اگر در دهه گذشته در یک جشنواره موسیقی قدم زده اید، در یک نمایشگاه بزرگ شرکت کرده اید یا حتی در یک کافه سرپوشیده در فضای باز استراحت کرده اید، به احتمال زیاد زیر یا اطراف یک ساختار غشایی بادی بوده اید. به عنوان تامین کننده این سیستم های همه کاره، معماران، برنامه ریزان رویداد و تیم های پایداری اغلب از من سوال مشابهی می پرسند: آیا سازه های غشایی بادی سازگار با محیط زیست هستند؟ بر اساس برنامه محیط زیست سازمان ملل متحد (UNEP) این یک سوال منصفانه است، به خصوص زمانی که محیط ساخته شده مسئول تقریباً 40 درصد از انتشار کربن در جهان باشد. برای پاسخ به آن، ما باید فراتر از مفروضات سطح سطح نگاه کنیم، نحوه عملکرد این سازه ها را تجزیه کنیم، آنها را با مصالح ساختمانی سنتی مقایسه کنیم و تأثیرات کامل چرخه عمر آنها را بررسی کنیم. بیایید غوطه ور شویم، زیرا پاسخ یک بله یا خیر ساده نیست - این یک مورد ظریف است که نحوه تفکر ما را در مورد ساخت و سازهای پایدار و فضاهای موقت تغییر می دهد.
ابتدا، بیایید توضیح دهیم که ساختارهای غشایی بادی چیست، زیرا آنها اغلب با انواع غشای دیگر که متفاوت کار می کنند، به هم متصل می شوند. برخلاف سازه های غشایی کششی (که برای محکم کردن پارچه به قاب های ثابت متکی هستند) یا سازه های غشایی نوع قاب (که در آن فلز یا بتن سفت و محکم پارچه را لنگر می اندازد)، سیستم های بادی از هوای پیوسته و کم فشار برای حفظ شکل خود استفاده می کنند. این طراحی سبک وزن و با نیروی هوا یکی از بزرگترین مزیت‌های زیست‌محیطی آنها است – با شروع تولید. بیشتر غشاهای بادی از موادی مانند ETFE (اتیلن تترا فلوئورواتیلن) یا PTFE (پلی تترا فلوئورواتیلن) استفاده می کنند، دو پلیمری که دوام ثابت و ردپای کربن پایینی نسبت به فولاد یا بتن دارند. برای زمینه، تولید ساختار غشایی ETFE به حدود 90 درصد انرژی کمتری نسبت به تولید سطحی معادل شیشه نیاز دارد، و برخلاف بسیاری از مصالح نما سنتی، در پایان عمرش 100 درصد قابل بازیافت است. هنگامی که ما موادی را برای پروژه‌های ساختار غشایی بادی خود تهیه می‌کنیم، ETFE و PTFE بکر را که مطابق با استانداردهای بین‌المللی پایداری هستند، در اولویت قرار می‌دهیم و هر مرحله از چرخه عمر آنها را برای به حداقل رساندن ضایعات دنبال می‌کنیم.
اما تولید تنها یک تکه از این پازل است. جایی که غشاهای بادی واقعاً خودنمایی می کنند در مرحله عملیاتی خود هستند. ساختمان‌های سنتی مقادیر زیادی انرژی برای گرمایش، سرمایش و روشنایی مصرف می‌کنند، اما ساختارهای غشایی بادی ذاتاً انرژی کارآمد هستند. به عنوان مثال، ETFE دارای قابلیت عبور نور بالایی است - به این معنی که نور طبیعی خورشید می تواند بدون نیاز به نور مصنوعی در طول روز از آن عبور کند. در فصل زمستان، هوای داخل سازه به عنوان یک لایه عایق عمل می کند و در مقایسه با یک ساختمان فلزی استاندارد، نیاز به گرمایش را تا 50 درصد کاهش می دهد، طبق یک مطالعه در سال 2022 از موسسه ساخت و ساز و مصالح ساختمانی دانشگاه اشتوتگارت. برای سازه‌های موقتی مانند مکان‌های رویداد یا فضاهای خرده‌فروشی پاپ‌آپ، این یک تغییر بازی است: به جای اجرای سیستم‌های تهویه مطبوع بزرگ برای هفته‌ها، سیستم‌های بادی به عایق طبیعی و نور غیرفعال متکی هستند. حتی برای سازه های نیمه دائمی، مانند زمین های ورزشی سرپوشیده، صرفه جویی در مصرف انرژی در طول سال ها افزایش می یابد. به عنوان مثال، طبق داده های انجمن سازه غشایی اروپا (EMSA)، یک سقف اسپرت بادی 10000 متر مربعی، به عنوان مثال، می تواند انتشار کربن عملیاتی را تا 120 تن در مقایسه با یک جایگزین سنتی آجر و ملات کاهش دهد.
