هدایت نور طبیعی

[وحید 0319]

استفاده ی موثر از انرژیهای طبیعی
موثر ترین روش استفاده از نور خورشید تامین روشنایی با نور طبیعی است. حتی بهترین لامپ رشته ای در مقایسه با نور خورشید برای تامین میزان معینی روشناییِ, به میزان بیشتری انرژی الکتریکی برای هر متر مربع نیاز دارد و میزان بیشتری گرما تولید میکند. مشارکت نور طبیعی در تامین روشنایی هر ساختمان باید در عین توجه به مقابله با جذب حرارت نامطلوب صورت پذیرد.
ایده ی بهینه کردن ارتباط میان سایه ونور طبیعی هدایت شده به درون فضای معماری,به اشکال جدید ممکن است,نور شکن های بزرگ پیش ساخته از بتن, که رنتسوپیانه در مجموعه ی منیل در هوستون تگزاس استفاده کرد, نمودی زیبا از این اشکال تازه را به نمایش گذاشت. جالب توجه این است که راه حل مشابه و ظریف تری نیز برای ایجاد تعادل بین نور طبیعی و سایه را طرح آلمانی کوستر با مشارکت اکالوکس ارائه کرده است.
نمونه ی دیگر, مرکز طراحی در لینز استرالیا, کار توماس هرتزوگ است. در این پروژه, از سیستمی استفاده شده است که قابلیت انعکاس و خنثی سازی پخش ((diffusionنور طبیعی را دارد. علاوه بر آن,با همکاری کریستین بارتنباخ, هندسه ی اجزای کوچکmicrogeometry)) در هریک از نور شمنها(baffle)کاهش یافت.
منشورهای کوچک را میتوان برای انعکاس یاتجدید مسیر(redirect)تابش مستقیم آفتاب و ایجاد امکان عبور نور تلطیف شده(diffuse light)به داخل بکار بست.
امروز در روند تکاملی این تکنولوژی, باریکه های منشور شکل از طریق خروج تحت فشار مواد اولیه از قالب (extrdude), در مقایسه با گذشته با قیمت پایین تر تولید میشوند. این منشور ها بصورت قائم یا افقی قابل استفاده اند.
فیلگا,تولید کننده ی شیشه در ژاپن,موفق به تعبیه ی منشور های بسیار ظریف شیشه ای بین دو ورق شیشه شده است. نمونه ی با مقطع دایره ی این محصول برای نمایشگاه های هنری , موزه ها , سالنها و نهایتا فضاهای بزرگ کنفرانس برای دستیابی به نور ثابت در تمام فصول و زمانها و جهات مناسب است. نمونه با مقطع مثلث نیز, برای ساختمانها, ادارات و فضاهای مسکونی مناسب است. این نمونه میتواند در زمستان نور را جذب و در تابستان آنرا منعکس کند.
نور سر چشمه ی وجود همه ی هستی است. با روشن کردن سطح اجسام، نور به آنها پیرامون و یک محیط مرئی را اهدا میکند. و جمع شدن سایه در پشت آنها به اجسام عمق میدهد. اجسام تنها در مرزهای روشنایی و تاریکی است که معنی پیدا میکنند, و شکل خود را بدست آورده و نشان میدهند, روابط داخلیشان کشف میشود، و مانند حلقه های زنجیر تا بیکران بهم متصل میشوند. نور به اجسام, استقلال و خود مختاری میبخشد و همزمان, وابستگی های آنها را محدود میکند. ما حتی میتوانیم اینطور بیان کنیم که نور به هر شیء در محیط اطراف خود آنقدر ترفیع میدهد که آن شیء کاملا مشخص شده و با سایر اشیاء فرق میکند. نور این خالق وابستگیها و ارتباطاتی که جهان را شکل میدهند, در حالیکه خود نیز سرچشمهء همهء موجودات است به هیچ وجه یک منبع ثابت و غیر منقول نیست. نور بیشتر دارای حرکت ارتعاشی است و در کنار تغییر دایمیش پیوسته جهان را تحت تاسیر خود قرار میدهد.
