کاربرد نانوفناوری در ساختمان(بخش اول)
چکیده
بحث مدیریت انرژی یکی از مسایل جدی روزگار ماست. مدیریت انرژی در ساختمان ها بخشی از این موضوع است. فناوری نانو با کمک به افزایش بازدهی سلولهای خورشیدی، پوشش های ضد انعکاس برای پنجره ها، پنجره هایی با قابلیت مدیریت ورود و خروج انرژی از ساختمان در این عرصه حضور دارد.
تعدادکلمات1000 زمان مطالعه5 دقیقه
بحث مدیریت انرژی یکی از مسایل جدی روزگار ماست. مدیریت انرژی در ساختمان ها بخشی از این موضوع است. فناوری نانو با کمک به افزایش بازدهی سلولهای خورشیدی، پوشش های ضد انعکاس برای پنجره ها، پنجره هایی با قابلیت مدیریت ورود و خروج انرژی از ساختمان در این عرصه حضور دارد.
تعدادکلمات1000 زمان مطالعه5 دقیقه
رضیه برجیان
مقدمه
در این مقاله به بحث مدیریت انرژی در ساختمان می‌پردازیم. مصرف روزافزون انرژی در جهان و افزایش مصرف سوخت‌های فسیلی باعث نگرانی‌های جدی شده است. گرم‌تر شدن زمین تا جایی که امکان زیستن را از موجودات زنده سلب کند [1]و سوراخ شدن لایه اوزون[2] از مهم‌ترین این نگرانی‌هاست. فناوری نانو به شیوه‌های متفاوتی می‌تواند به رفع این نگرانی‌ها کمک کند.
گرمایش خانه
داشتن خانه گرم و داشتن آب گرم در خانه مشکلی است که نیازمند چاره‌اندیشی جدی است. آلودگی شدید زمین و استفاده از سوخت‌های فسیلی از جمله مشکلات جدی در این زمینه هستند. ما باید به دنبال راهکارهای جایگزین برای بریدن درختان و نابود کردن اکوسیستم طبیعی به منظور تأمین گرمای خانه‌هایمان باشیم.
کاشی‌های مولد برق
کاشی‌های سقفی خورشیدی اختراع جدیدی هستند که می‌توانند تا حد زیادی به کاهش مصرف انرژی و کاهش هزینه‌های برق کمک کنند.[3] انرژی خورشیدی می‌تواند با هزینه بسیار اندکی، گرمای منزل شما را تأمین کند. اگرچه انرژی‌های جایگزین دیگری نیز وجود دارند که ممکن است جذاب‌تر باشند؛ اما انرژی خورشیدی، انرژی بی‌پایان و احتمالاً بدون زحمت‌ترین آن‌هاست.
درگذشته این سیستم‌های خورشیدی آن‌چنان گران بودند که هرکسی نمی‌توانست از عهده خرید و نصب آن‌ها برای منزلش برآید؛ اما امروزه قیمت این سیستم‌ها تا حدی کاهش‌یافته که مردم می‌توانند آن‌ها را در خانه خود نصب‌کرده و در فصول مختلف سال استفاده نمایند. اگرچه وجود روزهای آفتابی برای داغ کردن آب و گرم کردن خانه خیلی مهم است؛ ولی اگر آفتاب کافی وجود نداشته باشد باید از راهکارهای دیگر برای گرم کردن آب یا خانه استفاده کرد.
کاشی‌های خورشیدی فتوولتائیک به تناسب پانل‌های خورشیدی معمولی نصب شده در سقف منازل، زیباتر بوده و عملکرد بهتری دارند. با توجه به نوآوری موجود در این کاشی‌های خورشیدی جدید، پانل‌های خورشیدی فعلی می‌توانند برای همیشه بازنشسته شوند. این کاشیها از خاک رس ساخته‌شده‌اند که پانل‌های خورشیدی کوچکی درون آن‌ها جاسازی شده که باید در معرض نور خورشید قرار گیرند. با توجه به شکل این کاشیها، نصب آن‌ها بسیار ساده است. اگرچه این کاشیها بسیار کوچک هستند اما بازده انرژی بسیار بالایی دارند.
علاوه بر این، کاشی‌های خورشیدی شفافی نیز طراحی‌شده‌اند که ازلحاظ زیبایی‌شناسی ساختمان در حد اعلای خود هستند. اگرچه این کاشیها از پلکسی‌گلس یا پی‌ام‌ام‌ای ساخته شده‌اند اما در برابر تمامی شرایط آب و هوایی مقاوم هستند. این مواد اجازه می‌دهند تا ۹۰ درصد نور طبیعی خورشید مستقیماً به داخل منزل بتابد.
