نماهای هوشمند
در معماری تعریف از نما یک پاکت خارجی از فضای زندگی است که در بسیاری موارد به صورت عمودی روی ساختمان واقع می‌شود. نما علاوه بر اینکه باید به عملکرد زیبایی خودش پاسخ دهد باید عایق صوتی، عایق حرارتی، مقاوم در برابر آتش، باد و آب نیز باشد.
امروزه به دلیل توسعه در میان طراحان و دیگران یک انقلاب واقعی است. هدف از این مقاله بررسی مطالعات علمی قابل توجه که در طول دهه اول این قرن در جبهه‌های خورشیدی انجام شده که موضوع اول بحث ما روی نماهای خورشیدی مات و شفاف در سراسر جهان است.
نماهای دو پوست که در دهه اخیر به سرعت در معماری اروپا فراگیر شده‌اند، امکان تهویه طبیعی را در ضمن کنترل صوت، باد وباران می‌آورند. این نماها مطمئنا در معماری مدرن کاربرد وسیع تر خواهند یافت. به علت تجربهٔ عملکردی کم در این زمینه و همچنین هزینه اضافه چندین لایه شدن نما، کارفرمایان این ایده را قبول نمی‌کنند.
به‌طور معمولی برای ساختمان‌های بلند مورد بحث قرار می‌گیرد به دلیل اینکه تمایل به دید گسترده دارند به همین دلیل از شیشهٔ بیشتری استفاده می‌شود. اگر ما یک ساختمان شیشه‌ای کامل ایجاد کنیم زمان زیادی برای تهویه مکانیکی آن نیاز است و همچنین انرژی زیادی برای خنک نگه داشتن ساختمان در تابستان و گرم نگه داشتن در زمستان مصرف می‌شود. به همین دلیل از نمای دو جداره استفاده می‌شود. اصطلاح نمای دو پوسته در واقع ایده نمای انعطاف‌پذیر متشکل از دو جداره مختلف است که با یک حفره هوای میانی از هم جدا شده‌اند. حفره میانی وظایف جمع‌آوری تابش خورشیدی در زمستان (اثر گلخانه‌ای) ویا تخلیه آن در تابستان (تهویه طبیعی) را بر عهده دارد. لایه خارجی معمولاً از جنس شیشه بوده در حالیکه لایه داخلی از هر جنسی تشکیل خواهدشد. اما عمدتا جداره خارجی فضای داخلی دارای جرم حرارتی است.
نمای دو پوست شامل یک جداره خارجی، یک فضای میانی و یک جداره داخلی است. لایه خارجی وظیفه حفاظت دربرابر هوا را دارد و همچنین عایق صوتی در برابر سر و صدای خارجی است. معمولاً نیز دارای دریچه‌هایی برای تهویه فضای میانی و اتاق‌های داخلی است. در بیشتر موارد از یک لایه شیشه آبدیده یا شیشه لمینیت ساخته شده‌است. در فضای میانی آفتاب شکن‌هایی که قابل تنظیم باشد نصب می‌شود. لایه داخلی شامل یک چارچوب با شیشه دوجداره است که مانع از هدر رفتن انرژی گرمایی در زمستان می‌شود و معمولاً براع تهویه طبیعی امکان باز شدن دارد.
یک نمای دو پوسته ایده آل امکان تنظیم گرما، نور و صدا را به طریقی که کمترین میزان انرژی مصرف شود، فراهم می‌کند. نمای دو پوسته از لایه‌های زیر تشکیل شده:
ا. پوسته خارجی:معمولا شامل یک شیشه سخت شده‌است. می‌تواند تمام شیشه‌ها باشد.
ب. پوسته خارجی یا جداره خارجی فضای داخلی:در این جا می‌توان از شیشه دوجداره (شفاف، کنترل گر خورشیدی، شیشه‌های جذب‌کننده و غیره) استفاده کرد. معمولاً این پوسته تمام شیشه‌ای نیست، بلکه می‌توان در آن بازشوهای شیشه‌ای و در قسمت‌های دیگراز مصالحی با جرم حرارتی بالا برای ذخیره انرژی حرارتی در طول روز استفاده نمود. بازشوهای داخلی می‌توانند توسط کاربران در ایجاد تهویه طبیعی باز و بسته شوند.