معماری- که تمام تلاش آن این است که نور پراکنده را تکه تکه کند, حضورش را در یک مکان ثابت حفظ و نگهداری کند و در عصر ها و دوران ها جستجو کرده,تا نور را با تمام خاصیت حیات بخشش به دقت در دام خود اسیر کند-نور در هر لحظه شکل جدیدی به موجودات میدهد و مناسبات مشترک جدیدی برای اشیا بوجود می آورد, و معماری نوررا بصورت مختصر و صریح ترین حالت آن متمرکز میکند. خلق یک فضای معماری به عبارت ساده متمرکز کردن و تصفیه ارزی نوراست.
ارتباط بین معماری و نور چندان در اذهان شکل نمیگیرند اینکه انها در لایه تجربیات ذهنی شکل گرفته و سپس زندگی مادی را رقم میزنند. تجربیات- از از معماری ژاپنی میگوید – برای مثال چایخانه جاییکه در آن فضا بسادگی بوسیله ی صفحات کاغذی مانند تقسیم شده, و در یک قالب چوبی ظریف امتداد داده شده است. هنگامیکه از بین تقسیمات آن عبور میکنی نور به آرامی در فضای داخلی پخش میشود, تا به تاریکی بیامیزد, و فضایی را بوجود بیاورد که در آن تنها درجه ای از نور تکرنگ وجود دارد. معماری ژاپنی فعلا تلاش کرده است تا بوسیله ی تکنو لوزی حساسش؛ نور را به اجزای اصلیش تبدیل کرده و به عبارتی آنرا بشکند. تغییرات ظریفی که معماری ژاپنی در تراز های مختلف این انژی نرتعش کسب میکند فضا را به شکلی غیر قابل درک زنده مینماید.
در معماری عربی یک بار از دیوار های ساخته شده از سنگهای بزرگبرای جدا کردن فضای داخل از خارج استفاده کردند., پنجره هایی در این دیواره های ضخیم(که انگار ساخته شده بودند تا مانعی برای دنیای بیرون باشند) کار گذاشته شده بودند, کوچک بودند و طرح و ساخت ساده ای داشتند. ,این پنجره ها تقریبا بیش از آنکه به نور اجازه ی دخول به داخل را بدهند, با برق ریادی میدرخشیدند, اتگار که آنها تجسمی از نور بودند. شاید آنها,نشانگر این میل اساسی و دیرینه ی انسان بودند , بوجود آوردن تاریکی برای ظهور نور نور. هنگامیکه, یک ستون درخشنده نور در سکوت عمیق تاریکی نفوذ میکند، مانند حضور یک وجوذ باب و بلتد مرتبه است. آن پنجره ها نه تنها برای سرگرمی بصری ساخته نشده بودند، بلکه عاملی برای نفوذ بی واسطه ی نور بودند. و نوری که به فضای داخلی معماری نفوذ میکرد فضایی دارای ساخته ای راسخ، استوار و سنگیر را بوجود می آورد. این باز شو های ساده حرکت نور را به ظرافت می ربود. فضا- مانند یک مجسمهء در حال ساخت به وسیله ی خطی از نور در تاریکی رخنه میکرد تراشیذه میشد، و ظلپاهر آن با گذشت هر لحظه بطور متوالی تغییر میکرد.
در دوران مدرنیسم ، معماری ، پنجره ها را از محدودیت سازه ای جدا کرده و به آنها این اجازه را داده است که آزازدانه در هر اندازه ای ساخته شوند. اما در عوض اینکه نتیجه ی آن در آزادی آن در معماری دیده شود، خاصیت حیاطی نور بیهوده بکار اداخته شده و به عبارتی گم شده است. معماری مدرن دنیایی بی نهایت شفاف را بوجود آورده است- نیایی ازنور و تنها نور ، نور بجای همه چیز دیگر و خالی از تاریکی ، ایندنیای سراسر نور ، معنای مرگ فضا را میدهد، همانگونه که تاریکی مطلق اینگونه است.
