از سیستم های خورشیدی برای گرمایش ساختمان سیستم گرمایش کفی است که به جای استفاده ازمنابع فسیلی برای آب گرم مصرفی از انرژی خورشیدی وآب گرمکن خورشیدی تامین می گردد .سیستم برق خورشیدی از اجرای مختلفی تشکیل شده است کهدر ادامه به آن می پردازیم :

۱)  صفحات خورشیدی؛ انرژی نور خورشید را به برق مستقیم تبدیل می کند.

۲) جعبه اتصال گروهی؛ واسطه اتصال پانل ها به مدار برق و محافظ پانل های خورشیدی از صاعقه و برق آسمانی  می باشد .

۳) سازه های فلزی یا ساختمانی؛ نگهدارنده پانل ها در جهت و زاویه خاص  می باشند .

۴) دستگاه کنترل کننده ؛ کنترل کننده تولید برق، مصرف برق، شارژ باطری های ذخیره و تنظیم کننده مشخصات برق تولیدی ومصرفی از نظر ولتاژ و آمپرها هستند .

۵) کابل های ارتباط؛ اتصالات سیستم فتوولتائیک و مدار برق را برقرار می کنند .

۶) باطری های ذخیره؛ برق مورد نیاز برای ساعات بدون نور خورشید توسط باطری های که در این سیستم تعبیه شده است ذخیره می گردد.

۷) مبدل برق مستقیم به متناوب؛ برق مستقیم را به برق متناوب یک فاز و یا سه فاز تبدیل می کنند.

  پرینترهای سه بعدی

پرینترهای سه بعدی چاپگرهایی هستند که تصاویر و طرح های سه بعدی موجود در کامپیوتر را به صورت نمونه واقعی به اجرا در می آورند. با پرینترهای سه بعدی می توان در زمانی بسیار کوتاه، سازه ای را به صورت کامل ساخت .سازوکار این پرینتر سه بعدی به صورت لایه لایه می باشد . لایه لایه مواد روی یکدیگر قرا می گیرد و نمونه با تمامی جزئیات ساخته می شود و در ابعاد واقعی پرینترنمونه را به وجود می آورد . یدر بعضی از کشور ها مانند چین از این پرینترها برای ساخت سازه از صفر تا صد ساخته شده است

تفاوت تمامی پرینترهای سه بعدی در تکنولوژی و مواد مصرفی مربوط به آن ها می باشد که وجه تمایز بین پرینترها به شمار می آید برای مثال برخی پرینترهای سه بعدی بر پایه پودر (نایلون، پلاستیک، سرامیک و فلز) کار می کنند وبا استفاده از یک منبع حرارت نوری  ذوب شده  (مثل لیزر)  و سپس جامد می شوند و شکل نمونه مورد نظر را بدست می آورد عمل چاپ را انجام  می دهند .

در برخی دیگر رزین های پلیمری با استفاده از لیزر لایه به لایه سفت و سخت شده و شکل جامد به خود می گیرند. (این لایه ها بسیار نازک هستند).جهش قطرات ریز از مواد به سطح پلت فرم نیز که بیانگر تکنولوژی جوهر افشان در چاپ دو بعدی می باشد ، در چاپ سه بعدی به عنوان تکنولوژی جهش چسب شناخته  شده اند

رایج ترین این تکنولوژی ها، روش FDM است که در آن مواد اولیه از جنس پلاستیک ABS و یا PLA به صورت رشته ای از طریق نازل دستگاه عبورمی کند و پس از گرم شدن عمل لایه سازی را انجام می دهد از آنجا که چاپ سه بعدی امکان ساخت مستقیم و دقیق قطعات را فراهم می آورد و می توان با این تکنولوژی اشیای پیچیده و با قابلیت های بسیار بالا را بدون نیاز به مونتاژ و در کمترین زمان تولید می کنند  .

 یکی از اساسی ترین  نکات تولیدی موفق با این دستگاهای سه بعدی ، طراحی بسیار دقیق نمونه ها اشاره شده است و غیر از این عملیات مهم، آماده سازی فایل و همچنین تبدیل آن می تواند پیچیده و زمان برهمراه می باشد به ویژه برای قطعاتی که در طول فرآیند ساخت بسیار پیچیده  می باشند .به هر حال به وز رسانی مستمر نرم افزار و ارتقاء آن می تواند به کاهش زمان و طول این روندکار ساز است .

علاوه بر این پس از پایان کار چاپ بیشتر قطعات نیاز به پردازش است ، این مرحله که شامل سنباده زدن، صیقل دادن، رنگ و یا دیگر نکات تکمیلی کار می باشد ، نیازمند زمان و مهارت بالایی در این زمینه هم می باشد . در کل می توان گفت تکنولوژی هم اکنون اینکار تنها با استفاده از متریال های معدودی قابل اجرمی باشد . اما کار بر روی تولید با انواع متریال مختلف همچون فلزات، مواد خوراکی، مواد بیولوژیک و سایر اقلام نیز در مرحله تحقیق و توسعه است و در آینده ای نزدیک تحول بزرگی در فرآیند تولید ایجاد خواهد کرد.

 

  بتن خود ترمیم شونده

استفاده از پلیمر و جریان الکتریکی، استفاده از ترکیبات آلی و غیرآلی، استفاده از کپسول های حاوی باکتری.از مواردی است که در تکنولوژی های بتن خود ترمیم شونده به آن اشاره شده است و در مورد آن تحقیق شده است

هدف استفاده از این بتن در معماری  ، تولید بتن هایی بوده است که در زیرساخت های جاده ها، تونل ها، پل ها و ساختمان ها را همیشه به روز و همچنین در حالت اولیه محصول قرار دهد  و بدون دخالت انسان  این بتنخود ترمیم شود . بتن های خود ترمیم شونمده زمانی دارای اهمیت بیشتری می شود که بدانیم سالانه هزینه ای حدود ۵۸ میلیارد دلار تنها در یک کشور صرف تعمیر و نگهداری بتن های استفاده شده در سازه ها شده است . آزمایشات نهایی بر روی این پروژه و این تکنولوژی در مراحل نهایی می باشد .با در نظر گرفتن آزمایشات در زمینه بتن های خود ترمیم شوند نشان داده که  توان مقاومتی نمونه­ های مواد خود ترمیمی را که در معرض کرنش کششی به میزان ۳% قراربوده است .

و این مثال به این معنا است که می توان گفت این بتن ها به اندازه ۳% طول اولیه خود کش می آیند .محققان بر این باورند که  برای ترمیم کامل  این ترک ها از ۱۵۰ میکرومتر کمتر بوده  است و ترجیها اندازه آنها ۵۰ میکرومترمی باشد . با روندی که محققان داشته اند ، در طی ۱۵ سال گذشته به این نتیجه رسیدند که ترکیب سیمانی خم شونده مهندسی یا  را ارائه دهند .

 با توجه به اینکه نرمی ECC خیلی بیشتر از بتن معمولی می باشد، ترکیب خم شونده ECC بیشتر از آنکه رفتاری شیشه ای داشته باشد رفتاری فلزی از خود بروز می دهد. بتن معمولی به مانند سرامیک رفتار می کند و هنگامی که در معرض نیروهای زلزله و یا نیروهای معمولی بشتر از حد نرمال قرار می گیرد رفتاری ترد و شکننده از خود نشان داده و شکست هایی مصیبت بار را موجب می شود اما پروفسور لی می گوید که ECC به راحتی و بدون شکست خم می شود. مشخص شده است که ECC با پوششی از فایبر مسلح می تواند در مقابل ۵% کرنش کششی تاب آورده، ایمن و بدون ایراد بماند. بتن های معمولی حتی توان تحمل ۰.۱% از کرنش کششی را ندارد.

متوسط عرض ترک ها در بتن های خود ترمیمی کمتر از ۶۰ میکرومتربوده است ، که در حدود نصف ضخامت موی بدن انسان ها می باشد .  در طمینان خاطر را به مخاطب می دهد که سیمان بسیار خشک داخل بتن می تواند با دی اکسید کربن و آب واکنش نشان داده تا ترمیم شود و رگه ای نازک از کربنات کلسیم را شکل می دهد. کربنات کلسیم ترکیب مقاومی است که به صورت طبیعی در صدف های دریایی یافت می شود. در شرایط آزمایشگاهی جهت تکمیل پروسه ترمیم مواد، بایستی ۵ بار چرخه خشک و تر شدن دوباره انجام گیرد.

 

پیشرفت تکنولوژی دیگر محدود به زمان خاص یا اتفاق خارق العاده ای نیست، بلکه نمودار پیشرفت همیشه در اوج قرار دارد. همان طور که ملاحظه کردید، این تکنولوژی ها به حوزه معماری هم رسوخ کرده است و ویژگی های مثبت زیادی را در اختیار معماران و عموم مردم قرار داده است.بتنی که در شرایط واقعی ترکهایش را وصله خواهد کرد و به مرور ترمیم می شود بتن حاوی باکتری تولید کننده سنگ آهک، که در اثر فرسایش حاصل از نفوذ آب باران به داخل بتن فعال می گردد در حال باز کردن راه خود به دنیای مهندسی ساختمان می باشد. این مصالح جدید می تواند به صورت عمده ای طول عمر و کارکرد بتن را افزایش دهد

میکروترک ها بخش قابل پیش بینی از ترک های احتمالی در ساختار بتن  هستند  که تاثیر چندانی در کاهش مقاومت بتن ندارند. شکست هایی به اندازه ۰.۲ میلی متر محدوده مجاز تشکیل ترک در کاربردهای معمولی از بتن  ها هستند  بعضا نفوذ آب به همراه املاح شیمیایی محلول به این ترک ها موجب خوردگی در بتن  ها می شود برای حصول به دوام بیشتر و طولانی تر نمودن مدت زمان بهره برداری از ابنیه بتنی بایست به طریقی میکروترک های ایجاد شده به هم دوخته می شود و مجددا  ترمیم می شود  تا زمانی که آب باران در ترک ها راه خود را باز می شود ، نفوذ کند و آنها را فعال  می کند ، هاگ خفته باقی می ماند.

این باکتری های بی ضرر با تغذیه از مواد مغذی موجود در ترکیب بتن سنگ آهک تولید می شد.بزرگترین مشکل که محققین با ان روبرو می باشند اطمینان از زنده ماندن میکروارگانیسم ها در طی فرایند میکس و تولید بتن می باشد، این نگرانی راه حل هایی مانند استفاده از پوشش برای ذرات را پیش آورده است که روشی بسیار پر هزینه خواهد بود

تست های واقعی پس از مرحله انجام خواهد شد اگر چه قبلا نیز به صورت محدود برخی تلاشهایی انجام گرفته است. پس از مرحله تست واقعی بتن اجرا شده می بایست به مدت ۲ سال تحت نظر باشد و رفتار ان در شرایط واقعی مونیتور و ارزیابی گردد.

اگر چه روش خود ترمیمی حدود ۵۰% به هزینه تولید بتن می افزاید ولیکن تاثیری حداکثر به میزان ۱-۲% کل هزینه ساخت خواهد داشت. این افزایش را اگر با هزینه های احتمالی ترمیم مقایسه نماییم متوجه خواهیم شد که استفاده از بتن خود ترمیم امری با صرفه اقتصادی خواهد بود.