نویسنده و تحقیق سرکار خانم مهندس بهناز خورشیدی راد کارشناس ارشد معماری انرژی

مهندس ناظر و مجری پایه دوم نظام مهندسی استان تهران

-1401/04/04

چکیده

بشر از دیرباز همواره در حال الهام گیری از طبیعت در ساخت و ساز خود بوده است.در طول تاریخ تكامل، هرگاه مسیر
حرکت بشر از رفتار طبیعت فاصله گرفته ؛ سبب شده است پدیده هایی با عنوان آسیب های طبیعی پدید آیند. معماری بیونیک به مفهوم الهام پذیری از طبیعت در طراحی بنا می باشد. بیونیک، به معنای زیستارشناختی یا به کارگیری اندامهای ساختگی طبیعت می باشد. ولی آنچه که در طراحی ساختمان ها در هزاره سوم نیاز می باشد، موضوع هماهنگی و تعامل معماری و فناوری در این امر می باشد. این مقاله سعی دارد تا با بررسی معماری بیونیک موضوع اصالت طرح را از دیدگاه سازه و معماری و منطبق
2 و سیستمهای سایهاندازی 1 با رفتار طبیعی و نیازهای زندگی متكی بر تكنولوژی در قرن حاضر و مروری بر پوششهای قابل تطبیق بكار رفته در معماری معاصر بررسی نماید و این دیدگاه را القا کند که در هزاره سوم مسیر آموزش و روند طراحی بناها باید به صورت ایجاد کار تیمی متشكل از معمار، طراح سازه، طراح تاسیسات برقی و مكانیكی با دیدگاه بهره گیری از طبیعت و اصل حداقل مصرف انرژی و معماری سبز با یكدیگر باشد تا طرح به صورت بهینه خلق شود. )مقاله معماری بیونیک، مجتبی دروکی (پوشش ساختمانی، سیستم فرعی اولیهای است که از طریق آن شرایط خارجی و تغییرات محیطی را می توان تنظیم کرد،و در نتیجه ارتباط زیادی در توسعه رویكردهای جدید به راهحلهای ساختوساز پایدار و بادوام،را بدست آورد.بهره وری انرژی ساختمانبیونیک و معماری سبز بیونیک مهمترین وسیله برای اطمینان از هماهنگی بین ساختمان ها و محیط طبیعی ، حفظ تعادل اکولوژیكی و دستیابی به توسعه پایدار ساختمان ها است. بنابراین رابطه همزیستی را منعكس می کند بین معماری و محیط زیست و دستیابی به توسعه سبز ساختمانها با بازده باال و مصرف انرژی کم. )مقاله پایداری و دوام پوششهای انطباقی، Marta Barozzi1*
واژگان کلیدی: معماری بیونیک. انطباق، معماری پایدار، کاهش مصرف انرژی ، معماری همساز با اقلی

مقدمه

با توجه به پژوهش موسسه ای فیزیكی در ملدوژم ، نماهای ساختمانی ،مسئول بیش از ۴۰ درصد از تلفات گرما در زمستان و و همچنین مسبب گرمایش بیش از حد در تابستان هستند، که باعث بكارگیری سیستمهای تهویه هوای الزم برای تضمین آرامش درونی مناسب ،میشود.
با طراحی دقیق جزییات نما و یک سیستم سایه اندازی کارآمد، به راحتی میتوانند بدون استفاده از سیستمهای خنک کننده با مصرف انرژی باال ،کار کنند. استفاده از سیستمهای سایه دهی انطباقی، میتواند در کاهش تقاضای انرژی ساختمانها به دو روش موثر باشد: با توجه به مقاومت حرارتی مكمل در موقعیت پوشش ، آنها ممكن است نیاز انرژی حرارتی را در فصل زمستان کاهش دهند در حالی که در تابستان، آنها از نما در برابر افزایش گرمای خورشید محافظت میکنند و نیاز به انرژی خنک کنندگی را کاهش میدهند.
وسایل سایهاندازی مكانیكی وجود دارند، در حالی که در طرف دیگر راهحلهای شیمیایی وجود دارند که به اصطالح پوشش شیشهای بازتابنده ، نامیده میشوند. در حالت 1، المانهای مكانیكی اضافی به نمای خارجی یا داخلی نما اضافه شده یا به صورت نمای خارجی یكپارچه (دو الیه پوسته) ،

اضافه میشوند و به تنظیم انعكاس نور و تابش خورشیدی از طریق حرکات مكانیكی و روشهای کنترلی(رویكرد مكانیكی) ،کمک میکنند.

در حالت 2 از انواع نوآوریهای امروزی استفاده میشود، که ویژگیهای نوری آنها را نسبت به متغیرهای خارجی یعنی اشعه خورشید، کاربرد ولتاژ GC کم (شیشه الكتروکرومیک3، ) یا با استفاده از هیدروژن (شیشه های گازوکرومیک۴، )تغییر میدهد.
در اینجا روش انطباق ،مبتنی بر تغییر شیمیایی یک الیه مواد در داخل شیشه است، که اجازه میدهد که ادغام سیستم سازگار به طور مستقیم در سطح شیشهای (رویكرد شیمیایی) ،انجام شود.
که این سیستمها به محرکهای محیطی واکنش میدهند که یكی یا بیشتر از ویژگیها را تغییر میدهند )شیمیایی، مكانیكی، الكتریكی، مغناطیسی و یا حرارتی(. تغییرات مستقیم و قابلبرگشت هستند و برای فعال کردن سیستم ، به منبع خارجی انرژی نیاز ندارند.
این مهمترین ویژگی مواد حافظه شكلی است که کاربرد آنها را در زمینه مولفههای ساختمان پایدار ،جالب میسازد.
فناوری نانو یكی از مهمترین روندهای مدرن عملی است که همگام با پیشرفت فنی در زمینه های مختلف زندگی ، از جمله رشته معماری است ، و برنامه های کاربردی به واحدهای پیشرفت کیفی کمک می کند که در طراحی های معماری موثر هستند. سطوح پس از تبدیل نگاه سنتی به مصالح ساختمانی به سبكی ، یک برنامه پیشرفته است که دارای ابعاد تكنولوژیكی است که خصوصیات مواد راتغییر داده و به بهبود آنها کمک می کند در حالی که تأثیرات منفی آن بر انسان و محیط به حداقل می رسد ، این منجر به ایجاد ساختمان های اقتصادی با پیكربندی های زیبایی شناختی که زمان و نیازهای آنها را در نظر می گیرند و باعث صرفه جویی در انرژی می شوند ، با طول عمر بیشتر و کارایی عملكرد باالتر ، به عبارت دیگر پایدار. یكى دیگر از راهكارهاى مهم طراحى چه در معمارى و یا سایر علوم و هنرها ، الگو گرفتن از طبیعت بوده است.(آنتونیادس ،1386 )
معماران و طراحان ساختمان معتقدند که طرح های الهام گرفته از طبیعت، می تواند به کاهش صدمات زیست محیطی ناشی از ساختمانها کمک شایانی کند.
امروزه، برخی از آرشیتكت ها بر این باورند که تقلید از طبیعت، به مراتب بیش از زیباسازی ظاهری ساختمان ها، مفید فایده خواهد بود.

