Technopedia Center
PMB University Brochure
Faculty of Engineering and Computer Science
S1 Informatics S1 Information Systems S1 Information Technology S1 Computer Engineering S1 Electrical Engineering S1 Civil Engineering

faculty of Economics and Business
S1 Management S1 Accountancy

Faculty of Letters and Educational Sciences
S1 English literature S1 English language education S1 Mathematics education S1 Sports Education
teknopedia

teknopedia

teknopedia

teknopedia

teknopedia

teknopedia
teknopedia
teknopedia
teknopedia
teknopedia
teknopedia
url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url url
  2. Weltenzyklopädie
  3. پیش‌نویس:پوسته های متغییر (Dynamic Facades) - ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پیش‌نویس:پوسته های متغییر (Dynamic Facades) - ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد

پوسته‌های متغییر (Dynamic Facades) به‌صورت هوشمندانه و بر اساس شرایط محیطی (مانند نور، دما، یا باد) و نیازهای داخلی ساختمان تغییر شکل، عملکرد یا وضعیت می‌دهند.[۱]این پوسته ها یکی از فناوری‌های نوین در معماری هستند که به منظور افزایش کارایی ساختمان در زمینه‌های زیست‌محیطی، انرژی و آسایش کاربران به کار گرفته می‌شوند. هدف اصلی این سیستم‌ها بهینه‌سازی شرایط محیطی داخل ساختمان، کاهش مصرف انرژی و افزایش تعامل ساختمان با محیط اطراف است.

تاریخچه

ایده استفاده از پوسته‌های متغیر در معماری به دهه ۱۹۶۰ میلادی بازمی‌گردد. این مفهوم ابتدا توسط معماران و مهندسانی مطرح شد که به دنبال راهکارهایی برای کنترل شرایط محیطی داخل ساختمان و کاهش مصرف انرژی بودند. ایده اولیه پوسته‌های متغیر از معماری سنتی و اصول زیست‌اقلیمی الهام گرفته شد، اما در دهه‌های بعد، با پیشرفت فناوری‌های دیجیتال، الکترونیک و مواد هوشمند، به‌صورت سیستم‌های پیچیده و خودکار توسعه یافت.

گنبدژئودزیک (Geodesic Domes)

یکی از نخستین افراد تأثیرگذار در توسعه ایده‌های پوسته‌های متغیر، ریچارد باکمینستر فولر (Richard Buckminster Fuller) بود. او در دهه ۱۹۶۰ مفهوم «پوسته‌های پاسخگو» را معرفی کرد. فولر معتقد بود که نمای ساختمان باید بتواند به تغییرات محیطی مانند نور، باد و دما واکنش نشان دهد. او در پروژه‌های خود مانند گنبدهای ژئودزیک (Geodesic Domes)، تلاش کرد تا از ساختارهای سبک و منعطف استفاده کند که بتوانند بر اساس شرایط محیطی تنظیم شوند.[۲]

یکی دیگر از پیشگامان این ایده، سیبروس دریکر (Cedric Price) بود. او در پروژه معروف Fun Palace (1964)، مفهوم معماری تطبیقی و متغیر را مطرح کرد. این پروژه شامل سازه‌ای بود که می‌توانست با نیازهای کاربران و شرایط محیطی سازگار شود. اگرچه Fun Palace هرگز ساخته نشد، اما ایده آن به‌عنوان یکی از پیشگامان معماری هوشمند و تطبیقی شناخته می‌شود[۳] در دهه ۱۹۷۰، نگروپونته (Nicholas Negroponte)، معمار و پژوهشگر، ایده ماشین‌های معماری (Architecture Machines) را مطرح کرد. او معتقد بود که ساختمان‌ها باید از فناوری‌های دیجیتال و محاسباتی برای یادگیری و تنظیم خودکار وضعیت خود استفاده کنند. این ایده بعدها در توسعه پوسته‌های متغییر نقش مهمی ایفا کرد.[۴]

اولین نمونه‌های پوسته متغییر(Dynamic Facades)

