نماهای زیستی مؤلفه ساماندهی نما و کاهش دی‌اکسید کربن هوا به‌منظور کاهش گرمایش جهانی (نمونۀ موردی: خیابان انقلاب تهران)

نوع مقاله: مقالۀ پژوهشی

نویسندگان

1 گروه معماری، دانشکدۀ معماری، پردیس هنرهای زیبا، دانشگاه تهران، ایران.

2 گروه معماری منظر، دانشکدۀ معماری، پردیس هنرهای زیبا، دانشگاه تهران، ایران.

3 دانشجوی دکتری تخصصی معماری، گروه معماری، دانشکده معماری و شهرسازی، دانشگاه هنر اصفهان، اصفهان، ایران.

4 گروه معماری، دانشکدۀ هنر و معماری، دانشگاه مازندران، بابلسر، ایران.

چکیده

بیان مسئله: کالبد جدارۀ خیابان‌های شهری از مهم‌ترین ابعاد طراحی تأثیرگذار بر زیبایی منظر شهری هستند. ازاین‌رو جداره‌های شهری ازجمله عناصر محیطی تأثیرگذار درزمینۀ ارتقای کیفیت‌های بصری زیبایی‌شناسی در فضاهای شـهری محسـوب می‌شوند. در این بین یکی از معضلات اصلی شهرها بحث افزایش موضعی دمای هوا به‌واسطۀ افزایش دی‌اکسید کربن است؛ این در حالی است که برنامه‌های مدیریت کنترل کیفی هوا عمدتاً بر کنترل منابع تولید دی‌اکسید کربن متمرکز هستند. حرکت به‌سوی معماری و شهرسازی همساز با محیط‌زیست، تغییر استراتژی‌های طراحی و خلق راهکارهای نوین برای بازگرداندن تعادل به طبیعت، ضمن تأمین نیازهای بشر امروزی سبب توسعۀ روزافزون کاربرد سیستم‌های سبز عمودی در سراسر دنیا شده است.
هدف پژوهش: هدف، ارائۀ راهکاری برای تلفیق زیست‌رآکتورهای حاوی ریزجلبک با نمای ساختمان است؛ به نحوی که ضمن حفظ هویت و یکپارچگی کلی سیمای آن، موجب جذب دی‌اکسید کربن موجود در هوا شود تا از افزایش دمای هوا بکاهد.
روش پژوهش: با توجه به بدیع و بین‌رشته‌ای بودن موضوع پژوهش، روش انجام این تحقیق مستلزم روشی ترکیبی است. این پژوهش به گونۀ توصیفی - تحلیلی و ازنظر ماهیت، در زمره پژوهش‌های کاربردی قرار دارد؛ لذا ابتدا با استفاده از منابع کتابخانه‌ای و استناد به متون علمی به روش کیفی، به معرفی و بررسی ریزجلبک‌ها به‌عنوان موجودات جاذب آلودگی هوا پرداخته است، سپس نمای خیابان انقلاب به‌عنوان یکی از گره‌های آلودۀ شهری برداشت شد. درنهایت با استخراج سطوح مناسب برای نصب زیست‌رآکتورهای حاوی ریزجلبک، نمای خیابان انقلاب مورد بازطراحی قرار گرفت.
نتیجهگیری: استفاده از ریزجلبک‌ها به عنوان یکی از میکروارگانیسم‌های زنده با قابلیت جذب بالای دی‌اکسید کربن از هوا و تلفیق آنها با نماهای ساختمان در محفظه‌هایی به نام زیست‌رآکتور، باعث تبدیل این جداره‌ها به سطوح فتوسنتزکننده در جهت پاسخ به تغییرات گرمایی اقلیم، بهبود عملکرد حرارتی غیرفعال ساختمان، تبدیل یک ساختمان معمولی به یک ساختمان زنده و درنهایت جداره‌های ساختمان را به یک کارخانه تولید انرژی تبدیل می‌کند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Algae Façade for Reducing CO2 Emission and Mitigating Global Warming (Case Study: Tehran Enghelab Street)

نویسندگان [English]

  • Saeed Haghir 1
  • Leila Tashakori 2
  • Hamid Reza Rezazadeh 3
  • Ferial Ahmadi 4
1 Associate Professor of Architecture, Faculty of Fine Arts, University of Tehran, Iran.
2 M.A. in Landscape Architecture, Faculty of Fine Arts, University of Tehran, Iran.
3 Ph.D. Candidate of Architecture, Department of Architecture, Faculty of Architecture and Urbanism, Art University of Isfahan, Isfahan, Iran.
4 Department of Architecture, Faculty of Art and Architecture, University of Mazandaran, Babolsar, Iran.
چکیده [English]

