تحقیق درباره سیستم ابرخشت _ ساخت و ساز با انرژی بهینه با استفاده از منابع طبیعی
لینک دریافت مقاله به زبان انگلیسی: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1877705815029616
چکیده
ابرخشت یک سیستم مقرون به صرفه، بهینه از نظر انرژی و زمان و سازگار با محیط زیست است که توسط نادر خلیلی، معمار متولد ایران ابداع شده است. سیستم ابرخشت مواد طبیعی و سنت های روستایی را به هم مرتبط میکند، تا روشی جدید برای استفاده از مواد طبیعی مانند خاک، آب، باد و آتش ایجاد کند که میتواند در مدت زمان کوتاهی بدون هیچ گونه تجهیزات ساختمانی بزرگ به پایان برسد. این یک گزینه ساختمانی بسیار مناسب برای مناطق بحرانزده و همچنین مناطق محروم است، که ارزش اجتماعی و زیستمحیطی زیادی دارد. هدف از این مطالعه معرفی سیستم ساختمان، تجزیه و تحلیل تهویه، روشنایی و عایقبندی پیشنمونه (پروتوتایپ) سیستم ابرخشت میباشد. در همین حال، در مورد اینکه چرا ویژگیهای محلی دارد و در مورد دامنه احتمالی کاربرد آن صحبت میشود.
مقدمه
ابرخشت شکلی از سازه کیسه خاکی است که توسط معمار ایرانی نادر خلیلی ایجاد شده است. در این تکنیک از لولههای فابریک بلند یا کیسههای پر شده با خاک به صورت لایهلایه برای تشکیل ساختاری فشرده استفاده میشود. این سیستم منابع سنتی و طبیعی مانند خاک، آب، باد و آتش را به هم مرتبط میکند تا خانههایی با انرژی بهینه ایجاد کند. این تکنیک یک راه موثر برای فرد فراهم میکند تا در مدت زمان بسیار کوتاه و بدون کمک، یک سکونتگاه بسازد. با توجه به ساختار سقف قوسی خود- نگهدار، اَبرخشت میتواند یک فضای واحد باشد یا از طریق ادغام چندین سیستم قوسی، فضاهای بیشتری را شکل دهد. (شکل 1)
این امر امکان انعطافپذیری و تنوع فضا را فراهم میکند. مواد و مصالح ساخت ابرخشت بومی و قابل بازیافت هستند، و همچنین ساختار آن نیازی به تجهیزات ساختمانی ندارد و پروتوتایپ آن از تهویه، روشنایی و عایق خوبی برخوردار است.بنابراین، ابرخشت نوعی سیستم ساختمانی زیست محیطی و پایدار است.
ایده و مفهوم ابرخشت
ایده و مفهوم سیستم ابرخشت نه از تجربه طراحی معماری مدرن، بلکه از تأثیر ساختمانها و مناظر سنتی روستایی همراه با شاعر ایرانی قرن سیزدهم به نام مولانا رومی نشات میگیرد. نادر خلیلی که در ایران متولد شد، گواهینامه طراحی معماری خود را در سال 1970 در کالیفرنیا دریافت کرد. خلیلی مانند بسیاری از معماران دیگر، آسمانخراشهای زیادی طراحی کرده بود و سپس متوجه شد که باید کاری معنادار برای نیازمندان انجام دهد. خلیلی کار خود را به عنوان یک معمار مدرن در آمریکا رها کرد و به مدت پنج سال به مناطق کویری ایران سفر کرد؛ با نگریستن به همه اینها با نگاهی نو، خلیلی معماری سنتی روستایی را شگفتانگیز، ناب و ارزشمند دید و دهها هزار اتاق گلی روستایی او را تحت تأثیر قرار داد و به فکر واداشت. مولانا تصور میکرد که عناصری مانند آب، باد و آتش در زمین دارای قدرت زیادی هستند که میتوانند درون و بیرون زندگی را به گردش درآورند. اگر بتوان این عناصر را به خوبی متعادل کرد، محیط و تمام زندگی در جهان از وضعیت خوبی برخوردار خواهند شد. مولانا گفته بود: خاک طلای خردمندان می شود (کاملی گر خاک گیرد زر شود). خلیلی با تأثیر از مولانا به ارزش خاک پی برد و مفهوم طراحی خود را با استفاده از خاک رس برای ساخت (عکس زیر) و آتش برای پختن شکل داد (خانه سرامیکی).