نمای داخلی انستیتو عربی پاریس (Institut du Monde Arabe)
  • یکی از اولین نمونه‌های عملی پوسته‌های متغیر، پروژه نمای خورشیدی شرکت ALCOA در سال ۱۹۶۷ بود. این نما شامل پنل‌هایی بود که بر اساس زاویه تابش خورشید حرکت می‌کردند تا از گرم شدن بیش‌ازحد ساختمان جلوگیری کنند.[۵]


  • یکی دیگر از نمونه‌های شناخته‌شده و پیشگام در استفاده از پوسته‌های متغیر، ساختمان انستیتو عربی پاریس (Institut du Monde Arabe) به طراحی ژان نوول (Jean Nouvel) در سال ۱۹۸۷است. این ساختمان دارای دیافراگم‌های مکانیکی است که بر اساس میزان نور خورشید باز و بسته می‌شوند.[۶]

انواع پوسته های متغییر

پوسته های فعال

سیستم‌های فعال (Dynamic Systems) شامل فناوری‌هایی هستند که به‌طور خودکار یا با کمک نیروی مکانیکی، الکتریکی یا دیجیتالی عملکرد پوسته‌های متغیر را کنترل می‌کنند. این سیستم‌ها برخلاف سیستم‌های غیرفعال، به انرژی خارجی (برق یا مکانیکی) نیاز دارند و از سنسورها، موتورهای محرک (Actuators)، نرم‌افزارهای هوشمند و سیستم‌های کنترلی برای تنظیم شرایط محیطی استفاده می‌کنند. این سیستم‌ها می‌توانند به‌طور پویا واکنش‌هایی مانند تغییر شکل، باز و بسته شدن پنل‌ها، تغییر شفافیت شیشه و تهویه طبیعی را بر اساس داده‌های محیطی مانند نور، دما و باد انجام دهند.

انواع سیستم‌های فعال در پوسته‌های متغییر

  1. سیستم‌های مکانیکی (Mechanical Systems) از اجزای مکانیکی مانند موتورهای محرک، بازوهای هیدرولیک یا پنل‌های متحرک استفاده می‌کنند. هدف آن‌ها کنترل باز و بسته شدن اجزای نما، ایجاد سایه یا تهویه طبیعی است. مانند نل‌های متحرک نمای ساختمان Institute du Monde Arabe در پاریس که با مکانیزم مکانیکی دیافراگم‌های خود را برای کنترل نور تنظیم می‌کند.[۷]
  2. سیستم‌های برقی (Electrical Systems)برای کنترل عملکرد پوسته‌های متغیر از نیروی الکتریکی استفاده می‌کنند. سیستم‌های برقی شامل موتورهای الکتریکی، محرک‌ها و تجهیزات کنترلی هستند که بر اساس دستورات سنسورها عمل می‌کنند .مانند پنجره‌های الکتروکرومیک (Electrochromic Windows) شیشه‌هایی که با جریان الکتریکی شفافیت خود را تغییر می‌دهند تا میزان ورود نور و گرما را کنترل کنند.[۸]
  3. سیستم‌های دیجیتالی و هوشمند (Digital and Smart Systems) از سنسورها، نرم‌افزارهای کنترلی و الگوریتم‌های هوشمند برای جمع‌آوری داده‌های محیطی و تصمیم‌گیری خودکار استفاده می‌کنند. این سیستم‌ها می‌توانند به شبکه‌های هوشمند ساختمان (Smart Building Systems) متصل شوند و عملکرد پوسته را بهینه‌سازی کنند.[۹][۱۰]
  • سیستم‌های BMS (Building Management System) نرم‌افزارهای مدیریتی که داده‌های دما، نور و باد را پردازش کرده و عملکرد پوسته‌های متغیر را بهینه می‌کنند.[۱۱][۱۲]
  • نماهای پویا (Kinetic Facades) نماهایی که با استفاده از الگوریتم‌های محاسباتی و سنسورهای محیطی به‌صورت خودکار حرکت می‌کنند و میزان نور و تهویه را تنظیم می‌کنند.[۱۳][۱۴]