بنابراین، آنها برای کپی برداری از قواعد ساختاری موجود در طبیعت، تالش زیادی می کنند و به عنوان مثال، از الگوهای طبیعی برای خنک کردن محیط زندگی، تولید انرژی و حتی شیرین کردن آب دریاها استفاده می کنند.
استفاده از مد لهای موجود در طبیعت در ساختمان ها، که هم از نظر زیباشناختی و هم از نظر کارکردهای پرشمارش دارای توجیه فنی است، متاسفانه تا چندی پیش محدود به سیستم های ساده و منفعل شده بود .به عنوان مثال، بر سر در جنوبی ساختمان متعلق به موسسه جهان عرب در پاریس، یک ردیف حسگرهای مكانیكی چشم مانندی نصب شده اند که با توجه به میزان نور ورودی به ساختمان،باز و بسته شده و بدین وسیله دمای داخلی ساختمان را کنترل می کنند) تقی زاده،1386)



امروزه استفاده از عناصر مولد انرژی مانند توربینهای باد و پانلهای خورشیدی نه تنها به عنوان نیاز در صرفهجویی انرژیهای فسیلی، بلكه به عنوان عناصر زیبایی شناختی در فرم بیرونی معماری نیز به کار گرفته میشود.راه حلهایی برای کاهش مصرف انرژی و آب و وابستگی به منابع تجدیدناپذیر، به پدید آمدن جهانی پایدار نیزکمک مینماید .این موضوع خصوصا در مورد معماری و رشته های ساختمانی بسیار ضروری است، چرا که ساختمانها عامل تقریبا نیمی از انتشار گازهای گلخانهای، مصرف انرژی و مصرف مصالح خام در سراسر جهان به شمار میروند. بررسی تاثیر معماری بیونیک در معماری و محیط زیست شهری و راهكارهایی جهت ایجاد معماری سبز و دستیابی به ساختمانها با بازده باال و مصرف انرژی کم.)۴)
1-استفاده از علم بیونیک درطراحی فضاها و محیط زیست شهری چه تاثیری دارد؟
2 -شكل نما و جهت ساختمان برای بیشترین بهره از انرژی تابشی خورشید و انرژی باد با توجه به شرایط اقلیمی هر منطقه، چگونه باید باشد؟


3 -مصالح بومی چه تاثیری در کاهش مصرف انرژی در هر منطقه دارد؟
علم بیونیک به عنوان یک رویكرد طراحی در کاهش صدمات زیست محیطی و طراحی بهینه سازه تاثیر بسیار زیادی دارد .
بررسی مصادیق کاربردی،الگوبرداری فرم و ساختار از طبیعت،


روش تحقیق:بررسی بیونیک در معماری به روش کیفی از نوع تحلیل محتوا و جمع آوری اطالعات از طریق کتب، مقاالت و مجالت و ماهنامه های معتبر علمی و پژوهشی و آوردن نمونه های موردی از گونه های مختلف مسكن، مطالب به دست
آمده را تحلیل و تكمیل و جمع بندی خواهیم کرد.

تعاریف متداول :

1 -نما


نما به طور سنتی صفحه عمودی ساختوساز را توصیف میکند، در حالی که اصطالح پوشش اخیرا بیشتر مورد استفاده قرار میگیرد و به طور کلی به فضای کلی ساختمان ،اشاره دارد.)5)
“پوسته به عنوان بخشی از یک متابولیسم کلی ساختمان و مورفولوژی عمل میکند ،و اغلب به بخشهای دیگر ساختمان شامل حسگرها، عملگرها و سیمهای فرماندهی از سیستم مدیریت ساختمان ،متصل خواهد بود”)6

توصیف های خاصی برای رویكرد به سیستمهای انطباقی ،وجود دارد. رایجترین کلمات عبارتند از: جنبشی 5 ،جمع شدن جنبشی6 .قابل تبدیل ۷.و یا تطبیق به سادگی


2 -معماری پایدار


کاربرد مفاهیم پایداری و اهداف توسعه پایدار در جهت کاهش اتالف انرژی وآلودگی محیط زیست در معماری، مبحثی به نام معماری پایدار را به وجود آورده است. در این نوع معماری، ساختمان نه تنها با شرایط اقلیمی منطقه خود را تطبیق میدهد، بلكه ارتباط متقابلی با آن برقرار میكند. بطوریكه بر اساس گفته ریچارد راجرز، ساختمانها مانند پرندگان هستند که در زمستان پرهای خود را پوش داده و خود را باشرایط جدید محیط وفق میدهند و بر اساس آن سوخت و سازشان را تنظیم میكنند. ساختمانی که بر اساس اصول معماری پایدار ساخته میشود انعطافپذیر و تا حدودی سیال است. بنابراین »معماری پایدار« نیز به عنوان رویكرد ایجاد محیط پایدار بر »معماری حساس به محیط« مبتنی است. )شریفی،


3 -اصول معماری پایدار


معماری پایدار مانند سایر مقوالت معماری، دارای اصول و قواعد خاص خود است و این سه مرحله را در برمیگیرد:


