نمای ساختمان تطبیقی نمای کامپوزیت

نمای ساختمان تطبیقی نمای کامپوزیت

پیشرفت های تکنولوژیکی در سیستم های کنترل الکتریکی، مهندسی کامپیوتر، فناوری اطلاعات، هوش مصنوعی، سایبرنتیک و علم مواد فرصت هایی را برای استفاده از موجودیت های پویا در معماری فراهم کرده است و ایده نمای ساختمان فعال را در دهه 1960 آغاز کرده است.

در این مقاله، فناوری‌های کنترل، سنجش و فعال‌سازی پیاده‌سازی شده در سیستم‌های نمای ساختمان پاسخگو، مورد بحث قرار گرفته و پنج دسته اصلی از فناوری‌های مورد استفاده در موارد موجود نمای ساختمان شناسایی می‌شوند. فناوری‌های نماهای واکنش‌گرا بر اساس انواع فناوری غیرفعال، فناوری اطلاعات و فناوری مواد پیشرفته طبقه‌بندی می‌شوند.

همچنین فناوری های اجرا شده، با هم مقایسه می شوند تا دلایل استفاده از یک فناوری خاص مشخص شود. بر اساس مقایسه، یک فناوری یکپارچه پیشنهاد شده است که از مزایای فناوری های قبلی با هدف دستیابی به کارایی بهتر استفاده می کند.

پوشش‌های ساختمانی تطبیقی می‌توانند با استفاده از مواد، اجزاء و سیستم‌ها رفتار خود را در زمان واقعی با توجه به پارامترهای داخلی-خارجی تغییر دهند، در بهره‌وری انرژی و اقتصاد ساختمان بهبودهایی ایجاد کنند.

بنابراین، نمای ساختمانهای تطبیقی می‌توانند سهم قابل توجهی در تحقق اهداف 2020 اتحادیه اروپا داشته باشند. چندین نوع مختلف از مفاهیم نمای تطبیقی در حال حاضر توسعه یافته اند، و افزایش راه حل های نوظهور و نوآورانه برای آینده نزدیک انتظار می رود.

هدف این مقاله کمک به این تحولات با ارائه یافته های تحلیل مفاهیم موجود و مطالعات موردی و با پیشنهاد رویکردی جدید برای توصیف این عناصر است.

مقدمه

مطالعات اخیر نشان می دهد که در کشورهای توسعه یافته مردم به طور متوسط 90 درصد از زمان خود را در داخل خانه می گذرانند. این روند منعکس کننده تعداد زیادی از نیازهای محیط داخلی است، جایی که ساختمان ها نقش کلیدی در تضمین رفاه مردم دارند.

آمار همچنین نشان می دهد که از نظر مصرف انرژی اولیه، ساختمان ها حدود 40 درصد را در اکثر کشورهای آژانس بین المللی انرژی تشکیل می دهند. در این زمینه، ابداع استراتژی هایی، برای ذخیره انرژی ساختمان، برای دستیابی به اهداف تعیین شده از نظر بهره وری انرژی و تغییرات آب و هوایی که توسط کشورهای مختلف تعیین شده است، اهمیت اساسی دارد.

در اروپا، یکی از مهمترین اسناد قانونی با هدف بهبود بهره وری انرژی ساختمان های اروپایی، دستورالعمل 2010/31/EU4 است. یک عنصر کلیدی این دستورالعمل، الزامات آن در مورد ساختمان‌های انرژی تقریباً صفر است. سیاست های مشابهی نیز در سایر کشورهای توسعه یافته خارج از اروپا (مانند ایالات متحده آمریکا و کانادا) ترویج شد. با توجه به اینکه نمای ساختمان پارامتر اصلی است، که بر عملکرد انرژی ساختمان ها تأثیر می گذارد، المان های نمای ساختمان باید طوری طراحی شوند که انعطاف پذیری لازم را از نظر جریان انرژی و آسایش حرارتی به ساختمان ها ارائه دهند.

استانداردهای فعلی مستلزم این است که نما های ساختمانی به عنوان سیستم های مکانیکی کارآمد در مصرف انرژی رفتار کنند که قادر به واکنش به شرایط خارجی غیرمستمر و متغیر باشند. در عمل این بدان معناست که برای رسیدن به سطوح تعیین شده کارایی و عملکرد، نمای ساختمان نیاز به تغییر یا انطباق دارد.

هدف

بنابراین، اتخاذ نماهای تطبیقی ​​فرصت هایی را برای کاهش قابل توجه مصرف انرژی ساختمان و انتشار CO2 فراهم می کند، در حالی که آسایش حرارتی و بصری ساکنان را حفظ می کند. چندین نوع مختلف از مفاهیم نمای تطبیقی ​​(مواد، اجزا و سیستم‌ها) قبلاً توسعه یافته‌اند، و افزایش راه‌حل‌های نوظهور و نوآورانه در آینده نزدیک انتظار می‌رود.

