کتاب مصالح نوین و هوشمند در کاهش مصرف انرژی با رویکرد معماری پایدار

فهرست
عنوان صفحه
پیشگفتار 11
مقدمه 13
فصـل اول 21
تاریخچه معماری پایدار در معماری جهانی 21
تعریف پایداری 22
پایداری در معماری از دیدگاه صاحب‌نظران 23
معماری پایدار و اصول آن 28
معماری پایدار و اهداف آن 38
مباحث اکولوژیکال در رابطه با معماری پایدار 42
بهینه‌سازی مصرف انرژی ساختمان‌ها 43
مصالح ساختمانی و مبحث ۱۹ مقررات ملی ساختمان 48
مصالح نوین ساختمانی 49
معماری هوشمند 49
استفاده از مصالح و صرفه‌جویی در مصرف انرژی 51
طبقه‌بندی مصالح هوشمند 53
فصـل دوم 55
شیشه‌های هوشمند 55
مصالح هوشمند ذخیره کننده انرژی 55
ساگاگلس 64
توجه به سیستم‌های فتوولتائیک در نماهای شیشه‌ای 65
فصـل سوم 71
آجرهای هوشمند 71
آجر هوشمند 71
فصـل چهارم 79
پانل‌ها و کف‌پوش‌های هوشمند 79
پانل‌های آلومینیومی (Alusion) 79
کاشی‌های هوشمند 83
بلوک سبک سیپورکس 87
بلوک ساختمانی همکریت 91
فصـل پنجم 95
فناوری‌های نانو 95
فناوری نانو 95
فصـل ششم 113
بتن هوشمند و بیولوژیکی 113
بتن سبز (بتن بیولوژیکی) 113
بتن هبلکس 117
بتن اسفنجی 121
بتن جذب‌کننده آلودگی هوا 127
معرفی ساختمان‌های هوشمند در کاهش مصرف انرژی 128
بزرگ‌ترین تصویه کننده هوا در چین 128
سایبان جلبکی 130
خانه جلبکی 132
ساختمان گل آفتابگردان 138
خانه ZEB 141
ساختمان آنتی باکتریال، شانگهای 143
نتیجه‌گیری 148
منـابع و مآخذ 151
منابع فارسی 151
منابع غیرفارسی 154

معماری پایدار و اهداف آن

بر اساس طرح[1]OECD بناهای پایدار، بناهایی تلقی می‌شوند که کمترین تأثیرات مخرب را بر محیط‌های ساخته‌شده (مصنوع) و طبیعی مجاور و بلافصل خود و نیز ناحیه اطرافشان و همچنین زمینه کلی خود داشته باشند. ساختمان‌های پایدار به تمام چرخه حیات ساختمان، محیط باکیفیت، کارکرد مطلوب و آینده توجه می‌کند (زندیه و همکاران. 1389: 12) یکی از اهداف مهم پایداری جبران مافاتی است که انسان در طی صنعتی شدن و پیشرفت ظاهری ازدست‌داده است و انسان را به فکر حفاظت از اکوسیستم‌ها و استفاده‌ی بهینه از استعدادهای موجود در طبیعت به‌منظور بقا و حفظ آن‌ها برای نسل‌های آینده واداشته تا در عین آسایش و ارتقاي کیفیت زندگی بشر، از تخریب آن‌ها نیز جلوگیری به عمل آورد. از اهداف دیگر، توجه به زیست محیط‌های طبیعی است؛ زيرا مسائلی همچون آثار گلخانه‌ای و تخریب لایه اوژن به‌صورت جدی مطرح گردیده است (ستاری و همکاران. 1391: 86).

معماری پایدار به تأمین آینده‌ای امن برای نسل‌های بعدی و همچنین استفاده از انرژی‌های تجدید پذیر می‌پردازد؛ که علاوه برداشتن فناوری روز، حداقل دخالت را در چرخه اکوسیستم موجود داشته باشد؛ بنابراین به بعد اقتصادی و محیطی بیشتر از بعد اجتماعی توجه داشته است. به نظر می‌رسد اعتقادات و معنویت مردم در یک جامعه در معماری پایدار اهمیت چندانی ندارد. چراکه معماری پایدار متعلق به سبک و دیدگاه خاصی در طبیعت و منابع طبیعی است تا برای نسل‌های آینده باقی بماند.

قواعد معماري پايدار

تمام اصول معماري پايدار بايد در يک پروسه کامل – که منجر به ساخته‌شدن محیط‌زیست سالم می‌شود- تجسم يابد.