نادر خلیلی شروع به تحقیق در مورد چگونگی استفاده هر چه بیشتر از منابع طبیعی و بررسی امکان عدم استفاده از تکنولوژی پیشرفته برای ساخت خانه در دنیای مدرن کرد. سیستم ابرخشت میتواند خواست فوق را برآورده کند و عملکرد لرزهای خوبی دارد. برای فقرا گزینه خوبی بوده و برای ماه نیز مناسب است. در سال 1986، خلیلی یک سازمان تحقیقاتی به نام Cal Earth را تأسیس کرد که کار عملی را در منطقه هیسپریای کالیفرنیا در صحرای موهاوی آغاز کرد. مطالعات اصلی او در مورد هنر خاک و مشکلات فنی ساختوسازهای سفالی است. دامنه تحقیقات او شامل ساخت خانهای در ماه با نوآوریهای فنی برای ناسا (اداره ملی هوانوردی و فضایی) و همچنین ساخت مسکن برای افراد بیخانمان در ایالات متحده است. فلسفه ساختوساز به دنبال هماهنگی بین هنر و طبیعت است. نمونه اولیه مهندسی کیسه شنی برنده جایزه آقاخان در سال 2004 شد. Cal-Earth مفاهیم و روشهای خود را در اینترنت منتشر کرده است. کارها و عملکردهای Cal Earth توسط سایر مؤسسات تحقیقاتی به عنوان مدل مورد مطالعه قرار گرفته است.
روش ساخت و مصالح
ابتدا تعدادی ابزار مانند قیچی، میله، بیل، رول گونیهای بافته شده، لولههای کوتاه، بشکه یا مخزن قهوه، یک رول سیمخاردار و یک انبردست جمع آوری کنید. سپس خاک بکر را، بکنید و مقداری سیمان و آب را با هم مخلوط کنید، سیمان یا آهک یا امولسیون آسفالت را برای تقویت اضافه کنید. به اندازه کافی آب اضافه کنید و آن را به صورت یک توپ فشار دهید تا به دستتان نچسبد. محل ورودی باید طوری انتخاب شود که از باران و باد جلوگیری شود. یک ترانشه به عمق 30 سانتی متر در خاک بکر حفر کنید و خاک را صاف کنید تا متراکم شود. سپس، یک کیسه را به روی این ترانشه بخوابانید.
قسمت انتهایی آن را تا کنید تا بسته شود، و پس از آن،کیسه مانند ستون کوتاهی میشود که در حال رشد است.. خاک را داخل کیسه بریزید و مدام آن را به سمت انتهای گونی، تکان دهید یک روش خوب برای جلوگیری از مچالهشدن کیسهها، تکیه دادن کیسه روی پا با کمک گرانش زمین است؛ بعد از اینکه کیسه به خوبی پر شد، پای خود را بردارید. سپس موقعیت آن را با هنجار اصلاح کنید. اطمینان حاصل کنید که قسمت انتهایی کیسه به خوبی تا شده است تا بسته شود. برای متراکم کردن خاک کیسه شن از کوبیدن استفاده میشود، تا اینکه صاف، ثابت و یکنواخت و به خوبی درزگیری شود، تا زمانی که به اندازه کافی محکم شود.
به منظور پایداری لایهها، سیمخاردار بین لایههای مختلف کیسههای شن کار گذاشته میشود. سیمخاردار اول 4 متر طول دارد، سیمخاردار بعدی به 65 سانتیمتر بیشتر نیاز دارد تا اطمینان حاصل شود که سیمخاردارها در محل بریدگی با هم همپوشانی دارند. بعد از اینکه تا ارتفاع معینی ساخته شد، باید از هر دو هنجار استفاده شود تا از شکل گنبدی سقف اطمینان حاصل شود. یکی از هنجارها، هنجار مرکزی است که با یک طناب سیمی یا زنجیری که خاصیت ارتجاعی ندارد، تشکیل شده است، و در مرکز زمین ساخت نصب شده است. هنجار دیگر ، هنجارارتفاع است که طول آن میتواند با توجه به ارتفاع لایه گونیها (رَج) از زمین افزایش یابد و اگر کیسه شن با محل نشانگر هنجار مطابقت نداشته باشد باید دوباره مرتب شود.
