چکیده:

معماری در تمام دوران های مختلف همواره پاسخگو به فرهنگ آن دوره است. نقش معماری، استقرار فرهنگ زمان خود و غنی سازی آن است و این کار از راه نوآوری و شناساندن اندیشه های چالش انگیز صورت می گیرد. در دوران حاضر که تمامی جنبه های زندگی انسان ها تحت تاثیر پیشرفت روز افزون تکنولوژی و پیامدهای آن قرار گرفته است، این مقاله بر آن است تا از با استفاده از مصالح هوشمند که خود گونه ای از تکنولوژی هستند در جهت مهیا ساختن محیطی همساز با شرایط آسایش انسان، با بکارگیری مصالح معماری بومی به نوعی پایداری محیطی در فضاهای ساختمان برسد تا شرایط مناسب برای انسان را ایجاد کند. بوم گرایی را می توان آموزه ای دانست که از خواستار باز آمدن، باز آوردن یا ادامه رسوم، باورها و ارزش های فرهنگی بومی است که در باورهایی عمیق چون مقاومت در برابر فرهنگ غیر، ارج نهادن به هویت اصیل و راستین قومی خویش و آرزوی بازگشت به سنت فرهنگی آلوده نشده بومی، ریشه دارد.

این مقاله تحقیقات بنیادی است، و روش تحقیق آن مبانی نظری می باشد؛ روش گردآوری اطلاعات بر اساس منابع مکتوب کتابخانه ای انجام شده و تلاشی است جهت اینکه معماری بومی این کشور را به جایی برساند که علاوه بر ترکیب با تکنولوژی هوشمند با ایجاد محیطی سالم تر، میزان بازدهی را بالاتر برده و از هدر رفتن انرژی جلوگیری کند و همچنین خطرات زیست محیطی ای که امروزه در ارتباط با معماری مطرح است را کاهش دهد.

واژگان کلیدی: مصالح هوشمند، خانه های هوشمند، مصالح بوم آور، معماری بومی، کنترل شرایط محیطی.

مقدمه:

وجود ساختمان های هوشمند در دنیای جدید اجتناب ناپذیر است. یک ساختمان هوشمند بنایی است که توانایی پاسخگویی به نیازهای کاربرانش را داشته باشد. اهدافی که با ساخت یک ساختمان هوشمند به دست می آیند، تقریبا تمام وجوه زندگی انسان را در بر می گیرد. بهره وری، ر اندمان بالا، ذخیره انرژی، آسایش و افزایش عمر بنا نمونه هایی از این نوع اهداف است که با ساخت یناهای هوشمند به دست می آیند. اگر اثری بتواند در هر لحظه با توجه به نیازها خود را با امکانات و محدودیت ها هماهنگ سازد، می تواند با بهترین بازده اقتصادی به صورت بهینه عمل کند. بهترین مثال برای این جریان، خود طبیعت می باشد که در آن موجودات زنده، خود را در زمان واقعی با محیط هماهنگ، و نیازهای خود را برآورده می سازند.این امر در درجه اول مستلزم آگاهی کامل اثر از شرایط و داده های محیطی می باشد. در دهه اخیر با پیدایش تکنولوژی های نوین و همچنین پیشرفت در زمینه ی مواد و مصالح و دیگر علوم، زمینه ای برای ار مذکور فراهم گشته است، که می توان آنرا معماری هوشمند نامید.

به منظور ایجاد ارتباطی صحیح بین مصالح بومی و خانه های هوشمند بایستی توجه به طراحی یک ساختمان را به عنوان اینکه پاسخگو به سوالات زیر باشند را در نظر گرفت:
• چگونه می توان موضوع را از جنبه آرمانگرایی دور ساخته و جنبه های عملکردی هوشمند بیشتری به آن بخشیده شود؟

• چگونه می توان علاوه بر معرفی ایده های جدید، از کاربرد صرفا ظاهری فناوری های هوشمند در آینده جلوگیری کرد؟

• چگونه می توان مصالح بومی را در خانه های هوشمند برای آسایش ساکنین بکار برد؟

مسلما معماری بومی که مربوط به گذشته کشورمان است در زمان و مکان خودش مناسب بوده و تکرار آن امری بیهوده است. در این مقاله بهره گیری از مصالح هوشمند با توجه به مفاهیم مصالح بوم آورد در راستای استفاده در خانه های هوشمند، ورد نظر می باشد؛ چرا که با توجه به آثار معماری بومی و مستندات کتابخانه ای، این بناها به خوبی با شرایط اقلیمی مطابقت می کره اند. در این میان، مصالح معماری بومی ایران به عنوان الگویی مناسب در راستای رویکردی هوشمند مورد بررسی قرار گرفته و جنبه های بومی در نمونه های هوشمند ساختمان های امروزی، مورد پیشنهاد قرار می گیرد.