درگذشته این سیستم‌های خورشیدی آن‌چنان گران بودند که هرکسی نمی‌توانست از عهده خرید و نصب آن‌ها برای منزلش برآید؛ اما امروزه قیمت این سیستم‌ها تا حدی کاهش‌یافته که مردم می‌توانند آن‌ها را در خانه خود نصب‌کرده و در فصول مختلف سال استفاده نمایند. اگرچه وجود روزهای آفتابی برای داغ کردن آب و گرم کردن خانه خیلی مهم است؛ ولی اگر آفتاب کافی وجود نداشته باشد باید از راهکارهای دیگر برای گرم کردن آب یا خانه استفاده کرد.
کاشی‌های خورشیدی فتوولتائیک به تناسب پانل‌های خورشیدی معمولی نصب شده در سقف منازل، زیباتر بوده و عملکرد بهتری دارند. با توجه به نوآوری موجود در این کاشی‌های خورشیدی جدید، پانل‌های خورشیدی فعلی می‌توانند برای همیشه بازنشسته شوند. این کاشیها از خاک رس ساخته‌شده‌اند که پانل‌های خورشیدی کوچکی درون آن‌ها جاسازی شده که باید در معرض نور خورشید قرار گیرند. با توجه به شکل این کاشیها، نصب آن‌ها بسیار ساده است. اگرچه این کاشیها بسیار کوچک هستند اما بازده انرژی بسیار بالایی دارند.
علاوه بر این، کاشی‌های خورشیدی شفافی نیز طراحی‌شده‌اند که ازلحاظ زیبایی‌شناسی ساختمان در حد اعلای خود هستند. اگرچه این کاشیها از پلکسی‌گلس یا پی‌ام‌ام‌ای ساخته شده‌اند اما در برابر تمامی شرایط آب و هوایی مقاوم هستند. این مواد اجازه می‌دهند تا ۹۰ درصد نور طبیعی خورشید مستقیماً به داخل منزل بتابد.
کاهش اسراف در انرژی
یکی از راه‌های مؤثر به جای تولید انرژی پاک و ارزان ، کاهش هدر رفت انرژی است. نانوفناوری در این عرصه نیز حضور جدی دارد.
پوشش‌های ضد انعکاس که بر روی شیشه‌های مسطح لایه نشانی شده در جداره شیشه‌های ساختمان کاربرد دارند. انتظار می‌رود که با این روش اتلاف انعکاسی نور (نوری که به وسیله بازتابش به بیرون منعکس می‌شود) در پانل‌های شیشه‌ای به‌طورمعمول از ۸درصد به ۲درصد کاهش یابد. دو پدیده تولید رنگ و ویژگی ضد انعکاس سطح با یکدیگر رابطه تنگاتنگی دارند. مثلاً در بیشتر ساختارهای غیر متحرک (non-motion) شیء سبز درنتیجه ویژگی ضد انعکاسش نسبت به بقیه طول‌موج نور تابیده‌شده پدیدار می‌شود، یعنی این شیء در مقابل تابش نور تمام طول‌موج‌ها به جز آن بخشی که منجر به تولید رنگ سبز می‌شود را جذب می‌کند. مثالی دیگر از این نوع سیستم‌ها پر طاووس هست، یعنی پر طاووس تنها آن بخش از طول‌موج‌هایی را منعکس می‌کند که وقتی با هم تداخل پیدا می‌کنند رنگ سبز تولید می‌کنند و بقیه طول‌موج‌ها را جذب می‌کند یا به عبارتی در مقابل بقیه طول‌موج‌ها از خود خاصیت ضد بازتاب نشان می‌دهد.از این نوع رنگ‌ها که رنگ‌های فیزیکی نامیده می‌شود در محیط اطراف بسیار زیاد است مثل رنگ بال‌های پروانه، رنگ پوست مار و... . ساختارهای محرک آن دسته از ساختارهایی هستند که به‌طور طبیعی در درون خود دارای رنگ‌دانه‌هایی هستند که در تولید رنگی که به چشم می‌خورد نقش اساسی دارند که این‌گونه ساختارها موردبحث ما نمی‌باشند.
کاشی‌های خورشیدی فتوولتائیک به تناسب پانل‌های خورشیدی معمولی نصب شده در سقف منازل، زیباتر بوده و عملکرد بهتری دارند.
