Τα δομικά υλικά που εμφανίζονται στο αρχιτεκτονικό προσκήνιο και οι κτιριακές τους εφαρμογές. Με την εξέλιξη της τεχνολογίας, νέα δομικά υλικά εμφανίζονται στην παλέτα των μηχανικών, δίνοντας μεγαλύτερη ευελιξία στο δύσκολο κατασκευαστικό τους έργο. Στόχος είναι η ύπαρξη υπερσύγχρονων κτιρίων, που θα διακρίνονται για το άνετο και φιλόξενο περιβάλλον τους και ταυτόχρονα θα ανταποκρίνονται στα κριτήρια βιωσιμότητας. Τα πλεονεκτήματα της πρώτης σημαντικής δομικής καινοτομίας από την εφεύρεση του οπλισμένου σκυροδέματος.
Χρόνο με τον χρόνο, κάνουν την εμφάνιση τους καινοτόμα δομικά υλικά, τα οποία ανοίγουν νέες προοπτικές στις αρχιτεκτονικές δημιουργίες. Η ραγδαία αυτή ανάπτυξη, όχι μόνο προσφέρει στα κτίρια αυξημένη αντοχή και ευελιξία, αλλά επιτρέπει στους αρχιτέκτονες να εκφράσουν το καλλιτεχνικό τους όραμα. Είναι γεγονός ότι τα νεόδμητα κτίρια, εν συγκρίσει με τα παλαιότερα, διακρίνονται για την ανθεκτικότητα και την υψηλή τους αισθητική, με συνέπεια να είναι πιο λειτουργικά και να προσφέρουν ένα ευχάριστο περιβάλλον. Παρακάτω θα αναφερθούμε σε ορισμένα πρωτοποριακά δομικά υλικά, τα οποία θα αλλάξουν οριστικά τον κόσμο των κατασκευών.
Αυτοθεραπευόμενο σκυρόδεμα
Το σκυρόδεμα, το οποίο είναι ίσως και το πιο διαδεδομένο υλικό στις κατασκευές, με το πέρασμα των χρόνων και την επίδραση της υγρασίας, αποκτά αναπόφευκτες ρωγμές στην επιφάνεια του, θέτοντας μακροπρόθεσμα σε κίνδυνο την ακεραιότητα του κτιρίου. Το πρόβλημα αυτό πλέον μπορεί να ξεπεραστεί χάρις στο βακτήριο Bacillus, το οποίο αναδεύεται στο σκυρόδεμα, προτού αυτό χρησιμοποιηθεί. Όταν υπάρξει κάποιο ρήγμα, τα βακτήρια φτιάχνουν μία στρώση από ασβεστόλιθο, η οποία μπορεί να καλύψει το κενό που προκαλείται. Το πιο εντυπωσιακό είναι ότι τα συγκεκριμένα βακτήρια μπορούν να παραμείνουν σε αδρανή κατάσταση έως και 200 χρόνια, γεγονός που τα καθιστά μία αποτελεσματική και μακροπρόθεσμη λύση για την αυτοθεραπεία του τσιμέντου.
Aerogel
Λαμβάνοντας υπόψη τις επικείμενες κλιματικές αλλαγές, το αίτημα της ανέγερσης πράσινων κτιρίων, τα οποία θα είναι φιλικά προς το περιβάλλον, θεωρείται στις μέρες μας επιτακτικό. Με γνώμονα την ενεργειακή αυτονομία, το aerogel θεωρείται δικαίως ως ένα από τα πιο αποδοτικά θερμομονωτικά υλικά προς κατασκευαστική χρήση. Με αγωγιμότητα κάτω από 13mW, παρουσιάζει εντυπωσιακές επιδόσεις σε σχέση με τα παραδοσιακά είδη μονώσεων. To aerogel είναι ένα εξαιρετικά ελαφρύ και πορώδες υλικό βασισμένο στη σιλικόνη, στο οποίο τα υγρά συστατικά του gel έχουν αντικατασταθεί από αέρα. Οι μικροσκοπικοί πόροι που διαθέτει, εγκλωβίζουν τα μόρια του αέρα, παρεμποδίζοντας τη ροή της θερμότητας, ενώ η μακροσκελής δομή του πυριτίου περιορίζει την αγωγιμότητα. Μάλιστα το aerogel, έχει λάβει πολλαπλές διακρίσεις στα ρεκόρ Guinness, ως υλικό μηδαμινής πυκνότητας και αποτελεσματικότερης θερμομόνωσης.