هدف این مقاله کمک به این پیشرفت ها با هدف ارائه طبقه بندی مصالح، اجزا و سیستم های تطبیقی ​​نمای ساختمان بر اساس پارامترهای داخلی و خارجی است.

نماهای ساختمان تطبیقی

طبق تحقیقات اخیر، اصطلاح تطبیقی در زمینه نمای ساختمان اغلب در ادبیات با فهرست طولانی از اصطلاحات مشابه همراه است. در حالی که معنای برخی از این اصطلاحات در زمینه نمای ساختمان کاملاً مشخص نیست، تعریف نمای تطبیقی در این مطالعه به عنوان مبنای مشترک از توصیفی استفاده می‌کند که بر اساس آن نماهای تطبیقی از سیستم‌های چند منظوره بسیار تطبیقی تشکیل شده‌اند، که در آن جداکننده فیزیکی بین محیط داخلی و خارجی (یعنی نمای ساختمان) قادر است عملکردها، ویژگی ها یا رفتار خود را در طول زمان در پاسخ به الزامات عملکرد گذرا و شرایط جوی با هدف بهبود عملکرد کلی ساختمان تغییر دهد.

با توجه به چارچوب معنایی فوق، نماهای تطبیقی باید پاسخ مناسبی به تغییرات محیط داخلی و خارجی برای اطمینان یا بهبود نیازهای عملکردی پوشش ها از نظر گرما، جریان هوا و بخار آب، نفوذ باران، تابش خورشیدی، صدا، آتش سوزی، استحکام و ثبات و زیبایی شناسی ارائه دهند. 

بنابراین، نماهای تطبیقی ​​چند منظوره باید بتوانند به طور مکرر و برگشت پذیر در طول زمان به تغییرات الزامات عملکرد و تغییر شرایط جوی پاسخ دهند. به عبارت دیگر، نماهای تطبیقی ​​می توانند عایق و جرم حرارتی قابل کنترل، تبادل حرارت تابشی، تهویه، برداشت انرژی، نور روز، سایه خورشیدی یا کنترل رطوبت را ارائه دهند.

علاوه بر این، در زمینه مصرف انرژی نزدیک به صفر، که در آن ساختمان‌ها باید در زمینه انرژی صفر و شهر هوشمند تعامل داشته باشند تا انعطاف‌پذیری عملیاتی مورد نیاز برای جلوگیری یا کاهش عدم تطابق را فراهم کنند، چنین نماهایی می‌توانند نقش مهمی ایفا کنند.

با توجه به پیچیدگی موضوع و متغیرهای متعدد مؤثر بر عملکرد این سیستم ها، در چهار گروه کاری سازماندهی شده است:

تقسیم بندی تحقیق نماهای ساختمان تطبیقی

الف: فناوری‌ها و محصولات تطبیقی.

ب: عملکرد مؤلفه و روشهای مشخصه.

ج: یکپارچه سازی کل ساختمان و روش های ارزیابی کل عمر نماهای تطبیقی.

د: انتشار و تحقیقات آینده.

مطالعه حاضر بخشی از کار توسعه‌یافته در گروه الف- فناوری‌ها و محصولات تطبیقی ​​- است که هدف اصلی آن توسعه فناوری‌ها، مصالح و سیستم‌های جدید نمای تطبیقی ​​است.

روش‌های مشخص‌سازی و سؤالات تحقیق نمای ساختمان

از زمانی که علاقه به طراحی و توسعه مصالح ساختمانی تطبیقی و سیستم‌های نمای پویا وجود داشته است، تلاش‌هایی نیز برای طبقه‌بندی مفاهیم مختلف در زیر گروه‌هایی با ویژگی‌های مشترک صورت گرفته است. چندین مقاله مروری جامع اخیراً در مورد دسته‌های مختلف مفاهیم نمای تطبیقی مانند لعاب تطبیقی، مواد تغییر فاز، نماهای خورشیدی و سیستم‌های روشنایی روز منتشر شده است.

در حالی که این انتشارات عمدتاً به عنوان نمای کلی یا پایگاه داده راه حل ها عمل می کنند، عملکرد یک طرح یا رویکرد طبقه بندی عمیق تر است، زیرا سعی می کند روابط بین مفاهیم مختلف را شناسایی کند و در نتیجه افزایش درک این زمینه چند رشته ای را هدف قرار می دهد. شهود پشت این رویکرد تشخیص الگوها و شناسایی مفاهیم ناشناخته و در نتیجه کمک به هموار کردن راه برای توسعه اجزای نمای تطبیقی با پتانسیل بالا و نوآورانه است.