-۱ تعریف معماری بومی:

پدیده معماری بومی خاص هرملتی است که الگوهای دلخواه خویش را براساس عناصرویژه وهماهنگی تصور مردم باخواسته های محیط به وجود آورده است معماری بومی با آنکه در طول تاریخ، دستخوش تحولات دگرگون کننده بوده است، توانسته است هویت ویژه خود را حفظ کند و نمایانگرا روحیه و ذوق، سلیقه و هنر آنان می باشد. امروزه گهگاه سخن از معماری بومی ای به میان می آید که هر شخص بی اختیار به یاد خانه های قدیمی با شکل های همساز و همگون با محیط می افتد؛ آنگونه از معماری که امروزه کمتر در محیط زندگی افراد یافت می شود. می توان معماری بومی را روش طراحی عمومیت یافته ای دانست که از معماری مردمی زاییده و شکل پیشرفته معماری طبیعی است که در ارتباط با آب و هوا، اقلیم و مصالح ساختمانی بیان گردیده است. معماری بومی با مردم همزاد و با محیط همساز است؛ این معماری پیش از آنکه در خور تحسین باشد، شایسته دوست داشتن است زیرا در نتیجه احترام به کل محیط استف خواه آن محیط انسان ساخت باشد یا طبیعی. (ارمغان،گرجی مهلبانی،.(۲۱ :۱۳۸۸

-۲ مصالح معماری بومی:

اینکه مردم در گذشته چگونه با طبیعت اطراف خویش، خاک، سنگ، چوب و مصالح دیگر انس گرفته اند و آنها را تا چه حد تحت اختیار خویش در آورده اند در خور تامل و تفکر است. عوامل بسیار دست در دست هم داده تا ذوق و توان استفاده بهتر از مصالح طبیعی را به مردمی بدهد که با دقت و شکیبایی تمام، به این ابزارها شکل بدهند و آنها را به شکل دلخواه خویش در آورند و به بهترین حالت از آنها استفاده کنند. مرحوم پیرنیا در بررسی ویژگی های معماری ایران به استفاده از مصالح بوم آورد اشاره می کند یا به عبارت ساده تر، استفاده از مواد و مصالح بومی هر محل را یکی از خصوصیات و توفیق های معماری ایرانی اعلام می کند.

امروزه اگرچه استقاده از مصالح جدید باعث نادیده گرفتن مصالح بومی در معماری ایران شده اما با این وجود هنوز بخشی از جوامع روستایی ایران همچنان از مصالح بومی استفاده می کنند و این خود نشانگر ویژگی های خاص این مصالح می باشد. ارزانی، دسترسی ساده به مواد و مصالح در هر نقطه از کشور سبب شده که در جوامع متوسط ایران همواره از مصالح بومی استفاده شود (ویسه،.(۵ :۱۳۹۰ بخش اصلی مصالح بوم آورد به مصالح مصرفی در دیوار، کف و سقف های ساختمان محدود می شود. در شرایط فعلی، ایران بدون مصالحی مانند سیمان و فولاد، ساختمان با دوام ساخته نمی شود (ویسه،.(۷ :۱۳۹۰

این مقاله با توجه به مصالح بوم آورد و بهره گیری از مصالح هوشمند بر آن است که به دلیل رشد جوامع صنعتی در قرن های اخیر و کمبود منابع طبیعی، به ع رصه ای پا بگذارد که مصالح جدیدی ایجاد کند که ضمن همگام شدن با معماری بومی با تکنولوژی و صنعت نیز همساز گردد.

مصالح بومی به طور عمده شامل موارد زیر است:
▪ آجر، در فاصله نسبتا کوتاهی از محل مصرف تولید می شود.

▪ خشت، از خاک محل ساخته می شود.

▪ کاهگل، در اندود داخلی و خارجی دیوارها استفاده می شود.

▪ گچ، در منطقه کوره های ساده سنتی تولید می شود.

▪ آهک، در کوره های ساده محلی سنتی ساخته می شود.

▪ سنگ، از دامنه کوههای محلی جمع آوری یا استخراج می شود.

▪ بلوک سیمانی، با استفاده از ماسه محلی و سیمان در محل تولید می شود.

▪ ورق های سیمانی سقف، با ماسه محلی و سیمان و یا با الیاف مسلح کننده ساخته می شود.
▪ چوب، از باغ ها یا جنگل های منطقه در محل عمل آوری می شود و گهگاه ممکن است چوب بدون عمل آوری مصرف شود.
▪ شن و ماسه، از ذخایر رودخانه ای یا کوهی محلی به دست می آید.

▪ ماسه محلی، در ملات ماسه سیمانی یا ملات باتارد استفاده می شود (ویسه،.(۸ :۱۳۹۰

با توجه به اینکه هر کدام از این مصالح دارای ماهیت خاصی می باشند، مواد و مصالح هوشمند را می توان با توجه به اقلیم گرم و خشک ایران جایگزین این مواد بومی کرد و پی به ماهیت ویژه آنها برد.

