تبلیغات
معمار کوچک ایپک ایران صنعتی - کاربرد نور طبیعی در معماری و تولید انرژی

کاربرد نور طبیعی در معماری و تولید انرژی

نور سر چشمه ی وجود همه ی هستی است. با روشن کردن سطح اجسام، نور به آنها پیرامون و یک محیط مرئی را اهدا می کند. و جمع شدن سایه در پشت آنها به اجسام عمق می دهد. اجسام تنها در مرزهای روشنایی و تاریکی است که معنی پیدا می کنند، و شکل خود را به دست آورده و نشان می دهند، روابط داخلیشان کشف می شود، و مانند حلقه های زنجیر تا بی کران به هم متصل می شوند. نور به اجسام، استقلال و خود مختاری می بخشد و هم زمان، وابستگی های آنها را محدود می کند. ما حتی می توانیم این طور بیان کنیم که نور به هر شیء در محیط اطراف خود آنقدر ترفیع می دهد که آن شیء کاملا مشخص شده و با سایر اشیاء فرق می کند.

ساختمان لویدز لندن

برای انسان های نخستین، نور به عنوان وسیله ای برای محاسبه ی زمان محسوب می شد. اشعه های پر انرژی نور که از فاصله دور خورشید به زمین منعکس می شوند، به احساس و درک انسان اولیه از امکان شکل اساسی می دهد. این نور که به وسیله ی بازشوهایی به داخل فضاهای ساخته شده ی او کشیده می شد، این امکان را به انسانی که داخل آن سکونت داشت می داد که وجودش را در ارتباط بت محیط اطراف درک کند و بفهمد.

امروزه پیشرفت فنی و تکنولوژی، نورپردازی مصنوعی را تسهیل کرده است. ولی به وسیله نور پردازی مصنوعی، انسان از ارتباطش با طبیعت دور می ماند و این رابطه را از دست می دهد. نور طبیعی را می توان به فضای داخلی معماری هدایت به طوری هدایت کرد که آن به آن فضا عمق بخشیده و آن را تعریف کند و فضاهایی بسیار مهیج و تحریک کننده به وجود آورد.

نور به تنهایی نمی تواند ظهور دلچسبی داشته باشد. حتما باید در کنار نور تاریکی هم وجود داشته باشد تا نور موجودیت خویش را به وجود آورد. تاریکی است که درخشندگی نور را بر می افروزد و قدرت نور را آشکار می کند.

استفاده ی موثر از انرژی نور طبیعی:
موثر ترین روش استفاده از نور خورشید تامین روشنایی با نور طبیعی است. حتی بهترین لامپ رشته ای در مقایسه با نور خورشید برای تامین میزان معینی روشنایی، به میزان بیشتری انرژی الکتریکی برای هر متر مربع نیاز دارد و میزان بیشتری گرما تولید می کند. مشارکت نور طبیعی در تامین روشنایی هر ساختمان باید در عین توجه به مقابله با جذب حرارت نامطلوب صورت پذیرد.

ایده ی بهینه کردن ارتباط میان سایه و نور طبیعی هدایت شده به درون فضای معماری،به شکل های جدید ممکن است. نور شکن های بزرگ پیش ساخته از بتن، که رنزوپیانو در مجموعه ی منیل در هوستون تگزاس استفاده کرد، نمودی زیبا از این اشکال تازه را به نمایش گذاشت.

رنزو پیانو - هوستون تگزاس
نورشکن های بتونی در مجموعه Menil - رنزو پیانو

نمونه ی دیگر، مرکز طراحی در لینز استرالیا، کار توماس هرتزوگ است. در این پروژه، از سیستمی استفاده شده است که قابلیت انعکاس و خنثی سازی پخش نور طبیعی را دارد.