صرفهجویی در منابع


طراحیبرا بازگشت به چرخه زندگی


(طراحی برای انسان)فتح ااهلل زاده ،
۴ -صرفه جویی در منابع
اصل صرفه جویی در منابع )Economy of Resources(از یک سو به بهره برداری مناسب از منابع و انرژیهای تجدیدناپذیر
مانند سوختهای فسیلی، در جهت کاهش مصرف می پردازد و از سوی دیگر به کنترل و به کارگیری هرچه بهتر منابع طبیعی به عنوان ذخایری تجدیدپذیر و ماندگار توجه جدی دارد. به عنوان مثال، یكی از منابع سرشار و نامیرا، انرژی حاصل از نور خورشید است که امروزه توسط تكنولوژی فتوولتاییک برای فراهم کردن آب و برق مصرفی در ساختمان، از آن استفاده میشود. برای کنترل منابع، سه نوعاستراتژی میتواند مورد توجه قرارگیردکه شامل حفظ انرژی، حفظ آب و حفظ مواد است. )فتح ااهلل زاده

5 -طراحی برای بازگشت به چرخه زندگی

این نظریه برای رسیدن به این منظور در سه مرحله، ساختمان را مورد بررسی قرار میدهد.
این مراحل به ترتیب عبارتند از :مرحله پیش از ساخت، مرحله در حال ساخت و مرحله پس از ساخت. )فتح ااهلل زاده ،


6 -طراحی برای انسان


اصل طراحی برای انسان (Humane Design (آخرین و شاید مهمترین اصل از معماری پایدار است .این اصل ریشه در نیازهایی دارد که برای حفظ و نگهداری عناصر زنجیرهای اکوسیستم الزم است که آنها نیز به نوبه خود بقای انسان را تضمین میكنند. این اصل دارای سه استراتژی نگهداری از منابع طبیعی، طراحی شهری- طراحی سایت و راحتی انسان است که تمرکزشان بر افزایش همزیستی بین ساختمان و محیط بیرون از آن و بین ساختمان و افراد استفاده کننده از آنهاست. در واقع میتوان گفت که برای رسیدن به معماری پایدار، طراح باید این مراحل و اصول را که تعریف کننده یک چارچوب اصلی برای طرحی پایدار است را در طرح خود لحاظ و برحسب مورد ترکیب و متعادل کند. اصولی که باید رعایت شود تا یک ساختمان در زمره بناهای پایدار طبقه بندی شود به شرح زیر است:”
( “35 : 8۷ ، شریفی)
اصلاول: حفظ انرژی: بنا باید طوری ساخته شود که نیاز ساختمان به سوختهای فسیلی را به حداقل برساند .
اصلدوم : هماهنگی با اقلیم: بنا باید طوری طراحی شوند که با اقلیم و منابع انزژی موجود در محل احداث هماهنگی داشته و کار کند .
اصلسوم : کاهش استفاده از منابع جدید: ساختمانها بایستی به گونه ای طراحی شوند که میزان استفاده از منابع جدید را تا حد ممكن کاهش داده و در پایان عمر مفید خود برای ساختن بنای جدید، خود به عنوان منبع جدید به کار روند .

اصلچهارم : برآوردن نیازهای ساکنان: در معماری پایدار برآورده شدن نیازهای روحی وجسمی ساکنان از اهمیت خاصی برخوردار است .
اصلپنچم : هماهنگی با سایت: بنا باید با مالیمت در زمین سایت خود قرار گیرد و با محیط اطراف سنخیت داشته باشد .
اصلششم: کلگرایی: اصل معماری پایدار باید در یک پروسه کامل که منجر به ساخته شدن محیط زیست سالم میشود، تجسم یابد.”
(35 : 8۷ ، شریفی)


۷ -طراحی سكونتگاه پایدار:
در جهان، معماران نیز همسو با سایردست اندرکاران در پی یافتن راهكارهای جدید برای تـامین زندگی مطلوب برای انسان بوده اند.
بدیهی است که زندگی، کار، تفریح، استراحت و . . .فعالیـتهایی میباشند که در فضاهای طراحی شده توسط معماران صورت میگیرد و از آنجا که نقاط ضعف وقوت یک ساختمان بر استفاده کنندگان آن تاثیر مستقیم خواهد داشت، وظیفهای بس حساس در این خصوص بر عهده معماران میباشد. )رئیسی


8 -معماری همساز با اقلیم:
انتخاب جهت گیری، رنگ، نوع مصالح، فرم ساختمان، پنجره ها و موقعیت سایبانهای خارجی و داخلی برای کسب حداکثر آسایش بدقت انجام میشد. این سبک ساختمانسازی که از شرایط طبیعی برای راحتتر ساختن مكان زندگی بهره میگیرد معماری غیر فعال خورشیدی نام دارد .اما از زمان انقالب صنعتی به نظر میرسد ما این شكل معماری را کنار گذاشته ایم و از روشهای مصنوعی برای تامین شرایط آسایش در ساختمان استفاده میكنیم. این روش نه تنها گران است بلكه باعث تخریب محیط زیست نیز میگردد. این است که دوباره توجه معماران و دستاندرکاران صنعت ساختمان به سمت بهره گیری هر چه بیشتر و بهتر از عوامل طبیعی برای گرمایش و سرمایش ساختمان معطوف گردیده است.” )شریفی، 8۷ : ۴8)


٩ -طراحی غیرفعال خورشیدی:


اولین گام در طراحی برای گرمایش و سرمایش طبیعی بهینه کردن کارکرد حرارتی ساختمان است.

جهت گیری:
جهت گیری مناسب برای یک سازه کار آمد از نظر حرارتی امری بسیار ضروری است .اثرات جهت گیری بد تا حدودی قابل جبران است ولی بسیار گران تمام میشود .بهترین جهت گیری برای یک ساختمان این است که در جهت شرقی – غربی طویلتر از امتداد در جهت شمالی – جنوبی و دارای یک حیاط اصلی در قسمت جنوب باشد. بیشتر پنجره ها رو به سمت جنوب و تعداد کمی از آنها در شمال و شرق و غرب قرار گرفته باشند. اینگونه جهت گیری در مناطق نیمكره شمالی مدنظر است و باعث حد اکثر شدن گرمایش خورشیدی در زمستان و حداقل شدن آن در تابستان میشود. این کار با حداکثر استفاده از تفاوت مسیر فصلی خورشید انجام میشود.
عایقكاری:
دومین گام در ارتقای سطح راندمان حرارتی یک ساختمان کاهش فرار ناخواسته گرمایش به روش انتقالی است. عایقكاری نه تنها برای دیوارها و سقف باید انجام شود بلكه برای کفها، پنجرهها و درها نیز الزم است. بسیاری از خانه ها از لحاظ عایق کاری بسیار وضعیت نامطلوبی دارند که همین نكته باعث هدر رفتن مقادیر زیادی انرژی میگردد. شیشه های دو جداره حداقلی است که باید در عایق کاری پنجره ها رعایت شود .