ت. فضای حایل میان دو پوسته (حفره میانی)حفره میانی می‌تواند کاملاً طبیعی یا مکانیکی تهویه شود. عرض فضای حایل معمولاً بین ۲۰۰ میلی‌متر تا ۲ متر متغیر است.
ث. تجهیزات سایه اندازهای خورشیدی:استفاده گسترده از شیشه در پوسته خارجی به این معناست که با دسترسی مستقیم به نور خورشید میزان بیشتری از نور خورشید وارد فضای داخلی می‌شود. این امر موجب سلب آسایش ساکنین و مختل شدن فعالیت‌های آنان می‌شود. معمول‌ترین راه محافظت بنا در برابر تابش مستقیم خورشید نصب سایه اندازها در حفره بین دو لایه نماست. بهترین حالت به‌کارگیری سایبان‌ها زمانی است که از آن‌ها در بیرون نمای خارجی استفاده شود تا در فصل تابستان مانع ورود تابش‌های خورشیدی به درون بنا شوند. اما به دلیل مقاومت ضعیفشان در برابر تغییرات جوی و بدین ترتیب کاهش طول عمرشان بهتر است درون حفره میانی قرار گیرند و در نتیجه توسط لایه بیرونی نما محافظت شوند. به همین سبب نیاز به تعمیر و نظافت آن‌ها کاهش میابد. تجهیزات سایه انداز غالبا به شکل کرکره‌های افقی و قابل تنظیم به عنوان وسیله خنک‌کننده غیرفعال عمل نموده و انرژی خورشید را جذب یا منعکس می‌کنند. گرمای جذب شده توسط آن‌ها نیز با حرکت هوا عمدتا از طریق جریان همرفت دفع می‌گردد و بدین ترتیب با کاهش بار وسایل خنک‌کننده، سبب ذخیره انرژی می‌شود.
۱- کاهش اوج فشار باد ۲- بهبود بهره‌وری انرژی نما ۳- افزایش استفاده از حرارت خورشیدی در فصل زمستان ۴- کاهش تلفات حرارتی در زمستان ۵- کاهش کلی افزایش حرارت خورشیدی در فصل تابستان ۶- استفاده از تهویه طبیعی ۷- جلوگیری از ورود سر و صدا ۸- استفاده مفید از نور روز
در اقلیم سرد، افزایش انرژی خورشیدی درون دریچه‌ها، درفضای مسکون شده می‌تواند چرخشی برای کمک به نیاز تهویه مکانیکی ایجاد کند. درآب و هوای گرم، دریچه‌ها تخلیه‌کننده هستند. هوای گرم به بالا می‌روند و به بیرون تخلیه می‌شوند و هوای خنک پشت این به داخل کشیده می‌شود. این دریچه‌های خنک‌کننده فضا، نیاز به سردکننده هارا در محیط مسکون کاهش می‌دهد.قدیمی‌ترین نوع نمای دو لایه هستند. دارای یک بازشو به سمت داخل است. پوسته خارجی دارای دریچه‌هایی هستند که امکان دخول هوای تازه و خروج هوای مصرف شده را می‌دهد و تهویه‌کنندهٔ فضای میانی و داخلی است. بیشتر در ساختمان‌های بلند مورد استفاده قرار می‌گیرد زمانی مورد استفاده قرار می‌گیرد که حریم خصوصی بین اتاق‌ها نیاز باشد. فضای میانی به صورت افقی بر اساس اتاق به اتاق تقسیم‌بندی شده‌است و تقسیمات عمودی بین طبقات هستند پنجره در داخل دارای لعاب دو جداره عایق است در حالی که در بیرون از یک لعاب محکم استفاده شده‌است. پنجره داخلی می‌تواند به‌طور کلی باز شود تا تهویه طبیعی انجام شود.