-۳ مصالح هوشمند:

در روزهای نخستین که طراحان مواد هوشمند را کشف کردند، آنها را در عملکرد های خاص و یا ابتکاری (مانند انواع مختلفی از فنجان ها که با پرشدن تغییر رنگ می دادند) به کار می بردند. برای درک چگونگی استفاده از مواد هوشمند به عنوان یک

محصول باید دلیل علاقه طراحان را جویا شد و اینکه چه تاثیرات و عملکردهایی مورد نیاز است تا محصولات جدید، ارزان تر شود. به عنوان مثال، پیشرفت های قابل توجه بسیاری در حیطه فنآوری تولید فیلم های نازک ایجاد شده و ساخت محصولات هوشمند بسیاریف نه به دلیل نوآوری در سطح مواد اولیه بلکه به دلیل پیشرفت فناوری های تولید ممکن شده است. پیشرفت فناوری های تولید به بسیاری از مواد هوشمندی که در گذشته تنها به تحقیقات آزمایشگاهی محدود شده بودند، اجازه داده است که در جامعه، طراحی به صورت مفیدی ظهر یابند (آدینگتون،اسکودک،.(۱۲۹ : ۱۳۹۰

فارنز برند ستر محقق پلیمر در BASF، طبق این نظر که معماران فردا به جای طراحی بر طبق خصوصیات مصالح، می توانند ضوابط مصالحی را که در جستجوی آن هستند را مشخص کنند و مصالح برای آنها با توجه به درخواستشان طراحی می شود، در این باره می گوید: به جای پرسیدن اینکه مصالح چه کار انجام خواهند داد می توان پرسید که به چه مصالح و با چه خصوصیاتی

نیاز است ( .(Edwars,2007

با توجه به اینکه مصالح مورد استفاده در اقلیم گرم و خشک ظرفیت حرارتی بالایی دارند و عمدتا از گل، خشت و یا آجر (که می توان با خیس نمودن سطح آن نسبت نگهداری رطوبت شبانه در آن گردید) ساخته می شود؛ می توان دریافت این مصالح کارایی خوبی دارند چرا که در طی ر وز با تابش مستقیم و شدید آفتاب، دیر گرم می شوند و حرارت خود را در طول شب تدریجا و به آرامی از دست می دهند، لذا نوسان دما در طول شبانه روز تعدیل خواهد شد. درها و پنجره ها غالبا از چوب ساخته می شوند و در نمای بنا از رنگ روشن و نیز کاهگل استفاده می شود؛ مصالحی چون گچ، کاهگل و سیم گل نیز در پشت بام بام ها به کار می روند. استفاده از سنگ، آستر سیمان و اشیای فلزی و براق در فضاهای خارجی صحیح نیست و در حالت کلی مصالح سنگین در سقف مسکن های اقلیم بیابانی و چوب در اقلیم نیمه بیابانی کاربرد دارد. طبق گفته فرانز برند ستر، هدف ایجاد و تولید مصالح هوشمندی است که با خصوصیات اقلیمی منطقه گرم و خشک مطابفت داشته باشند و بتوان از پارامترهای انرژی های مختلفی که در اختیار است به نحو احسن با مواد و مصالح هوشمند به کار برده شوند (اخترکاوان،صدیق،اخترکاوان ،.(۹۴ :۱۳۹۰

-۱-۳نانو تکنولوژی، گامی به سوی معماری هوشمند:

فناوری نانو تنها در بحث ماده مطرح می شود ولی به صورت غیرمعمولی با نظم و ترتیب روبرو شده است، اما همین تغییر متریال، منجر به تغییر نوع فرهنگ، نگاه، هنر و معماری خواهد شد. در واقع مصالح هویت ثابت خود را از دست می دهند و دیگر معماری تعریف محدودی در زمان و مکان نخواهد داشت. چنین مصالحی، امکانات تازه ای را برای تکمیل و بهبود شی معماری و اندیشیدن درباره شکل جدید از زندگی به وجود می آورند. برطبق مقاله ای با نام »نانو تکنولوژی و جهان در حال گسترش« که در سال .۲۰۰۵م چاپ شده، صنعت ساختمان سازی در رده هشتم صنایعی است که از نانو تکنولوژی استفاده می کند (قربی،سفلایی،.(۲۶ :۱۳۹۰ امروزه نانو تکنولوژی بیشتر از سایر علوم و تکنولوژی مورد تحقیق، مطالعه، توسعه و پیشرفت است و به نظر می رسد که در آینده ای نزدیک سایر علوم را نیز تحت تاثیر خود قرار دهد (قربی،سفلایی،.(۲۷ :۱۳۹۰

-۱-۱-۳مواد نانو:

نانو نشان دهنده مقیاس ابعاد یک شیء یا یک رفتار در حدود چند بیلیونیوم متر است؛ می توان گفت که نانو تکنولوژی ایده توانایی ساخت از بنیاد کل و ایجاد ساختارها و مواد بی نقص و با خواص مبتکرانه را مطرح می کند. ترکیب دقیق ساختارهای درونی مختلف و نیروهای چسبندگی بین آنها، عمدتا خواص مکانیکی، الکتریکی، شیمیایی و دیگر خواص ماده جامد را تعیین می کنند. نانو تکنولوژی با ایجاد قابلیت ساخت کامل یک ساختار ملکولی، این توانایی را ایجاد می کند که خواص بی سابقه و به شدت

