خانه شیشه ای
یاسمن آسا :انگلیسی ها ضرب المثلی دارند که می گوید: « اگر در خانه ای شیشه ای زندگی می کنی، به سوی خانه دیگران سنگ میانداز»؛ شاید برای ساکنان خانه شیشه ای این سخن فراتر از یک مثل از باشد.
مفهوم طراحی
خانه شیشه ای آخرین یافته های تحقیقات نانوتکنولوژی (Nano technology) در سراسر جهان را به معرض نمایش می گذارد.
این خانه در کنار ارائه محصولات موجود در بازار تجاری، پیش نمونه هایی از تحقیقات اخیر در علوم مصالح را نیز عرضه می نماید تا اثرات این محصولات در موارد زیر را نشان دهد:
1. بهسازی شیوه زندگی؛
2. بهبود بخشیدن به وضعیت نور طبیعی، حرارت و پژواک شناسی در ساختمان؛
3. پایین بردن هزینه های تعمیر و نگهداری در طول عمر مفید ساختمان.
اساس خانه شیشه ای بر مبنای طراحی فضایی مسکونی حساس به محیط زیست و فوق العاده صرفه جو در مصرف انرژی، با استفاده از پیشرفته ترین تکنولوژی مصالح می باشد.
چرا باید از نانوتکنولوژی استفاده کنیم؟
نانوتکنولوژی بخشی تکوین شده در علوم است که در ارتباط با کنترل ماده در مقیاس اتمی و مولکولی است.
دامنه وسیعی از نانوتکنولوژی ها با مصارف رایج و بالقوه وجود دارند. با کنترل مولکولی ماده می توانیم مصالحی هوشمند بسازیم که ویژگی های آنان در واکنش به برخی محرک های محیطی، از جمله دستورات افراد، تغییر نماید. حتی ممکن است بعضی از مصالح هوشمند مانند کارخانه های فوق العاده کوچکی جهت تولید سایر محصولات یا ابزار عمل کنند.
تفکر درباره نانوتکنولوژی با استفاده از معنایی چندگانه شیوه ای صحیح نیست، بلکه باید راه هایی را مورد آزمایش قرار داد که از طریق آنها تکنولوژی هایی که تحت تاثیرات اندازه ماده عمل می کنند، خود را اثبات نمایند. این بدین معناست که ما می توانیم انواع تولیدات و فرآیندهایی را فهرست بندی نماییم که شروع به استفاده از کنترل ماده به شیوه فوق ریز اندازه (nanoscale) کرده اند.
برخی از نانوتکنولوژی های رایج و مصارفشان شامل موارد زیر می شوند:
مصالح هوشمند
مصالح هوشمند تقریبا توانی پایان ناپذیر دارند، آنها می توانند در واکنش به محیط پیرامون خود چنان تغییر کنند که مصالح طبیعی (فاقد هوش) قادر به آن نیستند. در برخی از این مصالح کامپیوترهای بسیار کوچکی کار گذاشته شده است که قابلیت مخابره علائم را دارند، مانند حلقه های لاستیک اتومبیلی که به ماشین شما می گویند چه زمانی آج روی آنها ناهموار شده است، و یا رنگ دیواری که به هنگام نشت گاز یا اتصال الکتریکی در خانه به شما هشدار می دهد. مصالح واقعاً هوشمند می توانند طبق دستور رنگ عوض کنند یا در طول روز به تولید الکتریسیته پرداخته و در شب آن را در اختیار شما قرار دهند. رنگ دیواری را تصور کنید که خود را تمیز نگاه داشته و در صورت آسیب دیدن به تعمیر خود می پردازد.
ریزگرده ها (nanopowders)
ریزگرده ها برای جذب کامل اشعه فرابنفش در صفحات خورشیدی (که در حال حاضر در بازار موجودند)، و در رنگ ها و لایه های پوشش دهنده بسیار سخت و غلیظ به کار می روند.
نانوتکنولوژی های کربن
ریزلوله ها (nanotubes) و فولرن ها1 را می توان در کاربری های بسیار متنوعی به کار برد، از جمله توزیع دارو، ذخیره هیدروژن، ترانزیستورهای مولکولی، منسوجات هوشمند، فوق رسانه های حرارت بالا و ریز، شارگان شناسی2 (nanofluidics).