مرحله بعدی ساخت در و پنجره است. برش بخشهایی از کیسههای شن و ماسه برای ایجاد بازشوها. برش خاک بواسطه ضربه باید به گونهای باشد که اطمینان حاصل شود که خاک درگونی اصلی حفظ میشود. بعد از بالا آمدن 5 ردیف گونی، میتوان درب را کار گذاشت. لوله را به عنوان پنجره داخل کیسه شن قرار دهید. برای جلوگیری از ورود باران به داخل، لوله باید شیب ملایمی به سمت بیرون داشته باشد. کیسه را از بالای لوله، با حفظ فرم بگذرانید و یک لایه خشت ایجاد کنید. برای حمایت و محافظت از ورودی، درگاه قوسی شکل را اضافه کنید. راهروی ورودی میتواند قوسی یا شیبدار، بالاتر یا پایینتر باشد.
مرحله نهایی، محفاظت از کار است. قبل از هوازدگی کیسهها سطح آنها را با سیمان بپوشانید. و با مواد ضد آب پوشش دهید تا ضد رطوبت و ضد فرسایش باشند. اگر کیفیت کارهای فوق در سطح مبتدی است، میتوان سطح نهایی سازه را به صورت صاف یا آهکی ساخت.
نتایج
به منظور بحث در مورد ویژگیهای بهرهوری انرژی این سیستم، میتوان آن را از جنبههای تهویه، روشنایی و عایقبندی تجزیه و تحلیل کرد. نمونه اولیه انتخاب شده یک تک گنبد است. اول از همه، سقف گنبدی در صورتی که که طول دیوار داخلی یکسان باشد، نسبت به سقف مسطح تهویه بهتری دارد. (شکل 5). با بررسی همپوشانی مدلها، ارتفاع از پنجرههای سقف تا کف به این نتیجه میرسیم، که سقف گنبدی جریان هوا را بهتر تسریع کرده است زیرا یک اثر دودکشی(Stack Effect) (یعنی حرکت هوا به داخل و خارج ساختمانها از طریق دهانههای آببندی نشده، دودکشها، پشتههای گاز دودکش یا سایر ظروف؛ که در اثر شناوری هوا ایجاد میشود.) شکل میدهد. به منظور تجزیه و تحلیل تهویه نمونه اولیه ابرخشت، نویسنده از PHOENICS برای شبیهسازی استفاده کرده و به نتیجهای میرسد که در شکل 5 قابل مشاهده است.
به منظور بحث در مورد ویژگیهای بهرهوری انرژی این سیستم، میتوان آن را از جنبههای تهویه، روشنایی و عایقبندی تجزیه و تحلیل کرد. نمونه اولیه انتخاب شده یک تک گنبد است. اول از همه، سقف گنبدی در صورتی که که طول دیوار داخلی یکسان باشد، نسبت به سقف مسطح تهویه بهتری دارد. (شکل 5). با بررسی همپوشانی مدلها، ارتفاع از پنجرههای سقف تا کف به این نتیجه میرسیم، که سقف گنبدی جریان هوا را بهتر تسریع کرده است زیرا یک اثر دودکشی(Stack Effect) (یعنی حرکت هوا به داخل و خارج ساختمانها از طریق دهانههای آببندی نشده، دودکشها، پشتههای گاز دودکش یا سایر ظروف؛ که در اثر شناوری هوا ایجاد میشود.) شکل میدهد. به منظور تجزیه و تحلیل تهویه نمونه اولیه ابرخشت، نویسنده از PHOENICS برای شبیهسازی استفاده کرده و به نتیجهای میرسد که در شکل 5 قابل مشاهده است.