مرکز طراحی Linz
مرکز طراحی Linz در استرالیا - توماس هرتزوگ

شیشه، معماری قرون جدید را به شدت تحت تأثیر قرار داده است. اگر چه کاربرد این ماده ی ساختمانی در دهه های 50 و 60 قرن بیستم باعث بروز مشکلاتی شد، هنوز هم شیشه یکی از مصالح تضمین شده با کارایی خیلی خوب در معماری خورشیدی است.

جیمز کارپنتر، معمار و طراح شیشه و نور نیویورک، از شیشه دیاکرومیک برای ایجاد تأثیرات نوری استفاده کرده است. در مدلی که او برای کار در کلیسا پیشنهاد داده است، بیننده به محض مواجهه با اشکال هندسی ناشی از نور، به اهمیت این ایده و حضور آن به عنوان یک هدف از ابتدای شکل گیری طرح پی می برد. از آنجا که این برخورد الزاما به بهینه سازی در مصرف برق نمی انجامد، واضح است که جستجوی روش های جدید برای مطلوب کردن کاربرد شیشه به عنوان یک ماده ی ساختمانی مورد نیاز است.

شیشه الکتروکرومیک،دستاورد جالبی است که از طریق افزودن خواص متحرک به یک ماده ثابت به دست آمده است. شیشه ی الکتروکرومیک، با استفاده از جریان الکتریکی به مدت چند ثانیه می تواند به یک سطح کدر تغییر یابد.

ایده ی دیوار چند لایه ی تمام متحرک را، که مثل آفتاب پرست قادر به واکنش نسبت به محیط باشد، مایک دیویس از شرکت ریچارد راجرز دنبال کرد. مایک دیویس یک شخصیت پیش رو در کشف زمینه های جدید در تکنولوژی شیشه محسوب می شود. از فعالیت های او می توان به مطالعات متنوع در زمینه اولین نمونه های جداره های درخشان چند پوسته (multi-skin glazing) برای پروژه تحقیقی موسوم به پروژهء 218 اشاره کرد.

دیوار مجوف و قابل تهویه (ventilated cavity wall) جداره ی خارجی ساختمان لویدز لندن، در عین کارایی حرارتی بالا، نمونه دیگری است که نور طبیعی تلطیف شده را به شکل بهینه در اختیار فضاهای داخلی قرار می دهد.

ساختمان لویدز لندن
ساختمان لویدز لندن - ریچارد راجرز

یکی از زمینه های مناسب برای مطالعه و تحقیق، بررسی امکان کاربرد گازها، مایعات و حتی اجسام یا مواد ارگانیک است که می توان آنها را بین دو جداره ی شیشه یا به نحوی که به خود شیشه شکل دهند، استفاده کرد. به همان صورتی که در جام های شیشه در ساختمان لویدز لندن به کار رفته است.

هنر استفاده از نور طبیعی برای ایجاد تأثیرات نمایشی، هنوز هم یکی از موضوعات مورد توجه در معماری است. در این زمینه فناوری های جدید، امکانات جدیدی را پیش روی گذاشته اند.

ساختمان رایشتاگ برلین، محل مجلس جدید آلمان است که توسط نورمن فاستر و شرکاء اجرا شده است. ایده ی مبتکرانه این پروژه در مورد مسئله ی انرژی، نهایتا به سازه ای با نمود بیرونی در بالای ساختمان، با قابلیت هدایت نور انجامید. این تعبیر جدید از یک گنبد، که جایگاه بازدید کنندگان است، نور طبیعی را به واسطه ی صدها آینه ی تشکیل دهنده ی قیف میانی، به بخش زیرین ساختمان یعنی مجلس منعکس می کند.

مجلس آلمان
گنبد نورگیر مجلس رایشتاگ برلین

یکی از اجزای شاخص بانک هنگ کنگ، کار دفتر فاستر، آتریوم تامین کننده ی نور طبیعی در ساختمان است. تامین نور در این ساختمان از راه بازتاب نور از سطح دو آینه ی بسیار بزرگ میسر شده است. صفحه ی جمع کننده ی نور آفتاب در بیرون، از صدها آینه ی کوچک، که مسیر نور آفتاب را دنبال کرده و آن را به سمت آینه ی مقعری در بالای آتریم می تابانند، تشکیل شده است.
 