سیستم های های غیر فعال

سیستم‌های غیرفعال (Passive Systems) در معماری پوسته‌های متغیر، به روش‌هایی اطلاق می‌شود که بدون نیاز به انرژی خارجی، عملکرد پوسته را بر اساس شرایط محیطی تنظیم می‌کنند. این سیستم‌ها از اصول طبیعی مانند جریان هوا، تغییرات دما، تابش خورشید و سایه‌اندازی برای بهبود عملکرد حرارتی، بصری و تهویه ساختمان استفاده می‌کنند. هدف اصلی سیستم‌های غیرفعال کاهش مصرف انرژی و افزایش آسایش کاربران با بهره‌گیری از طراحی هوشمندانه و سازگار با اقلیم است.ویژگی هایی که سیستم های غیر فعال دارد شامل : 1.نیازی به انرژی خارجی (برق یا مکانیکی) ندارند 2. بر اساس اصول طبیعی مانند تهویه، سایه‌اندازی و ذخیره حرارت کار می‌کنند. 3. بر پایه طراحی اقلیمی و انتخاب هوشمندانه مصالح و فرم ساختمان استوارند. 4.الهام‌گرفته از معماری سنتی و بومی هستند.

انواع سیستم‌های غیر فعال

نمای بیرونی مشربیه
چند بادگیر در یزد
برج تبر سنت ماری 30( St Mary Axe30) معروف به تبر لندن
  • سیستم‌های سایه‌اندازی طبیعی (Natural Shading Systems) از عناصر معماری مانند 'مشربیه‌ها، ایوان‌ها و سایه‌بان‌های ثابت استفاده می‌کنند تا تابش مستقیم خورشید را کاهش دهند و از افزایش دمای داخلی جلوگیری کنند. مانند مشربیه‌های سنتی در معماری اسلامی که علاوه بر کنترل نور، تهویه طبیعی و حریم خصوصی را نیز فراهم می‌کنندواستفاده از بالکن‌ها و ایوان‌ها برای جلوگیری از تابش مستقیم خورشید در فصول گرم.[۱۵]
  • سیستم‌ها ی تهویه طبیعی (Natural Ventilation Systems) از جریان طبیعی هوا برای خنک‌سازی و تهویه فضای داخلی استفاده می‌کنند. طراحی پوسته‌های متغیر می‌تواند شامل منافذ و بازشوهایی باشد که بر اساس الگوهای باد محیطی، تهویه طبیعی را بهینه کنند.[۱۶]

مانند : بادگیرها در معماری سنتی ایران که به هدایت جریان هوا به داخل ساختمان و کاهش دما کمک می‌کنند. نمای دوپوسته (Double-Skin Facade) فضایی بین دو لایه پوسته ایجاد می‌شود که باعث جریان هوای طبیعی و بهبود عایق حرارتی می‌شود.[۱۷]

  • سیستم‌های ذخیره‌سازی حرارتی (Thermal Mass Systems) از مصالحی با ظرفیت حرارتی بالا مانند بتن، آجر یا سنگ استفاده می‌شود که می‌توانند گرما را در طول روز جذب و در طول شب آزاد کنند. این روش باعث تعدیل نوسانات دمایی داخل ساختمان می‌شود.[۱۸]

مانند : استفاده از دیوارهای سنگین و ضخیم در معماری سنتی مناطق گرم و خشک که دما را در طول روز خنک و در شب گرم نگه می‌دارد.

دیوار ترومپ (Trombe Wall)
عملکرد دیوار ترومپ (Trombe Wall)در فصول مختلف

ترومب (Trombe Wall) : دیواری شیشه‌ای که در طول روز گرما را جذب کرده و به‌تدریج آن را به فضای داخلی منتقل می‌کند.[۱۹]

  • سیستم‌های واکنش‌پذیر به رطوبت و دما (Hygroscopic and Thermal Responsive Systems)برخی از مواد طبیعی مانند چوب و الیاف طبیعی به‌صورت خودکار به تغییرات رطوبت و دما واکنش نشان می‌دهند. این مواد می‌توانند منبسط یا منقبض شوند و بدون نیاز به انرژی خارجی، وضعیت تهویه یا شفافیت پوسته را تنظیم کنند.[۲۰]

مانند : نماهای چوبی هوشمند: چوب با جذب رطوبت، تغییر شکل می‌دهد و باعث تهویه طبیعی یا تنظیم سایه می‌شود.

