سازه‌های چادری آینده؛ 5 فناوری نوین و کاربردی

مقدمه

فناوری‌های پیشرفته امروزی، آینده سازه‌های چادری را متحول خواهند کرد. پارچه یکی از کهن‌ترین موادی است که انسان‌ها برای سرپناه از آن استفاده کرده‌اند. این ماده همچنان به عنوان یک متریال مهم با کاربردهای متنوع در طراحی و ساخت‌وساز امروز شناخته می‌شود و در آینده نقش پررنگ‌تری در محیط ساخته‌شده ایفا خواهد کرد.

پیش‌بینی‌ها درباره کمبود انرژی و اتمام منابع، که با افزایش طبقه متوسط در کشورهای در حال توسعه مانند چین و هند تشدید می‌شود، به دهه‌های آینده با قیمت‌های بالای کالاها و کمبود سوخت اشاره دارد. در چنین شرایطی، منابع و سازه‌های موجود ارزش بیشتری پیدا خواهند کرد و روش‌های سنتی و پرانرژی مانند “تخریب و بازسازی” (که در آن ساختمان‌ها برای ساخت موارد جدید تخریب می‌شوند) کمتر جذاب خواهند بود. در عوض، معماران و سازندگان باید در برخورد با بسترها و مواد موجود، خلاق‌تر و با تدبیرتر عمل کنند.

پارچه، در اقتصاد پس از اوج مصرف نفت، یک جزء حیاتی خواهد بود. پارچه به عنوان یکی از سبک‌ترین و انعطاف‌پذیرترین مصالح ساختمانی، به راحتی قابل حمل و نصب است و انرژی ذاتی و ردپای کربن نسبتاً پایینی دارد که آن را به یک ماده انتخابی در موقعیت‌های بازسازی تطبیقی تبدیل می‌کند. علاوه بر این، فناوری‌های جدید نشان می‌دهند که پارچه تا چه اندازه یک ماده بسیار تطبیق‌پذیر و چندکاره است و قادر به پاسخگویی به انواع نیازهای ساختمانی آینده، فراتر از سطح یک سرپناه غیرفعال است.

بیشتر بخوانید: سایبان ماشین

1. برداشت انرژی (Harvest)

انرژی خورشیدی در سازه‌های چادری

کمبود فزاینده انرژی، ساختمان‌ها را به سمت تولید برق خود از منابع تجدیدپذیر سوق خواهد داد. فتوولتائیک‌های لایه نازک نقش مهمی در پوشش‌های جمع‌آوری‌کننده انرژی خورشیدی ایفا خواهند کرد. فتوولتائیک‌های آلی (OPV) فیلم‌های نازکی هستند که از لایه‌های نانوساختار متعدد از مواد آلی نیمه‌رسانا ساخته شده‌اند و می‌توانند با استفاده از فرآیندهای کم‌هزینه و تولید انبوه، مانند چاپ جوهرافشان یا چاپ صفحه، تولید شوند.

Original Text: “Boston, Mass., architecture firm KVA Matx has experimented with ways in which OPVs may be integrated into architecture, combining flexible energy harvesting textiles with digitally fabricated structural elements. Their Soft House, for example, features 3-D knit, FR-coated polymer fabric with woven aluminum inserts, integrated printed photovoltaic cells and Li-ion rechargeable batteries—a system that generates more than half the daily power needs of an average U.S. househo¹ld.”

سازه‌های چادری آینده به گونه‌ای طراحی خواهند شد که انرژی خود را از منابع تجدیدپذیر مانند خورشید و باد تامین کنند. به عنوان مثال، شرکت معماری KVA Matx در بوستون، ماساچوست، با ترکیب منسوجات منعطف جمع‌آوری‌کننده انرژی با عناصر ساختاری تولید شده دیجیتالی، آزمایش‌هایی را انجام داده است. خانه نرم (Soft House) آن‌ها شامل پارچه پلیمری سه‌بعدی بافته‌شده، با روکش FR و الحاقات آلومینیومی بافته‌شده، و سلول‌های فتوولتائیک چاپی یکپارچه و باتری‌های قابل شارژ لیتیوم-یون است. این سیستم بیش از نیمی از نیازهای برق روزانه یک خانوار آمریکایی را تولید می‌کند.