برای انسان نخستین نور بعنوان وسیله ای برای محاسبه ی زمان محسوب میسد. اشعه های پر انرژی نور که از فاصله دور خورشید به زمین منعکس میشوند- نوری که از نظر جهت، زاویه و شدت تغییر میکند و این تغییرات به مکان فصل و زمان بستگی دارد- به احساس و درک انسان اولیه از امکان شکل اساسی میدهد. این نور که بوسیله ی بازشوهایی به داخل فضاهای ساخته شده ی او کشیده میشد، این امکنن را به انسانی که داخل آن سکونت داشت میداد که وجودش را در ارتباط بت محیط اطراف درک کند و بفهمد.
از زمان قرون وسطی تا مدرنیسم- هم در معماری ژاپنی و هم در معماری غربی – نور احتیاج به کنترل هوشیارانه ای در قبال پاسخ به قیود مختلف و شایان توجه داشت. به همین دلیل انسان در بدو ورود به دنیای معماری از ارتباطاتی که انسان و طبیعت را مقید میکرد آگاه میشد.
امروزه بیشرفت فنی و تکنولوژیکیف نور پردازی معمارانه را به سهولت و بی هیچ سختی و البته خالی از هر گونه احساس ممکن ساخته است. بعلاوه بوسیله نور پردازی مصنوعی، انسان حتی از ارتباطش با طبیعت نیز ئور میمیند و این رابطه را از دست میدهد.
به همین دلیل بسیار عمیق به نقش نور طبیعی نظر می افکنم،نوری که میتواند- در هر نقطهاز محیط ساخته شده ی ما – بوسیله ی مجاورت بیواسطه و شایان توجهی از زمان و مکان ما صحبت کند.
بواسطه ی تحقیقات دقیق و توجهات عمیق،نور را به فضای داخلی معماری هدایت میکنم بطوریکه آن نور فضا را بوسیله ی عمق مشخص و تعریف کندو فضاهایی بسیار مهیجو تحریک کننده بوجود آورد.
نور به تنهایی نمیتواند نور باشد. حتما باید برای نور تاریکی هم وجود داشته باسد تا نور موجودیت خویش را بوجود آورد.درخشان و با جلال و قدرت،تاریکی،که درخشندگی نور را بر می افروزد و قدرت نور را آشکار میکند،ذاتا قسمتی از نور است. تا کنون عظمت و عمق تاریکی از محدوده ی توجهات ما نا پدید بوده است، و ای ختلاف جزیی که نور و تاریکی ایجاد میکنند . همنوایی ذهنیشان همگی تقریبا فراموش شده اند.



هدایت نور طبیعی: 1
کنترل نور طبیعی:
تندیس گری نور بوسیلهء شیشه:
کاربرد شیشه معماری این قرن را بیش از هر ماده ی دیگری تحت تاسیر قرار داده است. اگر چه کاربرد این ماده ی ساختمانی در دهه های 50 و 60 باعث بروز مشکلاتی شد، هنوز هم شیشه یکی از مصالح تضمین شده با کارایی خیلی خوب در معماری خورشیدی است
جیمز کار پنتر،معمار و طراح شیشه ونور نیویورک، از شیشه دیاکرومیک برای ایجاد تاثیرات نوری استفتده کرده است. در مدلی که او برای کار در کلیساپیشنهاد داده است، بیننده به محض مواجهه با اشکال هندسی ناشی از نور ، به اهمیت این ایده و حضور آن به عنوان یک هدف از ابتدای شکل گیری طرح پی می برد. از آنجا که این برخورد الزاما به بهینه سازی در مصرف برق نمی انجامد، واضح است که جستجوی روشهای جدید برای مطلوب کردن کاربرد شیشه بعنوان یک ناده ی ساختمانی مورد نیاز است
استفاده از پوششهای هولو گرافیک روی شیشه برای تجدید مسیر نور آفتاب، به وسیله ی دو پروفسور اهل کلن در نمایشگاه باغ آرایی شهر اشتوتگارت اجرا شد
شیشهء الکتروکرومیک،دستاورد جالبی است که از طریق افزودن خواص متحرک به یک مادهء ثابت به دست آمده است. شیشه ی الکترو کرومیک، با استفاده از جریان الکتریکی به مدت چند ثانیه میتواند به یک سطح کدر تغییر یابد.
