زیبایی شناسی سیال حباب ها،بالشتک های ETFE

ETFE چیست؟

ETFE (Ethylene Tetra Fluoro Ethylene)(اتیل تترا فلوئورو اتیلن) نوعی پلاستیک است که دارای مقاومت بالا و مقاومت به سایش عالی در طیف وسیعی از دماهاست. این ماده پلیمری، دمای ذوب بالایی داشته و ویژگی های شیمیایی، الکتریکی و مقاومت در برابر تشعشع انرژی فوق العاده ای دارد. شاید این ماده، پراستفاده ترین فیلم باشد، اما به دلیل خواص مکانیکی اش، کاربرد محدودتری دارد. ETFE می تواند تابش متعارف خورشید و دیگر شرایط محیطی را بیش از ۱۵ سال تحمل کند. خاصیت گذردهی نور ETFE در طول موج های مختلف، سهم بیشتری در کارایی شان در گلخانه سازی دارد. این پوشش، همانند شیشه تمام نور مرئی را که به آن برخورد می کند، انتقال خواهد داد، ولیکن بر خلاف شیشه معمولی که درصد زیادی از تابش فرابنفش را مسدود می کند، نسبت به UV شفاف است و اثر ضد باکتری UV سبب می شود تا گیاهان کمتر در معرض بیماری قرار گیرند.

برخی از خواص بالشتک های ETFE

1. شفافیت

این ماده درصد شفافیت بالایی دارد و انتقال نور در آن در محدوده نور مرئی حدود ۹۴ تا ۹۷% از کل نور را شامل می­شود. همچنین میزان عبور نور ماوراء بنفش از این ماده نیز بسیار خوب است؛ چنان­چه به پوشش گیاهی موجود در فضای خود اجازه رشد و نمو می­دهد. در ضمن فویل ETFE مقدار زیادی از اشعه­های مادون قرمز را نیز جذب کرده که این امر می­تواند در بهبود مصرف انرژی ساختمان به کار گرفته شود.

2. کنترل انرژی خورشیدی

مواد پایه حباب­ها بسیار شفاف می­باشند. راه­های مختلفی جهت تغییر خواص انتقال نور این ماده وجود دارند که به شرح زیر می­باشند:

• چاپ
• رنگ آمیزی
• اصلاحات سطوح
• پرتو افشانی
• چند لایه کردن حباب

 

3. دوام و ماندگاری

فویل ETFE دارای ماندگاری بالایی در محیط زیست می­باشد و آن به علت بی­اثر بودن این پوشش در برابر نور ماوراء بنفش، آلودگی جوی و سایر مشکلات فرسایشی در اثر عوامل زیست محیطی می­باشد. اگرچه قدیمی­ترین ETFE به کار برده در صنعت ساختمانی قدمتی برابر با ۱۰ سال دارد، اما با آزمایش­های انجام شده بر روی این ماده، طول عمر آن تا ۳۰ سال پیش­بینی شده است.

4. قطع برق

در  مواقعی که احتمال قطع برق وجود دارد، سیستم حباب­گون ETFE قادر است تا فشار هوای داخل خود را بین ۳ تا ۶ ساعت  (بسته به شرایط آب و هوایی) حفظ نماید و باعث عدم خالی شدن از هوا و بی­باد شدن گردند. بعد از این زمان، احتمال تخریب سقف وجود دارد. در نتیجه برای حل این مشکل به دو طریق می­شود عمل کرد: ۱٫ نصب کابل­های پشتیبانی به سیستم حباب ­گون ETFE  ۲٫ استفاده از ژنراتور

5. ایمنی/خطر انفجار

ETFE، به عنوان یک ماده منعطف، قابلیت بارگذاری زیادی را برای مدت کمی دارا می­باشد که این موضوع آن را به عنوان یک مصالح ایده­آل برای استفاده در مکان­هایی با خطر انفجار، معرفی کرده است.

همچنین چنان­چه درصد خطر تخریب در مکانی بالا باشد، استفاده از این مصالح می­تواند کارساز باشد. زیرا سیستم حباب گون ETFE هرگز نمی­شکند و یا در صورت آسیب­دیدگی از چارچوب خود خارج نمی­شود.