این آینه ی مقعر، نوررا به درون فضا و حتی زیر کف طبقه ی شیشه ای ساختمان هدایت می کند. اسکیس اولیه ی نورمن فاسترف به بهترین شکل نحوه هدایت نور به زیر زمین را نشان می دهد.

بانک هنگ کنگ اسکچ بانک هنگ کنگ
هدایت نور به طبقات پایینی بانک هنگ کنگ - اسکچ نورمن فاستر

باتری های خورشیدی:
نور ملموس ترین انرژی تجدید پذیر است. امروزه روش های جدیدی از جمله (باتری خورشیدی) برای تبدیل این انرژی به جریان برق در دسترس است. فیزیک دانی به نام هنری بکرل کشف کرد که هنگام برخورد نور به ترکیبی از مواد حاوی سیلیکون، ولتاژ الکتریکی تولید می شود. این کشف انقلابی به پیدایش این نظریه که امکان تولید انرژی الکتریکی از نور طبیعی در فرآیندی شبیه به فتوسنتز وجود دارد، انجامید.

با به کار گیری لایه های بسیار کم ضخامت از سیلیکون روی صفحاتی مثل شیشه یا صفحات فلزی هم، می توان به شکل های متفاوتی از باتری های خورشیدی دست یافت.

تولید سلول های باتری خورشیدی با سیلیکون کراپ (silicon crop)، که محصول جانبی از صنعت کامپیوتر است آغاز می شود، به نحوی که ابتدا آن را به صورت مذاب در می آورند، سپس آن را به شمش تبدیل کرده و نهایتا بلوک های تراش خورده را از ان می سازند. مرحله آخر کار برش این بلوک ها به صورت صفحات باریک به شکل ویفر خواهد بود.

باتری های کریستالی خورشیدی عموما به صورت صفحات باریک به شکل ویفر موجودند و برای محافظت، هنگام استفاده در فضای بیرون، آنها را در پوشش های پلاستیکی یا شیشه ای نگه می دارند. صفحات این باتری ها بر حسب نیاز مشتری می توانند با ابعاد یا خروجی های متغیر تولید شوند.

تمام محصولات ساخته شده برای فضا، از طریق انرژی خورشیدی و سلول های باتری خورشیدی (pv) تغذیه می شوند. در تلسکوپ هابل، از سلول های باتری خورشیدی غیر کریستالی با بالاترین میزان کارایی تا به امروز، استفاده شده است. اگر تلاش دانشمندان ناسا برای تامین نیروی مورد نیاز ماهواره ها و همچنین فضا پیماها نبود،چنین پیشرفت هایی در زمینه ی ساخت باتری خورشیدی (pv) به وجود نمی آمد. در طول بر نامه ی آپولولو، تکنولوژی تولید باتری خورشیدی دچار تحولات عظیمی شد. کارایی سلول های خورشیدی ازآن زمان تا کنون به چهار برابر افزایش یافته است.

صفحات باتری خورشیدی در حالت ایده آل باید مادامی که خورشید می تابد در معرض آن قرار گیرند. طبیعتا با تغییر جهت تابش خورشید این امر غیر ممکن می شود. اما امکان زاویه دادن به صفحات برای استقرار در بهترین جهت ممکن وجود دارد. همچنین نصب این صفحات به صورت خوابیده یا به شکل عمودی روی سقف یا نما وجود دارد. اما این امر تا حدی به کاهش کارایی و بازدهی باتری می انجامد.

استفاده از باتری خورشیدی با قرارگیری صفحاتی ازسلول های متنوع در کنار هم ممکن خواهد بود. این سلول ها می توانند با هر شکل و اندازه ای روی هم قرار گیرند. می توان از یک باتری خورشیدی برای تولید الکتریسیته در یک ماشین حساب استفاده کرد یا با ادغام هزاران صفحه ی باتری خورشیدی در کنار هم، مزرعه ای از باتری های خورشیدی ساخت.