الکترونیک مولکولی
ممکن است که آینده علم کامپیوتر وابسته به آرایه های ترانزیستوری باشد که به جای استفاده از نیمه رساناها از مولکول هایی استفاده کنند که همچون یک کلید عمل می کنند. احتمالا ابزار الکتریکی مولکولی در محیط زیست هایی که نیمه رساناها نمی توانند وارد شوند، همچون محیط های بیولوژیکی، سودمند خواهند بود.
خانه شیشه ای نمایشی از مصالح فیزیکی و شبیه سازی های کامپیوتری را نیز دربرمی گیرد که به زبانی ساده و ملموس توضیح می دهند که چگونه پوشش ها و مصالح مهندسی نانو (nano-engineered) می توانند در شرایطی خانگی عمل کنند.
این خانه نشان خواهد داد که چگونه این پوشش ها می توانند با کنترل طول موج انتخابی از ویژگی های مصالح، انعکاس، جذب و انتقال نور از میان و بر روی سطوح را تغییر دهند. در نتیجه این پوشش ها می توانند خصوصیات مصالح ساختمانی را نسبت به آنچه که ما می شناسیم عوض کنند.
(جهت کسب اطلاعات بیشتر درباره نانوتکنولوژی ها می توانید به سایت www.nano.uts.edu.au مراجعه نمایید).
چرا شیشه؟
استرالیایی ها ترجیح می دهند که ساختمان هایشان را باز بگذارند تا از نور روز، مناظر و جریان هوای آزاد به درون خانه حداکثر استفاده را ببرند. در گذشته این مسئله با هزینه های بالقوه بالای تولید گرما در زمستان و سرما در تابستان داد و ستدی را به وجود آورده بود. با این وجود، با تکنولوژی نوین پوشش دهی بر شیشه ها، مشکلات تا حد زیادی بهبود یافته اند. اکنون می توانیم از محصولات پیشرفته فنی برای تغییر پیامدهای محیطی در فضاهای گسترده شیشه ای استفاده نماییم.
خانه شیشه ای پیشرفت های اخیر در فن آوری و مهندسی شیشه توسط پیلکینگتون (Pilkington) و جی. جیمز (G. James) را به معرض نمایش می گذارد:
•کیفیت های انتخابی-طیفی،
•عملکرد بهبود یافته حرارتی، و
•ویژگی خود شویندگی شیشه.
خانه شیشه ای چندین نوع گوناگون از شیشه را به نمایش می گذارد. یکی از این انواع شیشه Pilkington Activ است که پوشش خارجی شفافی دارد و به کمک نانوتکنولوژی از نیروهای طبیعت – نور طبیعی فرابنفش و باران – استفاده می کند تا شیشه را در برابر آلودگی های طبیعی پاکیزه نگهدارد. این شیشه جهت حفظ امنیت، کاهش صدا و کنترل نوسان روکش (laminate) شده است.
راز این شیشه خود شوینده در پوشش ویژه نانوتکنولوژی آن نهفته است که در دو مرحله عمل می کند:
1. استفاده از فرآیند «کاتالیزور نوری» (photocatalytic)، که پوشش در برابر اشعه های فرابنفش نور طبیعی روز واکنش نشان داده و آلودگی طبیعی را خرد و متلاشی می سازد.
2. قسمت دوم فرآیند هنگامی رخ می دهد که آب باران بر شیشه می خورد. از آنجا که شیشه «آب دوست» (hydrophilic) است، باران به جای آنکه به صورت قطرات آب شکل بگیرد به صورت یکسان بر تمام سطح پخش می شود و جریان آن کثیفی را با خود می شوید.
در مقایسه با شیشه معمولی، آب بر این شیشه ها بسیار سریع تر خشک می شود و در نتیجه جای بدنمای قطره های خشک شده بر شیشه نمی ماند.
این پوشش بی وقفه کار می کند و هر زمان که باران ببارد آلودگی ها را می شوید، یا اینکه می توان در فصول بدون بارش به کمک جریان ملایم آب شلنگ آن را فعال کرد. تنها میزان اندکی اشعه فرابنفش برای فعال کردن این پوشش کافی است، از اینرو حتی در روزهای ابری هم کار می کند.
چگونه این خانه سرهم می شود:
خانه شیشه ای در سه بخش متشکل از جام های 4/2×4/6 متر که هر کدام حدود 5 تن وزن دارد توسط دو کامیون به محل حمل می شود.
