Μελέτη ενός νέου υλικού:
Η περίπτωση του ‘DuPont Energain’.

Η ύλη αποτελεί αναπόσπαστο κομμάτι της ανθρώπινης ζωής, υπό την έννοια ότι όχι μόνο υπάρχει σε όλα τα στοιχεία του περιβάλλοντος, αλλά ακόμη και ο ίδιος ο ανθρώπινος οργανισμός συντίθεται από ύλη. Εξάλλου, ο σχηματισμός των αντικειμένων που περιβάλλουν τους ανθρώπους προκύπτει από ένα συνδυασμό στοιχείων, φυσικών και τεχνητών, με τα υλικά να αποτελούν μία από τις σημαντικότερες κατηγορίες των στοιχείων αυτών και να σχηματίζουν ουσιαστικά τον ιδιαίτερο, βιωματικό ‘κόσμο’ του κάθε ατόμου.

Τα υλικά εξελισσόταν και συνεχίζουν να εξελίσσονται με ταχύτατους ρυθμούς. Ο συνδυασμός της τεχνολογικής και άλλης εξέλιξης και της στροφής προς τα περιβαλλοντικά ζητήματα οδήγησαν και δημιούργησαν νέες κατηγορίες υλικών. Τα νέα υλικά ως βάση που προκύπτει και εξελίσσεται από την έρευνα πάνω σε παλαιότερα υλικά, τα καινοτόμα υλικά και τα παλιά υλικά δύνανται να αλλάξουν ολοκληρωτικά την αντίληψη του κάθε ατόμου αναφορικά με τις δυνατότητες που μπορούν να προσφέρουν, καθώς μπορούν να αλλάξουν τη ζωή και την καθημερινότητα των ανθρώπων ανάλογα με τη χρήση τους.

Τα ως άνω νέα[1] υλικά σε συνδυασμό με τα αποκαλούμενα ‘έξυπνα υλικά’[2] αποτελούν τη βάση τόσο για το σχεδιασμό (κτιρίων, προϊόντων κλπ) όσο και για την εξέλιξη μίας ολόκληρης Επιστήμης, αυτής των Υλικών. Λαμβάνοντας υπόψη το γεγονός ότι τα υλικά δίνουν υπόσταση στο χώρο, γίνεται αντιληπτή η σπουδαιότητα της μελέτης της Επιστήμης των Υλικών και της εύρεσης καινοτόμων υλικών, φιλικών προς το περιβάλλον: τα έξυπνα υλικά είναι ο συνδυασμός του περιβαλλοντικού ερεθίσματος με την καινοτομία ως προς την τεχνολογία, την παραγωγή τους και τα όσα μπορούν να προσφέρουν στο σχεδιασμό.

Το υλικό που επιλέχθηκε προς μελέτη ανήκει στην κατηγορία των ‘έξυπνων υλικών’ και ονομάζεται DuPont Energain. Το αίτιο του χαρακτηρισμού του ως ‘έξυπνο υλικό’ οφείλεται αφενός στο γεγονός ότι δημιουργήθηκε το 2010, αφετέρου στο ότι είναι υποσύνολο των Υλικών Αλλαγής Φάσης[3] , δηλαδή εκείνων των υλικών που απορροφούν, αποθηκεύουν και εν συνεχεία εκπέμπουν μεγάλα ποσά θερμότητας ή ψύχους μέσα από την αλλαγή της φυσικής τους κατάστασης. Τέτοια υλικά είναι για παράδειγμα το νερό, η παραφίνη, το ένυδρο άλας κλπ. Σε αντίθεση με παλαιότερα υλικά, όπως το μπετόν και η λιθοδομή, αντιπροσωπεύουν μία νέα προσέγγιση για την αποθήκευση της θερμικής μάζας[4], όπου το ποσό αποθήκευσης της θερμότητας είναι πολύ υψηλό. Αυτή τη νέα προσέγγιση καλείται να μελετήσει η παρούσα εργασία και να εντοπίσει τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά του DuPont Energain και τις προοπτικές χρήσεις του στην αρχιτεκτονική και το σχεδιασμό.