پیشرفته ای برای مقیاس درشت طراحی شود. در واقع بدون تغییر در ترکیب شیمیایی، خواص متفاوتی را تولید کرد تا نانو ماده ها و نانو تیوب های کربنی ایجاد شوند که رسانایی شان شش برابر بیشتر از کربن است و نسبت به مقاومت وزنشان پانصد بار از آلومینیوم بیشتر است. نانو تکنولوژ ی از ایجاد فرصت ساخت مواد از پایه فراتر می رود و توسعه و کاربرد مواد را در ابعاد نانو در بر می گیرد (آدینگتون،اسکودک،.(۳۸ :۱۳۹۰
امروزه می توان از نانو تکنولوژی به خاطر موارد زیر قدردانی کرد:

طراحی مصالح خود تمیزکننده مانند گچی که قادر به جمع آوری آلودگی ها و از بین بردن آنهاست، پنجره هایی که رنگشان تنها با فشردن یک دکمه عوض می شود و یا تبدیل نور خورشید به الکتریسیته. آپارتمان های هرزوگ (Herzog ) در نیویورک، دمورن (Demeurn ) در بارسلون و کلیسای ژوبیل که به وسیله ریچارد میر و همکارانش در رم طراحی شده، از نمای خود تمیزکننده استفاده کرده اند. سیستم نمای این ساختمان ها شامل نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم استکه با نور خورشید عکس العمل نشان می دهند و آلودگی ها را تفکیک می کنند و آنها را از بین می برند. نمای کلیسای ژوبیل آلودگی ها را از اطراف اتمسفر جذب و آنها را به عناصری بی خطر تبدیل می کند (قربی،سفلایی،.(۲۸ :۱۳۹۰ می توان از موادی که با نانو تکنولوژی ساخته می شوند در خانه ها استفاده کرد؛ برای مصرف بهینه انرژی، ایجاد آسایش همساز با اقلیم گرم و خشک و همچنین استفاده در مصالح بومی تا شرایط ایجاد مصالح هوشمند ایجاد شود و خانه های امروزی هوشمند شوند.

-۲-۱-۳نانو بتن، بهبود بخشی بتن بومی:

بلوک های سیمانی یا بتنی به مصالح بنایی ای گفته می شوند که از اختلاط کردن سیمان و آب با سنگ دانه های مناسب و لزراندن و پرس کردن مخلوط، به دست می آیند. از فواید بتن، حمل آسان، عایق بودن نسبی حرارتی و صوتی و سهولت در مسلح کردن کارهای بنایی می باشد. اخیرا در کشورهای صنعتی نوعی بلوک چینی مسلح به صورت خشکه چین و بدون کاربرد ملات مرسوم شده است که پس از بلوک چی نی، آرماتور گذاری و پرکردن دور آنها با بتن، دو سمت دیوار را با اندود می پوشاند (ویسه،.(۱۰۰ : ۱۳۹۰ بلوک های بنتی برای کاربردهای معمول به حد کافی با دوام هستند؛ می توان گفت در شرایط آلودگی شدید آب و هوا (حمله شیمیایی) و یخبندان، بلوک های با وقاومت زیاد باید به کار برده شوند (ویسه،.(۱۰۷ : ۱۳۹۰
نانو بتن نمونه ای است از اینکه چگونه تولیدات نانو تکنولوژی می تواند طراحی ساختمان را تقویت کند. فیبرهای خیلی خیلی باریک، می توانند با بتن ترکیب شوند، که در نتیجه آن دوام بیشتر مصالح ساختمانی برای بهبود بخشی در برابر حملات شیمیایی و یخبندان است. این ماده سبک تر از بتن استاندارد است، با کارایی برتر؛ به گونه ای که جذب آب را در بتن بهبود می بخشد و همچنین شکستن بتن و تاثیرات منفی زیست محیطی را کاهش می دهد (قربی،سفلایی،.(۲۹ :۱۳۹۰ به همین دلیل می توان از نانو بتن ها در ساختا ر درونی خانه استفاده کرد؛ به گونه ای که علاوه بر سبک بودن، دوام بیشتری نسبت به مصالح بومی نظیر بتن های قدیمی، در مناطق گرم و خشک، دارند.

-۳-۱-۳نانو سیمان، جایگزینی برای سیمان های قدیمی:

سنگدانههای معدنی، از یک یا ترکیبی از کانیها یا سنگها تشکیل میشوند که بسته به شرایطی که در معرض آن قرار میگیرند، خصوصیات شیمیایی و فیزیکی خمیره سیمان و مورد استفادهی بتن ممکن است کاربرد خوب یا ضعیفی داشته باشند. مقادیر کم کانیها، یا سنگهایی که در سنگدانه به عنوان آلوده کننده یا مواد فرعی وجود دارند ممن است تأثیر تعیین کنندهای در کیفیت آن داشته باشند (ویسه، .(۸۹:۱۳۹۰ محققان مؤسسه تولید سیمان ماساچوست که تولیدکننده سیمان هستند، کشف

کردند که ساختارهای نانوذرهای که شباهت زیادی به سیمان دارند، میتوانند جایگزین استفاده از سیمان شوند. واکنشپذیری اولیه این سیمان ده برابر بیشتر از سیمانهایی است که به روش معمولی تهیه شدهاند. البته این سیمان بسیار متخلخل است و پایداری کمتری نسبت به سیمانهای معمولی دارد (قربی،سفلایی،.(۲۹:۱۳۹۰

