کاربرد فناوری نانو در صنعت ساختمان
استفاده از فناوری نانو در معماری و صنعت ساختمان، بسیار گسترده بوده و گستره عظیمی از مصالح و تجهیزات را در بر میگیرد. عایقهای گوناگون ساختمانی نیز در این راستا مستثنی نبوده و به مدد فناوری نانو این امکان فراهم شده است تا بتوان کیفیتهای گوناگون عایقهای حرارتی، صوتی و رطوبتی را افزایش داد و موادی با قابلیت رسانایی بهتر و کاراتر ایجاد نمود. در این میان آئروژلها از جمله موادی هستند که هر سه کیفیت عایقها را دارند و این به سبب وجود حفرههای ۵ تا ۱۰ نانومتری موجود در آنهاست. در کاربردهای ساختمانی، معمولاً آئروژلها، به شکل نهفته در میان دیگر مواد استفاده میشوند تا ساختار ضعیف و آسیبپذیرشان توسط این مواد محافظت شود. همچنین مواد متخلل و نانومتخلل، مواد تغییر فازدهنده، پانلهای عایق خلاء، نانوژلها، زایکوسیلها، نانولولههای کربنی و رنگهای نانوعایق که به صورت پوشش رنگی یا شفاف بر روی سطوح و یا به صورت جانمایی در پانلها و مصالح استفاده میشوند، از جمله رهآوردهای نانوفناوری در بخش عایقهای ساختمانی است که منجر به کاهش ضخامت عایقها و کاهش نیاز به نیروی کارآزموده جهت نصب و اجرا و همچنین افزایش بازده گردیده است.
اهمیت عایقکاری در بهینهسازی مصرف انرژی
عایقکاری نقش بسیار مهمی در گرم نگه داشتن ساختمان در فصل زمستان و خنک نگه داشتن آن در فصل تابستان دارد. به کمک عایقکاری میتوان یک خانه را در زمستان ۵ درجه گرمتر و در تابستان ۱۰ درجه خنکتر نگه داشت. به این ترتیب علاوه بر کم شدن مصرف انرژی، از آلودگی محیط زیست نیز کاسته میشود و منابع انرژی برای استفاده آیندگان حفظ میگردد. فاکتور مهم در انتخاب عایقها، میزان مقاومت حرارتی آنهاست. هر قدر این مقاومت بالاتر باشد، عایق حرارت را کمتر از خود عبور میدهد و صرفهجویی که به همراه دارد افزایش مییابد. عایقهای گوناگون با مقاومت حرارتی برابر، از نظر میزان صرفهجویی انرژی همانند هستند و تنها اختلاف آنها در قیمت و محل کاربرد است.
ساز و کار انتقال حرارت
انتقال حرارت در اجسام چه جامد و چه سیال از طریق رسانش، همرفت و تابش امکانپذیر است. انتقال گرما از طریق رسانش هنگامی رخ میدهد که دو جسم دماهای متفاوتی داشته باشند. در این حالت انرژی حرارتی از طریق ارتعاش مولکولهای همجوار از جسم گرمتر به جسم سردتر منتقل میشود. همرفت نیز در مایعات و گازها رخ میدهد که به واسطه حرکات مولکولی گردشی آنها انجام میشود و در تابش، انرژی گرمایی از طریق تشعشع امواج الکترومغناطیس صورت میگیرد.
نقش عایق حرارتی در آسایش دمایی ساختمان
درجه حرارت فضای داخل ساختمان، از عوامل مهم در تأمین آسایش حرارتی است. از آنجا که درجه حرارت محیط خارج ساختمان در فصلهای مختلف سال و ساعات شبانهروز تغییر میکند و بین فضاهای داخل و خارج، تبادل حرارتی از راههای گوناگون صورت میگیرد، فضای داخلی کم و بیش تحت تأثیر تغییرات درجه حرارت محیط قرار میگیرد. برای ثابت نگه داشتن دمای فضای داخل ساختمان در فصول سرد به گرما و در اوقات گرم به سرما نیاز است. چون ایجاد گرما و یا سرما هر کدام به نوعی مستلزم مصرف انرژی هستند، باعث از دست رفتن منابع تجدیدنشدنی انرژی و آلودگی محیط زیست میشوند. بنابراین در جهان امروز که در آن توجه فوقالعادهای به حفظ منابع انرژی و کاهش آلودگی محیط زیست میشود، نقش عایقکاری حرارتی ساختمان روشن میشود.
مواد متخلخل و نانومتخلخل: نسل جدید عایقها
در گذشته مهندسان میدانستند که با افزایش تخلخل ماده، سبب بهبود کیفیت عایق بودن آن میشوند. مواد متخلخل از یک ماتریس جامد و یک گاز که فضای خلل و فرج را پر میکنند، تشکیل شدهاند. این مواد، در درون ساختار خود، شبکهای از حفرهها دارند که در تمام کالبد جسم توزیع شدهاند. وجود حفرهها در ساختار ماده منجر به کاهش تراکم و چگالی ماده میگردد. کیفیت مواد متخلخل به ابعاد حفرهها، حجم و شکل آنها و مساحت سطح بیرونی ماده و ویژگیهای سطحی آن مانند آبدوستی و آبگریزی بستگی دارد. با کاهش فشار داخل حفرهها، کاهش دما و کاهش قطر حفرهها، کیفیت عایق بودن مواد متخلخل ارتقا مییابد. کاربرد مصالح متخلخل، در انواع غشاها و فیلترها، جاذبهای سطحی، عایقها، کاتالیزورها و غیره است. اما اصلیترین کاربرد مواد متخلخل که از پلیمر ساخته میشوند، در عایقکاری ساختمانها، فیلترهای گرد و خاک و لوازم خانگی است. سرامیکها، فلزات و پلیمرها را میتوان به صورت متخلخل درآورد. در مواد نانومتخلخل از آنجایی که ابعاد حفرهها کاهش مییابد، سطح نسبی حفرهها به طور چشمگیری افزایش مییابد. در پلیمرهای متخلخل معمولی، اندازه کوچکترین حفرهها، حدود یک میکرون است، حال آنکه این ابعاد در پلیمرهای نانومتخلخل در فومهای پلیمری، بخش عمده انتقال حرارتی به واسطه برخورد بین مولکولهای گاز و جداره حفرهها انجام میپذیرد. با کاهش اندازه حفرهها تا چند نانومتر، شمار برخوردهای بین مولکولهای گاز درون حفرهها کمتر شده و انتقال حرارتی نیز کاهش مییابد.
تحریریه معماری آرل | گردآورنده: پروانه شاه سوار | منبع: فصلنامه تخصصی طراح شماره ۷
