جهان با سرعتی سرسام‌آور در حال تغییر است. تا سال 2050، 70 درصد از جمعیت جهان در مناطق شهری زندگی خواهند کرد. سبک زندگی مدرن به فناوری هوش مصنوعی، گوشی‌های هوشمند، ساعت‌های هوشمند و ابزارهای فناوری جدید وابسته است. نام خانه‌های هوشمند را هم حتما شنیده‌اید. در حال حاضر، معماران سعی دارند با کمک فناوری به ساختاری کارآمد، بادوام و پایدار در طراحی‌های خود برسند. استفاده از مصالح هوشمند یکی از این تلاش‌ها است؛ گامی مهم در جهت پیاده‌سازی اصول معماری پایدار.
در این مطلب، به معرفی مصالح هوشمند ساختمانی می‌پردازیم، از مزیت‌ها و کاربردهایش در معماری می‌گوییم و چند نمونه مصالح هوشمند و به‌کارگیری آن در نمونه ساختمان‌های معماری پایدار را معرفی می‌کنیم.
مصالح هوشمند (Smart Materials) یا مصالح پاسخگو (Responsive Materials) به مصالحی گفته میشود که قابلیت پاسخگویی مفید و کنترلشده به تغییر شرایط خود یا محیط اطراف را دارند. این مصالح می‌توانند با محیط خود سازگار شوند و بسته به شرایط محیطی خواص خود را تغییر دهند.
تنش/ کرنش مکانیکی، میدان‌های الکتریکی یا مغناطیسی، تغییرات دما، نور، رطوبت، pH یا ترکیبات شیمیایی از جمله محرک‌هایی هستند که می‌توانند خواص مواد و مصالح هوشمند را به روشی تنظیم‌شده تغییر دهند.
خواص منحصر‌‌به‌فرد این مواد، آن‌ها را به عناصری حیاتی در بسیاری از زمینه‌های مهندسی و علوم تبدیل کرده است. ساختمان‌سازی یکی از این زمینه‌هاست که از مصالح هوشمند ساختمانی در راستای افزایش بهرهوری، کاهش آسیب به محیط زیست، بهبود عملکرد ساختمان و راحتی ساکنین استفاده می‌کند.
قبل از ارائۀ چند نمونه از مصالح هوشمند ساختمانی، تأکید بر این نکته ضروری است که اکثر مصالح هوشمند در مرحلۀ توسعه‌اند و با تکنولوژی روز سروکار دارند که می‌تواند هزینههای آن‌ها را افزایش دهد و باعث شود حضور کمرنگی در بازار داشته باشند. با این حال، با توجه به میزان تقاضا برای معماری سبز و معماری پایدار به منظور مواجهه با بحران‌های اقلیمی، این محصولات در چند سال آینده توسعه و بهبود بیشتری می‌یابند و در دسترس‌تر می‌شوند.
در ادامه، برخی از مصالح ساختمانی هوشمند را معرفی می‌کنیم.
این نوع مصالح سبز، از هدر رفتن انرژی در ساختمان جلوگیری می‌کنند و باعث صرفه‌جویی در مصرف انرژی می‌شوند. با عایق‌های نانو دیگر نیازی به چندین لایه عایق در کف و دیوارها و سقف ساختمان نیست. این ویژگی که با عنوان نانوتکنولوژی نیز شناخته میشود، شامل مصالح زیر است:
عایق‌های پیشرفته مانند پتوهای ایروژل تقویت‌شده با الیاف (Fiber Reinforced Aerogel Blanket) و پانل‌های عایق خلاء (Vacuum Insulated Panel) در مقایسه با عایق‌های معمولی بسیار نازک‌ترند و کارایی بالاتری دارند.
در حال حاضر می‌توان مصالحی مانند رنگ، شیشه و سرامیک را به صورت خودتمیزشونده در بازار پیدا کرد. وجه مشترک آن‌ها این است که در ترکیب خود دارای نانوذرات دی اکسید تیتانیوم هستند، عنصری که فوتوکاتالیز می‌کند، یعنی سرعت واکنش‌های شیمیایی را هنگام قرار گرفتن در معرض نور افزایش می‌دهد و میکروارگانیسم‌ها و کثیفی‌ها را از سطح حذف می‌کند. کاهش گازهای آلاینده، صرفه‌جویی در مصالح و نگهداری، به‌ویژه در مورد نمای خارجی از مزایای این مصالح است.