اما می توان از آنها در مناطق گرم و خشک استفاده کرد، تا انتقال حرارتی کمتری با استفاده از این تخلخلها صورت گیرد؛ به گونهای که خانههای هوشمند به وسیلهی این مواد به وجود آیند. نانوسیمان با اندازههای مختلف سنگدانه در سیمان معمولاً واکنشهای ترمودینامیکی، واکنشهای سینتیکی متفاوتی را خواهند داشت. در حال حاضر منواکسید منیزیم جایگزین مناسبی به نظر میرسد؛ چرا که تولیدکنندگان تجاری سیمان مناسب با محیط را تولید میکنند که علاوه بر کاهش مصرف انرژی و تولید گازهای گلخانهای قادر است CO2 جاری شده را جذب کند (قربی،سفلایی، .(۲۹:۱۳۹۰

-۴-۱-۳آئروژل (نانوژل)، بهبودبخشی عایق حرارتی:

از نظر بهینه کردن اقلیمی، استفاده از سنگ لاشه در دیوارهای باربر، عملکرد حرارتی مناسبی در پی نخواهد داشت مگر در دیوارهای سنگی بسیار ضخیم که دارای مقاومت و ظرفیت حرارتی بیشتری هستند که به نسبت وزن زیاد و مشکلات هنگام زلزله توصیه نمیشوند. اما در صورت لزوم استفاده از سنگ، باید سطوح خارجی و داخلی با اندود ضخیمی پوشانده شود تا راه تبادل حرارتی و همرفتی ناخواسته مسدود شود. استفاده از عایقهای حرارتی در سمت داخل جدارههای سنگی خانههای مسکونی میتواند ضمن حفظ سیمای خانه ها، عملکرد حرارتی جدار را بهبود داده و ضرورت افزایش ضخامت جدار به منظور کاهش تبادل حرارت را از میان بردارد (ویسه،.(۸۸:۱۳۹۰

این مواد، راهحل مناسبی برای بالا بردن ظرفیت حرارتی جدارها میباشند، زیرا که اقلیم گرم و خشک به علت تابش زیاد خورشید،نیاز به موادی به عنوان عایق حرارتی دارد.محققان لابراتور بینالمللی آرگون، تکنیکهایشان را برای تولید آئروژل گسترش دادند که علاوه بر اینکه انتقال صدا را به مقدار زیادی کاهش میدهد، با طبیعت ارتباط بهتری برقرار کرده و جلوگیری از آلودگی محیط میکند. نانوژلها از بهترین عایقهای حرارتی جهان هستند زیرا که هر سانت این ماده، از شیشههای آرگونی و یا دیوارهای پشم شیشه ساخته شده است که در حال حاضر از پشم شیشهها و یا شیشهها با گاز آرگون ساخته شدهاند(قربی،سفلایی،. (۳۰:۱۳۹۰

دستگاههای رایجی نی ز برای افزودن یا کاستن حرارت محیط داخلی، از طریق فرایندی معروف به »رقیقسازی« کار میکنند که هوایی با دمای درونی ویژهای با هوای اتاق مخلوط میشود تا آن را تا حد مطلوب رقیق سازد. این فرایند تا حد زیادی ناکارآمد است و در سطوح متعددی تبادلهای حرارتی را در بر میگیرد. تبادل حرارتی در بهترین حالت خود در یک موتور حرارتی روی می دهد و در اصل بین مخزنی با دمای بالا و دمای پایین گردشی ایجاد میشود. موتور حرارتی میتواند در تقاطع درونی یک نیمه هادی جای داده شود و اختلاف دمای زیادی ایجاد کند(ترمو الکتریک) که میتوان از این اختلاف دما به عنوان یک جذبکننده حرارتی(برای سرمایش) یا یک منبع برای گرمایش بهره برد.

عاملی دیگر برای جذب حرارت میتواند این باشد که به جای حذف گرما از یک محیط (انتقال حرارت) میتوان آن را به یک انرژی درونی تبدیل نمود که با یک تغییر مولکولی یا ریزساختاری همراه است. انرژی گرمایی میتواند جذب شود و وضعیت با تغییر خاصیت ماده تعدیل یابد (مواد تغییر فاز دهنده، ژلهای پلیمری، مواد ترموتروپیک) (آدینگتون، اسکودک، .(۱۳۰:۱۳۹۰

-۵-۱-۳نانوکریستال:

نانوکریستالها قابل جاسازی در مواد رسانای جریان الکتریسته هستند، میتوانند شرایط لازم را برای تولید برق از خورشید با هزینه بسیار مناسبی به وجود آوردند. در این تکنولوژی، مواد پلاستیکی بین الکترودها به صورت لایه لایه قرار داده میشود سپس با یک لایه نازک پوشیده میشوند و میتوانند درصد بسیار بالایی از انرژی خورشیدی را جذب کنند. نانوتکنولوژی تأثیر زیادی در چگونگی تولید انرژی و انتقال آن خواهد داشت و مصرف انرژی را به طور مؤثر، بدون اختلال در آسایش انسانها، کاهش میدهند (قربی، سفلایی، .(۲۸:۱۳۹۰ بنابراین میتوان از آنها به عنوان عایق حرارتی استفاده کرد به گونهای که انرژی خورشیدی را گرفته و به الکتریسیته تبدیل کنند، به جای اینکه گرما به درون بیاید؛ نانوکریستالها را میتوان در خانههای مناطق گرم و خشک کشور استفاده کرد، تا از ورود گرمای زیاد خورشید جلوگیری شود.