این خانه کاملا از پیش ساخته شده و تقریبا تمام آن از شیشه است.
• سقف به قطر 16 میلیمتر متشکل از شیشه مقاوم شده با گرد لعاب، یا نقوش حکاکی شده بر آن است تا دریافت انرژی خورشیدی را کاهش دهد.
• دیوارها از شیشه یک تکه 16 میلیمتری می باشند.
• یک سمت خانه با شیشه خود شوینده Pilkington Activ ساخته شده و سایر دیوارها از شیشه های Pilkington Solar E Plus و Low E تشکیل شده اند.
• کف شیشه ای به ضخامت 30 میلیمتر متشکل از دو لایه 12 میلیمتری و یک لایه ضربه گیر محافظ 16 میلیمتری بر روی آنهاست.
کف های چوبی قسمت ورودی با پوشش نانوتکنولوژی پردازش شده اند تا از رنگ باختگی در زیر نور فرابنفش محافظت شوند.
ممکن است قاب های فولادی سازه ورودی در آینده با پوشش نانوتکنولوژی پرداخته شوند تا عملکرد آنها نیز قابل تغییر باشد.
ویژگی های زیست محیطی
همه ما دوست داریم که خانه هایمان دلباز و سرشار از نور طبیعی باشد. در گذشته این مسئله هزینه های گزافی برای تولید حرارت و سرمای مناسب را بر دوش ما تحمیل می کرد. خانه شیشه ای نشان می دهد که چگونه پیشرفت های اخیر در فن آوری شیشه قادر به خلق طرحی حساس به محیط زیست و با مصرف کم انرژی است.
ویژگی های زیست محیطی این خانه شامل:
سلول های نیروزای نوری (photovoltaic) واقع بر سقف الکتریسیته تولید می کنند. این سلول ها همچون کرکره ای زاویه دار قرار گرفته اند تا نفوذ انرژی خورشیدی بدرون ساختمان را متعادل سازند.
•شیشه های Pilkington Solar E Plus و Low E قابلیت تشعشع پایین دارند و گرمای ناخواسته تابستانی را کاهش داده در حالی که در زمستان حرارتی مطبوع را در خود حفظ می نمایند.
•نماهای غربی و شرقی شیشه های کرکره ای دارند که جریان طبیعی هوا جهت خنک کردن ساختمان را تولید می کنند.
•به علاوه می توانید با افزودن صفحات غلتکی پوشیده شده با تار و پود نانوتکنولوژی مانع ورود آفتاب اضافی شوید.
سابقه تاریخی یا تئوریک
خانه فارنزورث (Farnsworth House) (1945) اثر مییز ون در روهه (Mies van der Rohe) عمارت کلاه فرنگی متمایزی بود که معلق بر بالای چمنزاری بنا شده بود. آن عمارت تنها از دو صفحه – یک سقف و یک کف، احاطه شده با شیشه تشکیل شده بود و بر هشت ستون فولادی تکیه داشت. این جعبه شفاف یکی از بنیادگرایانه ترین خانه های مینیمالیستی بود که تا آن زمان طراحی شده بودند. چهار سال بعد آرشیتکت امریکایی فیلیپ جانسون (Phillip Johnson) در کانتی کات خانه ای شیشه را طراحی نمود.
خانه شیشه ای آینده، همانند اسلافش مادیت معماری، استفاده از سازه، تکنولوژی و طراحی خانه در قرن بیست و یکم را به مبارزه می طلبد.
درباره UTS و نانوتکنولوژی
موسسه UTS نانوتکنولوژی درگیر تحقیقات گسترده ای در این زمینه است و خانه شیشه ای بهترین پروژه آن است. این خانه به عنوان ابزاری آموزشی عمل می کند – بالا بردن آگاهی عمومی درباره پیامدهای فن آوری نوین. همچنین به نانوتکنولوژی های تازه تکوین شده نیز این فرصت را می دهد تا به کار گرفته شوند، نمایش داده شده و در ساختمان های واقعی مورد امتحان قرار گیرند.
پانوشت:
1- Fullerene: هر یک از اشکال کربن که به صورت سازه ای توخالی از اتم های متصل به هم تشکیل شده اند.
2- Fluidics: فن مهارسازی جریان چیزهای سیال برای محاسبه یا اندازه گیری و یا به جای مدارهای الکترونیکی.