معماری پایدار، مانند سایر مقولات معماری، دارای قواعد خاص خود است و این سه مرحله را در برمی‌گیرد:

صرفه‌جویی در منابع، طراحی برای بازگشت به چرخه زندگی و طراحی برای انسان که هرکدام آن‌ها استراتژی‌های ویژه خود را دارند.

شناخت و مطالعه این تدابیر، معمار را به درک بیشتر از محیطی که باید طراحی آن را انجام دهد، می‌رساند.

مرحله صرفه‌جویی در منابع (Economy of Resources):

این اصل از یک‌سو به بهره‌برداری مناسب از منابع و انرژی‌های تجدید ناپذیر [مفاهیم: انرژی تجدید پذیر چیست؟] مانند سوخت‌های فسیلی، در جهت کاهش مصرف می‌پردازد و از سوی دیگر به کنترل و به‌کارگیری هرچه بهتر منابع طبیعی به‌عنوان ذخایری تجدید پذیر و ماندگار توجه جدی دارد.

به‌عنوان‌مثال، یکی از منابع سرشار نامیرا، انرژی حاصل از نور خورشید است که امروزه توسط تکنولوژی فتوولتاییک برای فراهم کردن آب و برق مصرفی در ساختمان، از آن استفاده می‌شود.

برای کنترل منابع، سه نوع استراتژی می‌تواند موردتوجه قرارگیردکه شامل حفظ انرژی، حفظ آب و حفظ مواد است. همان‌گونه که مشاهده می‌شود، تمرکز براین سه منبع، به دلیل اهمیت آن‌ها در ساخت و اداره ساختمان است.

مرحله طراحی برای بازگشت به چرخه زندگی (Life Cycle Design)

دومین اصل از معماری پایدار بر این فکر و یا نظریه استوارشده است که ماده از یک‌شکل قابل‌استفاده تبدیل به شکل دیگری می‌شود، بدون اینکه به مفید بودن آن آسیبی رسیده باشد.

از سوی دیگر به‌واسطه این اصل، یکی از وظایف طراح، جلوگیری از آلودگی محیط است.

این نظریه برای رسیدن به این منظور در سه مرحله، ساختمان را موردبررسی قرار می‌دهد. این مراحل به ترتیب عبارت‌اند از:

مرحله پیش از ساخت، مرحله در حال ساخت و مرحله پس از ساخت.

باید توجه داشت که این مراحل به یکدیگر مرتبط بوده و مرز مشخصی بین آن‌ها وجود ندارد. برای مثال، می‌توان از مواد بازیافتی در مرحله پس از ساخت یک ساختمان به‌عنوان مصالح اولیه در مرحله ساخت ساختمانی دیگر استفاده کرد.

مرحله طراحی برای انسان (Humane Design):

اصل طراحی برای انسان، آخرین و شاید مهم‌ترین اصل از معماری پایدار است. این اصل ریشه در نیازهایی دارد که برای حفظ و نگهداری عناصر زنجیره‌ای اکوسیستم لازم است که آن‌ها نیز به‌نوبه خود بقای انسان را تضمین می‌کنند.

این اصل دارای سه استراتژی نگهداری از منابع طبیعی، طراحی شهری-طراحی سایت و راحتی انسان است که تمرکزشان برافزایش همزیستی بین ساختمان و محیط بیرون از آن و بین ساختمان و افراد استفاده‌کننده از آن‌هاست.

درواقع می‌توان گفت که برای رسیدن به معماری پایدار، طراح باید این مراحل و اصول را که تعریف‌کننده یک چارچوب اصلی برای طرحی پایدار است را در طرح خود لحاظ و برحسب مورد ترکیب و متعادل کند.