-۶-۱-۳تولید انرژی ارزان خورشیدی:

فنآوری نانو موجب میشود که تولید انرژی خورشیدی به آسانی و ارزانیِ رویاندن چمن باشد. مواد نانو مقیاسی از معماری چمن و فتوسنتز صورت گرفته در آن، برای گرفتن و ذخیرهسازی انرژی خورشید تقلید میکنند. آنها سعی دارند که نانوذرات کوچک را در محصولات روزمره ساده و ارزانی همچون رنگخانه و سفال سقف وارد کنند و نحوه تولید انرژی خورشیدی را معقول سازند. رنگها، سقفها یا توخالهایی که ظاهری معمولی داشته و با فناوری نانو توانمند شدهاند، میتوانند جایگزین مصالح بومیای شوند که برای ذخیرهسازی انرژی خورشیدی مورد استفاده قرار میگرفتهاند (قربی،سفلایی، (۲۹:۱۳۹۰؛ اینگونه مصالح برای استفاده در خانه های هوشمند امروزی، به خصوص در اقلیم گرم و خشک ایران مناسب هستند؛ زیرا همساز با محیط هستند و از طبیعت اطراف خود بهره میگیرند.

-۲-۳فنآوری کریستال مایع، کنترل هوشمند تابش شدید نور خورشید:

با توجه به اینکه در اقلیم گرم و خشک ایران، تابشهای مستقیم و شدید آفتاب سطح زمین را تا ۷۰ درجه سانتیگراد گرم میکند، برای جلوگیری از نفوذ گرما و حرارت به بنا، ایجاد سایبانهای سرتاسری در پشت بامها و ایوانهای سرپوشیده نسبت به آفتاب یکطرفه و همچنین کنسولها در جدارههای خارجی الزامی است. ارتفاع بلند اتاقها برای دیرتر گرم شدن هوای داخلی، قرار دادن روزنه هایی در زیر سقف و یا بام بنا برای خارج ساختن گرما به خارج از ساختمان، از خصوصیات بناهای بومی این اقلیم میباشند (اخترکاوان،صدیق،اخترکاوان، . (۹۴-۹۸:۱۳۹۰

با ورود نمایشگرهای کریستال مایع که به صورت فراگیر در محصولات متعددی به کار گرفته شدهاند، موفقیت بزرگی در عرصه پیشرفت فنآوری ایجاد شده است. کریستالهای مایع بین جامدهای بلورین و مایعات ایزوتوپ میباشند. این مواد، مایعاتی با یک نظام جهتگیری خاص و با خواص ایزوتروپیک میباشند که به میدان الکتریکی حساس بوده و در نتیجه به ویژه در نمایشگاهی بصری قابل کاربرد هستند. نمایشگرهای کریستال مانع از دو صفحه از جنس مادهای قطبی کننده و محلول کریستال مایعی بین آنها تشکیل شدهاند که عبور جریان الکتریکی از میان مایع موجب میشود، کریستالها در یک ردیف قرار گیرند و بنابراین نور نمیتواند از میان آنها عبور کند. هر کریستال مانند یک شاتر عمل میکند که پایه نور اجازه عبور میدهد و یا مانع ورود نور به فضا میشود. از این فنآوری میتوان در دیوارهای بنا به عنوان عنصری کاربردی- تزئینی در اقلیم گرم و خشک که با تابشهای شدیدی مواجه است، استفاده کرد (آدینگتون، اسکودک،.(۸۵: ۱۳۹۰

-۳-۳سامانه پوسته هوشمند:

طراحی و ساخت عناصر و جزئیات ساختمان و مصالح ساختمانی به خصوص در پوسته خارجی ساختمان بر اساس حداکثر بهرهگیری از عناصر اقلیمی (از نظر کاربردی، از نظر طول عمر و …) و حداقل آسیبپذیری از آن میباشد که با شناخت کامل یک عنصر اقلیمی میتواند نتایج خوبی را داشته باشد.

