بکارگیری متریال هوشمند در ساختمان های هوشمند
ساختمان های هوشمند
امروزه ساختمان های هوشمند خود گونهای از تکنولوژی به حساب می آیند.ساختمان های هوشمند خود را با تکنولوژی وفق میدهند و از آن بهره میگیرند. ساختمان های هوشمند 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. ایده یک ساختمان هوشمند، ارتباط و پیوستگی میان دسترسی، نوردهی، امنیت، نظارت، مدیریت و ارتباط راه دور را پیش رو قرار میدهد. ساختمان های هوشمند ، بناهایی هستند که کارآیی و راندمان ساکنانشان را افزایش داده و امکان مدیریت موثر را بر اساس مقتضیات خاص و با کمترین هزینه فراهم آوردند.
به عبارت دیگر ساختمان های هوشمند ساختمان هایی هستند که کلیه اجزا داخلی آن به واسطه ایی یک پارچه و ایجاد منطقی سازگار با محیط، با یکدیگر در تعامل اند، از طرفی دیگر مدیریت انرژی ( EMS ) می تواند بین 10% تا 30% کاهش هزینه و قیمت را در برداشته باشد.
بازار جهانی خانه ها و ساختمان های هوشمند در چهار گروه : بازار محصولات، بازار کاربر نهایی، بازار فناوری و بازار اپلیکیشن قرار می گیرد .
ای ام اس ها سامانه های کنترلی هستند که با تنظیم عملکرد ساعتی و دوره ای تجهییزات از اتلاف انرژی جلوگیری می کنند، به این معنا که زمان و محدوده ی خاموش و روشن شدن دستگاه ها را با توجه به داده های از پیش تعیین شده ای بر اساس یک سامانه ی یکتا و به کمک ساعتهای کنترلی تنظیم می کنند.
در طراحی سامانه با توجه به اختیارات موجود، ابتدا باید هزینه های جاری را ارزیابی نمود در این مورد باید به بازدهی مصرف انرژی و صرفه جویی آن توجه داشت, عواملی همچون: محل و جهت ساختمان، ثبات دما، تاثیر باد، آب و هوا، روشنایی و تهویه طبیعی اهمیت زیادی دارند.
در ساختمانهایی که مصرف انرژی بالا دارند باید حتما یک آنالیز بر روی هزینه های دوره ای زندگی انجام شود و براین اساس به طراحی اصولی پرداخت که قطعا تاثیر مستقیم بر هزینه ها دارد.
یکی از کاربردهای سنسورهای استفاده شده در ساختمان های هوشمند را میتوان تماس این سنسورها با مدل سازی اطلاعات ساختمان جهت بررسی وضعیت کنونی ساختمان و تصمیم گیری جهت انجام عملیات تعمیر و نگهداری و برنامه ریزی برای تعمیر و نگهداری پیش گیرانه در ساختمان نام برد.
انواع مصالح 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 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 انواع Adaptive این مصالح (فتوکرومیک پاسخگو به شدت نور و ترموکرومیک پاسخگو به دما) و مصالح Switchable کریستال های مایع(EC و GC) 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. 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 BMSنیز 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.
کاربرد موادسازنده ساختمان های هوشمند
اهمیت مواد هوشمند هنگامی مشخص میشود که نقش آنها را در ایجاد سیستمهای سازگارتر در نظر آوریم. این مصالح اساس کار سایر سیستمهای حسگر، سازگار و کنترل شده را تشکیل میدهند. هدف نهایی، ساخت موادی با هوشمندی مواد موجود در طبیعت است. با ایجاد خواص مورد نظر در سطح مولکولی، میتوان مواد ابر هوشمند ساخت که قادرند نقش نظامهای هوشمند موجود را ایفا، کنند. یک سیستم ساختمانی هوشمند پیشرفته میتواند علاوه بر کنترل سیستم ایمنی، انتقال بار، گرمایش، تهویه مطبوع و HVAC اثر بارهای باد و زلزله را اندازهگیری نموده و سیستمهای ضد ارتعاش را در مقابل نیروهای محرک خارجی به کار اندازد. با عرضه مواد هوشمند توانمندیها و امکانات نو در اختیار مهندسان و طراحان قرار خواهد داد. با پیشرفتهای اخیر در این زمینه برای ایجاد ساختمان های هوشمند مناسب نیازهای امروز و رو به رشد آینده باید چشم دوخت. از مهمترین مصالح هوشمند موجود در صنعت ساختمان میتوان به بتن و شیشه هوشمند مورد کاربرد در ساختمان ها اشاره کرد. در ادامه چند نمونه از مواد هوشمند رایج در نمای ساختمان به صورت موردی بررسی میگردد.