پوسته‌های پارچه‌ای غیرفعال: استفاده از پارچه‌هایی که بر اساس دما و رطوبت منبسط یا منقبض می‌شوند.[۲۱]

نمونه‌های معروف از سیستم‌های غیرفعال

کی از موفق‌ترین نمونه‌های استفاده از سیستم‌های غیرفعال در معماری سنتی ایران، بادگیرها هستند که به خنک‌سازی فضاهای داخلی کمک می‌کنند. این سیستم‌ها بدون نیاز به انرژی خارجی، با هدایت جریان هوا، تهویه طبیعی را فراهم می‌کنند.[۲۲] نمونه دیگر در معماری سنتی مناطق مدیترانه‌ای است که از ایوان‌ها، سایبان‌های ثابت و دیوارهای ضخیم برای کنترل حرارت و نور استفاده می‌شود. این سیستم‌ها بر پایه اصول طراحی غیرفعال کار می‌کنند.[۲۳]

مزایا و کاربرد ها

پوسته‌های متغییر (Dynamic Facades) ، یکی از نوآوری‌های مهم در معماری مدرن و پایدار هستند. این سیستم‌ها به نمای ساختمان اجازه می‌دهند که در پاسخ به تغییرات محیطی مانند نور، دما، باد و رطوبت واکنش نشان دهند. استفاده از پوسته‌های متغیر به بهبود عملکرد حرارتی، بصری و تهویه کمک کرده و مصرف انرژی را کاهش می‌دهد.

مزایای پوسته‌های متغییر

  1. یکی از مهم‌ترین مزایای پوسته‌های متغیر، بهینه‌سازی مصرف انرژی در ساختمان‌هاست. این نماها می‌توانند با تنظیم نور طبیعی و کاهش بار سرمایشی و گرمایشی، نیاز به سیستم‌های مکانیکی مانند تهویه مطبوع و روشنایی مصنوعی را کاهش دهند.[۲۴]
  2. پوسته‌های متغییرباعث بهبود آسایش حرارتی و بصری با تنظیم میزان ورود نور و تهویه طبیعی، شرایط محیطی مطلوب‌تری را برای ساکنان فراهم می‌کنند. این امر به افزایش آسایش حرارتی و بصری در داخل ساختمان کمک می‌کند.[۲۵]
  3. پوسته های متغییر باعث افزایش بهره وری از نور طبیعی با استفاده از سیستم‌های کنترل خودکار در پوسته‌های متغیر، می‌توان نور روز را به‌طور هوشمند به فضاهای داخلی هدایت کرد. این امر به کاهش استفاده از نور مصنوعی و صرفه‌جویی در مصرف برق منجر می‌شود.[۲۶]
  4. نمای متغیر می‌تواند با تنظیم میزان جذب و بازتابش اشعه خورشید، دمای ساختمان و محیط اطراف را کاهش دهد. این کار به کاهش پدیده جزایر حرارتی شهری (Urban Heat Island) کمک می‌کند.[۲۷]
  5. پوسته‌های متغییر می‌توانند به‌صورت پویا به تغییرات آب‌وهوایی و فصلی واکنش نشان دهند و عملکرد حرارتی ساختمان را بهینه کنند.[۲۸]
  6. استفاده از پوسته‌های متغییر، انعطاف‌پذیری در طراحی نما را افزایش می‌دهد. این سیستم‌ها می‌توانند به‌صورت پویا شکل ظاهری ساختمان را تغییر داده و به جذابیت بصری و هویت ساختمان کمک کنند.[۲۹]

