هوشمند سازی ساختمان و مصالح نوین

مصالح هوشمند :

مصالح هوشمند در پاسخ به تاثیرات فیزیکی و شیمیایی محیط انعطاف‌پذیر بوده و مشخصه‌های ظاهری و یا درونی خود را به صورت برگشت‌پذیر تغییر می‌دهند. در واقع مصالح هوشمند یک اصطلاح جدید برای مصالح و فرآورده‌هایی است که توانایی درک و پردازش رویدادهای محیطی را داشته و نسبت به آن واکنش مناسب نشان می‌دهند. نور، اشعه UV، دما، فشار، میدان الکتریکی، میدان مغناطیسی و محیط شیمیایی محرک‌هایی‌اند که مصالح هوشمند در برابر آنها از خود عکس‌العمل نشان می‌دهند. مصالح هوشمند براساس قابلیت تغییر خواص درونی(تغییر شکل دهنده، تغییر رنگ دهنده و تغییر پیوند دهنده)، مبادله انرژی(ساطع کننده نور، تولید کننده الکتریسیته و ذخیره کننده انرژی)، تغییر و مبادله مواد درونی تقسیم‌بندی می‌شوند.

مصالح هوشمند با قابلیت تغییر خواص درونی در پاسخ به محرکات خارجی در شکل و ابعاد خود تغییراتی ایجاد می کنند که به نوع توزیع و آرایش ترکیبات تحریک‌پذیر درونی آنها بستگی دارد. مصالح هوشمند دما واکنشی، پیزو الکتریک، الکترو واکنشی و شیمی واکنشی از پرکاربردترین این دسته اند که بیشترین توجه را در زمینه معماری به خود معطوف نموده‌اند. از سویی دیگر استفاده از این مصالح در صنعت تاسیسات ساختمانی نتایج بسیار مثبتی همچون صرفه جویی انرژی و کاهش هزینه ها را به همراه خواهد داشت، از سوی دیگر استفاده ی توأمان مصالح هوشمند با تجهیزات هوشمند که در مقالات قبل به صورت مفصل در سایت ارکان ارزش به آنها پرداخته شده نتایج شگفت آوری را در زمینه ی صرفه جویی انرژی به همراه خواهد داشت.

مصالح هوشمند دما واکنشی :

این مصالح در برابر تغییرات دمای محیط پیرامون به صورت برگشت‌پذیر واکنش داده و در گروه مصالح هوشمند با قابلیت تغییر خواص درونی‌ قرار دارند. این دسته از مواد شامل گونه‌های متنوعی‌اند که تعداد محدودی از آنها در معماری کاربرد دارند. از قبیل مصالح منبسط شونده که دارای ضریب انبساط گرمایی‌اند.

مهمترین کاربرد آنها در معماری برای کنترل و مدیریت انرژی در ساختمان‌ها در ساخت ترموستات‌های گرمایشی است. همچنین به عنوان محرک‌های ویژه در گلخانه‌ها، سیستم تهویه اتوماتیک اتاق‌ها و سرویس‌های خدماتی ساختمان به کار می‌روند.
 

برج‌های دو قلو البحر در ۱۴۵ متر ارتفاع با ۲۹ طبقه در ابوظبی پایتخت امارات متحده عربی در سال ۲۰۱۲ تکمیل شده است. ویژگی بارز این برج‌ها پوسته‌ای متشکل از ۲۰۰۰ عنصر چتری شکل است که در پاسخ به شدت تابش آفتاب باز و بسته می‌شوند. طراحی این برج توسط شرکت Aedas architects و ساخت آن توسط گروه الفطیم صورت گرفته است.

مصالح هوشمند ذخیره‌کننده انرژی :

این مصالح انرژی را به شکل نور، گرما، هیدروژن یا الکتریسیته در خود ذخیره می‌کنند. مصالح هوشمند ذخیره‌کننده حرارت در این گروه بیشتر مورد توجه‌اند این مصالح نوعی ویژگی ذاتی دارند که آنها را قادر می‌سازد که انرژی را بصورت گرما و یا سرما بصورت انرژی نهانی در خود ذخیره کنند. پر کاربردترین آنها در زیر گروه مصالح تغییر حالت‌دهنده قرار دارند که می‌توانند به عنوان واسطه تنظیم دما عمل کنند. آنها وضعیت خود را از حالت مایع به جامد بوسیله کریستال شدن تغییر داده و میزان مشخصی از انرژی گرمایی که قبلا در درجه حرارت بالاتر ذخیره کرده بودند از خود آزاد نموده و در حالت معکوس با تغییر وضعیت از جامد به مایع در زمان ورود انرژی گرمایی میزان حرارت یا دما را ثابت نگه دارند.