6. جایگزینی

اگر یکی از حباب ETFE شروع به آسیب دیدن بکند، حباب آسیب­دیده می­تواند با کمترین اختلال در عملکرد سازه، به آسانی تعویض شود. همچنین تعمیرات کوچک روی حباب­ها می­تواند بدون جابه­جایی وبرداشتن آن از روی سازه اصلی انجام پذیرد.

7. آتش

فویل­های ETFE قابلیت اشتعال کمی دارند و دارای خاصیت خود خاموشی می­باشند.

8. آکوستیک

حباب­های ETFE در برابر صدا تقریباً شفاف می­باشند. در مواقعی که این پوشش در مکان­هایی با میزان بارندگی بالا به کار می­رود، می­توان از یک لایه مانع صدای باران در سطح بالایی حباب­ها استفاده کرد.

9. نظافت

برخلاف سازه­های پارچه­ای سنتی، فویل ETFE یک ماده قالب خورده و با سطحی کاملاً صاف می­باشد. این صافی، میزان آلودگی سطح فویل را کاهش می­دهد و اجازه می­دهد تا باران، کثیفی باقی مانده روی فویل­ مانند سرگین پرندگان و غیره را بشورد.

معرفی تکنیک های هوشمند سازی پوشانه های ETFE

 

*چاپ بافت های بر هم منطبق شونده بر سطح لایه های ETFE

در این روش دو بافت گرافیکی بر هم منطبق شونده بر روی لایه های بیرونی و میانی بالشتک ها چاپ می شوند. زمانی که فضای میانی بین لایه بیرونی و میانی از هوا پر شود، بافت های چاپی از یکدیگر فاصله گرفته و نور خورشید امکان عبور از میان بافت ها را می یابد. در این حالت بسته به نوع بافت های گرافیکی طراحی شده بین ۴۰ تا ۷۰ درصد نور خورشید امکان عبور به فضای داخلی را پیدا می کند. از این ویژگی در فصول سرد سالکه به انرژی گرمایی ناشی از نور خورشید برای گرمایش فضاهای داخلی نیاز است، می توان استفاده کرد. در این حالت بافت های چاپی بر جداره ساختمان، از خارج و داخل بنا، به طور کامل قابل مشاهده هستند.

در حالت دوم هوای میان لایه های بیرونی و میانی به طور کامل تخلیه شده و به طور همزمان فضای بین لایه های میانی و درونی از هوا پر می شود. در این حالت بافت های چاپی به طور کامل بر هم منطبق شده و بسته به طرح گرافیکی صفر تا ۲۰ درصد نور خورشید امکان عبور از میان لیه ها را می یابد. از این ویژگی در فصول گرمتر سال که به انرژی خورشید نیازی نیست، استفاده می شود. در این حالت با بازکردن دریچه های تهویه ساختمان، امکان سیرکولاسیون طبیعی هوا بدون مصرف انرژی فراهم است. در این وضعیت بسته به میزان همپوشانی بافت های چاپی نمای داخلی و خارجی ساختمان تقریبا یکدست و به صورت یکسان مشاهده می شود. همچنین به منظور بهبود عملکرد سیستم در شرایط آب و هوایی مختلف، سنسور های حساس به نور خورشید و دما بر روی بالشتک ها نصب می شوند و با انتقال اطلاعات به سیستم کنترل مرکزی، امکان تعیین وضعیت باز و بسته شدن لایه ها را به طور اتوماتیک، فراهم می کنند. بعد از این مرحله دستگاه های دمنده میزان فشار هوای لازم در بین محفظه ها را تامین کرده و وضعیت باز و بسته بودن لایه ها را در حالت بهینه کنترل می کنند.

جوهر چاپی مورد استفاده معمولا به رنگ نقره ای و از جنس FEP ( فلوئورو اتیلن پروپیلن) می باشد. استفده از رنگ های روشن برای چاپ بافت ها این امکان را فراهم می کند که در حالت همپوشانی کامل، جلوه بیرونی بنا حالت مات و محو به خود گرفته و هاله ای از سازه نگهدارنده و فضاهای داخلی از بیرون پیدا باشد. این امر در بهبود کیفیت زیبایی شناسانه و تلطیف فضای معماری نیز تاثیرگذار است.