این نماها نوع ویژه‌ای از پنجره‌های جعبه‌ای هستند که بر اساس ایده"نمای دوقلو" که اولین بار توسط شرکت "آلکو" ساخته شده بود، شکل گرفته‌است. در این نماها پنجره‌های جعبه‌ای به صورت عمودی به هم متصل می‌شوند و در راستای چند طبقه ادامه می‌یابند تا اثر دودکشی را ایجاد نمایند. برای شدت بخشیدن به جریان هوای متحرک به سمت بالا می‌توان از مکنده مکانیکی نیز استفاده کرد. دارای دو بخش پنجره جعبه‌ای و شافت عمودی هستند. شافت‌ها (دالان) تا بالای طبقات ادامه پیدا می‌کنند. شافت‌های عمودی به وسیلهٔ دریچه‌های فرعی در هر طبقه به پنجره جعبه‌ای متصل شده‌است. هوای درون پنجره جعبه‌ای به علت اثر دودکشی به داخل شافت عمودی کشیده می‌شوند و به بالا می‌روند.در نمای دالانی تقسیمات فضای میانی فقط به حالت افقی انجام می‌شود و در هر طبقه بسته شده‌است. جداسازی‌های صورت گرفته در این طبقات به دلیل پیش‌بینی مسائل مرتبط با مباحث آکوستیک، ایمنی زمان آتش‌سوزی لحاظ شده‌است.
در مورد تهویه هوا باید در نظر داشت که به علت وجود اختلاف فشار شدید در گوشه نماها، اغتشاش در جریان هوا در این نواحی به وجود می‌آید که برای اجتناب از این مسئله بایستی از استقرار دریچه‌ها در گوشهٔ ساختمان خودداری کرد. ولی در بقیه دالان اختلاف فشار کمی وجود دارد که این مسئله به تهویه هوا کمک می‌کند. همچنین برای کارایی بیشتر، بهتر است که درچه‌های ورود و خروج هوا به صورت شطرنجی نزدیک کف و سقف باشند. در طول راهرو حائل‌هایی بین هر اتاق قرار می‌گیرد که از عبور صدا از اتاقی به اتاق دیگر جلوگیری کند.در این نماها، فضای میانی بین دو جداره داخلی و خارجی به صورت افقی و عمودی بین چند اتاق متصل و یکی است. گاهی اوقات این فضا ممکن است در دور تا دور ساختمان بدون هیچ تقسیم‌کننده میانی چرخیده شود. در فصل‌های سرد می‌توان بازشوهای بالا و پایین را بست که با استفاده از خاصیت گل خانه‌ای، باعث ایجاد گرما کرد. این نماها معمولاً در جاهایی که سر و صدای محیط بالا است، کاربرد بیشتری دارند از آنجایی که در جداره خارجی نما بازشویی ندارد، باید اتاق‌های پشت نما را به صورت مکانیکی تهویه کرد. باید به مسئله سر و صدای عبوری از طریق فضای میانی توجه داشت. در این مدل نما، دو حالت تهویه جدار خارجی و منطقه حائل بیشتری کاربرد دارند.
نمای دوپوسته شامل عناصری مشابه عناصر تشکیل دهنده گلخانه‌ها است. با این تفاوت که حفره میانی آن قابل زیستن نیست. وقتی نور خورشید به پوسته خارجی برخورد می‌کند، بخشی از آن منعکس یا جذب و قسمتی از آن نیز عبور داده می‌شود. اشعه‌های خورشید که از پوسته خارجی عبور می‌کنند توسط پوسته داخلی جذب شده و درجه حرارت آن را بالا می‌برند سپس در جهات مختلف ساطع می‌شود. پس از مدتی درجه حرارت جداره خارجی شیشه‌ای با جذب پرتوهای حفره میانی و همچنین جذب قسمتی از نور خورشید بالا می‌رود. حال بخشی از این پرتوهای جذب شده در هر دو سمت شیشه ساطع می‌شوند. بخشی از این تابش بدین طریق به دام می‌افتد که درجه حرارت هوای فضای داخلی را به علت رسانش انتقالی بین دیواره‌ها و هوای پوسته‌ها افزایش می‌دهد. اثر پارامترهای مختلف نمای دو پوسته بر روی اثر گلخانه‌ای در تحقیقات مختلفی مورد بحث و بررسی قرار گرفته‌است.Wikipedia contributors, "Facade," Wikipedia, The Free Encyclopedia, (accessed February ۲۸, ۲۰۱۰).