یکی دیگر از مزایای کلیدی زیست محیطی کاهش ضایعات مواد در طول ساخت و نصب است. ساختمان‌های سنتی مواد اضافی زیادی تولید می‌کنند: تیرهای فولادی طبق سفارش بریده می‌شوند، بتن باید در محل مخلوط شود، و زباله‌های برش‌خورده اغلب دور ریخته می‌شوند. سازه های غشایی بادی، در مقابل، در شرایط کنترل شده کارخانه پیش ساخته می شوند، بنابراین تقریباً هیچ زباله ای در محل وجود ندارد. این سازه به صورت یک غشای نورد سبک وزن به وجود می‌آید و فقط به تعداد کمی از واحدهای بادی مدولار و سیستم‌های لنگر ساده نیاز دارد—بدون نیاز به ماشین آلات سنگین برای مونتاژ. به عنوان مثال، یک توری رویداد 5000 متر مربعی را می توان در 24 ساعت توسط یک تیم کوچک نصب کرد، به جای هفته ها یا ماه ها که برای ساخت یک مکان سنتی لازم است. این امر باعث کاهش انتشار گازهای گلخانه ای در حمل و نقل نیز می شود: از آنجایی که سازه بسیار سبک وزن است، حمل بار کامیون به مراتب کمتر از نمای فولادی، بتنی یا شیشه ای است. در سال 2021، ما یک ساختار غشایی بادی را برای یک جشنواره موسیقی در پرتغال عرضه کردیم. مجموع ردپای کربن حمل و نقل برای سازه 70 درصد کمتر از یک سازه موقت کششی با اندازه مشابه بود که سال قبل ساخته بودیم، به لطف وزن کاهش یافته و بسته بندی فشرده.
البته، هیچ ماده‌ای بی‌نقص نیست، و غشاهای بادی با انتقادهای معتبری مواجه شده‌اند، که مهم‌ترین آنها در مورد دور ریختن در پایان عمر و دوام است. برای سال‌ها، منتقدان استدلال می‌کردند که مواد غشایی مصنوعی غیرقابل بازیافت هستند و به زباله‌های دفن زباله کمک می‌کنند. اما این به لطف پیشرفت در فناوری های بازیافت پلیمر، در 15 سال گذشته به طرز چشمگیری تغییر کرده است. ETFE و PTFE، دو ماده متداول برای غشاهای بادی، اکنون می توانند ذوب شوند و دوباره به صفحات غشایی جدید یا حتی سایر محصولات پلاستیکی مانند قطعات خودرو یا قطعات صنعتی تبدیل شوند. در واقع، بسیاری از پروژه‌های سازه‌های بادی در مقیاس بزرگ اکنون شامل توافق‌های بازپس‌گیری هستند: زمانی که یک سازه به پایان چرخه عمر خود می‌رسد (معمولاً 20 تا 30 سال برای سیستم‌های بادی، در مقایسه با 50 سال بیشتر برای بسیاری از ساختمان‌ها)، ما غشای قدیمی را جمع‌آوری می‌کنیم، آن را به یک شریک بازیافت تأیید شده ارسال می‌کنیم و آن را به مواد جدید تبدیل می‌کنیم. به عنوان مثال، ما اخیراً یک سقف نمایشگاهی بادی قدیمی را از یک نمایشگاه تجاری در آلمان بازیافت کردیم. ETFE بازیافتی برای تولید 3200 متر مربع غشای جدید برای زمین بازی سرپوشیده مدرسه مورد استفاده قرار گرفت و 12 تن مواد را از محل دفن زباله منحرف کرد.