کاربرد پوسته های متغییر

ساختمان Media-TIC - بارسلونا، اسپانیا
موزه لوور ابوظبی (Louvre Abu Dhabi)
  1. ساختمان‌های تجاری و اداری : در ساختمان‌های اداری و تجاری، استفاده از پوسته‌های متغیر باعث کاهش هزینه‌های انرژی و افزایش آسایش کارمندان می‌شود. این امر می‌تواند بهره‌وری کاری را نیز افزایش دهد. مانند : ساختمان مدیا-تک، اسپانیا (Media-TIC Building)، که از پوسته‌های متغیر برای تنظیم دمای داخلی و کاهش مصرف انرژی استفاده می‌کند.
  2. ساختمان‌های مسکونی : در ساختمان‌های مسکونی، پوسته‌های متغیر به بهبود کیفیت زندگی ساکنان کمک می‌کند. این سیستم‌ها می‌توانند نور طبیعی و تهویه را بهینه کرده و هزینه‌های انرژی را کاهش دهند. مانند : خانه‌ای با نمای پویا در آمستردام (Dynamic Facade House)در این پروژه از پنل‌های متحرک برای تنظیم نور و تهویه استفاده شده است.
  3. ساختمان‌های فرهنگی و آموزشی : در موزه‌ها، گالری‌ها و دانشگاه‌ها، استفاده از پوسته‌های متغیر می‌تواند به کنترل نور و دما کمک کند و از آسیب به آثار هنری یا تجهیزات حساس جلوگیری کند. مانند : موزه لوور ابوظبی (Louvre Abu Dhabi)استفاده از پوسته‌های متغیر برای ایجاد سایه‌اندازی و کنترل نور خورشید.
  4. بیمارستان‌ها و مراکز درمانی : در مراکز درمانی، پوسته‌های متغیر می‌توانند با تنظیم میزان نور و دما، شرایط مطلوب‌تری برای بیماران و کادر درمانی ایجاد کنند. مانند : بیمارستان مورفیلدز لندن (Moorfields Eye Hospital).استفاده از پنل‌های الکتروکرومیک برای تنظیم نور طبیعی و کاهش تابش مستقیم خورشید.
  5. ساختمان‌های صنعتی و کارگاهی : در محیط‌های صنعتی، پوسته‌های متغیر به کنترل دما و تهویه طبیعی کمک کرده و محیط کاری را بهینه می‌کنند. مانند : کارخانه تولیدی رولکس در سوئیس (Rolex Manufacturing Plant)استفاده از نمای دوجداره برای بهبود عملکرد حرارتی و کاهش مصرف انرژی.

چالش ها و محدودیت ها

چالش‌ها و محدودیت‌های پوسته‌های متغییر در زمینه هزینه‌های اولیه

کی از اصلی‌ترین چالش‌های پوسته‌های متغیر در معماری، هزینه‌های اولیه بالا برای طراحی، ساخت و پیاده‌سازی این فناوری است. اگرچه پوسته‌های متغیر در طول زمان می‌توانند به صرفه‌جویی در انرژی و کاهش هزینه‌های عملیاتی کمک کنند، اما هزینه‌های بالای اولیه، به‌ویژه در مراحل طراحی و نصب، یکی از موانع اصلی گسترش این فناوری در پروژه‌های ساختمانی محسوب می‌شود.

  • هزینه‌های بالای طراحی و مهندسی

پوسته‌های متغیر نیاز به طراحی‌های سفارشی و مهندسی پیچیده دارند که مستلزم همکاری متخصصان در حوزه‌های معماری، مهندسی مکانیک، الکترونیک و دیجیتال است. این امر باعث افزایش هزینه‌های مشاوره تخصصی، مدل‌سازی سه‌بعدی و شبیه‌سازی‌های دیجیتال در مرحله طراحی می‌شود.[۳۰] [۳۱]

  • هزینه‌های بالای مصالح و فناوری‌های نوین

پوسته‌های متغیر اغلب از مصالح و فناوری‌های پیشرفته مانند شیشه‌های هوشمند (Smart Glass)، پنل‌های فتوکرومیک، مواد بیومتریک و سیستم‌های حسگر و عملگرهای دیجیتال استفاده می‌کنند. این مصالح نسبت به مصالح معمولی گران‌تر هستند و در بسیاری از مناطق جهان به‌راحتی در دسترس نیستند. نمونه‌های فناوری‌های پرهزینه شامل شیشه‌های الکتروکرومیک که می‌توانند شفافیت خود را بر اساس نور و دما تغییر دهند.