هوابندی:

زیانهای حرارتی ناشی از ورود و خروج هوا به اندازه زیانهای ناشی از انتقال تماسی است و هوا بندی بادقت بسیار مهم و
ضروری می باشد.

ایجاد سایه: ایجاد سایه و کنترل آفتاب یک امر مهم برای جلوگیری از فزون گرمایش در فصل تابستان


محوطه سازی: با محوطه سازی مناسب اطراف ساختمان میتوان صرفه جوییهای زیادی در انرژی انجام داد. محوطه سازی میتواند باعث تامین سایه در تابستان و به عنوان محافظی در برابر باد در زمستان باشد همچنین میتواند نسیم های خنک را در تابستان دریافت و به سمت ساختمان هدایت کند.” )شریفی، 8۷)


1۰ -طراحی اقلیمی :


طراحی اقلیمی روشی است در جهت رفع نیازهای گرمای و سرمایش ساختمان، با جایگزین سازی انرژیهای طبیعی منطقهای بجای سوختهای فسیلی و انرژی برق، هدف عمده طراحی اقلیمی، اتخاذ بهترین شیوه استفاده از انرژیهای طبیعی موجود، در برابر شرایط نامساعد جوی میباشد. امروزه این نوع طراحی تا جایی پیشرفت کرده است که نه تنها باعث ایجاد اسایش حرارتی انسان در ساختمان میشود بلكه موجب تامین آب گرم، روشنایی و تهویه نیز شده و کاهش چشمگیر مصرف سایر انرژیها را به ارمغان میآورد. در انجام طراحی اقلیمی ابتدا نوع اقلیم منطقه با بررسی شرایط جوی آن، تعیین میشود .سپس بر اساس نیازهای آسایش انسان شرایط نامساعد اقلیمی منطقه مشخص شده و نوع انرژیهای طبیعی ونحوه استفاده از آنها در برابر آن شرایط معین میشود.


11 -تامین برق مبتنی بر انرژی خورشیدی با استفاده از صفحات فتوولتاییک


سیستم فتوولتاییک سیستمی است که در آن انرژی خورشیدی بدون بهره گیری از مكانیزمهای متحرک و شیمیایی به انرژی الكتریكی تبدیل میشود. عاملی که در این فرآیند بكار میرود سلول خورشیدی نامیده میشود. حدود 35 سال پیش برای اولین بار و به عنوان مولد الكتریكی در سفینه های فضائی از این سلولها استفاده گردید و مدتی است که بهره گیری از آنها در زمین نیز متداول شده است. سلولهای خورشیدی قادرند انرژی خورشیدی را بازدهی معادل 5 تا 2۰ درصد مستقیماً به الكتریسته تبدیل کنند. از مزایای این سیستمها میتوان به موارد دوام، هزینه های پایین حفظ و نگهداری، کاهش آلودگی صوتی، قابلیت نصب و راه اندازی سیستمهای فتوولتاییک در ظرفیتهای گوناگون، عدم وابستگی به شبكه برق شهری اشاره کرد.” )صالحانی و رسولی، ٩3 : 2۷)


12 -انواع سیستمهای هواگرمكن خورشیدی:


هوا گرم کن های خورشیدی را میتوان براساس سیكل عملكرد آن به دو دسته فعال و غیر فعال تقسیم بندی کرد. در سیستمهای غیرفعال عمدتا جریان هوا به صورت طبیعی و براساس اختالف وزن مخصوص هوای گرم یا هوای سرد به چرخش میافتد. اما در سیستم هال فعال جریان هوا توسط نیرو محرکه خارجی )مثل فن( صورت میپذیرد. در دستهبندی دیگر هوا گرمكنهای خورشیدی را میتوان بر اساس موقعیت نصب به دو صورت شیبدار و عمودی تقسیم بندی کرد. کلكتور شیبدار عمدتا دارای ظرفیت گرمایشی پایین و مقدار راندمان باالتری میباشند و موقعیت نصب آنها بر روی پشتبام و یا زمین مسطح میباشند .کلكتورهای عمودی قابلیت نصب بر روی دیوار ساختمان را داشته؛ دارای ظرفیت گرمایشی باال و مقدار راندمان پایین تری در مقایسه با نوع شیبدار میباشند )نیک نهاد وزمزمی، 13٩2)


13 -سیستم سرمایشی خورشیدی:

استفاده از انرژی حرارتی خورشید به جای استفاده از برق و کمپرسور، در سیستمهای خورشیدی جذبی سیستمهای جذبی خورشیدی از انرژی حرارتی استفاده میكنند تا مخلوط ماده جاذب و مبرد را از هم جدا کنند. پس از جدا شدن ماده مبرد چگالیده می شود و برای تبخیر و ایجاد اثر سرمایشبه اواپراتور میرود. در نهایت مجددا توسط ماده جاذب جذب میشود تا سیكل تكرار شود.


1۴ -انرژی باد و توربینهای بادی:


از نظرعملكرد در توربینهای بادی، انرژی جنبشی باد به انرژی مكانیكی و سپس به انرژی الكتریكی تبدیل میگردد. بهرهبرداری از انرژی باد توسط توربینهای بادی تفكری بسیار قدیمی است. مثال سیستمهای اولیه انرژی باد در چین باستان و خاور نزدیک زمانهای طوالنی به کار گرفته میشدند. امروزه گستره فعالیتها و کاربردهای توربینهای بادی طیف وسیعی از صنایع را تحت پوشش قرار میدهد.
میتوان این توربینها را جهت استفاده بهینه و تولید بیشتر قدرت با سلولهای خورشیدی فتوولتائیک نیز ترکیب نمود.(نیک نهاد وزمزمی،(13٩2)


15 -بام سبز:


بام سبز، یک سیستم سبک وزن مهندسیساز است که رشد گیاه را در بام میسر ساخته و در عین حال از بام محافظت میكند، بام سبز نه تنها سطحی است که با رنگ سبز پوشیده شده بلكه یک سطح زنده از گیاهان رویشی در الیه خاک در باالی بام است این دیوارها از پخش شدن گرد و خاک در هوا، جلوگیری مینمایند و در ساختمان در برابر اشعههای فرابنفش، باران و فشار باد. محافظت مینمایند.
بنابراین با بهرهگیری راهكارهایی چون بامها و دیوارهای سبز، میتوان با طراحی در کنار طبعیت به جای مقابله با آن، به پایداری هر چه بیشتر معماری و شهر سازی معاصر و رشد توسعه با اطمینان در حفاظت محیطزیست و ادامه حیاط بشر کمک شایانی نمود(احمدیان، 1331 )

در این راستا، توجه به استفاده از مواد مصالح بازیافتی و گونههای گیاهی بومی در قبال وزن و سنگینی، هزینه،
ضمانتنامهها و انگیزه پروژه، نگهداری بام دیوار و غیره میتوان به ایجاد ترکیب مناسب همساز با محیط کمک کرد .