در بحث پوستههای هوشمند، سامانههای مربوط به پوسته و شیشهکاری، برای طراحان به مشکل تبدیل شده است. پوسته هم واره دو جهت دارد، چرا که انتقال انرژی در آن همزمان در دو جهت روی میدهد. حرارت ممکن است از طریق رسانش به خارج انتقال یابد، در حالیکه همزمان به دخل می تابد و در عین حال نور ورودی ساختمان باید با دید بیرون در تعادل قرار گیرد. با پیدایش بحران انرژی در دهه .۱۹۷۰م از سامانههای HVAC با مصرف انرژی بالا با انواع گوناگون سامانههای حجمی هواساز جایگزین شد، سطوح شیشهای با لایه نازکی از جمله لایههای کم عبورده، بازتابندهی پرتوهای خورشیدی و ضد- بازتابش (بر روی سطح داخلی) پوشانده شدند. برای بازتاب تشعشعات خورشیدی، کرکرههای خودکاری همراه با سامانههای کنترلی مدیریت انرژی به کار گرفته شدند و برای کاهش نوسانات دمایی، سامانههای دوپوسته تودرتویی که ساختمان را با دو سطح شیشهای میپوشاندند، مورد استفاده قرار گرفتند.
در حیطهی معماری هیچ گروهی به اندازه طراحان و مهندسان که مسئولیت پوستهها و سامانههای بسته را بر عهده دارند، استفاده از مواد هوشمند را نپذیرفتهاند. مواد هوشمند به عنوان فنآوری ایدهآل برای ارائهی عملکردهای یک ابرپوسته در نظر گرفته شده اند که همچنان این عملکردها را به سادگی و به صورت پیوسته در اختیار قرار میدهند. ایدههای مایک دیویس ( Mike (Davies در دیوار پلی ولنت (Polyvalent wall ) پوستهای نازک که از لایههایی از الکتروکرومیکها، فوتوولتاییکها، شیشههای رسانا، تابشکنندههای حرارتی، صفحات عبوردهندهی گاز با منفذهایی در ابعاد میکرو و غیره ساخته شده است که به عنوان الگویی برای پوستههای نهایی به کار میرود. پنجرهها و پوستهها عناصر ظاهری یک ساختمان هستند و بدین ترتیب یکی از مهمترین موضوعات مورد توجه معماران میباشند. ابداعاتی که در این حیطهها ایجاد شدهاند به گونهای مواد هوشمند را به کار میگیرند که گویی فنآوریهای جایگزینی هستند که باید طراحهای رایج با آن مطابقت داشته باشند (آدینگتون، اسکودک، .(۱۵۳:۱۳۹۰ در این میان، میتوان از این پوستهها در خانهها استفاده کرد، تا آنها را با این مصالح، هوشمند کرد؛ به گونهای که با اقلیم همساز باشد و شرایط آسایش ساکنین را فراهم کند تا ضمن ایجاد آسایش حرارتی، در مصرف انرژی، صرفهجویی شود.

-۴-۳رنگها و پوششهای هوشمند:

رنگها و پوششها روشهای دیرینهای برای تغییر یا بهبود ویژگیها یا عملکردهای یک ماده به شمار میروند. توسعه پوششها و رنگهای هوشمند به این روشهای قدیمی قابلیت تجدید بخشیده است. رنگهای هوشمند را معمولاً میتوان به گروههای زیر تقسیم نمود:

الف) مواد با کارایی بالا ب) مواد تغییر خاصیت دهنده ج) مواد تبادل کننده انرژی

رنگها از رنگدانهها، مادهای چسبنده و نوعی مایع که غلظت را کاهش میدهد و به واسطه آن میتوان رنگ را بر روی سطح پاشید، تشکیل شدهاند. رنگدانهها ممکن است ذرات انحلالپذیر یا انحلالناپذیر و پراکندهای باشند و مادهی چسبان سطح لایه را تشکیل

دهندمایع. مذکور ممکن است فرّار یا غیر فرّار باشند ولی معمولاً بخشی از رنگ خشک شده را تشکیل نمیدهد. پوشش، نسبت به رنگ، به لایهی ضخیمتری اشاره دارد. بسیاری از پوششها غیر فرّار هستند. از کاربردهای دیگر مواد تغییر خاصیت دهندهی بنیادین می توان آن را به شکل ذرات ریزی تولید کرد و آنها را به عنوان ماده رنگدانه در رنگها به کار بست. بنابراین انواع بسیار زیادی از رنگها و پوششهای فوتوکرومیک و ترموکرومیک وجود دارند. رنگهای ترموکورومیک از آن نظر که میتوانند سطح دمای محصول را با تغییر رنگ نشان دهند، کاربرد وسیعی یافتهاند. برای آنکه جنبههای تغییر خاصیت دهندهی مواد رنگدانه تغییر نکند، باید توجه ویژهای صرف تنظیم ماهیت شیمیایی مادههای چسبان و مایعهای به کار رفته در رنگهایی از این دست شود. این مواد رنگی، هنگامی که در معرض تابش ماوراء بنفش قرار گیرند، در طول زمان تجزیه میشوند (آدینگتون،اسکودک، .(۱۴۳:۱۳۹۰

از مواد تغییر خاصیت دهنده میتوان در رنگها و پوششها استفاده نمود. به عنوان مثال میتوان مواد تغییر فاز دهنده را مستقیماً با جای دادن در پوشینههایی در ابعاد میکرو، در پوششها به کار گرفت. در زمینه استفاده از مواد مبدل انرژی در قالب پوشش یا رنگ، کاربردهای مستقیمی وجود دارند. مواد لومینست طبیعی و مصنوعی بسیاری وجود دارند که میتوان آنها را به شکل رنگ یا پوشش تولید کرد. این رنگها یا پوششها، از منبعهای نور، شیمیایی یا حرارتی، انرژی جذب میکنند و برای ایجاد خواص فلوروسنس، فسفرسنس یا نور پس تابشی، فوتونهایی را باز میتاباننداخیراً. ساخت رنگهای هوشمندی که بتواند شکاف یا ترکخوردگی را در خود و یا در مادهی زمینه مشخص سازند، مورد توجه قرار گرفته استبه. عنوان مثال یک خراش عمیق الزاماً

میدان الکتریکی مربوط به آن قسمت را تغییر میدهد تا حسگر میتواند این وضعیت را تشخیص دهد.