ملگرهای مکانیکی و پنوماتیکی که برای حرکت و تغییر فرم پوستهمورد استفاده قرار میگیرد.[۳۲] [۳۳]

  • پیچیدگی نصب و اجرای پوسته‌های متغیر

پیاده‌سازی پوسته‌های متغیر نیاز به نیروی کار متخصص و تجهیزات پیشرفته نصب دارد که به هزینه‌های ساخت‌وساز و نصب اولیه می‌افزاید. سیستم‌های فعال پوسته‌های متغیر باید به‌صورت دقیق نصب شوند تا از عملکرد صحیح آنها اطمینان حاصل شود. نصب شوند تا از عملکرد صحیح آنها اطمینان حاصل شود.

چالش‌های نصب:

1.نیاز به مدیریت دقیق پروژه

2.نیاز به آموزش نیروی کار

3.استفاده از ابزارهای تخصصی برای نصب و کالیبراسیون سیستم‌ها[۳۴] [۳۵]

  • هزینه‌های تعمیر و نگهداری در طول عمر سیستم

اگرچه پوسته‌های متغیر می‌توانند در طول زمان منجر به کاهش هزینه‌های انرژی شوند، اما این سیستم‌ها نیاز به تعمیرات و نگهداری تخصصی دارند. استفاده از قطعات الکترونیکی و مکانیکی، خطر خرابی سیستم را افزایش می‌دهد و هزینه‌های مربوط به تعمیر و نگهداری را در مقایسه با نماهای سنتی افزایش می‌دهد.عوامل موثر بر هزینه‌های نگهداری:

1.خرابی حسگرها و عملگرها

2.نیاز به بروزرسانی نرم‌افزارهای کنترل

3.تعمیر یا تعویض قطعات مکانیکی و الکترونیکی[۳۶]

  • نبود زیرساخت‌های مناسب و فناوری بومی

در بسیاری از کشورها، زیرساخت‌های بومی برای تولید و پیاده‌سازی فناوری‌های مرتبط با پوسته‌های متغیر وجود ندارد. این امر منجر به وابستگی به واردات فناوری، هزینه‌های گمرکی و تاخیرهای اجرایی می‌شود.وجود چالش‌های منطقه‌ای شامل :1.نبود تولیدکنندگان محلی مصالح پیشرفته2.هزینه‌های حمل و نقل و واردات فناوری 3.نیاز به تخصص‌های بین‌المللی.[۳۷]

  • مقاومت کارفرمایان در برابر سرمایه‌گذاری اولیه

یکی از چالش‌های مهم در استفاده از پوسته‌های متغیر، مقاومت کارفرمایان و سرمایه‌گذاران در برابر پذیرش هزینه‌های اولیه بالاست. بسیاری از کارفرمایان ترجیح می‌دهند که از مصالح و فناوری‌های سنتی استفاده کنند تا هزینه‌های ساخت‌وساز را کاهش دهند، حتی اگر این کار به افزایش هزینه‌های عملیاتی در آینده منجر شود.دلیل این مقاومت شامل:

1.نبود آگاهی کافی از مزایای بلندمدت پوسته‌های متغیر.

2.نگرانی از بازگشت سرمایه طولانی‌مدت.

3.پیچیدگی‌های مربوط به محاسبه هزینه‌های آینده.[۳۸] [۳۹]

نمونه های برجسته در معماری

ساختمان Media-TIC - بارسلونا، اسپانیا
موزه Kunsthaus Graz - گراتس، اتریش

در معماری مدرن، بسیاری از پروژه‌های برجسته از پوسته‌های متغیر (Dynamic Facades) استفاده کرده‌اند تا علاوه بر بهبود عملکرد حرارتی و بصری ساختمان، به کاهش مصرف انرژی و افزایش پایداری کمک کنند. در ادامه، چند نمونه از این ساختمان‌ها به‌همراه ویژگی‌های پوسته‌های متغیر و منابع مرتبط معرفی می‌شوند.