*نصب سلول های فتوولتائیک منعطف بر سطح لایه های ETFE:

همانطور که در مقدمه عنوان شد تکنولوژی ETFE در صنعت ساختمان یک تکنولوژی نسبتا جدید بوده و استفاده از آن تنها به ۴۰ سال گذشته باز می گردد. در طی ۳ سال گذشته تکنولوژی جدیدی ابداع گردیده که در ترکیب با تکنولوژی ETFE موجود، قابلیت های جدیدی را برای این ماده فراهم کرده و گامی دیگر را در جهت هوشمندسازی این پوشانه ها برداشته است. امروزه با جایگزینی بافت ها و پوشش های چاپی روی صفحات ETFE با سلول های فتوولتائیک منعطف می توان تا علاوه بر بهبود خواص عایق گرمایی این صفحات، که در گذشته با استفاده از سیستم تنظیم فشار هوای فشرده داخل بالشتک ها تامین می شد، کاری کرد که این صفحات به منابع تولید انرژی تبدیل شوند. با استفاده از این سلول ها می توان انرژی خورشیدی مازاد را که برای گرمایش و روشنایی فضاهای داخلی به کار می رود، ذخیره کرد. با پیشرفت تکنولوژی سلول های خورشیدی نازک و منعطف و امکان نصب آنها بر روی کلیه سطوح پارچه ای و انحنادار، این پوسته ها از سطوح ساده به پوسته های دینامیک مولد انرژی تبدیل شده اند. امروزه استفاده از این تکنولوژی به ویژه در مجموعه های بزرگ همانند استادیوم های ورزشی و فرودگاه ها رو به گسترش است.

 

ورزشگاه آلیانتس آرِنا؛ پوشش ETFE بالشتکی

ورزشگاه آلیانتس آرِنا، در شمال کشور آلمان و در شهر مونیخ واقع شده است. از سال ۲۰۰۵ میلادی، دو باشگاه معروف بایرن مونیخ و مونیخ ۱۸۶۰، بازی های خانگی خود را در این ورزشگاه برگزار می کنند. آلیانتس آرنا توسط گروه معماری “هرزوگ و دومورون” طراحی شده است. این ورزشگاه موقعیتی جدیدی را در حدفاصل فرودگاه و مرکز شهر مونیخ ایفا کرده است. پوسته ی بدنه نورانی، از بالشتک های ETFE الماس مانندِ بزرگ، که سفید و درخشان هستند تشکیل شده است. هر کدام از این بالشتک ها، می توانند به صورت جداگانه با نورهای سفید، آبی و قرمز روشن شوند. ظاهرِ در حال تغییر استادیوم باعث بهبود جذابیت آن به مثابه یک بنای یادبودِ شهری می شود، حتی برای کسانی که به فوتبال علاقه مند نباشند.