Οροφές εφίδρωσης
Οι οροφές εφίδρωσης είναι μια καινοτόμος πρακτική, που αξιοποιώντας αποκλειστικά φυσικές μεθόδους, επιτυγχάνει εντυπωσιακές επιδόσεις στην μείωση της θερμοκρασίας των κτιρίων. Οι εν λόγω οροφές, απορροφούν το νερό της βροχής και στη συνέχεια το απελευθερώνουν με τη μορφή σταγονιδίων, όταν ο δείκτης της θερμοκρασίας ξεπεράσει ένα προκαθορισμένο όριο. Έπειτα το νερό καθώς εξατμίζεται, απορροφά σημαντική ποσότητα θερμότητας, με αποτέλεσμα το κτίριο να δροσίζεται, χωρίς να δαπανείται μεγάλος όγκος ενέργειας. Το όνομα των οροφών αυτών είναι εμπνευσμένο από τον ομοιοστατικό μηχανισμό εφίδρωσης του ανθρώπου, που στοχεύει, κατά αντιστοιχία, στην σταθεροποίηση της θερμοκρασίας του.
Ολισθηρές επιφάνειες
Η δημιουργία ενός οικιακού ή επαγγελματικού περιβάλλοντος, που θα χαρακτηρίζεται από υψηλά επίπεδα υγιεινής και περιορισμένη διασπορά ασθενειών, είναι ένα διαχρονικό ζήτημα, το οποίο εμφανίστηκε εντόνως στο προσκήνιο με την ραγδαία εξάπλωση της πανδημίας. Η υλοποίηση ενός τέτοιου εγχειρήματος αποτελεί στην πράξη ένα δύσκολο έργο και ταλανίζει για χρόνια τους μηχανικούς. Την απάντηση έρχονται να δώσουν οι ολισθηρές επιφάνειες, οι οποίες λόγω της υγρής φύσης των πόρων τους, δεν επιτρέπουν σε βακτήρια και άλλους μικροοργανισμούς να κατακαθίσουν και να αναπτυχθούν. Με εξίσου αποτελεσματικό τρόπο απομακρύνουν τη σκόνη, τον πάγο και την μπογιά από τα σπρέι των γκράφιτι, αποτελώντας δελεαστική επιλογή τόσο για τα βιομηχανικά κτίρια, όσο και για τα νοσοκομεία και τους λοιπούς χώρους υγείας.
Spider silk
Το τεχνητό μετάξι (Artificial spider silk) είναι ένα υλικό που για πολλές δεκαετίες βρισκόταν στο μικροσκόπιο των επιστημονικών εργαστηρίων, χωρίς να έχει γίνει καμία αξιοσημείωτη πρόοδος. Έπειτα από μεγάλο διάστημα φημολογίας και αυστηρής κριτικής, η ιδέα τελεσφόρησε εξαιτίας των ερευνών της ιαπωνικής Spiber Inc. Η προαναφερόμενη εταιρεία ισχυρίζεται, ότι το τεχνητό μετάξι είναι 340 φορές πιο ισχυρό από το ατσάλι και αναμένεται να γίνει το πιο αξιόπιστο δομικό υλικό της επόμενης γενιάς. Προς ώρας, παρά τις δοκιμές που έχουν γίνει, το υλικό είναι επιρρεπές στις καιρικές συνθήκες, γεγονός που το καθιστά σε πειραματικό στάδιο.
Αναμφίβολα, η ύπαρξη ενός εξαιρετικά ανθεκτικού υλικού με ελάχιστο βάρος και υπερβολικά μεγάλη ευελιξία είναι άκρως δελεαστική. Εκτιμώντας πως το συνθετικό μετάξι δεν πρόκειται να τελειοποιηθεί σύντομα, μία ομάδα από το MIT Media Lab, ανακάλυψε τρόπο να ελέγχει πλήθος από μεταξοσκώληκες, αναγκάζοντας το να φτιάχνει προκαθορισμένες δομές. Με άλλα λόγια, κατόρθωσαν να εφεύρουν μία μορφή εκτύπωσης, χρησιμοποιώντας φυσικό μετάξι.
Κόντρα πλακέ από μπαμπού
Η υλοτομία είναι μία αρκετά δαπανηρή διαδικασία και έχει αρνητικό αντίκτυπο στο περιβάλλον. Ενδεικτικά, πολλά είδη δέντρων χρειάζονται πάνω από μία δεκαετία για να ωριμάσουν και να γίνουν εκμεταλλεύσιμα ως προς το ξύλο τους, με αποτέλεσμα τεράστιες εκτάσεις γης να κινδυνεύουν να αποψιλωθούν. Εξαιτίας της αλλοίωσης του φυσικού περιβάλλοντος, πληθώρα φυτικών και ζωικών οργανισμών τείνουν να εξαφανιστούν.