16-محیط زیست شهری


محیط زیست ترکیبی از دانش های متفاوت در علم است که شامل مجموعه ای از عوامل زیستی و محیطی در قالب محیط زیست وغیر زیستی(فیزیكی و شیمیایی)است که بر زندگی یک فرد و یا یک گونه تاثیر میگذارد و از آن تاثیر میپذیرد.امروزه این تعریف غالبا به انسان و فعالیت های او مرتبط می شود و میتوان محیط زیست را مجموعه ای از عوامل طبیعی کره زمین همچون هوا،آب،صخره،گیاهان توصیف کرد که انسان را احاطه میكنند.(داریوش،1386)


1۷ -معماری بیونیک


بیونیک که به آن بیومتریک یا مهندسی خالق زیستی هم می گویند کاربرد سامانه ها و روش های بیولوژیكال موجود در طبیعت در سیستم های مهندسی و فناوری های مدرن است. واژه ی بیونیک از دو لغت التین Bio+nic تشكیل یافته است که در آن Bio در زبان یونانی به معنای” زیست “و” حیات “است و حروف ic پسوند شبیه ساز هستند به معنی” مثل “و” مانند “. اگرچه لغات ،
Biomimetics ،Biognosisو Biomechanic نیز در زمینه ارتباط طبیعت با دانش بشری هستند لیكن واژه بیونیک
بیشتر گویای ارتباط بین طبیعت و طراحی محصول است .
بیونیک در لغت نامه به معنای »زیستار شناختی« یا» بكارگیری اندامهای ساختگی طبیعت« است .
واژه بیومیمیكرای)یا بیو میمیكس( نخستین بار در سال 1٩5۰ توسط اتو اشمیت و جک استیل در حین فعالیت بر روی یک پروژه هوانوردی در پایگاه هوایی رایت پترسون در ایاالت متحده امریكا ابداع و مورد استفاده قرار گرفت .او بیونیک را علم سیستم هایی که شالوده و پایه- تمامی سیستم های زنده اند، می داند .( صادقی،1368)
بیونیک از لغت یونانی بیون به معنای واحد زندگی مشتق شده و به معنای شبیه زندگی است .برخی دیگر این واژه را ترکیبی از بیولوژی و الكترونیک می دانند .ایده استفاده از الگوهای طبیعی در فناوری های مدرن بسیار کارا به نظر می رسد چون این الگوها به صورت تكاملی رشد داشته اند و در هر مورد خاصی بی نظیر و بی نقص هستند.(تقی زاده،6831(
بطور کلی بیونیک و معماری بیونیک علمی است که به الهامیابی فنی ازساختمان ها، رفتارها و ارتباطات گوناگون عالم جانداران میپردازد .
››معماری بیونیک ‹‹است که به کمک خطوط مستقیم و یا منحنی خالص و با توجّه به قدرت سازه برای تنفس )زنده نمایی( و القاء)
آهسته تمامیت خود به آن دست پیدا می کند و این به همراه باریک بینی در اجراء مختلف ساختمان بدست میآید، این جنبه باید در همه موارد معماری بیونیک در نظر گرفته شود، مهمترین چیز برای معماری بیونیک آن است که ساختمان تپش وزنده بودن خود را القاء کند.


18 -سینماتیک


مطالعه حرکت بدون در نظر گرفتن توده یا نیروهای خارجی که ممكن است باعث حرکت شود.
در رشتههای مهندسی، از سینماتیک(جنبش شناسی) برای توصیف قوانین حرکت سیستمهای ترکیبشده با قطعات پیوسته و گاهی اوقات به عنوان “هندسه حرکت” استفاده میشود.


1٩ -سینتیک8(جنبشی)


مطالعه قوانین حرکت با توجه به نیروها و تودههای درگیر در آن.

20- قابل جمع شدن

این روش از معماری برای سقفهای منسوجی استفاده میشود ،که در آن سقف به صورت انشعابی یا تاشده ،جمع میشود.

21 -تغییر پذیری

قابلیت تبدیل ، با تحرک پذیری، یكی از حالتهای تغییرپذیری در ساختمانها برای انطباق با عملكردهای متفاوت در نظر گرفته میشود خارجی، یعنی تغییرپذیری پوشش بیرونی ساختمان و تغییرپذیری داخلی، که مرتبط با فضاهای داخلی ،است.
22-کنشی

توانایی ایجاد پوسته برای وساطت بین راحتی مورد نیاز کاربران و محیط اطراف آن است.


23-انطباقی

“به معنای توانایی تنظیم و انطباق با تغییر شرایط به خودی خود است


رویكردهای سینماتیک برای انطباق


کارایی دستگاه سایبانآفتاب 13مربوط به زاویه ارتفاع خورشید است و در طول روز و سال تغییر میکند.

بنابراین سیستمهای تطبیقی نسبت به سیستمهای ثابت مناسبتر به نظر میرسند، زیرا آنها را می توان در رابطه با تغییر تابش خورشیدی تنظیم کرد، که به کنترل انفرادی، سایه اندازی بهینه و ماکزیمم کردن استفاده از نور روز ،کمک می کند.


وسایلی مانند کرکرهها، پردهها، و دریچه ها معموال به عنوان اجزای استاندارد به بازار عرضه میشوند. مكانیک این عناصر بر پایه شبكه پیمانهای1۴ است؛ این سیستم محدود به سطوح مسطح با محورهای متعامد و زوایای قائمه است.
پروژه باغ خلیج سنگاپور یک نمونه موفق از یک سیستم سایه اندازی تطبیقی است که بر روی سازههای منحنی بزرگ،اعمال میشود.