ماندگاری بحث دیگری است. برخی از مردم نگران هستند که غشاهای بادی شکننده، مستعد پارگی یا آسیب ناشی از آب و هوا هستند که با نیاز به تعویض مکرر، مزایای زیست‌محیطی آنها را خنثی می‌کند. اما غشاهای بادی مدرن طوری طراحی شده اند که در شرایط شدید مقاومت کنند: بادهای شدید، باران شدید، اشعه ماوراء بنفش، و حتی ضربه های جزئی از زباله. پوشش‌های ETFE و PTFE که در اکثر سازه‌های بادی مورد استفاده قرار می‌گیرند، در برابر اشعه ماوراء بنفش تثبیت می‌شوند، بنابراین در برابر نور خورشید تخریب نمی‌شوند و بسیاری از آنها دارای یک لایه مقاوم در برابر خراش هستند که طول عمر آنها را افزایش می‌دهد. یک مطالعه موردی در سال 2023 از EMSA یک گنبد ورزشی بادی 20 ساله را در سوئد ردیابی کرد که از کولاک و طوفان های متعدد با حداقل تعمیر جان سالم به در برده بود. تنها قطعاتی که در طول عمر آن جایگزین شد، واحدهای آب بندی کوچک بود، نه غشای اصلی. این طول عمر در مقایسه با سازه های موقتی که هر 5 تا 10 سال یکبار باید تعویض شوند، به معنای جایگزینی کمتر، ضایعات کمتر و انتشار کلی چرخه عمر کمتر است.
همچنین توجه به این نکته مهم است که همه ساختارهای غشایی یکسان نیستند. به عنوان مثال، ساختارهای غشایی نوع قاب، نیمه دائمی هستند و اغلب از مواد ضخیم‌تر با ردپای کربن تولیدی بالاتر استفاده می‌کنند، در حالی که ساختارهای غشایی کششی متکی به قاب‌های سفت و سختی هستند که بازیافت آنها در پایان عمر دشوار است. سازه‌های غشایی بادی، برعکس، با در نظر گرفتن استفاده موقت و نیمه دائمی طراحی شده‌اند، با طرح‌های مدولار که تعمیرات، ارتقاء و از کار انداختن را بسیار آسان‌تر می‌کنند. هنگامی که با مشتریان کار می کنیم، به آنها کمک می کنیم تا مواد و طراحی مناسب را بر اساس نیاز خود انتخاب کنند: اگر مشتری برای یک رویداد 3 ماهه به یک ساختار موقت نیاز دارد، از غشای ETFE سبک وزن و قابل بازیافت استفاده می کنیم که برای مونتاژ و جداسازی سریع بهینه شده است. اگر مشتری یک پارکینگ نیمه دائمی سرپوشیده می خواهد که 25 سال دوام داشته باشد، از غشای ضخیم تر و روکش شده با PTFE با دوام و عایق بیشتر استفاده می کنیم.
یکی دیگر از مزیت‌های محیطی که اغلب نادیده گرفته می‌شود، توانایی آنها در کاهش نیاز به تغییر کاربری زمین است. با رشد شهرها، ما برای ساخت و ساز در زمین های سبز، که زیستگاه ها را از بین می برد و انتشار کربن ناشی از تغییر کاربری زمین را افزایش می دهد، تحت فشار هستیم. سازه های بادی را می توان در زمین های موجود – پارک ها، پارکینگ ها، حتی سایت های صنعتی بلااستفاده – بدون گودبرداری دائمی یا پی های بتنی نصب کرد. برخلاف ساختمان‌های سنتی، که نیاز به حفاری پایه‌ها و تغییر زمین دارند، سازه‌های بادی با بلوک‌های وزنی یا پیچ‌های زمینی لنگر انداخته می‌شوند که می‌توان آنها را برداشته و در هنگام از کار انداختن سازه دوباره استفاده کرد. یک مطالعه در سال 2022 توسط موسسه منابع جهانی نشان داد که سازه‌های موقت و مدولار مانند غشاهای بادی می‌توانند اثرات کاربری زمین را تا 85 درصد در مقایسه با ساخت‌وساز دائمی کاهش دهند، زیرا نیازی به تغییر طولانی مدت زمین ندارند. به عنوان مثال، یک باغ اجتماعی پاپ آپ که ما یک ساختار غشایی بادی برای آن در شیکاگو تهیه کردیم، در یک زمین خالی نصب شده بود که برای توسعه برنامه ریزی شده بود. زمانی که باغ دو سال بعد به مکان جدید منتقل شد، سازه در 2 روز برداشته شد و زمین بدون آسیب یا تغییرات طولانی مدت به حالت اولیه خود بازگشت.