چنانچه ما طبیعت تولید رنگ را بیشتر موردبررسی قرار دهیم یک وجه اشتراکی بین انواعی که در بالا مطرح شد وجود دارد و آن این است که اغلب آن‌ها (سطوح رنگی) به‌صورت میکرو و یا حتی نانو ساختار می‌باشند و یک سطح صاف و مسطح نیستند. همان‌طور که می‌دانیم سطوح صاف و صیقلی نسبت به سطوحی که زبرتر و ناهموارتر هستند درخشان‌تر می‌باشند. شاید اولین و اساسی‌ترین دلیلی که برای این پدیده طبیعی به ذهن می‌رسد این باشد که این امر به خاطر کاهش بازتاب از سطوح ناهموار نسبت به سطوح هموار است. این پوشش‌های ضد انعکاس به‌صورت تک لایه، دولایه و چندلایه طراحی می‌شوند . در آن‌ها از موادی چون MgF2 استفاده می‌شود.[4]
پوشش‌های ضد انعکاس که بر روی شیشه‌های مسطح لایه نشانی شده در جداره شیشه‌های ساختمان کاربرد دارند. انتظار می‌رود که با این روش اتلاف انعکاسی نور (نوری که به وسیله بازتابش به بیرون منعکس می‌شود) در پانل‌های شیشه‌ای به‌طورمعمول از ۸درصد به ۲درصد کاهش یابد. دو پدیده تولید رنگ و ویژگی ضد انعکاس سطح با یکدیگر رابطه تنگاتنگی دارند. مثلاً در بیشتر ساختارهای غیر متحرک (non-motion) شیء سبز درنتیجه ویژگی ضد انعکاسش نسبت به بقیه طول‌موج نور تابیده‌شده پدیدار می‌شود، یعنی این شیء در مقابل تابش نور تمام طول‌موج‌ها به جز آن بخشی که منجر به تولید رنگ سبز می‌شود را جذب می‌کند. مثالی دیگر از این نوع سیستم‌ها پر طاووس هست، یعنی پر طاووس تنها آن بخش از طول‌موج‌هایی را منعکس می‌کند که وقتی با هم تداخل پیدا می‌کنند رنگ سبز تولید می‌کنند و بقیه طول‌موج‌ها را جذب می‌کند یا به عبارتی در مقابل بقیه طول‌موج‌ها از خود خاصیت ضد بازتاب نشان می‌دهد.از این نوع رنگ‌ها که رنگ‌های فیزیکی نامیده می‌شود در محیط اطراف بسیار زیاد است مثل رنگ بال‌های پروانه، رنگ پوست مار و... . ساختارهای محرک آن دسته از ساختارهایی هستند که به‌طور طبیعی در درون خود دارای رنگ‌دانه‌هایی هستند که در تولید رنگی که به چشم می‌خورد نقش اساسی دارند که این‌گونه ساختارها موردبحث ما نمی‌باشند.
کاشی‌های خورشیدی فتوولتائیک به تناسب پانل‌های خورشیدی معمولی نصب شده در سقف منازل، زیباتر بوده و عملکرد بهتری دارند.
چنانچه ما طبیعت تولید رنگ را بیشتر موردبررسی قرار دهیم یک وجه اشتراکی بین انواعی که در بالا مطرح شد وجود دارد و آن این است که اغلب آن‌ها (سطوح رنگی) به‌صورت میکرو و یا حتی نانو ساختار می‌باشند و یک سطح صاف و مسطح نیستند. همان‌طور که می‌دانیم سطوح صاف و صیقلی نسبت به سطوحی که زبرتر و ناهموارتر هستند درخشان‌تر می‌باشند. شاید اولین و اساسی‌ترین دلیلی که برای این پدیده طبیعی به ذهن می‌رسد این باشد که این امر به خاطر کاهش بازتاب از سطوح ناهموار نسبت به سطوح هموار است. این پوشش‌های ضد انعکاس به‌صورت تک لایه، دولایه و چندلایه طراحی می‌شوند . در آن‌ها از موادی چون MgF2 استفاده می‌شود.[4]
پنجر‌ه‌های هوشمند
واژ‌ه‌ی پنجره هوشمند به پانل شیشه‌ای اطلاق می‌شود که بسته به نوع تأثیرات محیطی، خواص خود را خصوصاً در مورد انتقال نور می‌تواند تغییر دهد. بدین منظور از مواد کروموژنیک استفاده می‌شود که رنگ یا شفافیت خود را می‌تواند با توجه به محر‌ک‌های (عوامل) برگشت‌پذیر فیزیکی یا شیمیایی تغییر دهد.
این‌گونه شیشه‌ها می‌توانند به‌عنوان جایگزین برای انواع سیستم‌های سایه از قبیل سیستم‌های ضد تابش و پرد‌ه‌ها در نظر گرفته شود. شیشه‌های هوشمند از طریق فناور‌ی‌های مختلفی تولید می‌شوند که این فناور‌ی‌ها تا حد زیادی مبتنی بر استفاده از نانو مواد و سیستم‌های پوششی نانومقیاس است.
این‌گونه شیشه‌ها می‌توانند به‌عنوان جایگزین برای انواع سیستم‌های سایه از قبیل سیستم‌های ضد تابش و پرد‌ه‌ها در نظر گرفته شود. شیشه‌های هوشمند از طریق فناور‌ی‌های مختلفی تولید می‌شوند که این فناور‌ی‌ها تا حد زیادی مبتنی بر استفاده از نانو مواد و سیستم‌های پوششی نانومقیاس است.
انرژی و تکنیک‌های نورپردازی
فناوری نانو گزینه‌های متعددی برای افزایش بهره‌وری و توسعه رو‌ش‌های جدید تولید انرژی و تکنیک‌های نور پردازی در ساختمان ارائه می‌کند که برخی از این نمونه‌ها به شرح زیر است:
- دیودهای نوری به عنوان تکنیک نور پردازی با بازده انرژی بالا برای کاربردهای ویژه در ساختمان (نور پردازی نما، نورهای راهنما، نورهای رنگی).
- مواد ارگانیک با توانایی بالا برای استفاده در تکنیک نورپردازی بر روی زیرلایه‌های انعطاف پذیر.
- سلولهای خورشیدی رنگی با ویژگی شفافیت و زیبایی (تزیینی)، برای مثال در نماهای شیشه‌ای به عنوان جایگزینی برای سلولهای خورشیدی پایه سیلیکون.
- پوسته‌های (غشا) نانو ساختار و کاتالیزورها، برای بازدهی بیشتر پیل‌های سوختی در بخش الکتریسیته و گرما و با استفاده از گاز طبیعی.
- با توجه به مصرف کم انرژی، رنگ زیبا و ابعاد بسیار کوچک LED (که مبتنی بر پوشش‌های نیمه‌هادی در مقیاس نانو است)، معماران قادرند هنر خود را در نور پردازی ساختمان و طراحی نما در معرض عموم قرار دهند.[5]
پی نوشت
[1] https://digiato.com/article/2017/08/06
[2] rasekhoon.net/article/show/1346783
[3] http://www.baaax.ir/fa/article/382
[4] http://www.iust.ac.ir/content/20218
[5] .nanoproduct.ir
منابع
https://digiato.com/
rasekhoon.net
http://www.baaax.ir/
http://www.iust.ac.ir
.nanoproduct.ir
- دیودهای نوری به عنوان تکنیک نور پردازی با بازده انرژی بالا برای کاربردهای ویژه در ساختمان (نور پردازی نما، نورهای راهنما، نورهای رنگی).
- مواد ارگانیک با توانایی بالا برای استفاده در تکنیک نورپردازی بر روی زیرلایه‌های انعطاف پذیر.
- سلولهای خورشیدی رنگی با ویژگی شفافیت و زیبایی (تزیینی)، برای مثال در نماهای شیشه‌ای به عنوان جایگزینی برای سلولهای خورشیدی پایه سیلیکون.
- پوسته‌های (غشا) نانو ساختار و کاتالیزورها، برای بازدهی بیشتر پیل‌های سوختی در بخش الکتریسیته و گرما و با استفاده از گاز طبیعی.
- با توجه به مصرف کم انرژی، رنگ زیبا و ابعاد بسیار کوچک LED (که مبتنی بر پوشش‌های نیمه‌هادی در مقیاس نانو است)، معماران قادرند هنر خود را در نور پردازی ساختمان و طراحی نما در معرض عموم قرار دهند.[5]
پی نوشت
[1] https://digiato.com/article/2017/08/06
[2] rasekhoon.net/article/show/1346783
[3] http://www.baaax.ir/fa/article/382
[4] http://www.iust.ac.ir/content/20218
[5] .nanoproduct.ir
منابع
https://digiato.com/
rasekhoon.net
http://www.baaax.ir/
http://www.iust.ac.ir
.nanoproduct.ir
