ساخت پنجره‌های هوشمند با فناوری پلاسما توسط دانشمند ایرانی
این مطالعه را دکتر «بهنام اخوان» از گروه تحقیقات مهندسی سطوح و کاربرد پلاسما انجام داده، به منظوریافتن راهی برای مصرف انرژی با استفاده از روکش‌های نازک پلاستیکی نازک متمركز شده است که روی پنجره‌های شیشه‌ای اعمال می‌شود.
فناوری‌های جدید شامل روکش‌های الکتروکرومیک ساخته شده از مواد شفاف است که با استفاده از یک ولتاژ الکتریکی کوچک، تیره رنگ می‌شوند.
این اولین‌بار است که با استفاده از فناوری جدید در پاشیدن پلاسما، روکش‌هایی از جنس لایه‌های نقره ساخته شده که تقریبا 10هزار برابر نازک‌تر از ضخامت موی انسان است و بین دو لایه نازک نانو اکسید تنگستن قرار می‌گیرد.
پلاسما که به‌عنوان حالت چهارم ماده شناخته شده، از طریق افزایش انرژی به گاز ایجاد می‌شود. پلاسما معمولا در لامپ‌های فلورسنت، حباب‌های لامپ، نئون‌ها و صفحه نمایش بعضی تلويزیون‌ها و رايانه‌ها استفاده می‌شود.
دکتر اخوان درباره این ایده خود می‌گوید: «برای نخستین‌بار توانستیم با روش جدیدی از ذخیره اکسید تنگستن که به‌عنوان HiPIMS شناخته شده، در تولید روکش‌های چند منظوره، ساخته شده تنها سه لایه، جهت استفاده در مواردی همانند ساخت پنجره‌های هوشمند، استفاده کنیم .»
کاهش تعداد لایه‌ها در ساختار روکش‌های موردنظر پیامدهای مثبت قابل ملاحظه‌ای برای کارخانه‌های ساخت و تولید پنجره‌های هوشمند دارد. زیرا کاربرد این روش فرایند کار را کاملا ساده کرده و سبب کاهش هزینه نهایی کالا می‌شود.
پنجره‌های هوشمند دوستدار محیط زیست
استفاده از پنجره‌های دو یا سه جداره تا مدت‌های طولانی روشی موثر برای حفظ دما در مناطق سرد اروپا و آمریکای شمالی بوده است اما استفاده از این قبیل عایق‌ها به‌طور سنتی در استرالیا محبوبیت چندانی ندارد.
مواد ذخیره شده در پلاسما درصورتی که روی شیشه‌ها به کاررود می‌تواند به گونه‌ای برنامه‌ریزی شود که بسته به فصول مختلف سال درجات مختلفی از شفافیت را داشته باشد. این شیشه با این روش در فصل‌های سرد امکان می دهد که میزان نور خورشید بیشتر به داخل ساختمان راه یابد و در فصل‌های گرم نیز از شدت نور کاسته و جذب دمای خورشید را نیز به حداقل ممکن می‌رساند.
بهنام اخوان می‌گوید: «یافته‌های ما امکانات تازه‌ای را برای ساخت نسل جدیدی از مواد با شفافیت، رسانایی و قابلیت الکتروکرومیک فراهم می‌کند.»
دکتر اخوان امیدوار است که فناوری جدید بتواند وابستگی به انواع وسایل همانند کولر، تهویه مطبوع و انواع لوازم گرمایشی و سرمایشی الکتریکی را کاهش دهد به نحوی که به کاهش مصرف سوخت و انتشار آلودگی ناشی از سوخت مواد فسیلی بینجامد.
وی می‌گوید: «برای کاهش فشار بر طبیعت و آثار منفی تغییرات آب‌وهوایی باید با استفاده از مصالح ساختمانی مطمئن که بتواند حداکثر عایق را در برابر تبادل دما داشته باشد و درعین حال مصرف و وابستگی به برق را نیز کاهش دهد، سرمایه‌گذاری کنیم.»
ساخت چوب‌های شفاف سازگار با محیط‌زیست
در تلاشی دیگر دانشمندان در سوئد، در تلاش برای ساخت مواد ساختمانی سازگار با محیط‌زیست موفق به ساخت «چوب شفاف» شدند . این مواد می‌تواند جایگزین شیشه، پلاستیک در ساخت خانه‌های کارامد با مصرف بهینه انرژی شوند.
در عصر ساخت‌وساز با شیشه و فولاد، چوب احتمالا یکی از قدیمی‌ترین ابزارها و روش‌هاست اما اکنون محققان می‌گویند که چوب همچنان، بهترین ماده اولیه برای دستیابی و تولید ماده‌ای است که نه‌تنها محکم و مقاوم باشد بلکه همچنین شفاف بوده و قابلیت جذب و ذخیره‌سازی و نیز آزاد سازی انرژی گرمایی را داشته باشد.