ایده ی دیوار چند لایه ی تمام نتحرک را، که مثل آفتاب پرست قادر به واکنش نسبت به محیط باشد، ما یک دیویس از شرکت ریچارد راجرز دنبال کرد
مایک دیویس یک شخصیت پیشرو در کشف زمینه های جدید در تکنولوژی شیشه محسوب میشود.
از فعالیتهای او میتوان به مطالعات متنوع در زمینهء اولین نمونه های جداره های درخشان چند پوسته(multi-skin glazing)برای پیکینگتن براس و پروژه تحقیقی موسوم به پروژهء 218 اشاره کرد.
دیوار مجوف وقابل تهویهء(ventilated cavity wall)جداره ی خارجی ساختمان لویدز لندن، در عین کارایی حرارتی بالا ، نور طبیعی تلطیف شده را به شکل بهینه در اختیار فضاهای داخلی قرار میدهد.
یکی از زمینه های مناسب برای مطالعه و تحقیق، بررسی امکان کاربرد گازها، مایعات و حتی اجسام یا مواد ارگانیک است که میتوان آنها را بین دو جداره ی شیشه یا بنحوی که به خود شیشه شکل دهند، استفاده کرد. به صورتی که در جامهای شیشه در ساختمان لویدز لندن به کار رفته است.

نور طبیعی نمایشی
ساختمانهای چشم نواز:
هنر استفاده از نور طبیعی برای ایجاد تاثیرات نمایشی، هنوز هم یکی از موضوعات مورد توجه در معماری. در این زمینه فن آوریهای جدید، امکانات جدیدی را پیش روی گذاشته اند.
ساختمان رایشتاگ برلین، محل مجلس جدید آلمان است. تغییرات ساختمان موجود دفتر سرنورمن فاستر و شرکا انجام داده است. ایدهء مبتکرانهء این پروژه در مورد مسئله ی انرژی، نهایتا به سازه ای با نمود بیرونی در بالای ساختمان ، با قابلیت هدایت نور انجامید. این تعبیر جدید از یک گنبد، که جایگاه بازدید کنندگان است، نور طبیعی را به واسطه ی صدها آینه ی تشکیل دهنده ی قیف میانی، به بخش زیرین ساختمان یعنی مجلس منعکس میکند.
برای انجام این کار آزمایشهای زیادی از جمله شبیه سازی با کامپیوتر و ساخت یک ماکت به مقیاس 1.20 از گنبد و مجلس در شرایط مشابه واقعیت صورت گرفت. در تصویر نمای چلچراغ انعکاس دهنده ی نور طبیعی از پایین به بالا نمایش داده شده است. شبیه سازیهای کامپیوتری دید از شیبراهه ی بازدید کنندگان را به سمت پایین در تصویر به نمایش گذاشته است. ماکت به مقیاس 1.20 در تصویر برش طولی ساختمان در تصویر و اسکیس اولیه تصویر آمده است.
یکی از اجزای شاخص بانک هنگ کنگ، کار دفتر فاستر ، آتریوم تامین کننده ی نور طبیعی در ساختمان است . تامین نور در این ساختمان از راه بازتاب نور از سطح دو آینه ی بسیار بزرگ میسر شده است. صفحه ی جمع کننده ی نور آفتاب در بیرون، از صدها آینه ی کوچک، که مسیر نور آفتاب را دنبال مردهو آنرا به سمت آینه ی مقعری در بالای آتریم میتابانند، تشکیل شده است
این آینه ی مقعر ، نوررا به درون فضا و حتی زیر کف طبقه ی شیشه ای ساختمان هدایت میکند. اسکیس اولیه ی نورمن فاسترف به بهترین شکل نحوه هدایت نور به زیر زمین را نشان میدهد.
تنظیم فوقالعاده ی نور طبیعی در موسسه ی دنیای عرب کار ژان نوول را هزاران شاتر متحرک حساس ، که بوسیله ی کامپیوتر کنترل میشوند، امکان پذیر کرده اند.



هدایت نور طبیعی:2
تبدیل نور طبیعی به انباشت نیرو در باتری خورشیدی:
نور ملموس ترین انرژی تجدید پذیر است. امروز روشهای جدیدی از جمله(باتری خورشیدی)برای تبدیل این انرژی به جریان برق در دسترس است.