سپس، نوبت به چک کردن مصالح انتخابی رسید. خاک طبیعی دارای اینرسی حرارتی خوبی بوده و نسبت به آجر و بتن عایق بهتری است. همگی دهانههای ابرخشتی، خیلی بزرگ نیستند. این عمل میتواند پل حرارتی(Heat bridge) (زمانی که دیوار یا جداره به خوبی عایقکاری نشده باشد بین محیط داخلی و خارجی اتصال حرارتی – تقریبا چیزی همانند اتصال کوتاه در برق – برقرار میشود که به این اتصال حرارتی، پل حرارتی گفته میشود. پل حرارتی باعث نشت و نفوذ حرارت از محیط گرمتر به محیط سردتر میشود. البته به این معنا نیست که در فضای خانهی شما فقط گرما از دست میرود ، بلکه گرما و حرارت داخل خانه، هنگامی که با سطوح سرد برخورد میکند، دچار کاهش دما شده و با ایجاد میعان مشکاتی نظیر بوی نم و پوسیدگی و … را به وجود میآورد. در واقع پل حرارتی به یک رخنه در سطح گفته میشود که نسبت به سطوح اطراف خود دارای ضریب انتقال حرارت بیشتری است.) را کاهش دهد و باعث میشود، ساختار نگهدارنده سازه از یکپارچگی خوبی برخوردار باشد. علاوه بر این، سقف گنبدی سطح تابش گرما را افزایش میدهد. این سیستم میتواند از نورگیر سقفی برای صرفهجویی در مصرف نور مصنوعی استفاده کند. با استفاده از گچ سفید برای پوشاندن دیوارههای داخلی، بازتاب پراکنده نور را افزایش مییابد. به دلیل دیواره ضخیم، پنجره ها دارای فضای سایه هستند که می تواند تابش خورشید را کاهش دهد. همه موارد فوق نشان می دهد که ابرخشت دارای ویژگیهای فیزیکی خوبی است.
معرفی به ناسا
این سیستم با توجه به مزایایش، به جلسه گفتمان ناسا معرفی شد. طرح آن همچنین میتواند در خدمت مناطق محروم و بازسازی مناطق پس از بلایا باشد. ابرخشت با مصالح طبیعی و ویژگی سنتی خود پاسخ مناسبی برای نحوه ساخت و ساز روستایی است.
سیستم ابرخشت توسط بسیاری از اساتید یا دیگر موسسات مورد مطالعه و توسعه قرار گرفته است. در باهاما، استیو کمبل و کارول اسکورت سعی کردند از کیسه پلی استایرن کرباسی (کرباس نوعی پارچه درشت بافت و سنگین است که از الیاف پنبه، کتان یا کنف بافته میشود. از این پارچه برای ساخت بوم نقاشی استفاده میشود) پر از ماسه و مرجان خرد شده برای ساختن خانه استفاده کنند. زیرا مرجان خرد شده آهکی به اندازه ماسه چسبناک طبیعی است و می تواند کامپوزیتهای سیمانی مشابهی را شکل دهد. این یادگیرندگان خانههای خود را بر اساس سیستم ابرخشت ایجاد کردند و در عین حال با محیط محلی خود هماهنگ شدند. علاوه بر این، تسلیک (Teslík) اروپایی، ژیری زدرازیلوا (Jirí Zdrazilová)، نادا وودیکوا (Nada Vodicková)، مارتینا(Martina) در مورد خاصیت هوابندی و آکوستیک سیستم ابرخشت تحقیق کردهاند. این تحقیق در دانشکده مهندسی عمران در دانشگاه فنی وی اس بی استراوا (VSB technical university of Ostrava) در جمهوری چک انجام میشود. اندازهگیریهای آنها هوابندی کافی سیستم ابرخشت را نشان میدهد.