محققان می‌گویند که این مواد می‌تواند در ساخت خانه‌های کارآمد از نظر مصرف بهینه انرژی به کار رود و همچنین امیدوارند که با استفاده از آن بتوانند در توسعه ماده‌ای که از نظر زیستی تجزیه‌پذیر باشد و درنتیجه با افزایش سازگاری با محیط‌زیست به‌عنوان یک جایگزین برای مواد غیرقابل تجزیه و مخربی چون شیشه و پلاستیک یا حتی سیمان به کار گرفته شود.
«سلین مونتاناری» از موسسه سلطنتی فناوری KTH در استکهلم سوئد می‌گوید: «ما ماده‌ای چندمنظوره تهیه کرده‌ایم که می‌تواند هم نور را به‌خوبی منتقل کند و درعین حال قادر است گرما را نیز در خود ذخیره کند. درواقع ما این دو کارکرد را در یک ماده واحد، ترکیب کرده‌ایم.»
او که یافته‌های خود را در انجمن شیمی اورلاندو در آمریکا عرضه کرده، برای تولید این ماده از تجربیات به‌دست آمده یک تیم پژوهشی استفاده کرده است که قبلا از چوب بالسا با حذف لینگین – عنصری در چوب استفاده كرده بودند که عامل استحکام و رنگ‌دهی چوب است.
در این بین آکریلیک که یک ماده غیرقابل تجزیه زیستی و همچنین ضدآب است، به بافت‌های باقی مانده از چوب که باقی مانده بود، نفوذ داده شد به نحوی که هم سوراخ‌های ریز باقی مانده از حذف ماده لینگین و نیز شکاف‌های توخالی پر كرد که محل ذخیره و جذب آب در بدنه درخت است. این کار نه‌تنها به حفظ ساختار چوب کمک کرد بلکه سبب حفظ قدرت و استحکام چوب شده و درعین حال خواص اپتیکی آن را نیز بهبود داد.
درآخرین آزمایش‌ها اکریلیک با ماده دیگری به نام «پلی اتیلن گلیکول» ترکیب شد که به‌خوبی به بافت چوب نفوذ می‌کند. از دیگر سو سختی پلی اتیلن گلیکول از دیگر خواص آن است: هنگامی که گرم شود، با جذب انرژی گرمایشی ذوب می‌شود اما وقتی که دما کاهش یابد، سبب سختی آن می‌شود و در این فرایند، انرژی جذب شده را آزاد می‌کند. به گفته تیم پژوهشگران این قابلیت به معنای آن است که مواد مورد نظر آن‌ها که پایه چوب دارد، درصورت افزایش دما به صورت شفاف یا نیمه‌شفاف در می‌آید. از آن‌جا که قادر است طی ساعات روز، انرژی گرمایشی خورشید را در خود ذخیره کند و بعد از ظهر به فضای داخلی خانه آزاد کند، این دو خاصیت می‌تواند در بنای ساختمان‌ها با هدف مصرف بهینه انرژی به کار گرفته شود.
«مونتاناری» می‌گوید: «اگر شما 100 گرم از این ماده چوبی شفاف را که با پلی اتیلین ترکیب کرده‌اید، می‌تواند سبب جذب بیش از 8000 J گرما شود که معادل است با گرمایی که یک وات لامپ برقی می‌تواند ظرف دوساعت تولید کند.»
وی افزود که انواع مختلفی از «پلی‌اتیلن گلیکول» ذوب شده در دماهای مختلف آزمایش شده است طوری که گروه تحقیقاتی بتواند خواص این چوب شفاف را به تناسب نیاز وبا کاربردهای گوناگون پیچانده و فرم بدهد.
مواد حاوی موادشیمیایی که می‌توانند ذخیره و گرما را آزاد کنند، یک ایده جدید در صنعت ساخت‌وساز نیستند، و انواع مختلفی به عنوان یک عنصر جدید برای کاهش مصرف انرژی استفاده می‌شوند اما تیم می‌گوید رویکرد آن‌ها متفاوت است، زیرا از مواد طبیعی استفاده می‌کند که نیاز به مواد نفتی و انتشار CO2 مرتبط را کاهش می‌دهد.
خانه‌های جدید: مصرف انرژی کمتر در مصرف و آلودگی بیشتر درساخت
با وجود تلاش‌های خلاقانه در ارائه و تولید مواد و مصالح دوستدار محیط‌زیست و با آن‌که تحقیقات جدید در زمینه روش‌های کاهش مصرف انرژی در خانه‌ها نتایج جالب توجهی داشته اما طبق بررسی‌های دیگری روشن شده است که ساخت همین خانه‌ها اگرچه مصرف انرژی را می‌کاهد اما مقادیر بالایی از CO2 را دراتمسفر زمین رها می‌کند.