در این پروژه، یک سیستم قابل جمع شدن طراحی شدهاست که منحنیهای سایهافكن بر روی آن قرار میگیرند، و اجازه عبور نور رامیدهد به اندازهای که از نما در برابر حرارت ،محافظت کند. سنسورهای نصبشده در فضای داخلی، دما، نور و رطوبت را کنترل میکنند.
هنگامی که سطوح ثبت شده توسط سنسورها افزایش مییابد، موتورها با بازکردن المانها، دو سایه مثلثی را ایجاد می کند.
عالوه بر بهینهسازی استفاده از انرژی، سیستمهای سایهانداز تطبیقی به نظر یک جواب با ارزش برای افزایش پیچیدگی در معماری معاصر ،میباشد.

نمای انطباقی دیگری که به خوبی شناخته شدهاست، جنوب یكی از ساختماهای اداری 1Q ،برای دفتر مرکزی Thyssenkrupp
جدید در اسن آلمان است

نمای خارجی از جنس استیل ضد زنگ پوشیده شده و به طور جداگانه توسط یک موتور خطی کنترل میشود. سه تنظیم متفاوت ،امكانپذیر است: بسته )موازی با نما(، بعد از موقعیت خورشید ) زاویه متغیر،و باز عمود بر نما .

یک نمونه برجسته و بارز دیگر از سایه اندازی تطبیقی بیرونی، برج العرب در ابوظبی است.

دراین ساختمان 2٩ طبقه، یک سیستم سایهافكن تطبیقی ، براساس مكانیزم های پیوند مضرسی که توسط مشربیه15 سنتی الهام گرفته شده است، با استفاده از چترهای سه بعد پارچهای PTFE نیمهمات ، ارائه می شـود )شـكل B2

عملگرهای خطی، که توسـط یک توالی از پیش برنامهریزیشـده، تنظیمشـده اسـت و ورودیهای مختلف را در طول روز ارسال میکند، عناصر را فعال میکند و پنج تنظیم فعال مختلف، از کامال باز تا کامال بسته را اعمال میکند.


5 مشربیه شناشیل یا mashrabiya ظریف در خاورمیانه چندین قرن است ،حفاظ موثری در برابر نور شدید خورشید است. مشربیه نوعی از سیستم حفاظت از سی ستم ساخته شده از قالبهای چوبی منحنی ا ست و در معماری سنتی عربی مورد ا ستفاده قرار میگیرد. اینمورد محفاظت در برابر خور شید و حریم خصوصی بیشتری را در داخل ساختمان ایجاد میکند.

رویكردهای جنبشی انعطاف پذیر به سایهی نما

به عنوان یک روش جدید برای سازگاری بدون نیاز به سیستمهای پیچیده سینتیک االستیكی، استفاده میشود. در اینجا سازگاری مبتنی بر تغییر شكل خمشی االستیكی ،است. فلكتوفین، یک نمونه از سیستم سایهبان االستیكی ، الهامگرفته شده زیستی است.
اصل تغییر شكل از طریق تحلیل بیولوژیكی تغییر شكلهای برگشتپذیر در حرکات گیاهان بدست میآید و سپس به یک ساختار قابلانعطاف ،که منجر به ساخت تكنیكی یک ابزار سایهبان بدون لبه میشود، کشیده میشود. سایهافكنی توسط دو باله محصور شده به یک عنصر میلهای ،به کار گرفته شدهاست . یک ویژگی مهم این است که سایه میتواند ثبات ساختاری نیز در پیكربندیهای واسط بین موقعیتهای باز و نزدیک بدست آورد.
یک اصل مشابه در مقیاس ساختمان با سیستم نمای االستیک جنبشی برای غرفه نمـای تغییرپذیر تماتک پاویون در ا کسپو 2۰12 درشهر یئوسو در کرۀ جنوبی که توسط شرکت سـازهای کنیپرز-هلبیگ ،توسعه یافته اسـت،اعمال میشود .

تماتیک پاویون،
توسط باله های تكی از پلیمرهای تقویت شده با الیاف شیشهای GFRP،تشكیل شده است که نوردهی خورشیدی و شرایط نوری را کنترل میکنند.
در حالی که یک نمای زندهی بصــری ،ایجاد میکنند. محرکها، اســپیندلها که توســط یک ســروموتور الكتریكی گردانده میشــوند، بر روی لبه های
فوقانی و پایینی باله ها قرار میگیرند تا نیروهای فشاری ایجاد کنند که باعث تغییر شكل اال ستیكی ،می شوند. انرژی فعال سازی به انرژی ک ش سانی تبدیل می شود که در دریچه های نامتقارن ،ذخیره شده و در طول فرآیند بسته شدن با استفاده از سرو موتور به عنوان ژنراتورهای الكتریكی، به توان الكتریكی تبدیل می شود.به لطف این سیستم میتوان انرژی را ذخیره کرد. زاویه باز شدن دریچه ها به طول آنها مربوط می شود:هر چه طول باله بلندتر باشد، دریچه بزرگتر است و منظره قابل دید آن ،افزایش مییابد ترکیبی از سینتیک اال ستیک و سایهبانهای ن ساجی نرم با نمای ن ساجی Softhouse ارائه شده است که برای نمای شگاه بین المللی
2013 IBA Bauausstellung در هامبورگ ،تحقق یافته است. نمای من سوجات “Softhouse “در دو حالت انطباق شكلی قرار میگیرد:


در یک سیكل ساالنه، تختههای GFRP روی سقف تغییر شكل میدهند و بنابراین سلولهای PV را به زاویه عمودی خور شید تغییر میدهند، درحالی که ردیابی نور خورشـید در شـرق و برداشـت نور روز با چرخاندن نوار عمودی در جلوی سـردر به دسـت میآید. نوارهای غشـایی به تخته های
GFRP طاقک پیشآمده ،متصل میشوند که به عنوان فنرهای ترکیبی عمل میکنند و تغییر طول نوار غشا از طریق پیچش را تنظیم میکنند.

سنسورها و محرکها


برای ایجاد هر سیستم سازگار و پاسخگو باید تحریک شود، یعنی یک ورودی از حرکت باید به سیستم انتقال یابد تا بتواند عملكرد مورد نیاز را برآورده کند ، که از طریق کنترل بارهای خارجی، نیروهای داخلی یا تغییر شكل ،بدست میآید.