محیط پایدار

اﻳﺪه ﭘﺎﻳﺪاري ﻣﺤﻴﻄﻲ عبارت است از: ﺑﺎﻗﻲ ﮔﺬاردن زﻣﻴﻦ ﺑﻪ بهترین ﺷﻜﻞ ﺑﺮاي ﻧﺴﻞ آﻳﻨﺪه، ﺑﺎ اﻳﻦ ﺗﻌﺮﻳﻒ ﻛﻪ ﻓﻌﺎﻟﻴﺖ اﻧﺴﺎن ﺗﻨﻬﺎ زﻣﺎﻧﻲ ازنظر ﻣﺤﻴﻄﻲ ﭘﺎﻳﺪار اﺳﺖ ﻛﻪ ﺑﺘﻮاﻧﺪ ﺑﺪون ﺗﻘﻠﻴﻞ ﻣﻨﺎﺑﻊ ﻃﺒﻴﻌﻲ ﻳﺎ ﺗﻨﺰل ﻣﺤﻴﻂ ﻃﺒﻴﻌﻲ اﺟﺮا ﺷﻮد. ﭘﺎﻳﺪاري ﻣﺤﻴﻄﻲ باهدف ﺣﻔﻆ محیط‌زیست ﺑﺮ ﻣﻮارد زﻳﺮ تأکید دارد:

• ﻛﺎﻫﺶ اﺗﻼف و ﭘﺨﺶ اﻧﺮژي در محیط
• ﻛﺎﻫﺶ ﺗﻮﻟﻴﺪ تاثیر ﮔﺬارﻧﺪه ها ﺑﺮ ﺳﻼﻣﺖ انسان
• اﺳﺘﻔﺎده از ﻣﻮاد ﻗﺎﺑﻞ ﺑﺎزﮔﺸﺖ ﺑﻪ چرخه طبیعت
• رفع سموم مواد
• ﭘﺎﻳﺪاري ﻣﺤﻴﻄﻲ در ﻋﺮﺻﻪ ﻛﺎر ﻣﻌﻤﺎران ﻧﻴﺰ ﺑﺎ اﻫﺪاف زﻳﺮ ﺗﺒﻴﻴﻦ ﻣﻲ ﺷﻮد:
• در کمترین ﻣﺼﺮف ﻣﻨﺎﺑﻊ اﻧﺮژي
• استفاده از مصالح تجدید پذیر
• ﺣﻔﺎﻇﺖ و ﻋﺮﺿﻪ اﻧﺮژي و ﺑﺎزﻳﺎﻓﺖ ﻛﺎﻣﻞ آن ﺑﺪون اﻳﺠﺎد آلودگی

اﺻﻞ ﻃﺮاﺣﻲ ﭘﺎﻳﺪار ﺑﺮ اﻳﻦ ﻧﻜﺘﻪ اﺳﺘﻮار اﺳﺖ ﻛﻪ ﺳﺎﺧﺘﻤﺎن ﺟﺰﺋﻲ ﻛﻮﭼﻚ از ﻃﺒﻴﻌﺖ ﭘﻴﺮاﻣﻮﻧﻲ اﺳﺖ و ﺑﺎﻳﺪ به‌عنوان ﺑﺨﺸﻲ از اﻛﻮﺳﻴﺴﺘﻢ ﻋﻤﻞ ﻛﻨﺪ و در ﭼﺮﺧﻪ ﺣﻴﺎت ﻗﺮار ﮔﻴﺮد (ستاری و همکاران. 1391: 88).

معماری و پایداری

صرفه‌جویی در مصرف انرژی و استفاده از منابع تجدید پذیر و پاک، صرفه‌جویی در منابع و مصالح دست‌اول و تجدید ناپذیر، بازیافت و استفاده مجدد –محترم شمردن بستر طرح- استفاده مناسب از شرایط اقلیمی در هر محل و منطقه، استفاده از مصالح بومی (نصر، 1389: 82)

معماري پایدار و یا معماري سبز ایجاد سلامت و پشتیبانی سکنه‌اي که در آن محیط زندگی می‌کنند و موجب رضایتمندي آنان خواهد شد را در نظر دارد ساختمان‌های پایدار می‌توانند به‌عنوان سازه‌هایی تعریف شوند که کمترین تأثیر منفی را روي محیط ساخته‌شده و طبیعت خود سازه‌ها، محیط در تماس مستقیم با آن‌ها و تنظیمات کلی و ناحیه‌اي گسترده‌تر اطراف دارد. ساختمان‌سازی پایدار می‌تواند به‌عنوان روش ساختی تعریف شود که باکیفیت کامل شده‌اي شامل کارایی اقتصادي، اجتماعی و محیطی به‌طور وسیعی بقا می‌یابد. بنابراین استفاده منطقی از منابع طبیعی و مدیریت مناسب مصالح خام، به حفظ منابع کمک می‌کند، مصرف انرژي را کاهش می‌دهد و کیفیت محیطی را توسعه می‌بخشد (بیرانوند، 1389).

ساختمان‌ها باید به‌گونه‌ای طراحی شوند که قادر به استفاده از اقلیم و منابع انرژي محلی باشند. شکل و نحوه استقرار ساختمان و محل قرارگیري فضاهاي داخلی آن می‌توانند به‌گونه‌ای باشد که موجب ارتقاء سطح آسایش درون ساختمان گردد و درعین‌حال از طریق عایق‌بندی صحیح سازه، موجبات کاهش مصرف سوخت فسیلی پدید آید (فرهاد و کاشانی، 1388).

مباحث اکولوژیکال در رابطه با معماری پایدار

مطابقت با اقلیم

کشور ایران به دلیل دارا بودن اقلیم‌های متنوع، رویکردهای گوناگونی را در بحث ساخت‌وساز سازگار با محیط‌زیست می‌طلبد. یکی از معیارهای ساخت‌وساز با رویکرد اکوتکنولوژیک، توجه به طراحی اقلیمی در هر منطقه است. واضح است که مصالح استفاده‌شده در یک اقلیم شرجی، در اقلیم گرم و خشک کارایی لازم را ندارد و مهم‌تر این‌که این مصالح، حاصل تکامل دانش بشر نسبت به سازگاری زندگی در طبیعت است.

آلایندگی یک آلاینده در محیط‌های مختلف متفاوت است. برای مثال آلودگی صوتی در اقلیم‌های سرد مثل آذربایجان به نسبت سایر اقلیم‌ها کمتر است. همچنین آلودگی هوا در اقلیم‌های بادخیز مانند منجیل به نسبت سایر اقلیم‌ها کمتر است.

مکان‌یابی مناسب

یافتن محل مناسب برای احداث بنا یکی دیگر از معیارهای ساخت‌وساز به سبک اکوتکنولوژیک است. بهتر است برای احداث یک ساختمان پایدار، مجاورت‌ها و حریم‌ها بررسی گردند. همچنین به کار بردن تجهیزات تولید انرژی پاک ناکارآمد در یک ساختمان موجب می‌شود که با صرف هزینه اولیه زیاد، بازدهی مناسب را از دست بدهیم. برای مثال اگر توربین بادی در راستای باد غالب نباشد، نمی‌توان از سیستم، انتظار تولید انرژی را داشت.

طراحی مناسب بنا

معمار وظیفه طراحی ساختمان را بر عهده دارد و برای اینکه رویکرد اکوتکنولوژیکی در جای‌جای ساختمان نمود داشته باشد، نیاز به نقشه‌ای مناسب است. نقشه‌ای که علاوه بر رعایت نکات زیبایی‌شناختی، دارای حداکثر بهره‌برداری از انرژی‌های موجود در سایت باشد. به‌علاوه باید در طراحی از تأسیساتی استفاده شود که حداقل نشتی و اتلاف انرژی را داشته باشند. یکی دیگر از ملاک‌های طراحی سازگار با طبیعت، طراحی نمای با الهام از طبیعت است. سازه‌ای که در نگاه اول انسان را به یاد عناصر طبیعت می‌اندازد، می‌تواند نوعی فرهنگ‌سازی به‌حساب آید.

یکی دیگر از وظایف معمار، شناخت جامعه هدف است. با توجه به کاربری موردنیاز پروژه، عناصر و اجزای طراحی شکل می‌گیرد. برای مثال اگر مقصود طراحی یک مدرسه با رویکرد اکوتکنولوزیکی باشد، بنا باید طوری طراحی شود که علاوه بر صرفه‌جویی در مصرف انرژی و به حداقل رساندن آلودگی‌های زیست‌محیطی، رویکرد آموزشی نیز داشته باشد. همچنین باید از سایه‌اندازی‌ها و آفتاب‌گیری‌های نامتعارف جلوگیری گردد چراکه در تابستان و زمستان افراد را با مشکلاتی نظیر عدم تعدیل دما و غیرقابل استفاده شدن مواجه می‌سازد.

یکی دیگر از معیارهای طراحی مناسب بنا، توجه به فرهنگ استفاده‌کنندگان است. طراحی بنا باید به‌گونه‌ای باشد که مغایر اعتقادات، مذهب و نژاد جلوه نکند (شاه‌حسینی و قلهکی، 1387).

بهینه‌سازی مصرف انرژی ساختمان‌ها

بسیاری از مسائل زیست‌محیطی به‌طور مستقیم یا غیرمستقیم به انرژی مربوط می‌شوند، بهره‌برداری از انرژی پایدار یکی از مهم‌ترین پیش‌نیازهای توسعه پایدار است. به‌طورکلی، عامل تقریباً 40% از کل مصرف سالیانه انرژی جهان، ساختمان‌ها هستند. پیامدهای مصرف انرژی برای محیط‌زیست موجب گردیده که معماران در طراحی به پیروی از مفاهیم پایداری روی‌آورند. فناوری‌های انرژی تجدید پذیر و حفاظت از انرژی دو راه‌کار برای توسعه پایدار انرژی هستند. در حال حاضر، فناوری صرفه‌جویی در انرژی یک روش عملی و مؤثر برای دست‌یافتن به توسعه پایدار انرژی و زیست‌محیطی است، ازاین‌رو کاهش مصرف انرژی عموماً منجر به کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای و دیگر آلاینده‌ها در محیط‌زیست می‌شود. در مقوله مصرف انرژی در بخش ساختمان، دو نوع مؤلفه را می‌توان نام برد: انرژی‌های نهفته که به انرژی‌های به‌کاررفته در فرآیند ساخت، اطلاق می‌گردد و دیگری انرژی‌های عملکردی که در هنگام بهره‌برداری از ساختمان مورداستفاده قرار می‌گیرند. استفاده از انرژی تجدید پذیر و سامانه‌های ایستا و پویا در ساختمان‌ها، می‌تواند به طرز قابل‌توجهی به کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی کمک کند؛ اما در اینجا، بهینه‌سازی مصرف انرژی، مهم‌تر از همه، موردبحث قرار می‌گیرد. انرژی‌های تجدید پذیر در کنار مصرف بهینه انرژی، معنی پایدار را به خود می‌گیرند. شماری از مهم‌ترین اهداف مصرف بهینه انرژی با رویکرد پایداری، عبارت‌اند از: به حداقل رساندن مصرف انرژی، افزایش راندمان انرژی، ایجاد الگوی مصرف بهینه انرژی و استفاده از منابع پایدار انرژی به‌منظور افزایش کیفیت زندگی انسان و حفاظت از محیط‌زیست. ازآنجاکه در انرژی، پایداری مدنظر است، رسیدن به چنین شرایطی با به‌کارگیری انرژی‌های تجدید پذیر، بالا بردن بهره‌وری انرژی، به حداقل رساندن تأثیرات منفی و بهینه‌سازی مصرف انرژی‌های پایدار امکان‌پذیر است. (زرین وفا، 1392).

استفاده از مصالح سازگار با طبیعت

مصالح قابل بازیافت و استفاده مجدد به حفظ منابع طبیعی کمک شایانی می‌کنند. همچنین مصالحی مانند چوب که قابل‌تجزیه باشد نیز موجب کاهش نخاله‌های ساختمانی می‌گردد. در مقررات ملی ساخت‌وساز مبحثی به نام مبحث 19 وجود دارد که این مبحث مقررات زیر را در ساخت‌وساز به‌عنوان الگوی کلی ساخت‌وساز در جهت بهینه‌سازی مصرف انرژی بیان می‌دارد:

• نصب پنجره‌هاي دوجداره با قاب‌هاي فلزي ترمال‌بريك، چوبي و يا PVC استاندارد
• عايق‌كاري كانال‌هاي هوا، لوله‌هاي تاسيسات و سيستم توليد آب‌گرم
• نصب سيستم‌هاي کنترل‌کننده موضعي نظير شيرهاي ترموستاتيك بر روي رادياتورها
• نصب سيستم‌هاي كنترل مركزي هوشمند و مجهز به سنسور اندازه‌گيري دماي هواي محيط
• عايق‌كاري ديوارهاي خارجي ساختمان (شرکت بهینه‌سازی مصرف سوخت، بی‌تا).

مصرف انرژی در ساختمان

مطالعات برنامه سال 2030 در ایالات‌متحده نشان‌دهنده سهم 40% ساختمان‌ها در کل انرژي مصرفی جهان است. این بخش شامل تمامی ساختمان‌ها با تمامی کاربری‌ها ازجمله مسکونی، اداري، تجاري، آموزشی، هتل و سایر موارد است.

بر مبناي اطلاعات ارائه‌شده در ترازنامه انرژي سال 1390 ایران از سوي وزارت نیرو، در ایران نیز 40% کل انرژي مصرفی شامل تمامی انواع انرژي مربوط به ساختمان‌ها می‌باشد