مرکز ملی ورزش های آبی پکن(مکعب آبی)؛ پوسته ی یکپارچه دیوار و سقف

مرکز ملی ورزش های آبی پکن(مکعب آبی)، نام ساختمان محل برگزاری مسابقات شنا، شیرجه و واترپلو در بازی های المپیک تابستانی ۲۰۰۸ پکن در کشور چین است. این ورزشگاه گنجایش بیش از ۱۷۰۰۰ تماشاگر را دارد. در سال ۲۰۰۳، شرکت مهندسین سازه چین، به همراه موسسه طراحیCSCEC و شرکت معماری آروپ، جایزه مسابقه بین المللی طراحی این ورزشگاه را از آنِ خود کردند. از آنجایی که استخرهای شنا بایستی در بیشتر ماه های سال  گرم شوند، تیم طراحی به این نتیجه رسید که یک “گلخانه-ساختمان” که انرژی خورشیدی را جذب و حفظ کند، برای این کار، بهترین و مناسب ترین سازه خواهد بود. همین امر منجر به خلق ایده ی پوسته یکپارچه دیوار و سقف شد که می بایست شفاف باشد. شیشه انتخاب مناسبی نبود، چون در داخل ساختمان نوعی آکوستیک ایجاد می کرد که باعث پیچیدن صدا در سالن می شد. بنابراین تصمیم گرفته شد تا از  ETFE استفاده شود. پوسته ی این ساختمان از ۴۰۰۰ حباب ETFE تشکیل شده است که طول برخی از آن ها به ۹ متر می رسد. یک قاب فضایی، که در محل سایت، از ۲۲۰۰۰ تیوب فولادی که در ۱۲۰۰۰ نقطه به هم متصل شده اند، ساخته شده که حباب ها را در جایشان نگه می دارد و یک سازه ی بی نیاز از ستون را می سازد که دهانه هایی به طول ۱۲۰ متر دارد. با توجه به اینکه آب استخر درون ساختمان( که مواد شیمیایی به آن افزوده می شود) و هوای آلوده بیرون، عواملی خورنده هستند، بنابراین تیم طراحی، قاب فولادی را درون حفره هایی متشکل از دو لایه ی بالشتک مانند از جنس ETFE قرار داد. این حفره ها در سقف دارای عمق ۶/۷ متر و در دیوارها نیز عمقی معادل ۶/۳ متر دارد. نور خورشید از بالشتک های ETFE، رد می شود و به درون ساختمان جریان می یابد. این بالشتک ها از بیرون با خمیر شیشه گری آبی، و از داخل با خمیر نقره ای، پوشاده شده اند. در بخش هایی که به گرمای کمتری نیاز است، خمیر شیشه گری دارای مقدار بیشتری است و گاهی تا ۹۰% سطح را می پوشاند. و بالعکس در مکان هایی با نیاز بیشتر به گرمای خورشید، این ماده حدود ۱۰% سطح را می پوشاند. علاوه بر این، لایه ی ETFE با کاهش نیاز به استفاده از نورپردازی الکتریکی و منابع تولید حرارت مکانیکی، مصرف انرژی را به میزان ۳۰% کاهش می دهد. نکته قابل توجه درمورد این بالشتک ها این است که دارای خاصیتی شبیه ظروف تفلون می باشند و هیچ چیزی به آن نمی چسبد. بنابراین بعد از هر باران،گرد و خاک و کثیفی شسته می شود. علاوه بر این، چراغ های LED درونِ هر یک از ۴۰۰۰ حباب نصب شده، این امکان را به مدیران ساختمان می دهد تا روشنایی نمای مکعب آبی را با هر ترکیب رنگی دلخواه، انتخاب کنند.

 

فن آوری نانو و آینده ی سازه های غشایی

با پیشرفت تکنولوژی، پای فن آوری نوظهور نانو به این حوزه نیز باز شده است. این فن آوری، تأثیر خود بر روی پارچه ها و غشاها، با استفاده از نانو روکش هایی که بر روی الیاف کشیده می شوند و پارچه هایی که با استفاده از رشته های متشکل از مواد نانو کامپوزیت بافته می شوند، بر جای می گذارد. در سازه های پارچه ای، دغدغه ی اصلی مهندسان، متمرکز بر مقاومت مصالح مورد استفاده در غشاء و جهت تار و پود و جهت گیری سازه نسبت به امتداد نیروهای اصلی می باشد. افزون بر این، مصالح مورد استفاده در سازه های غشایی باید در برابر پارگی و سایش نیز از مقاومت کافی برخوردار باشد. همچنین این غشاها باید ضد آب بوده و با گذشت زمان و هنگامیکه در معرض پرتوهای فرابنفش خورشید قرار می گیرند، کیفیت خود را از دست ندهند. از منظر ایمنی نیز، باید این نوع مصالح، غیر قابل احتراق بوده و به هنگام آتش سوزی، گازهای سمی متصاعد نکنند. البته نباید از این ویژگی مهم نیز غافل شد که انواع سازه های غشایی، که سازه های اکسپوز بوده و به طور مداوم در معرض تابش خورشید هستند، نباید تغییر رنگ داده و پس از گذشت زمان، بدمنظر شوند. این ویژگی ها متخصصان را بر آن داشت تا به دنبال ساخت غشاهای چند منظوره ای باشند که بتوان با استفاده از آن ها، همه کیفیت های یادشده را با هم و به طور هم زمان در ساختمان داشت. یعنی غشاهایی که همه ویژگی های مطلوب پیش گفته را داشته باشند و علاوه بر آن، از سلول های فتوولتائیک انعطاف پذیر نیز در کالبد خود بهره ببرند. اگر به این ویژگی ها، خودتمیزشوندگی، قابل بازیافت بودن و قابلیت تغییر فاز را نیز اضافه کنیم، می توان ادعا کرد که دیگر نمی توان از سازه غشایی، چیز بیشتری انتظار داشت. و این آینده ای است قابل دسترس و امکان پذیر برای ذهن های جستجوگر و آرمان خواه.