بلوم، یک سیستم طراحی شده توسط دوریس سونگ.

و هیروسكین است،که در غرفه تحقیقاتی در موسسه طراحی محاسباتیICD دانشگاه اشتوتگارت ایجاد شدهاست. این سیستم به وسیله قطعات برش لیزری متشكل شده در پانلهای انباشت شده، تشكیل شدهاست که ساختار پوسته دارای قابلیت خودحمایتی، را تشكیل میدهند. بلوم، که از نقطهنظر زیستمحیطی راجع به آن صحبت میشود، یک سیستم غیر فعال است، زیرا به طور خودکار بالههای خود را براساس گرمایش خورشیدی، بدون کمک انرژی مصنوعی، باز و بسته میکند.

پروژه امكان بهرهبرداری از تغییر ویژگیهای ذاتی مواد برای ایجاد سیستمهای وفقی “انرژی صفر” ،را نشان میدهند.

جنبه های فیزیكی ساختمان و بهرهوری


انتخاب نوع شنا سی سی ستم سایهبان، تحتتاثیر عوامل مختلفی ا ست: هند سهی نما (نما م سطح یا آزاد)، مفهوم طراحی، کارایی زی ست محیطی، عملكردهای تكنولوژیكی و غیرهتا کنون آزمایش شدهاست که پنجرههای خارجی و داخلی تاثیر یكسانی روی تقاضای گرمایش در فصل زمستان دارند،
در حالی که تاثیرات خارجی در ف صل تاب ستان موثرتر ه ستند و تقا ضای انرژی خنک کنندگی را کاهش میدهند(1. (با نگاهی به فیزیک ساختمان، مهمترین تمایز ممكن است در دیفرانسیل گیری بین سیستمهای اعمالشده داخلی، سیستمهای کاربردی خارجی و سیستمهای تعبیهشده )پوسته دو الیه و شیشه قابل تعویض(،دیده شود )


حتی اگر کاربردهای عمومی کمتری در ارتباط با سایهافكنی تطبیقی داخلی وجود داشته باشد، برخی نتایج مطالعه موردی ،ارزشمند هستند. سیستم
StrataTM که توسط ABI3( طرح ساختوساز انطباقی) ،توسعه داده شد و به عنوان یک سیستم سایهاندازی سقف در شهر جاستیک در مادرید استفاده شد، مثالی دیگر است. واحدهای ضد آفتاب ششگوشه با استفاده از موتورهای سرووموتور ،به طور مستقل حرکت می کنند و وقتی که عقب میروند، درون یک الیه ی کوچک پنهان می شـوند. این سـیسـتم را می توان با توجه به شـرایط و الزامات طراحی ،سـفارشـی کرد و میتواند با مواد مختلف (فلزی، پال ستیک، چوب) ،تحقق یابد. ABI16 ،در همکاری با شرکت Zahner ،تكنولوژیهای دیگر نمای تطبیقی را تو سعه دادها ست.

یک مثال دیگر ، tessellate ا ست،که یک صفحه م شبک م ستطیلی و قاب دار ا ست که مت شكل از پانلهای انبا شته ا ست که حرکت و همپو شانی میکنند، الگوهای کالیوودو سكوپی ایجاد میکنند، که نور و بهره انرژی خور شیدی، تهویه و هوادهی، حریم خ صو صی و دیدگاهها را کنترل میکنند.
موتور ،حرکت دورانی ورقها را فراهم میکند که منجر به تغییر مداوم انتشار نور میشود.


سازه و الهام از طبیعت:


تمام موجوداتی که به نوعی در طبیعت به ساخت و ساز می پردازند، به صورت غریزی و با میزان دقت و درک بسیار باالیی از سیستم های این دنیای خاکی که محدوده ای بس وسیع تر از موضع گیری آنها را شامل می شود، آن را انجام می دهند( .سالوادوری)
سال ها تحقیق نشان داده ا ست که طبیعت اصول پایه ای در ایجاد فرم های خالقه و متنوع خود را دارد که می توان از آن میان به موارد ذیل ا شاره نمود :
1- مصالح از بهینه استفاده
2 -بیشینه سازی توان سازه ای
3-بیشینه سازی حجم فضای محصور
۴ -ایجاد باالترین نسبت استحكام به وزن سازه
5-استفاده از تنش و کرنش به عنوان مبنای کارآیی سازه
6-ایجاد محیط های کارا از لحاظ انرژی ،به خوبی عایق شده و راحت، بدون نیاز به استفاده از انرژی خارجی
۷-ایجاد فرم ها بر پایه ی بهبود سریع سیرکوالسیون
8-استفاده از مصالح موجود در محل برای ساخت
٩-استفاده از فرم های منحنی شكل برای پراکنده سازی نیروهای وارده چند جهتی 1۰-افزایش کارآیی آئرودینامیكی توسط فرم های سازه
11 -عدم تولید مواد سمی و مضر
12-طراحی سازه هایی که به تنهایی توسط یک ارگانیزم قابل ساخت باشند.


ابتكار ساختمان انطباقی (ABI ،)شرکتی است که در سال 2۰۰8 تا سیس شد تا به تجارب و مهارتهای شرکت Happold Buro و Hobermann در تو سعه و طراحی سیستمهای 16سازهای تطبیقی بپیوندد.


نمونه موردی سكونتگاههای پایدار:


شوادان دزفول:
شوادان یک فضای خنک زیرزمینی که در شهرهای دزفول و شوشتر، به عمق 5 تا 12 متر که دسترسی به آن از طریق پله های متعدد امكانپذیر است.