Problem statement: Walls along urban streets are one of the most prominent aspects of the architectural design affecting the aesthetics of urban landscapes. Hence, these walls are environmental elements capable of elevating the aesthetics and visual qualities of urban spaces. One of the main issues in big cities is the rise of local temperatures due to high concentrations of carbon dioxide. Meanwhile, quality control initiatives are mainly focused on the sources emitting carbon dioxide.Moving toward environmental architecture and urban design, adjusting the design strategies, and inventing new solutions to restore balance to nature while satisfying today’s human needs has resulted in the increasing development and use of vertical green systems throughout the world.
Research objectives: the objective is to provide a solution for integrating microalgae bioreactors with building façade to absorb carbon dioxide and to decrease the air temperature while preserving the identity and integrity of the building.
Research method: Considering the novel and multidisciplinary nature of this study, a compound methodology is required. This is a descriptive-analytic practical study. Hence, using bibliographic documents and scientific studies at first, microalgae are defined and examined for absorbing air pollution. Then, the façade of Enghelab Street is chosen as a polluted urban center. Finally, after identifying relevant surfaces for installing bioreactors, the façade of Enghelab Street is redesigned.
Conclusion: Using microalgae as alive microorganisms capable of absorbing carbon dioxide, and integrating them with building facades by bioreactors, converts these walls to photosynthetic surfaces. These surfaces respond to climate changes, improve the passive thermal performance of the building, transform an ordinary building into an alive building, and convert the walls into energy-producing factories.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Urban Design
  • Air pollution
  • Tehran Enghlab Street
  • Biological facade
  • microbiology
جعفری، طوفان و نیلی، حمیدرضا. (1397). نظام اجرای پروژه‌های پیرایش، مرمت و ساماندهی شهری. منظر، 10(44)، 50-59.
ذکاوت، کامران. (1384). معماری خیابانی و هویت سیمای شهری در ایران. دانش نما، 102(104)، 128-139.
رضازاده، حمیدرضا. (1397). امکان‌سنجی طراحی جدارۀ ساختمان برای کاهش میزان آلودگی هوا با استفاده از میکروارگانیسم‌ها: طراحی ساختمان اداری در شیراز. پایان‌نامۀ منتشرشدۀ کارشناسی ارشد در رشته فناوری معماری بیونیک. بابلسر، مازندران، ایران.
شفیع‌پور مطلق، مجید و توکلی، آزاده. (1395). الزام‌های ایران برای ایجاد مدل متوازن توسعۀ منطقه‌ای در راستای تحقق اهداف بین‌المللی کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای. راهبرد اجتماعی فرهنگی، 5(21)، 143-168.
شیرازیان، محمدحسین؛ حسینی، سید باقر و نوروزیان ملکی، سعید. (1393). مطالعۀ تطبیقی جداره‌های خارجی (نما) در ساختمان‌های مسکونی تهران با روش تحلیل سلسله مراتبی. هویت شهر، 18، 61-70.
منصوری، سید امیر و خانی، علی. (1378). طرح ویژۀ نوسازی بافت‌های فرسوده. تهران: سازمان نوسازی شهرداری تهران.
موسوی سروینه باغی، الهه سادات و صادقی، علیرضا. (1395). ارائۀ فرایند طراحی جداره‌های شهری در جهت ارتقای کیفیت‌های بصری زیبایی‌شناسی منظر شهری، نمونه موردی: خیابان احمدآباد مشهد. مدیریت شهری، 15(43)، 99-114.
Alabi, A., Bibeau, E. & Tampier, M. (2009). Microalgae Technologies & Processes for Biofuels-bioenergy Production in British Columbia: Current Technology, Suitability & Barriers to Implementation: Final Report. United Kingdom: British Columbia Innovation Council.
Cervera-Sardá, R., Gómez-Pioz, J. & Ruiz-de-Elvira, A. (2014). Architecture as an Energy Factory: Pushing the Envelope. In Construction and Building Research (pp. 209-217). Dordrecht: Springer.
Decker, M., Hahn, G. & Harris, L. (2016). Bio-enabled façade systems-managing complexity of life through emergent technologies. Proceedings of the 34th eCAADe Conference on Complexity & Simplicity. Oulu, Finland: University of Oulu.
Degen, J., Uebele, A., Retze, A., Schmid-Staiger, U. & Trösch, W. (2001). A novel airlift photobioreactor with baffles for improved light utilization through the flashing light effect. Journal of biotechnology, 92(2), 89-94.
Edwards, M. (2008). Green algae strategy: end oil imports and engineer sustainable food and fuel. Tempe, Arizona: CreateSpace.
Elliot, S. (2016). Cohousing in the Flower City: A Carbon Capture Design. Rochester Institute of Technology: Golisano Institute for Sustainability, Department of Architecture.
Elnokaly, A. & Keeling, I. (2016). An empirical study investigating the impact of micro-algal technologies and their application within intelligent building fabrics. Procedia-Social and Behavioral Sciences, 216, 712-723.
Elrayies, G. (2018). Microalgae: prospects for greener future buildings. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 81, 1175-1191.
Flynn, E. (2016). Experimenting with living architecture: a practice perspective. Architectural Research Quarterly, 20(1), 20-28.
IEA. (2012). World Energy Outlook 2012. Paris: International Energy Agency (IEA).
IPCC (2006). 2006 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories, Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC.
Issarapayup, K., Powtongsook, S. & Pavasant, P. (2011). Economical review of Haematococcus pluvialis culture in flat-panel airlift photobioreactors. Aquac. Eng. 44 (3), 65–71.
Kim, J. & Todorovic, M. (2013). Tuning control of buildings glazing’s transmittance dependence on the solar radiation wavelength to optimize daylighting and building’s energy efficiency. Energy Build, 63, 108–118.
Klinthong, W., Yang, Y. H., Huang, C. H. & Tan, C. S. (2015). A review: microalgae and their applications in CO2 capture and renewable energy. Aerosol Air Qual Res, 15(2), 712–742.
Kumar, A. & Goyal, P. (2011). Forecasting of daily air quality index in Delhi. Science of the Total Environment, 409(24), 5517-5523.
Kunjapur, A. & Eldridge, R. (2010). Photobioreactor design for commercial biofuel production from microalgae. Ind Eng Chem Res, 49(8), 3516-3526.
Lal, R. (2008). Carbon sequestration. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences, 363(1492), 815-830.
Li, S., Zhou, C., Wang, S. & Hu, J. (2018). Dose urban landscape pattern affect CO2 emission efficiency? Empirical evidence from megacities in China. Journal of Cleaner Production, 203, 164-178.
Machado, J., Anderson, B. & Buse, T. (2013). Green algae photobioreactor. AIChE Annual Metting. Global challenges for engineering a sustainable future. San Francisco, California, USA: AIChE .
Malik, A., Lan, J. & Lenzen, M. (2016). Trends in global greenhouse gas emissions from 1990 to 2010. Environmental science & technology, 50, 4722-4730.
Marsullo, M., Mian, A., Ensinas, A., Manente, G., Lazzaretto, A. & Marechal, F. (2015). Dynamic modeling of the microalgae cultivation phase for energy production in open raceway ponds and flat panel photobioreactors. Front Energy Res, 3(1), 18-36.
Mata, T., Martins, A. & Caetano, N. (2010). Microalgae for biodiesel production and other applications: a review. Renewable and sustainable energy reviews, 14(1), 217-232.
Öncel, S., Köse, A. & Öncel, D. (2016). Façade integrated photobioreactors for building energy efficiency. In Start-Up Creation: the smart eco-efficient built environment (pp. 237-299). London: Elsevier.
Pachauri, R., Allen, M., Barros, V., Broome, J., Cramer, W., Christ, R., . . . Dasgupta, P. (2014). Climate change 2014: synthesis report. Contribution of Working Groups I, II and III to the fifth assessment report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Switzerland: IPCC.
Pagliolico, S., Verso, V., Bosco, F., Mollea, C. & La Forgia, C. (2017). A novel photo-bioreactor application for microalgae production as a shading system in buildings. Energy Procedia, 111, 151-160.
Pearson, L. (1995). The diversity and evolution of plants. Florida: CRC Press.
Pruvost, J., Le Gouic, B., Lepine, O., Legrand, J. & Le Borgne, F. (2016). Microalgae culture in building-integrated photobioreactors: biomass production modelling and energetic analysis. Chemical Engineering Journal, 284, 850-861.
Sardá, R. & Vicente, C. (2016). Case studies on the architectural integration of photobioreactors in building Façades. London: Springer.
Schiller, B. (2014). This Algae-Powered Building Actually Works. Retrieved from http://www.fastcoexist.com/3033019/this-algae-powered-building-actuallyworks.
Sierra, E., Acién, F., Fernández, J., García, J., González, C. & Molina, E. (2008). Characterization of a flat plate photobioreactor for the production of microalgae. Chemical Engineering Journal, 138(1), 136-147.
Slegers, P. (2014). Scenario studies for algae production. Wageningen: Wageningen University.
Suali, E. & Sarbatly, R. (2012). Conversion of microalgae to biofuel. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 16(6), 4316–4342.
Torgal, F. P., Buratti, C., Kalaiselvam, S., Granqvist, C. G. & Ivanov, V. (2016). Nano and Biotech Based Materials for Energy Building Efficiency. Springer International Publishing.
U.S. DOE. (2010). National algal biofuels technology roadmap: a technology roadmap resulting from the National algal biofuels workshop. U.S.: Department of Energy.
Wang, S., Liu, X., Zhou, C., Hu, J. & Ou, J. (2017). Examining the impacts of socioeconomic factors, urban form,and transportation networks on CO2 emissions in China’s megacities. Applied Energy, 185, 189-200.
Wolkers, H., Barbosa, M., Kleinegris, D., Bosma, R. & Wijffels, R. (2011). Microalgae: The Green Gold of the Future, Large-Scale Sustainable Cultivation of Microalgae for the Production of Bulk Commodities. Netherlands: The Ministry of Economic Affairs AaI.
Zhang, X. (2015). Microalgae removal of CO2 from flue gas. London: UK: IEA Clean Coal Centre.