فیزیکدانی بنام هنری بکرل کشف کرد که هنگام برخورد نور به ترکیبی از مواد حاوی سیلیکون ،ولتاژ الکتریکی تولید میشود. این کشف انقلابی به پیدایش این نظریه که امکان تولید انرژی الکتریکی از نور طبیعی در فرآیندی شبیه به فتوسنتز وجود دارد،انجامید.
اشکال متفاوتی از باتریهای خورشیدی موجودند . یکی از این نمونه ها باتری متشکل از سلولهای تک کریستابی نسبتا همشکل با رنگ خاکستری مایل به سیاه است.
نمونه ی دیگر هم از سلولهای چند کریستالی با شکلی شبیه به ذرات تفکیک شده ی سنگ گرانیت تشکیل شده است.
با بکار گیری لایه های بسیار کم ضخامت از سیلیکون روی صفحاتی مثل شیشهیا صفحات فلزی هم،میتوان به اشکال متفاوتی از باتریهای خورشیدی دست یافت.
تولید سلولهای باتری خورشیدی با سیلیکون کراپ(silicon crop)، که محصول جانبی از صنعت کامپیوتر است آغاز میشود، به نحوی که ابتدا آنرا بصورت مذابدر می آورند، سپس آنرا به شمش تبدیل کرده و نهایتا بلوکهای تراش خورده را از ان میسازند. مرحله ب آخر کار برش ای بلوکها به صورت صفحات باریک به شکل ویفر خواهد بود.
باتریهای کریستالی خورشیدی عموما بصورت صفحات باریک به شکل ویفر موجودند و برای محافظت، هنگام استفاده در فضای بیرون، آنها را در پوششهای پلاستیکی یا شیشه ای نگه میدارند. صفحات این باتریها بر حسب نیاز مشتری می توانند با ابعاد یا خروجی های متغیر تولید شوند.
مزیت سیلیکون غیر بلوری(Amorphous silicon)این است که تولید آن با کمیت زیاد راحت تر است.
در حال حاظر کارایی این نوع سیلیکون محدود تر است. اما در مقایسه با سیلیکون چند کریستالی(poly crystalling silicon)ارزان تر تمام میشود. با استفاده ازاین نوع سیلیکون ، امکان ایجاد سطوح قیلم مانند و نیمه شفاف وجود دارد.
تمام ساخته های فضایی، از طریق انرژی خورشیدی و سلول های باتری خورشیدی(pv)تغذیه میشوند. در تلسکوپ هابل، از سلول های باتری خورشیدی غیر کریستالی با بالاترین میزان کارایی تا به امروز ، استفاده شده است. اگر تلاش دانشمندان ناسا برای تامین نیروی مورد نیاز ماهواره ها و همچنین فضا پیما ها نبود،چنین پیشرفتهایی در زمینه ی ساخت باتری خورشیدی(pv)بوجود نمی آمد. در طول بر نامه ی آپولولو،تکنو لوژی تولید باتری خورشیدی دچار تحولات عظیمی شد.
کارایی سلولهای خورشیدی ازآن زمان تا کنونبه چهار برببر افزایش یافته است.
صنعت باتری خورشیدی از پیشرفتهای تکنیکی در زمینه های دیگر هم بهره مند میشود. پیشرفتهای حاصل شده در درامهای (drum)با پوشش سیلیکون ف که در دستگاههای فتوکپی رنگی کاربرد دارند، در حال حاضر در تولید نوارهای پوشیده از سیلیکون غیر بلوری مورد استفاده پیدا کردند.
صفحات باتری خورشیدی در حالت ایده آل باید مادامی که خورشید میتابد در معرض آن قرار گیرند.طبیعتا با تغییر جهت تابش خورشید ای امر غیر ممکن میشود. اما امکان زاویه دادن به صفحات برای استقرار دربهترین جهت ممکن وجود دارد. همچنین نصب ای صفحات بصورت خوابیده یا به شکل عمودی روی سقف یانما وجود دارد.اما این امر تا حدی به کاهش کارایی و بازدهی باتری می انجامد.