تولید برق از باد

سازه‌های چادری آینده علاوه بر خورشید، از باد نیز انرژی برداشت خواهند کرد. دانشمندان مستقر در دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، منسوجی را توسعه داده‌اند که هنگام حرکت یا پیچش، برق تولید می‌کند. این پارچه ارگانیک مبتنی بر پلی‌وینیلیدین فلوراید (PVDF) از نانوالیاف مواد پیزوالکتریک الکتروریسی‌شده ساخته شده است و نمونه‌های آزمایشگاهی آن تا 30 میلی‌ولت برق تولید کرده‌اند. این ماده راندمان تبدیل 25 درصدی را نشان داده و در ابتدا برای کاربردهای پوشاک استفاده خواهد شد. هنگامی که این فناوری به پوشش‌های ساختمانی مقیاس‌پذیر شود، منسوجات پیزوالکتریک برای پوشش سازه‌های چادری استفاده خواهند شد که به طور مداوم از باد انرژی برداشت می‌کنند.

بیشتر بخوانید: سایبان استخر

2. انتشار نور و اطلاعات (Emit)

پارچه‌های ساطع‌کننده نور

پارچه نه تنها انرژی را برداشت می‌کند، بلکه از انرژی برای انتقال کارآمد نور و جلوه‌های بصری نیز بهره می‌برد. Delight Cloth از شرکت Lumen Co. Ltd. در توکیو، ژاپن، یک منسوج ساطع‌کننده نور است که از هزاران رشته فیبر نوری تشکیل شده است. این فیبرهای نوری با قطر تنها 0.25 تا 0.5 میلی‌متر، در یک پارچه شفاف بزرگ بافته شده‌اند که می‌تواند به صورت عمودی یا افقی آویزان شود و یک منبع نور کم‌انرژی را فراهم کند. این ماده که توسط شرکت Tsuya Textile Co. Ltd. ژاپن با همکاری مرکز مهندسی دانشگاه فوکویی توسعه یافته است، در حال حاضر برای پوشش دیوار یا سقف و همچنین تابلوهای بنری یا لباس استفاده می‌شود و می‌تواند طیف گسترده‌ای از رنگ‌های روشنایی را ساطع کند. کاربردهای آینده شامل ادغام منسوجات فیبر نوری در سازه‌های چادری است که نور خود را منتشر می‌کنند.

نمایشگرهای متنی و تصویری با پارچه

منسوجات همچنین برای انتقال تصاویر متحرک و اطلاعات استفاده خواهند شد. Fabcell یک پارچه شبه‌آفتاب‌پرست است که هنگام هدایت بار الکتریکی، رنگ خود را تغییر می‌دهد. Fabcell که توسط آزمایشگاه طراحی اطلاعات دکتر آکیرا واکیتا در دانشگاه کیو ژاپن توسعه یافته است، یک پارچه انعطاف‌پذیر است که از الیاف رنگ شده با جوهر کریستال مایع و نخ‌های رسانا ساخته شده است. این مواد به اجزای الکترونیکی متصل شده و به صورت یک منسوج مربع بافته می‌شوند. هنگامی که ولتاژ پایین اعمال می‌شود، دمای پارچه افزایش می‌یابد و رنگ پارچه تغییر می‌کند. هنگامی که در ماتریس‌های ساختاری چیده شوند، Fabcell ها می‌توانند تصاویر متغیری را در انحنای پیچیده تشکیل شده توسط منسوجات انعطاف‌پذیر نمایش دهند.

بیشتر بخوانید: سقف متحرک

3. حفاظت و پایداری (Protect)

سازه‌های هوامهار نوین

منسوجات معماری به طور فزاینده‌ای نقش‌های ساختاری در ساختمان‌ها ایفا خواهند کرد و سرپناهی بادوام و محافظت حرارتی برای ساکنان فراهم می‌کنند. سازه‌های هوامهار بخش مهمی از این آینده تطبیق‌پذیر خواهند بود.