2. Νέα υλικα - τασεισ

Η δημιουργία των νέων υλικών σήμερα έρχεται και παρέρχεται λόγω των γρήγορων ταχυτήτων εξέλιξης σε όλους τους τομείς. Η μελέτη των υλικών ξεκίνησε με τη δημιουργία του κόσμου, ωστόσο η κατάσταση που βιώνει σήμερα ο δημιουργός είναι εξ ολοκλήρου νέα στο ιστορικό χρονόμετρο: οι ανάγκες που υπάρχουν σήμερα απαιτούν την ομαλή συνύπαρξη ανάμεσα στην αισθητική, την ηθική και τις τεχνικές ιδιότητες. Η επιλογή είναι αχανής και λόγω αυτού αυξάνεται η δυσκολία της εύρεσης του κατάλληλου συνδυασμού υλικού/υλικών στο σχεδιασμό και κατά συνέπεια και ο ανταγωνισμός (Materio, 2011).

Η τάση επομένως σήμερα είναι μία αδιάλειπτη αναζήτηση νέων υλικών τα οποία συμβαδίζουν μεν με την εξέλιξη της τεχνολογίας στη σύγχρονη εποχή, αλλά προκύπτουν ταυτόχρονα από την τάση του ίδιου του ανθρώπου για επίλυση προβλημάτων και κάλυψη αναγκών, τόσο σε παγκόσμιο όσο και σε ατομικό επίπεδο. Δεν είναι όμως μόνο η κάλυψη των αναγκών που οδήγησε στην άκρατη κατανάλωση των υλικών από τους ανθρώπους, αλλά και η ποικιλία και δυνατότητες επιλογής: με βάση τις νέες τάσεις στην παγκόσμια παραγωγή και πληθυσμιακή αύξηση, υπολογίζεται ότι οι ανάγκες σε υλικά την επόμενη δεκαετία και μέχρι το μισό της μεθεπόμενης, θα ισούνται με όλα τα υλικά που έχουν χρησιμοποιηθεί ιστορικά μέχρι σήμερα (Forester, 1988).

Ο πλανήτης βρίσκεται σε κρίση, περιβαλλοντική και άλλη, και με βάση το στοιχείο αυτό και την ως άνω περιγραφείσα τάση του ανθρώπου για συνεχή επίλυση των υπαρχόντων προβλημάτων και πρόβλεψη των νέων, έχουν δημιουργηθεί στον κλάδο της κατασκευής νέα υλικά και μέθοδοι, στραμμένοι προς την κατανάλωση ενέργειας, τα ηλιακά κέρδη κλπ της εκάστοτε κατασκευής.

Οι περιβαλλοντικές ανισορροπίες που έχουν δημιουργηθεί από τις ανθρώπινες παρεμβάσεις και δραστηριότητες ‘αντιμετωπίζονται’ σήμερα με τον όρο ‘φιλικά προς το περιβάλλον’, όσον αφορά στο χαρακτηρισμό των υλικών που χρησιμοποιούνται στο σχεδιασμό. Η νέα επομένως τάση είναι η στροφή προς το περιβάλλον, με τη χρήση των φιλικών προς το περιβάλλον υλικών να θεωρείται δεδομένη για περισσότερες πλέον επιχειρήσεις και από τους περισσότερους δημιουργούς. Παρά το γεγονός ότι ο όρος ‘αειφορία’ κυκλοφορεί και ακούγεται σε κάθε συζήτηση και στα περισσότερα βιβλία που σχετίζονται με το σχεδιασμό, καθιστώντας τον όρο κακέκτυπο καρικατούρας, η περιβαλλοντική ευσυνειδησία έστω και με τη διάδοση της συγκεκριμένης τάσης δεν παύει να αποτελεί στοιχείο θετικό περιβαλλοντικής ευαισθητοποίησης για το σύνολο του κόσμου.

Σε αυτό το πλαίσιο κανένα υλικό δε μπορεί να θεωρηθεί ως ‘καλό’ ή ‘κακό’ σε απόλυτο βαθμό παρά μόνο εάν κριθεί περιβαλλοντικά ακατάλληλο. H επιτυχία βέβαια ενός νέου υλικού δεν εξαρτάται μόνο από τα τεχνικά του χαρακτηριστικά αλλά και από το πώς επικοινωνεί τις ιδιότητές του στο χρήστη. Κάποια παραδείγματα κατασκευών από νέα υλικά είναι βάζα από ίνες φυκιών, πλαίσια κινητών τηλεφώνων από φλοιό δέντρου, μωσαϊκά από καρύδα, σκελετός ποδηλάτου από μπαμπού. Τα παραδείγματα αυτά αποτελούν την απαρχή της έκρηξης στη χρήση των υλικών, καθώς χρησιμοποιούν φυσικά υλικά που πριν από κάποια χρόνια θα ήταν αδιανόητη η κατασκευή αλλά ο συσχετισμός των υλικών αυτών με τη χρήση που προσδίδουν στα παραπάνω αντικείμενα.