محققان در اسکاتلند می‌گویند ساخت یک خانه دواتاق خوابه کم‌مصرف 80 تن CO2 تولید می‌کند. طبق همین بررسی‌ها هرچند که ردپای کربنی در ساخت‌وساز خانه‌ها به فاکتورهای مختلفی همانند اندازه و نوع مواد و مصالح به کار گرفته شده بستگی دارد اما طبق برآوردهای انجام شده، به‌طور میانگین ساخت یک خانه درابعاد معمولی که با نام‌های تجاری جدید به صورت دو اتاق خواب دربالا و دو اتاق پذیرایی و آشپزخانه در پایین ساخته می‌شود، بالغ بر 80 تن CO2 در هوا آزاد می‌کند.
این ارقام براساس مطالعاتی به‌دست آمده که درباره ساخت‌وساز خانه در اسکاتلند با توجه به اهمیت گزینه‌های مختلف درساخت خانه‌های سنتی و تاثیرآن بر تغییرات آب‌وهوایی صورت گرفته است.
این بررسی‌ها می‌گوید که چه خانه‌های قدیمی را بازسازی کنید و چه رها کرده وبا اصول متفاوتی ساختمان‌های گوناگون بسازید، به هرحال این مطالعات تغییرات آب‌وهوایی را در بازه زمانی صدساله با تمرکز بر سهم ساخت‌وساز مسکن و همچنین نگهداری و مراقبت از آن در انتشار گازهای گلخانه‌ای و نیز میزان انرژی مصرف شده توسط سکنه هرساختمان استوار بوده است.
تردیدی نیست که بدترین گزینه تاکنون آن بوده است که موضوع را نادیده بگیریم و اجازه دهیم ساخت‌وساز مسکن همانند گذشته به همان روش‌های قدیمی ادامه یابد و مانند غربال انرژی را هدر بدهد اما از بین بردن ساختمان‌ها و ساخت خانه‌های جدید هم درحدود 80 تن CO2 تولید می‌کند. چه آن خانه براساس مقررات ساخت‌وساز اسکاتلند تا سال 2008 ساخته شده باشد یا طبق مقررات به‌شدت سختگیرانه و باصرف هزینه‌های سنگین خانه‌های کم مصرف دربالاترین سطح که تولید کربن را به صفر می‌رساند.
طبق همین بررسی‌ها روشن شده است که حتی ساخت‌وساز خانه‌هایی با روش‌های جدید و با هدف کاهش تولید دی‌اکسیدکربن، به میزان بالایی آلاینده تولید می‌کنند که درنهایت نقض غرض است. در این تحقیقات میزان CO2 تولید شده درساخت بخش‌های مختلف یک خانه جدید دو خوابه را براساس مصالح جدید روشن کرده‌است:
ساخت دیوارها: 60درصد
مصرف چوب: 14 درصد
لوله و زهکشی: 9 درصد
ساخت طبقات: پنج درصد
ساخت سقف سنگی: پنج درصد
پنل‌های فتوولتاییک: سه درصد
سایر: چهار درصد
ساخت خانه‌های جدید کم‌مصرف، یا بهینه‌سازی خانه‌های قدیمی؟
درنهایت تولید 80 تن CO2 رقمی است معادل آلودگی تولید شده از پنج خودروی خانوادگی با برندهای تجاری جدید یا 24 بار سفر با بلیت درجه دو از لندن به هنگ‌کنگ است. با این حال از آن‌جا که یک خانه ساخته شده دست‌کم برای 100 سال یا بیشتر دوام دارد، می‌توان در نظر گرفت که میزان آلاینده آن در چنین مقیاسی در طول سال، بسیار کمتر خواهد بود. درواقع ظرف 10 تا 15 سال که از ساخت خانه‌ها با مصالح جدید بگذرد، به‌خاطر صرفه‌جویی در مصرف انرژی که حاصل به‌کارگیری این مصالح و روش‌های نوین ساخت‌وساز است، این خانه‌ها بدهی خود را از بابت آلودگی‌های ایجاد کرده، پرداخت و به نحوی جبران می‌کنند.
با این حال گزینه بهتر همچنان این است که خانه‌های قدیمی را به جای تخریب، بازسازی و احیا کنیم. چراکه سرمایه‌گذاری کربنی در ساخت خانه‌های جدید تنها 80 تن CO2 است درحالی که ساخت حتی بهترین و ویژه‌ترین ساختمان‌های جدید نیز نمی‌توانند به‌طور میانگین در دوره صدساله به چنین مزیتی دست یابند. علاوه بر این حتی با درنظر گرفتن هزینه‌ها بازسازی و احیای خانه‌های قدیمی به گونه چشمگیری گزینه‌ای عملی‌تر و سودمندانه‌تر است.
براساس این بررسی‌ها پیام برای صنعت ساختمان سازی روشن است: سرمایه‌گذاری در بالاترین سطح از کارایی انرژی برای ساخت خانه‌های جدید حتی اگر بهترین انتخاب دوستدار محیط‌زیست باشد، از نظر تولید CO2 و افزایش آلودگی بشدت پرهزینه است. بنابراین بهترین گزینه سرمایه‌گذاری در بهبود و اصلاح کارایی ساختمان‌های موجود است که با حذف 80 تن CO2 به طرز چشمگیری از فشار بر محیط‌زیست می‌کاهد.