استفاده از باتری خورشیدی با قرار گیری صفحاتی ازسلول های متنوعدر کنار هم ممکن خواهد بود. این سلولها میتوانند با هر شکل و اندازه ای روی هم قرار گیرند.
میتوان از یک باتری خورشیدی برای تولید الکتریسیته در یک ماشین حساب استفاده کرد یا با ادغامهزاران صفحه ی باتری خورشیدی در کنار هم، مزرعه ای از باتریهای خورشیدی ساخت.
یک باتری خورشیدی بزرگ در موسسه ی Hysolarدر اشتوتگارت آلمان نصب شده است.کاربرد باتری خورشیدی در ساختمان، توجه معماران سراسر جهان را به خود جلب کرده است. در بسیاری از پروژه های موفق شناخته شده از صفحات باتری خورشیدی بعنوان قسمتی از سیستم پوشش یا نمای ساهتمان استفاده شده است.
استفاده از این مصاح جدیدکه ملزومات مخصوص به خود را بخصوص از نظر زاویه ی جهت اقتضا میکند، به مسئله ی طراحی ساختمان بدل شده است.
غرفه ی طراحی شده ی نیکلاس گریم شاو در نمایشگاه شهر سویلدر سال 1992، کاربرد جدید سلولهای باتری خورشیدی را نشان میدهد.. در این پروژه، سلولهای باتری خورشیدی روی کلکتور های(collectors)سقفی با اشکال زیبا نصب شده است و علاوه بر سایه اندازی، نقش تامین نیروی لازم برای پمپاژ آب خنک کننده ی نمای ساختمان را بر عهده دارند.
از آنجا که تولید سلولهای باتری خورشیدی کم است، هزینه ی تولید آن بالاست. در صورتیکه که تقاضا برای تولید این محصول افزایش پیدا کند، قیمت آن به میزان محسوس کاهش میابدف بسیاری از دولتها در حال حاضرسوبسید هایی را برای افزایش میزان تولید این محصول در نظر گرفته اند. در سال 1990 در آلمانبر نامه ی هزار سقف طرح ریزی شد. در ژاپن نیز در سال 1995 برنامه ی مشابهی تحت عنوان هفتاد هزار سقف طرح ریزی شد.
از آخرین دستاورد های ژاپنیها میتوان صفحات سقفی باتری خورشیدی غیر بلوری(amorphous)کانون سایلهای باتری خورشیدی ساینو، اشاره کرد.
نمای متشکل از بانری خورشیدی برای بهبود برنامه ی نیرو رسانی در آخن(Aachen power utilities) کشور آلمان که با همکاری فلگسولصورت گرفت، از اولین نمونه های از این دست در جهان محسوب میشود.. نمای اداره ی مرکزی AGدر گلزن کیرشکن، نمونه ای پیشرفته تر از نماهای تشکیل دهنده از باتری های خورشیدی محسوب میشود.
امکان کار گذاشتن ورقه های سلولهای باتری خورشیدی بین دو ورقه شیشه، کاربرد جالب دیگری داردکه در آن بخشی از صفح میتواند بعنوان وسیله ای برای ایجاد سایه عمل کند و اجازه ی عبور نور از شکاف های مابین سلول ها را فراهم سازد.تصویر کتابخانه ای که در بالای صفحه مشاهده میکنید، نشان میدهد که این تکنولوژی چگونه میتواند در معماری استفاده شود.
دفتر سر نورمن فاستر و شرکا با همکری نوربرت کایرز، اولین نمونه های پرده های پوشیده شدهاز باتری خ.رشیدی را ارائه دادند.. این پرده ها در ساختمانهای قدیمی میتوانند بعنوان شاتر های قابل تغییر یا پرده های کرکره ای متحرک کاربرد داشته باشند. کلیه قطعات سایه انداز بعنوان محلی برای نصب سلولهای خورشیدی ایده آل هستند. چرا که ضمن قرار گیری در مقابل خورشید میتوانند با تغییر مسیر نور در طول روز، جهت خود را تغییر دهند. برای این کار سیستمهای کنترل کننده ی پیچیده با استفاده از کامپیوتر لازم استتا میزان استفاده از نور خورشید، سایه اندازی لازم و جمع آوری انرژی را اولویت بندی کند.