تصوير : نمايي از شوادان )منبع: عباد و همكاران، ١٣٩١

معماری صخرهای کندوان


معماری بومی روستای کندوان در شهرستان اسكو معماری صخرهای میباشد،
به دلیل قطر و ضخامت زیاد کرانها، ایجاد نورگیر در طبقات پایین کار بسیار مشكلی است، بدین مناسبت نورگیرها اغلب در طبقات باال واقع شدهاند.
از خصوصیات بارز خانههای صخرهای کندوان این است که هوای داخل آنها در زمستان گرم و تابستان خنک است و این درجه حرارت در هر زمان به عكس درجه حرارتی است که بیرون از خانه ها و در دهكده در فصل زمستان یا تابستان جریان دارد.
تصوير : نمايي از خانه هاي كندوان

یافته های تحقیق

بر اساس اصول اکولوژیكی و قوانین طراحی سازگار با شرایط آب و هوایی ، مطالعه حاضر یک مفهوم کلی طراحی را برای معماری سبز بیونیک پیشـنهاد می کند و اشـاره می کند که ، در تحقیقات آینده ، اجرای موارد زیر الزم اسـت: تقویت و ادغام و بهینه سـازی فن آوری های مختلف.
ســاختمان های ســبز ؛ مدیریت بهره وری انرژی ســاختمانهای بیونیک در طول چرخه زندگی ،توســعه فن آوری های بیونیک برای عملكرد ساختمان بر ا ساس ا صل منا سب منطقه ای. ترویج فن آوری های بیونیک برای ساخت سازه های مبتنی بر ا صل همزی ستی زی ست محیطی و تقویت تحقیقات قبل از طراحی، توسعه و کاربرد مصالح ساختمانی بیونیک که خود را تنظیم ، ترمیم ، تمیز و محافظت می کنند. به عنوان یک جمع بندی کلی ، در هزاره سوم باید طراحی ها به اصالت آن برگشته و نباید معماران صرفاً به نماسازان و کاذب کاران و مهندسان به طراحان کالبدی
بدون درک از طبیعت و رفتارهای طبیعی مُبدل شوند تا بتوان به حداکثر بهره وری رسید و از فراموش شدن اصول طبیعت که همان یافتن نقطه بهینه طرح در تعامل معماری، سازه، برق و تأسیسات و صرفه جویی در مصرف انرژی می باشد، جلوگیری گردد. بطور کلی، برای یک طراحی بیونیک موفق، همكاری بین بیولوژیستها و مهندسین، ضروری است. به این منظور ابتدا در طی مراحلی بایستی اطالعات الزم را از بیولوژیست کسب کرده و سپس این
اطالعات را با دانش مهندســی تطبیق داده، به نظر میرســد که طراحی بیونیک، طراحی فردی نیســت که فقط بر عهده طراح باشــد، بلكه کار گروهی متشكل از همكاری رشته های مختلف است.
نتیجه گیری
در آغاز تحقیق، هدف ارائه یک روش طبقه بندی برای سی ستمهای سایهافكن برا ساس هر دو عملكرد آنها در سل سلهمراتب ساختمان ) سقف و یا پوشش(و ویژگیهای حرکتی آنها بود.به خاطر این حقایق، تجزیه و تحلیل کارایی زیستمحیطی پیچیده است. عالوه بر این، افزایش پاسخدهی، با افزایش پیچیدگی سیستم، افزایش هزینههای ساختوساز، نصب و نگهداری را افزایش میدهد. تكین و ضعف اجزا در طول عمر سی ستمها تاثیر میگذارند و باعث ایجاد م شكالت مكانیكی می شوند که قابلیت ا ستفاده را کاهش میدهند. اما در نهایت، سی ستمهای نمای تطبیقی به مقدار زیادی انرژی نیاز دارند تا حسگرها و محرکها را فعال کنند که باید به طور ایدهآل کمتر از صرفهجویی در انرژی باشد. بسیاری
از ساختمانها در خارج از پنجرهها دارای نمای انطباقی با کرکرههای لوالیی و دریچه ها ه ستند. این د ستگاهها، که اگر به صورت د ستی فعال شوند، کمهزینه و کممصــرف هســتند، راهحلهایی را نشــان میدهند که هنوز در معماری معاصــر جایگاهی دارند و قابلیت انطباق در ســاختمانها را فراهم میکنند.اســـتفاده از انرژیهای نو، عناصـــر مولد انرژی مانند پانلهای خورشـــیدی و یا توربینهای بادی به عنوان عناصـــر کارکردی- فرمی و نمادین ساختمانهای سبز تبدیل شده اند . ساختمانهای سبز از مقیا سهای کوچک گرفته تا نمونه هایی مانند برج التقا در دبی که قادر به تامین تمامی برق
مصرفی خود بوده یا شهرهای جدیدی مانند مصدر که از سیستم حمل ونقل برقی گرفته تا مزرعه خورشیدی 15 مگاواتی، همه سعی دارند تا نیاز به تامین انرژی از منابع طبیعی را با کیفیتهای معماری جدید تلفیق نمایند.
یكی از اهداف توســعه پایدار صــرفه جویی در منابع انرژی و همچنین طراحی بر اســاس چرخه طبیعت میباشــد که برای نیل به این هدف میتوان از انرژیهای نو بهره جست. انرژیهای تجدیدپذیر ساختار انرژی متفاوتی نسبت به تكنولوژیهای تولید انرژی متعارف دارند.
از مزایای کاربرد انرژی تجدیدپذیر میتوان به این موارد اشاره کرد. افزایش امنیت عرضه انرژی، کاهش میزان گرمایش جهانی، تحریک رشد اقتصادی، ایجاد اشــتغال، افزایش میزان درآمد ســرانه، افزایش عدالت اجتماعی و حفاظت محیطزیســت در تمام زمینه ها. بهره برداری از انرژیهای تجدیدپذیر
همچنین باعث افزایش دســترســی به منابع انرژی پایدار و مطمئن برای مناطق روســتایی و کمتر توســعه یافته میشــوند. لذا در توســعه انرژیهای تجدیدپذیر، الزم است بیشتر به دیدگاه توسعه های این انرژیها توجه کرد نه با دیدگاههای اقتصادی محض. انرژیهای تجدیدپذیر فراوان و قابل اعتماد بوده و در صورتی که به طور صحیح تو سعه پیدا کنند می توانند به عنوان منابع انرژی پایدار نقش مهمی در ر سیدن به اهداف تو سعه پایدار ک شورها
بازی کنند.
حقیقت، خوبى، زیبایى، زنده بودن، منحصر بودن، کامل بودن، ضرورت، تمامیت، عدالت، نظم، سادگى و مشابه آنها از مهم ترین ویژگى هاى فضاهایى داراى کیفیت حقیقى و خالص ا ست که بر قواعد به کار رفته در طبیعت منطبق اند .رابطه ى میان ان سان و طبیعت در زندگى ان سان امروز بی شتر به یک رابطه ى صورى تبدیل شده است.


با تشکر و قدر دانی از سر کار خانم مهندس بهناز خورشیدی

پل ارتباطی