بحث
بر اساس تفسیر مصالح، روش ساخت و دستاوردهای کل ارث، این سیستم را میتوان از چهار جنبه تجزیه و تحلیل کرد:
1. انتخاب مواد و مصالح طبیعی
مواد ابرخشت تقریباً همه طبیعی هستند، مانند گل، آب، هوا و آتش که به راحتی به دست می آیند. آنها از طبیعت هستند و پس از ساخت زمانی که باید رها شوند به طبیعت باز میگردند؛ و میتوانند در زیستبوم به چرخه درآیند. علاوه بر این، اینرسی حرارتی خاک باعث عایقبندی فضای داخلی خانه میشود، و همچنین مواد استفاده شده باعث میشود هوابندی خوبی به وجود آید.
2. روش ساخت
سپس به روش ساخت آن توجه کنید. هیچ تجهیزات ساختمانی بزرگی در ساخت و ساز آن مورد نیاز نیست و تنها توسط چند نفر در مدت زمان کوتاهی آن را به اتمام میرسانند. بدون صدا، بدون آلودگی و با تاثیر کمی بر محیط اطراف. از طرف دیگر، سیستم ابرخشت نیاز کسانی را که در مواقع اضطراری، محتاج اسکان موقت هستند را بر طرف میکند، زیرا به راحتی میتوان آن را ساخت و تخریب کرد.
3. شکل ظاهری
علاوه بر این، به شکل ظاهری ابرخشت توجه کنید که از روش ساخت سنتی اسلامی پیروی میکند که در آن از گنبد استفاده میشد. و روش ساخت آن نیز الهام گرفته از سلسله ساسانی ایرانی (651- 226 پس از میلاد) است که روش چینش آجری (brick corbel) رایج بود (شکل 8). تفاوت ابرخشت در این است که از کیسههای شن برای پیشآمدگی استفاده میکند و هر لایه از آن یک دایره است. مزیتهای فضای گنبدی که در این دو سیستمها به کار میرود در آغاز متن از نظر تکنولوژی بررسی شده است. توضیح دیگر در مورد گنبد مورد استفاده خلیلی این است که ساختمانی به روانی بدن انسان و بدون لبه و گوشه مانند خود طبیعت است. سطح صاف آن نمای خاصی به بیرون و فضای امنی برای بازی کودکان در داخل می دهد.
4. دامنه کاربرد
در نهایت، دامنه کاربرد سیستم ابرخشت باید مورد بحث قرار گیرد. برای ساخت سازههایی بهینه و خاص، انعطافپذیری ساختار حجمی آن امکان طراحی آن متناسب با جمعیتهای گوناگون را فراهم میکند. یک خانواده و تعداد افراد بیشتر که با هم زندگی میکنند(والدینی که با فرزندان خود زندگی میکنند که متاهل هستند) هر دو امکانپذیر است. ساخت ابرخشت میتواند را با توجه به شرایط مختلف گستردهتر باشد.
برای ساخت و ساز در تعداد بالا، یک سوال دیگر این است که آیا برای همه شهرها یا کشورها مناسب است؟ این سؤال باید با دقت و احتیاط بیشتری مورد بحث قرار گیرد. اول از همه، مواد اصلی سیستم ابرخشت خاک رس است. برای شهرهای پرجمعیت نمیتوان خاک رس کافی تهیه کرد. نکته دیگر اینکه، خود سیستم ابرخشت نمیتواند نیاز به ساخت و ساز در قالب ساختمانهای چند طبقه یا برج را پاسخگو باشد. اما برای مناطق روستایی کم تراکم به دلیل هزینه کم، سازگاری با محیط زیست، و زمان ساخت کارآمد واقعا مناسب است. در همین حال، ابرخشت به دلیل نفوذپذیری آب در خاک، سازگاری بیشتری با مناطق خشک دارد تا مناطق مرطوب، و به ویژه مناسب مناطق بیابانی است.
نتیجهگیری:
در نتیجه، سیستم ابرخشت یک سیستم به صرفه از جهت اقتصادی، زیست محیطی و بهینه از جهت مصرف انرژی است. دامنه کاربرد آن در مناطق روستایی خشک و کمتراکم است. ابرخشت طبیعت و سنت را به هم متصل می کند، و میتواند یک مرجع بسیار موثر در ساخت و ساز روستایی کشور ما در غرب چین باشد.