کاربرد باتری خورشیدی در ساختمان، توجه معماران سراسر جهان را به خود جلب کرده است. در بسیاری از پروژه های موفق شناخته شده از صفحات باتری خورشیدی به عنوان قسمتی از سیستم پوشش یا نمای ساختمان استفاده شده است. استفاده از این مصالح جدید که ملزومات مخصوص به خود را به خصوص از نظر زاویه ی جهت اقتضا می کند، به مسئله ی طراحی ساختمان بدل شده است.

غرفه ی طراحی شده ی نیکلاس گریم شاو در نمایشگاه شهر سویلدر سال 1992، کاربرد جدید سلول های باتری خورشیدی را نشان می دهد. در این پروژه، سلول های باتری خورشیدی روی جمع کننده های سقفی با شکل های زیبا نصب شده است و علاوه بر سایه اندازی، نقش تامین نیروی لازم برای پمپاژ آب خنک کننده ی نمای ساختمان را بر عهده دارند.

از آنجا که تولید سلول های باتری خورشیدی کم است، هزینه ی تولید آن بالاست. در صورتی که تقاضا برای تولید این محصول افزایش پیدا کند، قیمت آن به میزان محسوس کاهش می یابد. بسیاری از دولت ها در حال حاضر سوبسید هایی را برای افزایش میزان تولید این محصول در نظر گرفته اند. در سال 1990 در آلمان برنامه ی هزار سقف طرح ریزی شد. در ژاپن نیز در سال 1995 برنامه ی مشابهی تحت عنوان هفتاد هزار سقف طرح ریزی شد.
از آخرین دستاورد های ژاپنی ها می توان صفحات سقفی باتری خورشیدی غیر بلوری (amorphous) اشاره کرد. نمای متشکل از باتری خورشیدی که برای بهبود برنامه انرژی رسانی در آخن (Aachen power utilities) کشور آلمان با همکاری فلگسول صورت گرفت، از اولین نمونه های از این دست در جهان محسوب می شود.

امکان کار گذاشتن ورقه های سلول های باتری خورشیدی بین دو ورقه شیشه، کاربرد جالب دیگری داردکه در آن بخشی از صفحه می تواند به عنوان وسیله ای برای ایجاد سایه عمل کند و اجازه ی عبور نور از شکاف های مابین سلول ها را فراهم سازد. تصویر کتابخانه ای که مشاهده می کنید، نشان می دهد که این تکنولوژی چگونه می تواند در معماری استفاده شود.

دفتر نورمن فاستر و شرکا با همکاری نوربرت کایرز، اولین نمونه های پرده های پوشیده شده از باتری خورشیدی را ارائه دادند. این پرده ها در ساختمان های قدیمی می توانند به عنوان شاتر های قابل تغییر یا پرده های کرکره ای متحرک کاربرد داشته باشند. کلیه قطعات سایه انداز به عنوان محلی برای نصب سلول های خورشیدی ایده آل هستند. چرا که ضمن قرار گیری در مقابل خورشید می توانند با تغییر مسیر نور در طول روز، جهت خود را تغییر دهند. برای این کار سیستم های کنترل کننده ی پیچیده با استفاده از کامپیوتر لازم است تا میزان استفاده از نور خورشید، سایه اندازی لازم و جمع آوری انرژی را اولویت بندی کند


برچسب ها: کاربرد نور طبیعی در معماری و تولید انرژی، نورشکن های بتونی در مجموعه Menil - رنزو پیانو، مرکز طراحی Linz در استرالیا - توماس هرتزوگ، ساختمان لویدز لندن - ریچارد راجرز،

تاریخ : یکشنبه 14 شهریور 1389 | 06:49 ق.ظ | نویسنده : امیرعلی مهدی کورش حذرخانی | نظرات

  • هاست
  • آپ رنگ
  • کارت شارژ همراه اول