Στην αρχιτεκτονική η τάση χρήσης νέων υλικών αφορά κυρίως στη μείωση της ενεργειακής κατανάλωσης και τη χρήση ελαφριάς κατασκευής ώστε η κατασκευή να είναι περισσότερο ανώδυνη τόσο για τον κατασκευαστή αλλά και το δημιουργό. Kατά συνέπεια η γενικότερη τάση στην αρχιτεκτονική είναι η χρήση λιγότερων υλικών ως προς την κατασκευή, αλλά και αντίληψη και οπτική του κτιρίου (Peters, 2011). Η χρήση του φωτός και τα υλικά που εξυπηρετούν τις ανάγκες φωτισμού σε ένα κτίριο είναι επίσης υποσύνολο της νέας τάσης στην αρχιτεκτονική.

Η κατασκευή του Bhaktapur Tower στο Νεπάλ αποτελεί χαρακτηριστικό παράδειγμα χρήσης φυσικών υλικών παρά το γεγονός ότι ο προϋπολογισμός του έργου ήταν εξ απαρχής υψηλός και υπήρχε μεγαλύτερη ελευθερία στη χρήση πόρων. Οι αρχιτέκτονες ωστόσο του έργου χειρίστηκαν τους υλικούς τους πόρους με φυσικό τρόπο και χρησιμοποίησαν υλικά κατασκευής που παρήχθησαν στην περιοχή. Χρησιμοποίησαν ως βάση το ‘χώμα’[5] και κατασκεύασαν τούβλα από την ανάφλεξη του εδάφους στην περιοχή .

Στο πλαίσιο της βιοκλιματικής αρχιτεκτονικής, οι πράσινες στέγες και οι όψεις καλυμμένες από φυτά αποτελούν τη νέα τάση στο σχεδιασμό. Ένα νέο, καινοτόμο υλικό, μορφικά όμοιο αλλά λειτουργικά αντίθετο με τις συνήθεις φυτεύσεις, διότι δεν έχει ρίζες αλλά ταυτόχρονα απορροφά τις θρεπτικές ουσίες της ατμόσφαιρας για μεγάλο χρονικό διάστημα είναι το βρύο[6]. Έχει μεγάλη ικανότητα απορρόφησης της υγρασίας, ενώ ρυθμίζει τη θερμοκρασία του δωματίου οπότε και χρησιμοποιείται κατεξοχήν και στους εσωτερικούς χώρους.

Τα υλικά προφανώς εντάσσονται σε ευρύτερες κατηγορίες ανάλογα με τη βασικό τους αρχικά χαρακτηριστικό και τις εν συνεχεία λεπτομερέστερες ιδιότητές τους. Η νανοτεχνολογία αποτελεί ίσως την πιο γνωστή κατηγορία νέων υλικών και το γραφένιο το πιο γνωστό υλικό σήμερα. Στην αρχιτεκτονική και με βάση τις νέες τάσεις όπως ειπώθηκαν παραπάνω, η κατηγορία των υλικών που επεξεργάζονται την ηλιακή ακτινοβολία (πχ electroluminescence και LED Lighting) αποτελεί μία ιδανική προς μελέτη κατηγορία με βάση τις νέες τάσεις που επικρατούν στην αρχιτεκτονική. Ομοίως, η κατηγορία των υλικών που ‘γεννούν’ ή απορροφούν ενέργεια ομοίως εμπεριέχει υλικά χρήσιμα για το σχεδιασμό των κτιρίων. Το υλικό που επελέγη για περαιτέρω μελέτη είναι το DuPont Energain και ανήκει στη δεύτερη κατηγορία υλικών, καθώς είναι κατά μία έννοια μονωτικό υλικό που ανάλογα με τη φυσική του κατάσταση, εκλύει ή απορροφά τη θερμότητα. Οι κατηγορίες όπως αναφέρθηκαν εδώ αποτελούν μία σύμπτυξη και συσχετισμό κατηγοριών από περισσότερες από μία πηγές.