  • ساختمان Al Bahr Towers - ابوظبی، امارات

نمای این ساختمان از یک سیستم مشبک متحرک الهام‌گرفته از مشربیه‌های سنتی عربی تشکیل شده است.این سیستم شامل پنل‌های مثلثی متحرک است که به‌صورت خودکار در واکنش به نور خورشید باز و بسته می‌شوند. این نما با کاهش تابش مستقیم خورشید و گرمای داخلی، مصرف انرژی را تا 50 درصد کاهش می‌دهد.[۴۰] [۴۱]

  • ساختمان Media-TIC - بارسلونا، اسپانیا

نمای ساختمان Media-TIC از پنل‌های بادی (ETFE cushions) تشکیل شده است که بر اساس میزان تابش نور خورشید پر یا خالی می‌شوند. این سیستم باعث می‌شود تا ورود نور خورشید و گرمای داخلی به‌صورت هوشمند کنترل شود.این نما توانسته است تا 95 درصد از تابش خورشید را کاهش دهد و به صرفه‌جویی انرژی سالانه 20 درصد دست یابد.[۴۲] [۴۳]

  • موزه Kunsthaus Graz - گراتس، اتریش

نمای این موزه شامل پوسته‌ای شفاف و حساس به نور است که می‌تواند به تغییرات نور محیطی واکنش نشان دهد. این پوسته به کاهش مصرف انرژی کمک کرده و همچنین ظاهر ساختمان را به یک اثر هنری پویا تبدیل کرده است. سیستم نورپردازی این پوسته می‌تواند پیام‌ها و تصاویر دیجیتال را نمایش دهد.[۴۴] [۴۵]