شیشه هوشمند
در سه دهه آخر قرن ۲۰ تغییرات وسیعی در صنعت شیشه ایجاد شد. در دهه ۶۰ و ۷۰ افزودن رنگهایی برای کاهش اتلاف حرارتی و خیرگی مرسوم شد. این روند در سالهای بعد به ایجاد فیلمهای شفاف شیشه از اکسید فلزات، فیبر شیشه، واحدهای رزینی، تیوب های اکرلیک، کریستالهای مایع، ائروژلها و شیشه کاری کرموژنیک منجر شد. این شیشهها به صورت دینامیکی با شرایط اقلیمی متغیر خارجی و نیازهای ساکنین تطبیق داده میشود. ایجاد این سیستمها گام بلندی به سمت طراحی پوسته پایدار ساختمان است که نور در آن فاکتور اساسی بوده و علاوه بر کاهش مصرف انرژی، شفافیت و آسایش را به همراه دارد.
شیشههای ترموکرومیک
با استفاده از پوششهایی از مصالح ترموکرومیک میتوان نوعی شیشه هوشمند ساخت که بدون مسدود کردن نور، گرما را سد میکند. توانایی پوشش برای تغیر وضعیت بین جذب و انعکاس نور به معنی استفاده از مزایای گرمایش خورشید در شرایط زمستانی و انعکاس در دماهای بالاتر و جلوگیری از گداختگی فضاهاست. ضمن آنکه در هر دو حالت نور مریی مطلوب جهت روشنایی فضا وجود دارد.
شیشههای الکتروکرومیک Electrochromic
در این سیستم (EC)، واحد شیشه با استفاده از فیلمهای شفاف با ضخامت ۲۰۰ یا ۳۰۰ نانومتر با شدتهای رنگی متفاوتی در طیف، مرئی از شفاف تا آبی تیره تغییر میکند. واحد شیشه برای تغییر میزان شفافیت مطلوب با توجه به مقادیر مختلف انتقال حرارتی به جریان برق متصل میشود. پس از قطع جریان، تغییر حالت نوری حفظ میشود و نیازی به جریان مداوم برق نیست. وقتی که رنگ شیشه تیره میشود تابش حرارتی کاهش یافته و بیشتر اشعه عبوری در طیف مادون قرمز فیلتر میشود.
شیشههای گازوکرومیک Gasochromic
سیستم گازوکرومیک GC از سه قسمت اصلی تشکیل شده است: یک واحد شیشه عایق شده گازوکرومیک IGU یک فیلم ازWO3است. با قرارگرفتن فیلم GC در معرض فشار ضعیف هیدروژن به رنگ آبی درمی آید وانتقال مرئی رااز۶۷تا۱۶وبه طورمشابه انتقال انرژی خورشیدی ۶۰تا۱۲ کاهش میدهد.
شیشههای خود شو یا Self Cleaning
پس از یک تحقیق ۴ ساله توسط محققان شرکت پیلینگتون و چندین شرکت بزرگ سازنده شیشه در نقاط مختلف دنیا ساخته شدند. شیشههای خود شستشو در سطوح پایین هوشمندی قرار میگیرند به همین خاطر برای استفاده در ساختمان های هوشمند غیر استاندارد شناخته شدند. در فرایند ساخت این شیشه بر روی سطوح آن پوششی شفاف از نوع سخت اعمال میشود که با انجام یک فرایند شیمیایی باعث عدم اتصال مواد آلی و ذرات آلودگی چسبنده به شیشه میشود. شیشههای خود شو با استفاده از دو فرایند همزمان باعث تمیز نگه داشتن سطح شیشه میشوند:
الف- به علت اینکه لایه روی سطح شیشه، خاصیت فوتوکاتالیک (استفاده از نور برای انجام واکنش) دارد، باعث از بین بردن اتصال آلودگیهای موجود روی سطح شیشه با شیشه میشود.
ب- خاصیت دوم این روکش که همزمان با خاصیت فتوکاتالیک به وسیله نورUV فعال میشود. خاصیت هیدروفیلیک (آب دوستی) است. این ویژگی باعث میشود که آب روی سطح شیشه به صورت ورق پخش شود بنابراین به راحتی روی سطح شیشه جاری و پخش میشود و سطح شیشه را تمیز میکنداستفاده از این نوع متریال شیشه در صنعت ساختمان های هوشمند رواج چشم گیری پیدا کرده است.
پوشش خود تمیز شونده اتیلن تترافلوئور اتیلن(ETFE)
بیش از بیست و پنج سال است که فویلها برای مسقف کردن سازهها مورد استفاده قرار گرفتهاند. امروزه این سیستم ابتکاری که در آن شفافیت و وزنِ سبک با ویژگیهای عایق کاری بسیار عالی و طول عمر زیاد ترکیب شده و در توسعهٔ معماری، پیشگام است.
شرکت آرین پادرا صنعت، سعی نموده است با بهره گیری از کارشناس و تجربیات چندین ساله ، فضایی علمی ، مشاوره و مهندسی در زمینه تکنولوژی های روز ، بازرگانی ، مهندسی و مقالات بتن جهت دسترسی سریع ، آسان و کاربردی مهندسان ، اساتید ، کارفرمایان، کارخانجات و دانشجویان مرتبط با صنعت بتن فراهم آورد.
منبع: فروشگاه بهتام