3. DU PONT ENERGAIN

Τα Phase Change Materials είναι μία ομάδα υλικών τα οποία με την αλλαγή της φυσικής τους κατάστασης (υγροποίηση, εξάτμιση κλπ) αποθηκεύουν και εκλύουν κατά περίπτωση ποσά θερμότητας και ψύχους. Προσφέρουν δηλαδή υψηλότερη ικανότητα αποθήκευσης θερμότητας σε σχέση με άλλα συμβατικά υλικά. Σε αυτή την κατηγορία ανήκει και το DuPont Energain, ένα νέο και έξυπνο υλικό το οποίο προσφέρει τη δυνατότητα αποθήκευσης πολύ μεγάλων ποσών θερμότητας, ακόμη και σε σχέση με τα υπόλοιπα PCM (DuPont Energain, 2010).

Αίτιο επιλογής του εν λόγω υλικού αποτελεί το γεγονός ότι έχει δοκιμαστεί και χρησιμοποιηθεί σε κατασκευές και σε εσωτερικούς χώρους κτιρίων ενώ ταυτόχρονα έχει προοπτικές χρήσης και περαιτέρω εξέλιξης στο σχεδιασμό με περιβαλλοντικά κριτήρια. Επιπρόσθετα, μπορεί να χρησιμοποιηθεί τόσο σε νέες κατασκευές ή/και κτίρια όσο και σε υπάρχοντα κτίρια, στοιχείο που το καθιστά εξαιρετικά ευέλικτο ως προς τη χρήση του. Το συγκεκριμένο υλικό δύναται να τοποθετηθεί στο ενδιάμεσο άλλων στοιχείων και κατά συνέπεια δεν υφίσταται πρόβλημα ως προς την αισθητική του χώρου.

Το DuPont Energain[7] είναι ένα σύνθετο αλουμινίου που το βασικά του συστατικά στοιχεία προκύπτουν από μίξη πολυμερών και κεριού από παραφίνη. Σχηματοποιείται δε και χρησιμοποιείται ως πλαισιωμένο επίπεδο τμήμα που δύναται να προστεθεί στο εσωτερικό του τοίχου, της οροφής και του πατώματος ενός υπάρχοντος αλλά και νέου κτιρίου με σκοπό μείωση των εκπομπών του διοξειδίου του άνθρακα [CO2]. Οι διαστάσεις του επίπεδου τμήματος – πάνελ είναι 1000x1.200x5m.

Συγκεκριμένα, η μείωση της κατανάλωσης της ενέργειας επιτυγχάνεται μέσα από το συνολικό έλεγχο της θερμότητας του εκάστοτε δωματίου: το κερί παραμένει στέρεο σε θερμοκρασίες κάτω των 18^ο C, αλλά στους 24^ο C το κερί λιώνει, απορροφώντας τις υψηλές θερμοκρασίες (Danish Architecture Centre, 2012).

Το συγκεκριμένο υλικό μπορεί να μειώσει την κατανάλωση της θερμότητας σε ποσοστά μεγαλύτερα από 15% και το κόστος από τα κλιματιστικά σε ποσοστό 35%. Λαμβάνοντας υπόψη το γεγονός ότι τα κτίρια στην Ευρώπη καταναλώνουν το 40% της ενέργειας όλης της Ηπείρου, και ότι η θέρμανση και η ψύξη αντιπροσωπεύουν το μεγαλύτερο ποσό της συνολικής ενέργειας, ήτοι περί το 70%, η χρήση ενός τέτοιου υλικού στα κτίρια θα απέφερε σημαντική μείωση στην κατανάλωση της ενέργειας.