منابع

  1. ↑ Kolarevic, B., & Parlac, V. (2015). Building Dynamics: Exploring Architecture of Change. Routledge.
  2. ↑ Fuller, R. B. (1961). Operating Manual for Spaceship Earth.
  3. ↑ Mathews, S. (2005). The Fun Palace as a Prototype for an Architecture of Anticipation. The Journal of Architecture, 10(2), 177-197.
  4. ↑ Negroponte, N. (1975). Soft Architecture Machines. MIT Press
  5. ↑ Banham, R. (1984). The Architecture of the Well-Tempered Environment. University of Chicago Press.
  6. ↑ Davidson, C. (1998). Jean Nouvel: The Elements of Architecture. Thames & Hudson
  7. ↑ Ghaffarianhoseini, A., Berardi, U., & Alwaer, H. (2016). Intelligent facades: A review of recent advancements in active and adaptive architectural facades. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 60, 147-159.
  8. ↑ Granqvist, C. G., & Arvizu, M. A. (2014). Electrochromic coatings and devices: Survey of some recent advances. Thin Solid Films, 565, 2-6.
  9. ↑ Wigginton, M., & Harris, J. (2002). Intelligent Skins. Architectural Press.
  10. ↑ - Velikov, K., & Thün, G. (2013). Responsive Building Envelopes: Characteristics and Evolving Paradigms. Buildings, 3(1), 98-110.
  11. ↑ Wigginton, M., & Harris, J. (2002). Intelligent Skins. Architectural Press.
  12. ↑ - Velikov, K., & Thün, G. (2013). Responsive Building Envelopes: Characteristics and Evolving Paradigms. Buildings, 3(1), 98-110.
  13. ↑ Wigginton, M., & Harris, J. (2002). Intelligent Skins. Architectural Press.
  14. ↑ - Velikov, K., & Thün, G. (2013). Responsive Building Envelopes: Characteristics and Evolving Paradigms. Buildings, 3(1), 98-110.
  15. ↑ Olgyay, V. (2015). Design with Climate: Bioclimatic Approach to Architectural Regionalism. Princeton University Press.
  16. ↑ Givoni, B. (1994). Passive and Low Energy Cooling of Buildings. John Wiley & Sons
  17. ↑ Givoni, B. (1994). Passive and Low Energy Cooling of Buildings. John Wiley & Sons
  18. ↑ Trombe, F. (1974). Design of Passive Solar Buildings. Energy and Buildings
  19. ↑ Trombe, F. (1974). Design of Passive Solar Buildings. Energy and Buildings
  20. ↑ Menges, A. (2015). Material Performance and Behavior in Architecture. Wiley.
  21. ↑ Menges, A. (2015). Material Performance and Behavior in Architecture. Wiley.
  22. ↑ Foruzanmehr, A., & Nicol, F. (2008). Towards new approaches for integrating vernacular passive-cooling systems into modern buildings in warm-dry climates of Iran. Building and Environment, 43(5), 632-646.
  23. ↑ Steemers, K., & Yannas, S. (2003). Architecture and Climate: An Environmental History of British Architecture 1600-2000. Routledge.
  24. ↑ : Loonen, R. C. G. M., Trčka, M., Cóstola, D., & Hensen, J. L. M. (2013). Climate adaptive building shells: State-of-the-art and future challenges. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 25, 483-493.
  25. ↑ Velikov, K., & Thün, G. (2013). Responsive Building Envelopes: Characteristics and Evolving Paradigms. Buildings, 3(1), 98-110.
  26. ↑ Ochoa, C. E., Aries, M. B. C., & Hensen, J. L. M. (2012). State-of-the-art in lighting simulation for building science: A literature review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 16(6), 4167-4177.
  27. ↑ Santamouris, M. (2014). Cooling the cities: A review of reflective and green roof mitigation technologies to fight heat island and improve comfort in urban environments. Solar Energy, 103, 682-703.
  28. ↑ Knaack, U., Klein, T., Bilow, M., & Auer, T. (2014). Façades: Principles of Construction. Birkhäuser.
  29. ↑ Addington, D. M., & Schodek, D. L. (2005). Smart Materials and New Technologies: For the Architecture and Design Professions. Architectural Press.
  30. ↑ Kolarevic, B., & Parlac, V. (2015). Building Dynamics: Exploring Architecture of Change. Routledge
  31. ↑ Loonen, R. C. G. M. et al. (2013). Climate adaptive building shells: State-of-the-art and future challenges. Renewable and Sustainable Energy Reviews.
  32. ↑ Wigginton, M., & Harris, J. (2002). Intelligent Skins. Architectural Press
  33. ↑ Addington, D. M., & Schodek, D. L. (2005). Smart Materials and New Technologies. Architectural Press.
  34. ↑ • Schittich, C. (2013). Building Skins: Concepts, Layers, Materials. Birkhäuser.
  35. ↑ • Yeang, K. (2008). Eco-Design: A Manual for Ecological Design. Wiley.
  36. ↑ • Velikov, K., & Thün, G. (2013). Responsive Building Envelopes: Characteristics and Evolving Paradigms. Buildings.
  37. ↑ • Loonen, R. C. G. M. et al. (2017). Performance prediction of climate-adaptive building shells – A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews.
  38. ↑ Kolarevic, B., & Parlac, V. (2015). Building Dynamics: Exploring Architecture of Change. Routledge.
  39. ↑ Wigginton, M., & Harris, J. (2002). Intelligent Skins. Architectural Press.
  40. ↑ • Raslan, R., & Davies, M. (2012). Performance Analysis of Dynamic Façades in Hot Climates: Al Bahr Towers. Architectural Science Review.
  41. ↑ • Foster + Partners (2012). Al Bahr Towers: A Case Study in Responsive Architecture.
  42. ↑ Velasco, G., & van der Meulen, J. (2014). Adaptive Building Envelopes in the Digital Age: Media-TIC Building. Architectural Design Journal.
  43. ↑ Cloud 9 Architects (2011). Media-TIC Building: Smart Façades for a Green Future.
  44. ↑ Schittich, C. (2013). Building Skins: Concepts, Layers, Materials. Birkhäuser.
  45. ↑ Cook, P., & Fournier, C. (2005). Kunsthaus Graz: Architecture as Media. Springer.
Pusat Layanan

UNIVERSITAS TEKNOKRAT INDONESIA | ASEAN's Best Private University
Jl. ZA. Pagar Alam No.9 -11, Labuhan Ratu, Kec. Kedaton, Kota Bandar Lampung, Lampung 35132
Phone: (0721) 702022
Email: pmb@teknokrat.ac.id