در انواع بتن هوشمند، تمام تلاش بر این است که بتن بتواند به‌طور مستمر خود را نظارت و تنظیم کند، تطبیق دهد و همچنین خود را بدون دخالت انسانی ترمیم کند. بتن زیستی یا بتن خودترمیم‌شونده و بتن کربنی از جمله این تلاش‌هاست.
ترک‌ها یا شکاف‌های بتن، اگر تعمیر نشوند، می‌توانند بزرگ شوند و اجازه دهند آب به داخل سازۀ بتنی وارد شود. ورود آب منجر به خوردگی فولاد و به خطر افتادن کیفیت مکانیکی سازه میشود. در گونه‌ای از بتن‌های زیستی (بیو بتن) یا باکتریایی که نوعی بتن خودترمیم‌شونده است، برخی از گونه‌های باکتری (باسیل) در ترکیب سیمان وارد می‌شوند که نیاز به نگهداری مصالح را به حداقل می‌رسانند، زیرا هاگ‌هایی تولید می‌کنند که می‌توانند تا پنج دهه بدون غذا یا اکسیژن زنده بمانند و به‌طور طبیعی هر شکاف احتمالی را ببندند.
نیاز به نگهداری کم (خودترمیمی ترک‌های ایجادشده)، کارآمدی در مصرف انرژی، پایداری و ماندگاری بالا از جمله فواید بتن خودترمیم‌شونده است.
بتن مسلح با الیاف کربنی (یا به اختصار، بتن کربنی) چهار برابر قوی‌تر و سبک‌تر از بتن مسلح معمولی است. این مصالح هوشمند به جای میلگرد، از شبکه‌های کربنی استفاده می‌کند و در عین صرفه‌جویی مالی، آسیب کمتری به محیط زیست وارد می‌کند.
ساخت این نوع بتن از طریق فرایند تجزیۀ حرارتی انجام میشود که در آن رشته‌های بسیار ریز کریستال‌های کربن قبل از سخت شدن بتن شبکه‌ای ایجاد می‌کنند. این الیاف، سبک و بسیار نازک‌تر از موی انسان‌اند. بتن کربنی علاوه بر پوشش دهانه‌های بزرگ‌تر بدون خطر ریزش، می‌تواند قطعات پیش‌ساختۀ بسیار سبک‌تری تولید کند و نیاز به جرثقیل‌های بزرگ را از بین ببرد.
کاه یکی از مصالح سنتی است که این روزها دوباره رواج پیدا کرده است. این مصالح بادوام، مقرون‌به‌صرفه و سازگار با محیط زیست است. دیوارهای ساخته‌شده از کاه دوبرابر بیشتر از الزامات برخی کشورها، ساختمان‌ها را عایق می‌کنند و قابلیت کاهش 90 درصدی قبض‌های سوخت را دارند. این فناوری کمترین اثر کربن (به دلیل جذب دی اکسید کربن) را در سیستم ساخت‌وساز دارد. بلوک‌های کاهی کم‌هزینه و در دسترس‌اند که این ویژگی برای آیندۀ کم‌کربن حیاتی است.
وانکه سنتر به‌عنوان یکی از معروف‌ترین ساختمان‌های هوشمند جهان و دارای چندین ویژگی پایدار است: پنل‌های فتوولتائیک نصب‌شده بر پشت‌بام، استفاده از لوورهای متخلخل خودکار برای تنظیم نور ورودی به ساختمان، سیستم بازیافت آب خاکستری، استفاده از مصالح پایدار محلی مانند بامبو برای کف، درها و مبلمان از مهمترین ویژگی‌های این ساختمان است.
کریستال یکی از پایدارترین ساختمان‌های جهان است که با رعایت اصول معماری سبز، علاوه بر بیشترین استفاده از نور طبیعی روز با به‌کارگیری شیشه‌های مات و شفاف، از فناوری روشنایی هوشمند نیز استفاده می‌کند. عمدۀ برق این ساختمان توسط پنل‌های خورشیدی فتوولتائیک تأمین میشود و چراغ‌های LED و فلورسنت، بسته به مقدار نور روز روشن و خاموش می‌شوند.
برای سیستم تهویۀ کریستال از انرژی زمین استفاده میشود. لوله‌های نصب‌شده در زیر بنا در فصول سرد گرمای زمین را به ساختمان منتقل می‌کنند و برعکس، حرارت مازاد ساختمان را به زمین بازمی‌گردانند. برخی از این لوله‌ها تا عمق ۱۵۰ متری زمین پیش رفته‌اند.