3. Μελετεσ περιπτωσησ |εφαρμογεσ

Το DuPont Energain δε χρησιμοποιείται μόνο στα κτίρια αλλά και σε αεροδιαστημικές κατασκευές και την αεροναυπηγική. Η απαρχή της χρήσης του υλικού πραγματοποιήθηκε με τον έλεγχο της επίδοσής του σε κτίριο στη Γαλλία, Παρίσι, για περίοδο μεγαλύτερη των 9 μηνών. Στο ένα δωμάτιο τοποθετήθηκε πάνελ με το υλικό DuPont Energain ενώ ο υπόλοιπος χώρος έμεινε ως είχε πριν την εγκατάσταση. Τα αποτελέσματα επιβεβαίωσαν τη λειτουργία του υλικού.

Crossway PPS7 house

Το ‘Crossway PPS7 house’ σχεδιάστηκε από τον αρχιτέκτονα Richard Hawkes και ανήκει στα ενεργειακά αυτόνομα κτίρια, όπως ακριβώς χαρακτηρίστηκε από το πρόγραμμα της Ευρωπαϊκής Ένωσης Life. Πρόκειται για ένα από τα πρώτα κτίρια με μηδενικές εκκρίσεις διοξειδίου του άνθρακα. Χρησιμοποιεί την ηλιακή ακτινοβολία για να παράγει τη δική του θερμική ενέργεια και ηλεκτρικό ρεύμα. Πέραν της ενεργειακής του αυτονομίας, το κτίριο συνδυάζει τα τοπικά υλικά κατασκευής με το σύγχρονο σχεδιασμό, όπως πήλινα κεραμίδια, γυαλί και ξύλο.

Busipolis Building

Το Busipolis Building σχεδιάστηκε από τον αρχιτέκτονα Gerard Hypolithe ανήκει στην ομώνυμη εταιρία στη Metz της Γαλλίας και έχει λάβει δύο βραβεία για την εξαιρετική του ενεργειακή επίδοση. Το κτίριο είναι 1950 τ.μ. με συνολική ενεργειακή κατανάλωση 38 kwh/τ.μ. το χρόνο. Τα υλικά κατασκευής του είναι σίδηρος και γυαλί και έχει χρησιμοποιήσει το DuPont Energain σε περισσότερα από 500 τ.μ. Τοποθετείται στο εσωτερικό των τοίχων του κτιρίου και στις ψευδοροφές.

Green Frame House

Οι αρχιτέκτονες Antonia Astori και Nicola De Ponti επανασχεδίασαν στο πλαίσιο της ‘αειφορικής αρχιτεκτονικής ‘ έξι κοντέινερ, τα αποκαλούμενα ‘Green Frame Houses’ τα οποία δημιουργούν στο σύνολό τους ένα σπίτι με δύο πατώματα. Είναι εύκολα στη χρήση αλλά και τη μετακίνηση και χρησιμοποίησαν το DuPont Energain για τη θέρμανση και τον κλιματισμό.

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

Βιβλία

Ashby M., Johnson K. (2007), Materials and Design, Third Edition: The Art and Science of Material Selection in Product Design, Elsevier: Butterworth – Heinemann.

Forester T. (1988), The Materials Revolution: Superconductors, New Materials and the Japanese Challenge, USA: Massachusettes Institute of Thechnology.

Danish Architecture Centre (2012), From Materials to New Architecture, exhibition, 30 March – 5 June.

Materio (2011), Material World 3, Innovative Materials for Architecture and Design, Germany:Birkhauser Frame

Peters S. (2011), Material Revolution, Sustainable and Multi – Purpose Materials for Design and Architecture, Germany:Birkhauser Frame

DuPont Energain (2010), Phase Change Materials, New Thermal Mass Solution for low inertia buildings, Luxambourg: DuPont

Διαδικτυακές πύλες

http://energain.co.uk/Energain

http://www.energain.dupont.com

[1] New Materials

[2] Smart materials

[3] Phase Change Materials

[4] Thermal Mass

[5] loam

[6] moss

[7] Αρκετές από τις πληροφορίες που αναφέρονται στο συγκεκριμένο κεφάλαιο συλλέχτηκαν από το διαδίκτυο και ειδικότερα από το site της εταιρίας DuPont (www.energain.dupont.com).

Des_ob_struction

Σελίδες

Τρίτη 16 Δεκεμβρίου 2014

141216_Ο20_ΑΘΘ_Y

1. εισαγωγη

2. Νέα υλικα - τασεισ

3. DU PONT ENERGAIN

3. Μελετεσ περιπτωσησ |εφαρμογεσ

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

Δεν υπάρχουν σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου