دانلود ،نانو معماری در راستای کاهش انرژی، پاورپوینت

درعصرحاضرتحولات و پیشرفت های اخیرباعث بوجود امدن اثرات منفی برمحیط زیست شده است ازاین رو بحث پایداری و درزمینه معماری بحث معماری پایدارمطرح شده است که بدنبال به حداقل رساندن اثرات زیست محیطی منفی ازساختمان ها به منظور افزایش بهره وری و اعتدال دراستفاده ازمواد و انرژی است ازاین رو فناوری نانو یکی ازجدیدترین تکنولوژی های روز دنیا می باشد کهدرواقع علم کنترل ماده مقیاس مولکولی است. با توجه به افزایش روزافزون تولید گازهای گلخانه ای و گرم شدن کره زمین و به خطرافتادن محیط زیست و اهمیت پایداری انرژی و تولید انرژی های پاک حضور معماری دراین عرصه بسیار مهم و قابل توجه می باشد امروزه معماری پایدار درتمام زمینه های مربوطه از مسائل روز دنیای معماری می باشد که فناوری نانو دراین زمینه نقش پررنگی را بخصوص از طریق مواد و مصالح مصرفی ساختمان می تواند ایفا کند. این نقش بطور مثال درچگونگی پرداختن به این مواد که چطور می توان به کمک فناوری نانو مواد و مصالحی با استحکام بیشتر سبکتر و ارزانتر را نسبت به مواد قبلی در اختیار داشت چگونگی مقاوم کردن بیشتر مواد و مصالح دربرابر تغییرات جوی و باران های اسیدی و خوردگیهای ناشی از واکنشهای شیمیایی درحین اجرا و ساخت عایق ترکردن مواد و مصالح در برابر گرما و سرما و صوت درجهت کاهش مصرف انرژی و اینکه فناوری نانو دراین زمینه ها به چه دستاوردهایی رسیده و یا خواهد رسید مورد بررسی قرارمیگیرد همچنین استفاده از مواد و مصالح هوشمند و حتی خود ترمیم به کمک این فناوری بررسی نانوتیوب ها و نانووایرها و نقش آنها درجهت بهبود مسائل فوق و همچنین استفاده از حسگرهای زیستی برای درک محیط اطراف و دستاودرهای این فناوری روز دنیادرجهت تولید انرژی و نور که درساختمان ها و فضاهای معماری بسیار دارای اهمیت میب اشد نیز از نکات تاکیدی این مقاله میباشد

معماری، سنگ بنایی است که از شکست سازمانی جلوگیری می کند و زمینه های استفاده از نوآوری های فناوری را به منظور رسیدن به سازمانی ماندگار و پویا و متناسب با عصر اطلاعات فراهم می کند .  همان طور که توانایی هر موجود زنده ای تاحد زیادی تحت تاثیر معماری اندام و سیستم های زیستی وی است و همانگونه که زیبایی و کارایی یک ساختمان از نوع معماری آن نشأت میگیرد ، به همان دلیل و دلایلی دیگر معماری نقش بسزایی در به منصه ظهور رسیدن فناوری­های نوین در زندگی روزمره بشر دارد . در این راستا مقوله کاهش میزان مصرف انرژی در چند دهه اخیر ذهن دانشمندان و دوستداران محیط زیست را به خود مشغول داشته و آنان را بر آن داشته تا در این زمینه به تحقیقات بسیاری دست زنند. آنچه که تا کنون شاهد آن بودیم  رشد سریع تحقیقات علمی و عملی علوم و فنون نانودر کلیه علوم وصنایع همانند علوم مهندسی ، علوم پزشکی ، علوم پایه ، علوم زیست محیطی و ..... است که نتایج قابل توجهی را نیز به بار آورده است اما کاربردهای این پدیده در صنعت ساختمان و بطور عمده ساخت و ساز آنطور که باید و شاید صورت نگرفته است  هرچند اخیراً با توجه به تقویت کننده ها و استحکام دهنده های نانویی در مصالح ساخت و ساز موج جدیدی با شتاب فزاینده ای صنعت ساخت و ساز را در بر گرفته است . از همین رو میبایست اهمیت علم نانو در معماری و صنعت ساخت و ساز بسیار جدی گرفته شود و با توجه به جوان بودن این علم مطالب پیش رو نقطه آغازینی بر این تحولات در عرصه معماری است .