Pneumocell که توسط معمار وین، اتریش، توماس هرزیگ طراحی شده است، یک کیت مونتاژ شامل عناصر ساختمانی بادی است که شبیه به ساختارهای سلولی بیولوژیکی هستند و می‌توانند در ترکیب‌های متعدد برای تشکیل سازه‌های کامل به هم متصل شوند. با یک طول لبه چندضلعی مشترک برای تمام سلول‌ها، انواع مختلف عناصر به دقت در کنار هم قرار می‌گیرند. این سلول‌ها هوابند هستند و نیازی به باد کردن مداوم مانند سایر سازه‌های هوامهار ندارند. اگر یک عنصر آسیب ببیند، سایر عناصر همچنان می‌توانند از سازه پشتیبانی کنند و عنصر آسیب‌دیده قابل تعویض است – بسیار شبیه به سلول‌ها در یک ارگانیسم بیولوژیکی.

سازه‌های چادری با پشتیبانی قاب

علاوه بر منسوجات بادی، سازه‌های چادری با پشتیبانی قاب همچنان رونق خواهند یافت و سایه و محافظت در برابر باد را در قالب محفظه‌های سبک‌وزن و با انرژی ذاتی پایین فراهم می‌کنند. چنین سازه‌هایی قادر به نمایش پیچیدگی فضایی و خوانش‌های بصری متعدد هستند – در طول روز مات و در شب هنگام روشنایی، شفاف به نظر می‌رسند.

به عنوان نمونه، باندشل 1800 فوت مربعی در پارک مرکزی، پلایا ویستا، لس آنجلس، کالیفرنیا، این ویژگی‌ها را به نمایش می‌گذارد. این سازه فولادی چندوجهی و کنسولی که توسط Michael Maltzan Architecture، لس آنجلس طراحی شده و با یک پارچه فایبرگلاس و PTFE پوشانده شده است، مانند یک کشتی هوایی مهار شده در بالای زمین به نظر می‌رسد، با پوسته پارچه‌ای محکم خود که عناصر فولادی دنده‌ای داخل را تا حدی پنهان می‌کند.

بیشتر بخوانید: قیمت آنلاین سازه چادری

4. واکنش هوشمند (Respond)

پارچه‌های تغییردهنده خواص فیزیکی

فناوری‌های هوشمند به پارچه امکان می‌دهند تا به شرایط محیطی در حال تغییر پاسخ دهد. یک نوع پاسخ شامل تغییر در خواص فیزیکی پارچه است. سیستم حفاظت فعال Dow Corning یک منسوج هوشمند است که نرم و انعطاف‌پذیر باقی می‌ماند تا زمانی که تحت تأثیر نیروی ضربه شدید قرار گیرد، در این صورت مواد فوراً سفت می‌شوند تا به محافظت در برابر آسیب کمک کند. هنگامی که برخورد از بین می‌رود، مواد بلافاصله دوباره انعطاف‌پذیر می‌شوند. در حال حاضر در لباس‌های ورزشی و یونیفرم‌های نظامی استفاده می‌شود، فناوری سیستم حفاظت فعال، مقاومت بیشتری در برابر شرایط بارگذاری شدید در سازه‌های چادری نیز ایجاد خواهد کرد. ماده فعال در پارچه یک پوشش سیلیکونی دیلاتانت است که یک سیال ضخیم‌کننده برشی است. ویسکوزیته این پوشش با نرخ برش افزایش می‌یابد، بنابراین آن را به عنوان یک ماده هوشمند تعریف می‌کند که به طور فعال به تغییرات در محیط خود پاسخ می‌دهد.

کنترل هوشمند سیستم‌ها با منسوجات

سایر منسوجات هوشمند، کنترل هوشمند سیستم‌های پیچیده در سازه‌های چادری را امکان‌پذیر می‌سازند. Shutters، از آزمایشگاه رسانه MIT، کمبریج، ماساچوست، یک منسوج قابل نفوذ تغییر شکل‌دهنده برای کنترل و ارتباط محیطی است. این شامل پرده‌ای است که از لوورهای متحرک تشکیل شده و می‌توانند به صورت جداگانه برای کنترل دقیق تهویه، میزان نور روز و نمایش اطلاعات مورد استفاده قرار گیرند. مکانیک نرم Shutters بر اساس فعال‌سازی الکترونیکی رشته‌های آلیاژ حافظه‌دار است. هر رشته برای زاویه دادن به لوورهای Shutters و تنظیم دینامیکی دیافراگم آن‌ها کنترل می‌شود، که سایه و تهویه را برای صرفه‌جویی در انرژی تنظیم می‌کند، و همچنین تصاویر و انیمیشن‌ها را نمایش می‌دهد.