از این رنگها و پوششهای هوشمند می توان در اقلیم گرم و خشک، به هنگام تابستان و یا مواقعی که دمای هوا بیشتر از دمای آسایش است، استفاده کرد. این مواد را میتوان جزء مصالح هوشمند دانست و در خانهها برای ایجاد آسایش ساکنین از آنها استفاده کرد. بدین گونه که با استفاده از مواد تغییر فاز دهنده و با بهرهگیری از شرایط آب و هوایی، میتوان انرژیها را تبدیل کرد و شرایط مناسب را ایجاد نمود (آدینگتون، اسکودک، .(۱۴۳:۱۳۹۰

-۱-۴-۳مواد فتوکرومیک:

مشخصههای اصلی مواد کرومیکگروهی: از مواد هوشمند که اخیراً مورد علاقه طراحان هستند مواد »تغییر رنگ دهنده« میباشند. همانطور که از اسم این مصالح پیداست آنها قادرند رنگ یا مشخصههای بصری خود را در پاسخ به یک یا چندین محرک خارجی به صورت برگشتپذیر تغییر دهند. این مصالح انواع مختلفی را شامل میشوند:

▪ فتوکرومیکها: این مواد در معرض نور تغییر رنگ میدهند (با قرارگیری در برابر نور (اشعه مرئی UV و نور IR یا اشعه الکترومغناطیسی) با تغییر رنگ از خود واکنش نشان میدهند.

▪ ترموکرومیکها: این مواد به واسطه تغییرات دمایی، تغییر رنگ میدهند.

▪ مکانوترومیکها: این مواد تحت فشار یا تغییر شکل، تغییر رنگ میدهند.

▪ کموکرومیکها: این مواد در معرض محیط شیمیایی ویژه، تغییر رنگ میدهند.

▪ الکتروکرومیکها: این مواد هنگام اعمال ولتاژ، تغییر رنگ میدهند. کریستالهای مایع و ابزارهایی با ذرات معلق، فنآوریهای

مربوط به این مواد میباشند که با جاری شدن برق، رنگ و شفافیتشان تغییر میکند.

این موارد، گروهی از مواد را ایجاد مینمایند که در آنها، تغییر منبع خارجی انرژی، ویژگی بصری ماده، جذب، انعکاس و یا انکسار را تغییر میدهند. بنابراین مواد غییرت رنگ دهنده، واقعاً تغییر رنگ نمیدهند؛ بلکه تنها خواص بصری آنها تحت محرکهای

خارجی متفاوت (مانند گرما، نور، یا یک محیط شیمیایی) تغییر میکنند و این امر معمولاً به صورت تغییر رنگ مشاهده میشود

(آدینگتون، اسکودک، .(۷۶:۱۳۹۰

-۲-۴-۳تغییر رنگ و شفافیت، تداعیگر پنجرهای رنگی متنوع اُرسی:

این گروه، یکی از دستههای مواد هوشمند به شمار میروند، چرا که با ساختکارهای متفاوت بسیاری میتوان شرایط رنگی بسیار متنوعی ایجاد نمود. چشم انسان به دو روش رنگ را درک میکند: بر اساس ترکیب طیفی نور عبور کرده از سطح نیمه شفاف به سوی بیننده و یا بر اساس ترکیب طیفی نور بازتابش یافته از سطح به سوی بیننده. خاصیت عبوردهی نور مواد نیمه شفاف میتواند از حالت مات تا نیمه شفاف تغییر کند. ذرات معلق و فنآوریهای الکتروکرومیک و همچنین فوتوکرومیکها و ترموتروپیکها چنین عمل میکنند. از طرف دیگر مواد به صورت برگزیده رنگ عبور داده شده را تغییر میدهند (مانند کریستالهای مایع و کموکرومیکها). خاصیت انعکاس نیز ممکن است از یک رنگ به رنگ دیگر (مواد فتوکرومیک و کموکرومیک) یا بسته به انرژیهای ورودی از محیط به رنگهای متعددی (در مورد ترموکرومیک) در مناطق گرم و خشک به هنگام تابستان که تابش آفتاب طولانی مدت و شدید است، میتوان این مواد را به کار برد؛ به طوریکه با تغییر رنگ و تغییر شفافیت آنها، خانههای قدیمی با پنجرههای ارسی رنگیاش در ذهن تداعی میشود. بدین ترتیب علاوه بر تغییر حال و هوای فضا، این مواد شرایطی را ایجاد میکنند که شدت نور داخل خانهها قابل کنترل باشد (آدینگتون، اسکودک، .(۱۳۰:۱۳۹۰