پارامترهای مشخصه

با توجه به طرح علمی، قبل از حرکت به سمت ارزیابی و آزمایش عملکرد نماهای تطبیقی، ضروری است که آنها را از نظر فناوری و هدف مشخص کنیم. این دو پارامتر همراه با سایر پارامترهای کلیدی خلاصه شده است. هدف نمای ساختمان یا مصالح با ظرفیت تطبیقی این ​​است که می تواند با آسایش حرارتی، عملکرد انرژی، کیفیت هوای داخل ساختمان و عملکرد بصری و صوتی، از جمله سایر الزامات مرتبط باشد. دلایل اتخاذ نماهای تطبیقی یکی از مهم ترین مشکلات در این بررسی تلقی می شود که به همین دلیل تحلیل ساختمان های موجود در پایگاه داده بر روی این پارامتر اول متمرکز خواهد شد.

عوامل خارجی نمای ساختمان

درک نیاز به سازگاری در بافت هر ساختمان یک کار پیچیده است. به همین دلیل و از آنجایی که نمای ساختمان باید به تغییرات عوامل داخلی و خارجی پاسخ دهد، در مورد این مطالعه اساساً بر تجزیه و تحلیل نیاز به سازگاری ناشی از عوامل خارجی تمرکز می کنیم. برای انجام این کار، یک نمونه نماینده از 130 ساختمان مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت که اکثر آنها در آب و هوای معتدل، 63 ساختمان در آب و هوای معتدل گرم و 29 ساختمان در آب و هوای معتدل دریایی، بر اساس سامانه طبقه‌بندی اقلیمی کوپن قرار دارند.

عوامل خارجی در نظر گرفته شده برای تجزیه و تحلیل تابش خورشیدی، دمای فضای باز، باد، رطوبت، بارش و سر و صدا بود. نمای تطبیقی در پاسخ به عوامل خارجی برای ارائه یک محیط داخلی قابل قبول عمل می کند که می تواند از نظر راحتی حرارتی، عملکرد انرژی، IAQ، عملکرد صوتی، عملکرد بصری و دوام توصیف شود.

همانطور که در این مرحله می توان تصور کرد عوامل خارجی ممکن است به طرق مختلف بر مقوله های آسایش انسان تأثیر بگذارند. که در ادامه به اختصار توضیح داده شده است.

عوامل خارجی عبارتند از:

تشعشعات خورشیدی: مقدار نور خورشید باید به طور مداوم بین رفع نیازهای آسایش حرارتی و آسایش بصری متعادل شود.

دما و رطوبت فضای باز: این پارامترها در طول روز و در طول سال متفاوت هستند و یکی از مهم ترین عوامل در طراحی گرمایش و سرمایش غیرفعال می باشند. نوسانات دما و رطوبت فضای باز به انتقال گرما و رطوبت در سطح نمای ساختمان مربوط می شود.

باد و بارش: این ویژگی‌های محیط بیرونی نیز احتمالاً بر آسایش انسان تأثیر می‌گذارند و باید در طراحی نما مورد توجه قرار گیرند. از این نظر، مشخص شده است که باد می تواند تهویه طبیعی را فراهم کند و به طور غیر فعال آسایش ساکنین را افزایش دهد، علاوه بر این به بارش در حرکت از طریق نمای ساختمان (بارش باد محور) کمک می کند.

سر و صدا: ساختمان ها اغلب در معرض سر و صدای بیرون (صدای محیطی) ناشی از ترافیک هستند که با تنوع زمانی شدید مشخص می شود. طراحی صدا و اجرای کنترل صدا در سطح نماهای تطبیقی می تواند نقش اساسی در به دست آوردن راحتی آکوستیک کافی در داخل اتاق ها داشته باشد.

روش های شخصیت پردازی نمای ساختمان و سوالات تحقیق

دو نوع تجزیه و تحلیل مختلف بر روی 130 ساختمان انجام شد. اولین تحلیل با هدف یافتن توزیع عوامل خارجی بر روی همه ساختمان ها صرف نظر از نوع یا آب و هوا انجام شد.

نوع اول:

دلایل اتخاذ نماهای تطبیقی یا عناصر نمای ساختمان بیشتر به تابش خورشیدی و دمای بیرون مربوط می شود. سپس باد و بارش به نسبت مساوی و به دنبال آن رطوبت با 13 درصد یافت می شود. نویز با حضور در 6 درصد موارد در جایگاه آخر توزیع ظاهر می شود.