گزارش اخیر Markets and Markets پیش‌بینی می‌کند که بازار جهانی ساختمان‌های هوشمند از 60.7 میلیارد دلار در سال 2019 به 105.8 میلیارد دلار تا سال 2024 رشد خواهد کرد.
برخی از مهمترین مزیتهای انواع مصالح هوشمند ساختمانی عبارتند از:
با استفاده از فناوری هوشمند، می‌توانید مصرف انرژی را تا حد زیادی کاهش دهید و در نتیجه، در هزینه‌ها صرفه‌جویی کنید. این مصالح، پایدار و دوستدار محیط زیست‌اند و کمترین آسیب را به طبیعت وارد می‌کنند. ضمن این‌که، اغلب آن‌ها، در دستۀ مصالح قابل بازیافت در معماری قرار می‌گیرند و می‌توان از آن‌ها استفادۀ مجدد کرد.
بسیاری از مصالح هوشمند خودترمیم‌شونده‌اند، یعنی قابلیت تعمیر خود را دارند. از سویی، الگوریتم‌های ساختمان‌های هوشمند می‌توانند هر آسیبی را خیلی زود شناسایی کنند و قبل از آسیب کامل، هشدار دهند تا جلوی هزینههای بیشتر گرفته شود.
استفاده از مصالح دوستدار محیط زیست که آلودگی کمی تولید می‌کنند، فضای خانه و شهر را سالم نگه می‌دارد. ضمن این‌که، مصالح و فناوری‌های هوشمند به شما امکان می‌دهند تهویه، نور و دمای ساختمان را تعدیل کنید، کیفیت هوای داخل خانه را ردیابی کنید و برای ساکنین محیط مطلوب‌تری فراهم کنید.
مصالح هوشمند، اغلب دوام بالا و چرخۀ عمر طولانی دارند و هزینههای تعمیر و نگهداری و مصرف انرژی در ساختمان را پایین می‌آورند. بنابراین در درازمدت مقرون‌به‌صرفه‌ترند. از طرفی، ساختمان‌های هوشمند با پیاده‌سازی سیستم‌های HVAC (فناوری‌های مربوط به ایجاد آسایش از طریق تهویه و ایجاد شرایط دمایی مطبوع برای محیط‌های داخلی ساختمان)، روشنایی هوشمند و سایر راه‌حل‌های IoT (اینترنت اشیا)، می‌توانند بیش از ۳۰ درصد در هزینههای عملیاتی صرفه‌جویی کنند.
توسعۀ ساختمان هوشمند می‌تواند به ملک شما یک مزیت رقابتی بزرگ بدهد. بسیاری از خریداران و مستاجران امروزی حاضرند بابت ساختمان‌های هوشمند، هزینههای بیشتری پرداخت کنند و این رویکرد با پیشرفت‌های سریع آتی، پررنگ‌تر هم خواهد شد. بنابراین با استفاده از مصالح هوشمند، ارزش املاک شما افزایش می‌یابد.
در دنیای هوش مصنوعی، باید مصالح سنتی را با مصالح هوشمند جایگزین کنیم. علی‌رغم همۀ موانع، مصالح ساختمانی و سیستم‌های هوشمند می‌توانند به ساخت ساختمان‌های بادوام‌تر و راحتی و ایمنی ساکنان کمک کنند.
مصالح و زیرساخت‌های هوشمند بدون شک هزینۀ بیشتری در مقایسه با زیرساخت‌های سنتی دارند، اما در درازمدت مقرون‌به‌صرفه‌ترند. بنابراین، اگر قصد خرید یا بازسازی خانه یا دفتر کار خود را دارید، فناوری‌ها و مصالح هوشمند ساختمانی را در نظر داشته باشید.
با توجه به آنچه دربارۀ مزایای مصالح هوشمند گفتیم، آیا ترغیب شده‌اید که از این مصالح در ساختمان خود استفاده کنید؟
خانه و معماری با بیش از یک دهه تجربه در زمینه واردات تجهیزات و مصالح ساختمانی اروپایی و ارائه راه‌حل‌های نوآورانه در صنعت ساختمانی، مرجع معتبر و شناخته شده‌ای در این حوزه به شمار می‌رود.
شرکت خانه و معماری با برخی از معتبرترین برندهای اروپایی یعنی Roca و Armani/Roca (محصولات چینی بهداشتی) و همچنین Moso (محصولات بامبو) همکاری می‌کند که تمامی آن‌ها رعایت استانداردهای کیفی در بالاترین سطح و حفظ محیط‌زیست را سرلوحه کار خود قرار داده‌اند.