البته، هیچ راه حلی 100٪ از نظر محیطی خنثی نیست و ساختارهای غشایی بادی دارای برخی نقاط منفی هستند. تولید پلیمرهایی مانند ETFE و PTFE دارای ردپای کربن است - اگرچه به طور قابل توجهی کمتر از مصالح ساختمانی سنتی است. یک ارزیابی چرخه حیات در سال 2021 توسط موسسه هلندی برای ساخت و ساز پایدار نشان داد که ردپای کربن از گهواره تا دروازه یک سازه ETFE بادی 1000 متر مربعی حدود 15 تن معادل CO2 است، در مقایسه با 120 تن برای یک سطح معادل نما شیشه ای و 250 نما شیشه ای. همچنین مسئله انرژی مورد نیاز برای باد کردن و حفظ ساختار وجود دارد. اکثر سیستم های بادی از دمنده های کوچک و کم مصرف استفاده می کنند که به طور مداوم برای حفظ فشار هوا کار می کنند. دمنده های مدرن بسیار کارآمد هستند و نسبت به مدل های قدیمی 50 درصد برق کمتری مصرف می کنند و بسیاری از پروژه ها از پنل های خورشیدی برای تامین انرژی دمنده ها استفاده می کنند و انتشار گازهای گلخانه ای عملیاتی را به طور کامل حذف می کنند. به عنوان مثال، یک سازه رویداد بادی اخیر که ما در بارسلونا عرضه کردیم، توسط یک آرایه خورشیدی 20 کیلوواتی که روی سقف ساختمان‌های مجاور نصب شده بود، تغذیه می‌شد، بنابراین تنها انرژی مورد استفاده از منابع تجدیدپذیر بود.
بنابراین، با کنار هم قرار دادن همه اینها: آیا ساختارهای غشایی بادی سازگار با محیط زیست هستند؟ پاسخ کوتاه بله است – به خصوص زمانی که با راه حل های ساختمانی سنتی مقایسه می شود، و زمانی که مسئولانه طراحی، نصب و از رده خارج می شود. آنها مزایای قابل توجهی در تولید گازهای گلخانه ای، استفاده از انرژی عملیاتی، کاهش ضایعات، و اثرات استفاده از زمین ارائه می دهند و پیشرفت در بازیافت و علم مواد، محدودیت های تاریخی آنها را در مورد دفع پایان عمر برطرف می کند. همانطور که جهان به سمت ساخت و سازهای پایدارتر و فضاهای موقتی حرکت می کند، سازه های غشایی بادی نقش کلیدی در کاهش ردپای کربن محیط ساخته شده ایفا می کنند.
اگر شما یک معمار، برنامه‌ریز رویداد، مدیر پایداری یا صاحب کسب‌وکار هستید که می‌خواهید ساختاری سازگارتر با محیط زیست را در پروژه بعدی خود بگنجانید، من شما را تشویق می‌کنم در مورد اینکه چگونه سازه‌های غشایی بادی می‌توانند نیازهای شما را برآورده کنند بیشتر بدانید. چه در نظر دارید یک فضای رویداد موقت، یک منطقه ورزشی نیمه دائمی سرپوشیده، یا یک راه حل طولانی مدت نما، تیم ما می تواند با شما همکاری کند تا سیستمی را طراحی کند که عملکرد، دوام و پایداری را متعادل کند. برای بررسی طیف وسیعی از راه حل های ساختار غشایی، از جمله ساختار غشایی ETFE و گزینه های ساختار غشایی PTFE، از وب سایت ما دیدن کنید تا جزئیات ساختار غشایی بادی، ساختار غشایی کششی، و ساختار غشایی نوع قاب را مرور کنید. ما اینجا هستیم تا به سوالات شما پاسخ دهیم، راه حل های سفارشی ارائه کنیم و به شما کمک کنیم انتخابی مناسب برای پروژه و سیاره خود داشته باشید.
مراجع:
- برنامه محیط زیست سازمان ملل متحد (2023). گزارش وضعیت جهانی 2023 برای ساختمان ها و ساخت و سازها.
- موسسه ساخت و ساز و مصالح ساختمانی دانشگاه اشتوتگارت. (2022). عملکرد حرارتی سازه های غشایی بادی: یک تحلیل مقایسه ای.
- انجمن ساختار غشایی اروپا (EMSA). (2023). انتشار کربن چرخه عمر سازه های غشایی در مقابل مصالح ساختمانی سنتی.
- موسسه هلندی برای ساخت و ساز پایدار. (2021). ارزیابی چرخه حیات از گهواره به دروازه ساختارهای غشایی ETFE.
- موسسه منابع جهانی (2022). زیرساخت مدولار و موقت: کاهش اثرات کاربری زمین در مناطق شهری.