نوع دوم:

تجزیه و تحلیل با هدف یافتن اینکه آیا توزیع عوامل خارجی با معیارهای مختلف ظاهر می شود، زمانی که ساختمان ها بر اساس نوع یا آب و هوا سازماندهی می شوند، انجام شد. برای این منظور ساختمان ها در دو دسته مسکونی (51 درصد) و غیر مسکونی (49 درصد) طبقه بندی شدند و پراکندگی مجدداً محاسبه شد.

مقایسه توزیع عوامل خارجی تعداد بیشتری از ویژگی‌های تطبیقی مرتبط با تابش خورشیدی را در ساختمان‌های مسکونی نشان می‌دهد. عوامل خارجی مانند رطوبت و بارندگی نیز در ساختمان های مسکونی با درصد بیشتری ظاهر می شوند. با این حال، این امر به نوعی، با توجه به مقدار زیادی از ناحیه مات پوشش موجود در مورد ساختمان های مسکونی، که معمولاً تحت تأثیر بارش و تراکم رطوبت قرار می گیرد، انتظار می رفت.

توزیع بر اساس ویژگی های آب و هوایی با ساختمان های گروه بندی شده بر اساس طبقه بندی آب و هوای کوپن، تفاوت های قابل توجهی را بین ساختمان ها نشان نداد. با این حال، با توجه به اینکه فناوری‌ها و محصولات تطبیقی در مورد لعاب متفاوت از موارد اعمال شده در مورد دیوار مات هستند، یک تحلیل مقایسه‌ای اضافی بر این اساس انجام شد.

همانطور که انتظار می رود، این رویکرد نشان می دهد که تمام راه حل های تطبیقی اعمال شده برای پنجره ها دارای تابش خورشیدی هستند، واقعیتی که تأثیر شناخته شده تابش خورشیدی بر پنجره ها را تأیید می کند. تجزیه و تحلیل بیشتر این شکل نشان می دهد که باد کمتر با پنجره ها نسبت به دیوارها ارتباط دارد و رطوبت و صدا در مورد پنجره ها اصلا وجود ندارد. فقدان ویژگی های تطبیقی در سطح پنجره ها با هدف کنترل جریان هوا و سر و صدا، مشاهده شگفت انگیزی است.

نتیجه گیری

یک مطالعه تحلیل داده ساده برای ارزیابی عوامل خارجی مرتبط با نیاز به نماهای تطبیقی طراحی شد. این مطالعه که بر روی نمونه ای نماینده از 130 ساختمان موجود در یک پایگاه داده انجام شده است، ویژگی های جالبی را در مورد نیاز به سازگاری در زمینه نمای ساختمان نشان داده است.

مشخص شد که تابش خورشیدی همراه با دمای خارج از منزل، رایج‌ترین عوامل خارجی مرتبط با نماهای تطبیقی هستند. از آنجایی که این عوامل تأثیر مستقیمی بر آسایش حرارتی و بصری و عملکرد انرژی ساختمان‌ها دارند، منطقی است که نتیجه بگیریم که پروژه‌های نماهای تطبیقی موجود به عنوان هدف اولیه بهبود آسایش انسان هستند. اگرچه مطالعات نماهای تطبیقی نیاز به بررسی های بیشتر دارد و شبکه نما تطبیقی هنوز در مراحل اولیه است، اعتقاد بر این است که این مقاله بینش مفیدی برای توسعه اجزای نمای تطبیقی با پتانسیل بالا و خلاقانه ارائه دهد.

نمای ساختمان

نمای ساختمان بر آسایش حرارتی داخل ساختمان تأثیر می گذارد. اثرات دوگانه کاهش مصرف انرژی ساختمان و بهبود آسایش حرارتی داخلی را می توان با اتخاذ یک طراحی غیرفعال به شیوه ای معقول به دست آورد. نمای ساختمان های پایدار با کارایی بالا، محفظه های بیرونی هستند که از کمترین انرژی ممکن برای حفظ محیط داخلی راحت استفاده می کنند که باعث ارتقای سلامت و بهره وری ساکنان ساختمان می شود.

هدف از این تحقیق بررسی و درک سیستم های نمای ساختمان با کارایی بالا، به ویژه در ساختمان های بلند در معماری معاصر امروزی است. در این مقاله از روش تحقیق ارزیابی کیفی استفاده شده است. روش تحقیق شامل مطالعات موردی، مشاهده بصری و جمع آوری داده ها می باشد. روندهای مختلف مدرن در سیستم نمای ساختمان با کارایی بالا که در ساختمان های بلند معاصر در سراسر جهان از طریق پنج مطالعه موردی به کار گرفته شده است در این مقاله تحلیل شده است.