فناوری نانو

نانوتکنولوژی نامی است که به یک نوع فناوری تولیدی اطلاق میگردد.همانطور که از نامش پیداست زمانی محقق میشود که توانایی ساختن اشیاء از اتمها وجود داشته باشد و در اینصورت توانایی آرایش دوباره موادبا دقت اتمی را بوجود می­آورد ( اخوان ، علی ،1380 ، 1 ) . 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 میباشد . حال برای درک بهتر این مقیاس مثالهایی ذکر میشود: یک مولکول آب دارای قطری حدود یک نانو متر است. قطر یک نانو لوله تک لایه 1.2 نانومتر است . کوچکترین ترانزیستورها 20 نانومتر هستند. مولکول دی ان ای[1] 2.5 نانومتر پهنا دارد و پروتئینها بین 1 تا 20 نانومتر هستند (  دبیرخانه همایش نانو تکنولوژی ، 1380 ، 23 ) .

در این مقیاس واکنشها سریعتر و بهتر صورت میگیرد و محصولات پایدارتری نیز به وجود می­آیند؛ و مشکل اصلی این فناوری نیز در همین کوچکی ابعاد و پایداری است . شکل و طبیعت سطح نانو ذرات باعث میشود که به راحتی وارد سیستم تنفسی انسان شود و نیز به سرعت با مواد ایجاد ترکیبات غیر قابل پیش­بینی نماید و یا وارد زنجیره مواد غذایی شده و منشأ آلودگی محیط گردند. بنابراین کنترل مواد در مقیاس نانو بسیار حائز اهمیت است . شاید این قسمت کوچکی از مشکلات فناوری نانو به حساب آید چرا که تغییر محیط اطراف انسان تغییر رفتار و نوع زندگی را به دنبال دارد که به طبع آن اخلاق و فرهنگ نیز تحت تأثیر قرار خواهد گرفت ؛ و این مسئله ایجاب میکند که در بررسی فناوری نانو حتما در جنبه مثبت و منفی آن نیز مورد توجه قرار گیرد.

تاریخچه فناوری نانو

 امکان مهندسی در مقیاس مولکولی برای اولین بار توسط ریچارد فاینمن [2]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. در رویای دانشمندانی مثل جی استورس هال[3] و اریک درکسلر [4] این روباتها یا ماشینهای مونتاژکن کوچک تحت فرمان پردازنده مرکزی به هر شکل دلخواهی در می‌آیند. در واقع مواد به مرزهای حقیقیشان در لبه­های نامعلوم کوانتوم نزدیک خواهند شد و فقط هنگامی این کوچک شدن متوقف می­شود که خود اتمها تا حد زیادی ناپایدار شده و غیر قابل فهم گردند( شاهوردی ، 1383 ، 17) .

فناوری نانو و تأثیر آن در معماری

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

اول آنکه نقش کنونی فناوری نانو در معماری معاصر بوسیله نانو موادی که در مصالح ساختمانی در دسترس معماران و سازندگان قرار دارد میتواند مورد توجه واقع شود. برخی از نمونه محصولاتی که در دست تولید است شامل لایه­های نازک و شفاف محافظ پنجره­ها که در برابر خراش مقاوم هستند و به صورت خودکار با دریافت پرتو ماورائ بنفش خورشید و باران خود را تمیز میکنند ، شیشه­هایی که رنگ خود را با کاهش یا افزایش حرارت محیط تغییر میدهند و نور محیط را تنظیم میکنند و همینطور بتن­های مقاوم در برابر ضربه­های ناگهانی و ترک خوردگی می­باشند ؛ که با وجود قیمت بالا و نرسیدن به تولید انبوه اما در برخی ساختمانها مورد استفاده قرار گرفته است 

دوم آنکه با تلاش متخصصین و دانشمندان در دهه­های آینده دستاوردی را ارئه خواهند نمود که نمونه بارز آن استفاده از نانو لوله­های کربنی است که استحکام و قابلیت انعطاف پذیری بینظیری را در ساختمانها بوجود خواهد آورد و راهنمای فرمهای خلاقانه و نوینی برای ساختمانها خواهد بود و همچنین ارتباطات و تعامل تازه­ای بین ساختمان ، استفاده­گر 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: پوسته­های محافظ در مقابل گرما و سرما ، دیوارهای نامرئی و ساختارهای خود ساز [5]  همگی امکانپذیر خواهند شد(Elvin, 2003, 100-105  ) .

نانو معماری در راستای کاهش انرژی

معماری ارگانیک که توسط معمار معروف فرانک لوید رایت[6] مطرح گردیده بود امروزه در قالب معماری پایدار و نانو معماری مطرح میگردد. رایت بر این عقیده بود که شکل معماری باید از بطن طبیعت اشیاء بوجود آید و هر شیئ نیز به نوبه خود دارای یک زبان خاص برای تکلم و بیان احساس است. به طور مثال تناسبات ، چیدمان و بافت آجر خانه روبی[7] گستردگی بر روی افق را در یک زمین وسیع نشان میدهد .آجر پخته شده از طبیعت برآمده و دوباره به آن باز میگردد. از آنجا که با استفاده از دستاوردهای نانو تکنولوژی یک شیئ - ساختمان – در زمانها و مکانهای مختلف  میتواند رفتارهای مختلفی از خود نشان دهد – سخت و غیر قابل انعطاف و یا نرم و سیال – تئوری­های شناخت مواد به طور کلی دگرگون میشوند ؛ در واقع مصالح هویت ثابت خود را از دست میدهند و دیگر معماری تعریف محدودی در زمان و مکان نخواهد داشت. رفتار سازه­ها و ساختمانها کاملا عملکردگرا و زمینه­گرا میشوند. آنها قادر خواهند بود که با انواع دماها ، جریان­های هوا ، مصرف انرژی و دیگر شرایط اقلیمی ، زمین شناسی و.... هوشمندانه وفق داده شوند. تمام این شرایط نیز توسط برنامه­ریزان طراحی به صورت داده­های خام به ساختمان و سازه­های آن داده می­شود تا در صورت مواجهه با هر عامل مؤثر بر شرایط زندگی انسان ، در جهت رسیدن به محدوده آسایش او، در محیط سازگار شوند. یک ساختمان هوشمند ساختمانی است که خود فکر میکند و با سنجیدن نیازهایش در جهت رفع آنها گام بر میدارد. معماران معتقدند که ساختمانها با آنان صحبت میکنند و نیازها و نقاط ضعف خود را به آنان میگویند ؛ ولی اگر ساختماها دارای هوش مصنوعی باشند ، بدون مشورت با معمار ، خود را هر گونه که محیط طلب کند سازگار میکنند.کرزوی[8] - یکی از محققان نانو تکنولوژی و تأثیرات آن بر محیط زندگی انسان – پیش­بینی میکند که در قرن آینده انسانها مهمان و ساختمانها ، خود سکنان و صاحبان اصلی خواهند بود . بناهای آینده ممکن است که هیچ شباهتی به ابنیه حاضر نداشته باشند. معماری گذشته و سنتی اصولا به دور انداخته میشوند ، زیرا که معیارهای محدود کننده آن هیچ نقشی در ساختمانهای آینده نخواهند داشت. طبق نظر کرزوی زمان ساخت­و ساز نیز در حال حاضر طولانی بوده که به مرور زمان کاهش خواهد یافت. تغییر و تحولات در عرصه معماری در برخی کشورها  بخصوص کشورهای پیشرفته و در حال توسعه – نظیر دوبی – نقش پررنگ این فناوری را نشان میدهد.

مصالح( تولیدات فیزیکی) رابطان بی واسطه برخورد فناوری نانو و معماری هستند که عموما کاربریهای گوناگونی را به ساختمانها میدهند.چنین مصالحی ، امکانات تازه­ای را برای تکمیل و بهبود معماری و اندیشیدن درباره شکل جدیدی از زندگی ، بوجود می­آورند (Rennie,2000,8  ) . اکنون این سؤال مطرح میشود 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 میکنند 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 ( Olson , 2000 , 933-998  ) . نانو ساختارها تلاش بی­وقفه طراحان و معماران برای رسیدن به فرمهای جدید ، سازگار با محیط و عملکردگرا را به نتیجه میرساند.

نانو خانه­ها ، 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 صرفه­جویی کند و از ورود 12500 تن دی اکسید کربن به اتمسفر جلوگیری کند[9]. نانو خانه از دو لایه تشکیل شده است : لایه اول لایه نانو نامیده شده است.این لایه ساختار فیزیکی است که اطلاعات در آن ذخیره میشود. لایه دوم لایه منطقی نام دارد که اطلاعات خام را تجزیه و تحلیل میکند و تغییرات لازم جهت سازگاری با محیط را انجام میدهد. هدف طراحی یک نوع جدید از خانه است که تا حد بسیار مطلوبی سازگار با محیط خود باشد.بعضی از انواع تکنولوژی­های بکار رفته در نانو خانه به شرح زیر است:

·        فیلترینگ اشعه­های خورشیدی و پنجره­های منعکس کننده گرمای خورشید ( تصویر 2 )

·        شیشه­های خود تمیز شونده

·        رنگ­ها و پوسته­های محافظ و هدایت کننده اشعه­ها

·        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 ( تصویر 3 )

·        کفپوشهای مبدل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی

نانو خانه شیشه­ای آخرین اطلاعات و دستاوردهای فناوری نانو را به عینیت رساند. ایده اصلی طراحی زسیدن به معماری است که گزینه­های زیر را مطرح کند:

1.      بهبود شرایط زندگی

2.      تأمین روشنایی طبیعی، نیازهای سرمایشی و گرمایشی و رفع آلودگی صوتی

3.      کاهش هزینه­ها و افزایش عمر مفید ساختمانها

پتانسیل بالقوه فناوری نانودر ساخت مصالحی که با آن میتوان به بالاترین حد رفع نیازهای انسان رسید ، اصلی­ترین 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 شده­اند از این قرارند:

نانوپودرها که در جهت دفع و هدایت اشعه­ها 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 لوله­های کربن  که کاربردهای زیادی در تمام صنایع از جمله داروسازی، ترانزیستورها ، ذخیره­سازی هیدروژن مواد هوشمند و ابر رسانه­ها دارند. مصالح ترکیبی که با استفاده از نانو لوله­ها بدست می­آید – بطور مثال با فلزات – استحکام بسیار بالایی دارند و در قسمت سازه­ای ساختمان مورد استفاده قرار میگیرند (Gupta,2000,60-63 ) .

مشخصات اجزاء ساختمانی

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

·        بام با 16 میلیمتر ضخامت که بصورت یکپارچه به دیوارها متصل میشود.

·        دیوارها با 16 میلیمتر ضخامت . ( جدار خارجی بام و دیوارها از جنس شیشه­های خود تمیز شونده)

·        کف بنا با 30 میلیمتر ضخامت از دو لایه 14 میلیمتری در زیر و 16 میلیمتری در بالا تشکیل شده است.

·        چهارچوب بنا از پروفیلهای فلزی مستحکم شده با نانو لوله­های کربنی.

نمونه ذکر شده گواهی بر این واقعیت است که فناوری نانو در مواجهه با معماری نوید معماری را در آینده میدهد که سازگاری با محیط زیست و کاهش مصرف انرژی در آن حرف نخست را میزند.

در جهان پر هیاهو ناشی از ورود تکنولوژی و صنعت ، علیرغم آسایش نسبی و رفاه حاصل از این دستاوردها ،آنچه که باعث نگرانی نسل بشر گردیده همانا مخاطرات و ضررهای ناشی از آسیبهای زیست محیطی و روانی بر انسانهاست. همواره در کنار جوانب مثبت هر اکتشاف یا اختراعی نکات منفی آن خودنمایی میکند. 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 انرژی­های فسیلی ادامه میدهد بحثی است که در گرو پیشرفتهای جدید در بکارگیری مواد نو و انرژی­های 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 این به معنای بی عیب بودن آنها نیست. همانگونه که اشاره شد تغییر در محیط ، تغییر در رفتار ، اخلاق و فرهنگ را در پی دارد. اینکه تا چه حد مزایای فناوری نانو انسانها را از شر پسماندها ، زباله­ها 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. در این تحقیق تفاوتهای فناوری نانو با دستاوردهای سنتی مورد ارزیابی قرار گرفت و جهات مثبت و منفی آن به همراه نظریات و انتقادات منتقدان و معماران بیان شد. با این کار نقش و جوانب معنوی و اخلاقی این فناوری در کنار ویژگیهای علمی موضوع تشریح شد.