5. بازیافت و استفاده مجدد (Repurpose)

پارچه‌های زیستی و پایدار

به دلیل افزایش تقاضا برای منابع نفتی رو به کاهش، پارچه‌های آینده از جایگزین‌هایی برای پلیمرهای مبتنی بر پتروشیمی ساخته خواهند شد. نمونه‌های قابل توجه از منسوجات مبتنی بر پتروشیمی شامل Biofront از Teijin Fibers و پارچه‌های Ingeo از Designtex هستند. این منسوجات زیستی، الیاف خود را از ذرت، یک منبع تجدیدپذیر سالانه، به دست می‌آورند. تخمیر باکتریایی برای تبدیل ذرت از نشاسته به شکر و سپس به اسید پلی‌لاکتیک استفاده می‌شود، که به نوبه خود مانند اکثر ترموپلاستیک‌ها به فیبر تبدیل می‌شود.

این منسوجات به فرآیندهای تولید پایدار و حلقه‌بسته اشاره دارند، زیرا بیوپلیمر آن‌ها ممکن است در پایان عمر مفید خود به طور ایمن زیست‌تخریب شود. منسوجات زیستی برای اثاثیه داخلی ساختمان و خودرو به کار رفته‌اند و در نهایت در مقیاس ساختمان‌ها استفاده خواهند شد. به طور فزاینده‌ای، منسوجات مبتنی بر ذرت از پوست ذرت و سایر قسمت‌های غیرخوراکی گیاه استفاده خواهند کرد تا به منابع غذایی محدود فشار وارد نکنند.

بیشتر بخوانید: اثر سازه چادری بر معماری سبز

پارچه‌های خودسازنده از بیوکامپوزیت‌ها

پارچه‌های خودسازنده نیز از مواد بیوکامپوزیت ساخته خواهند شد. Fiber Wall که توسط جان کریستر هویبی به عنوان یک پایان‌نامه مشترک بین دپارتمان معماری و دپارتمان منسوجات و پوشاک در دانشگاه کرنل، ایتاکا، نیویورک توسعه یافته است، یک سیستم پانل مبتنی بر منسوج کاملاً زیست‌تخریب‌پذیر است که از الیاف گیاهی و رزین گیاهی تشکیل شده است. این سیستم که برای ترکیب خواصی مانند سختی ساختاری بالا، قابلیت عبور نور و ظاهر فیبر طبیعی طراحی شده است، به عنوان یک جداکننده فضای خودبرگزار و شفاف عمل می‌کند. این شامل سه شکل از پانل‌های کامپوزیت با انحنای دوگانه است که از فیبر سیزال، منسوج کتان و رزین پروتئین سویا ساخته شده‌اند که می‌توانند برای گسترش سطح در جهات مختلف ترکیب شوند. برش‌های دایره‌ای امکانات متعددی را در شفافیت و فیلتر نور ایجاد می‌کنند.

همانطور که این مثال‌ها نشان می‌دهند، محدودیت‌های آینده در منابع، تفکر خلاق را تضعیف نخواهد کرد. به دلیل خواص بی‌نظیر منسوجات معماری از جمله سبکی، تطبیق‌پذیری، چندکارگی و کارایی منابع، سازه‌های چادری نقش حیاتی در محیط فیزیکی آینده ایفا خواهند کرد.

نتیجه‌گیری

همانطور که دیدیم، پیشرفت‌های شگرف در حوزه مواد و فناوری‌های تولید، آینده سازه‌های چادری را به سمت پایداری، بهره‌وری انرژی، و هوشمندی هدایت می‌کنند. از برداشت انرژی خورشیدی و بادی گرفته تا توانایی انتشار نور و اطلاعات و محافظت پیشرفته، پارچه‌ها فراتر از یک پوشش ساده، به عنصری کلیدی در ساخت‌وساز آینده تبدیل خواهند شد. این فناوری‌ها نه تنها چالش‌های کمبود منابع را پاسخ می‌دهند، بلکه فرصت‌های جدیدی را برای طراحی خلاقانه و محیط‌های زندگی و کاری کارآمدتر فراهم می‌آورند.

برای دریافت مشاوره رایگان لطفاً با ما تماس بگیرید: ۲۸۴۲۲۲۷۷-۰۲۱ و ۰۹۱۲۶۸۴۲۴۹۹