مصالح هوشمند ساطع‌کننده نور :

مولکول‌های درون آنها با تاثیر انرژی‌های روشنایی یا میدان‌الکتریکی برانگیخته شده و از خود نور ساطع می‌کنند. از مهمترین و کاربردی‌ترین آنها در زمینه معماری، مصالح فتولومینس و الکترولومینس‌اند. این پدیده حالتی موقت برای مولکول‌ها است که در انرژی بالا رخ می‌دهد. به‌طوری‌که بخشی از انرژی جذب شده توسط مولکول‌ها به شکل اشعه الکترومغناطیسی مرئی ساطع می‌شود.

مصالح هوشمند تغییر رنگ‌دهنده :

این مصالح قادرند رنگ یا مشخصه‌های بصری خود را در پاسخ به یک یا چندین محرک خارجی به صورت برگشت‌پذیر تغییر دهند. سه دسته از این مصالح شامل مصالح فتوکرومیک، ترموکرومیک و الکتروکرومیک در کاربردهای معماری بسیار مورد توجه‌اند. از میان اولین پروژه‌هایی که در آنها از مصالح فتوکرومیک در پوشش ساختمان استفاده شده بود می توان طرح ورودی موزه هنرهای مدرن مونیخ را نام برد. مصالح الکتروکرومیک نیز در معماری شیشه‌های الکترواپتیکال کاربرد دارند.

 

مصالح هوشمند با قابلیت تغییر و مبادله مواد درونی :

این مصالح دارای ترکیبات قابل بازگشت‌اند که مواد را در فرم مولکول و به شکل گاز، مایع یا جامد با فرایندهای مختلف فیزیکی یا شیمیایی در خود محصور و یا اینکه آزاد می‌کنند. عملکرد این مصالح به ‌گونه‌ای است که با قرار گرفتن در برابر انواع گاز، بخار آب، آب و یا حتی محلول‌های آبدار واکنش نشان می‌دهند. به طور عمده در نمای خارجی و یا داخلی ساختمان‌ها استفاده می‌شوند و معروفترین آنها مصالحی‌اند که خود به خود تمیز می‌شوند. همچنین به صورت پوشش‌ها و لایه‌هایی با قرار گرفتن روی سطوح ساختمان آلاینده‌های موجود در هوا را بی‌اثر کرده و از بین می‌برند. از مهمترین کاربردهای آنها در معماری می توان به ضد آب نمودن نما، تمیز نمودن خود نما، بالا بردن کیفیت هوای فضای داخل، از بین بردن آلودگی هوای اطراف، جاذب صدا و ایجای بوی معطر در فضا اشاره نمود.

نمونه‌ای از مصالح هوشمند که به مصالح خود پاک شونده معروفند دی اکسید تیتانیوم است. این ماده در معرض اشعه ماورای بنفش نور خورشید به یک ماده به شدت فعال و واکنش پذیر تبدیل می شود که از چسبیدن باکتری ها و کثیفی ها بر روی دیوارها و ساختمان ها جلوگیری می‌کند و منجر به پاکسازی آسان توسط آب باران می‌شود. مصالح خود پاک‌شونده کاربردی‌ترین مواد در حیطه طراحی شهری‌اند که می‌توانند به پاکیزگی شهرهای بزرگ و کاهش آلودگی هوا کمک شایانی نمایند.

طراحی برج های اژدها در سئول، از جدیدترین پروژه‌های معماری مدرن در این کشور به حساب می‌آید. این دو آسمان‌خراش، تقریباً با یک طرح یکسان به وجود آمده‌اند. بلندترین برج این مجموعه ۴۵۰ متر ارتفاع دارد. از ویژگی‌های مصالح این طرح می‌توان به شیشه‌های هوشمند اشاره کرد که با تنظیم نور در محیط داخل و از بین بردن گرد و غبار، در کم کردن هزینه نظافتی و کنترل محیط زیست نقش به سزایی دارد.