Βάσει των παραπάνω, ένα προϊόν το οποίο θα μπορούσε να αντικαταστήσει αποτελεσματικά το ξύλο είναι το μπαμπού. Αν και το μπαμπού εκ πρώτης μοιάζει να έχει ξύλινη υφή, κατατάσσεται στις χλόες, με κύκλο συγκομιδής λιγότερο από πέντε χρόνια. Τα μπαμπού έχουν το πλεονέκτημα, ότι αναπτύσσονται σε μεγαλύτερη πυκνότητα συγκριτικά με τα δέντρα, αποδίδοντας πιο πλούσια παραγωγή ανά τετραγωνικό χιλιόμετρο. Το μπαμπού ως υλικό έχει ποίκιλλες χρήσεις, καθώς μπορεί εύκολα να αποτελέσει εναλλακτική επιλογή για δάπεδα, πάγκους και έπιπλα.
Διαφανές ξύλο
Το διαφανές ξύλο, που αποτελεί σύλληψη των επιστημόνων του KTH Royal Institute of Technology της Στοκχόλμης, είναι ένα πρωτοποριακό δομικό υλικό, το οποίο αφού υποστεί κατάλληλη επεξεργασία, μπορεί να αποκτήσει διαφάνεια παρόμοια με εκείνη του γυαλιού. Περιληπτικά, η διαδικασία ξεκινά αφαιρώντας την λιγίνη -ουσία υπεύθυνη για το καφέ χρώμα του ξύλου- από λεπτά φύλλα δέντρου μπάλσα, τα οποία διακρίνονται για τη μικρή τους πυκνότητα. Έπειτα αφού εισαχθεί σε αυτά ένα συνθετικό πολυμερές, το οποίο ονομάζεται πολυβινυλική αλκοόλη, δημιουργείται ένα υλικό με διαφάνεια που μπορεί να φτάσει έως και το 85%. Η ομάδα του ινστιτούτου της Στοκχόλμης ισχυρίζεται ότι το ποσοστό αυτό αναμένεται να φτάσει σε ακόμη υψηλότερα επίπεδα.
Το διαφανές ξύλο θα μπορούσε να αντικαταστήσει το τζάμι από τις μπαλκονόπορτες και τα παράθυρα, διότι προφέρει καλύτερη θερμομόνωση και φυσικά μεγαλύτερη αντοχή. Επιπλέον, επιτρέπει τον φυσικό φωτισμό κλειστών χώρων και την αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας ως πηγή θέρμανσης. Το επόμενο βήμα το οποίο αναμένουμε εναγωνίως, είναι το διαφανές ξύλο να προβεί στην μαζική παραγωγή.
Νανοτεχνολογία
Η νανοτεχνολογία είναι ένας ανερχόμενος και πολλά υποσχόμενος κλάδος, στον οποίο φαίνεται να επενδύονται μεγάλα χρηματικά ποσά από όλους τους επιχειρηματικούς φορείς. Κατά τα επόμενα χρόνια, οι χημικές και φυσικές ιδιότητες των νανοϋλικων πρόκειται να χρησιμοποιηθούν ευρέως στην κατασκευαστική βιομηχανία, εξαιτίας της ευελιξίας και των πολλαπλών εφαρμογών που προσφέρουν. Με τον όρο νανοϋλικά, ορίζουμε τα υλικά εκείνα που τουλάχιστον μία διάσταση τους είναι μικρότερη από 100 νανόμετρα. Το μικροσκοπικό τους μέγεθος αποτελεί καταλυτικό παράγοντα, διότι τα υλικά όταν βρίσκονται σε νανοκλίμακα έχουν διαφορετικές ιδιότητες, αναφορικά με τα αντίστοιχα υλικά συμβατικού μεγέθους. Αλλάζοντας τη δομή ενός φυσικού σώματος σε ατομικό επίπεδο, διαμορφώνουμε τη συμπεριφορά του, κατασκευάζοντας επί της ουσίας ένα καινούριο, πιο ενισχυμένο υλικό.
Ιδιαίτερα δημοφιλείς, με προοπτική πολλαπλών εφαρμογών στον κατασκευαστικό κλάδο, είναι οι νανοσωλήνες άνθρακα (carbon nanotubes), οι οποίοι ονομάζονται έτσι εξαιτίας του κυλινδρικού τους σχήματος, που παρουσιάζουν σε νανοκλίμακα. Οι νανοσωλήνες διαθέτουν μεγαλύτερη αντοχή από το ατσάλι, ενώ διαθέτουν μόλις το 1/6 της πυκνότητας του. Ο συνδυασμός τους με το κοινό σκυρόδεμα, χαρίζει στο τελευταίο μεγαλύτερη ανθεκτικότητα, αποτρέποντας πιθανές ρωγμές και αλλοιώσεις στην επιφάνεια του. Επιπρόσθετα οι νανοσωλήνες μπορούν να ενισχύσουν σημαντικά τις μηχανικές και θερμικές ιδιότητες των κεραμικών και επιτρέπουν τον έλεγχο της δομικής υγείας του κτιρίου.
Τα νανοσωματίδια διοξειδίου του τιτανίου (Titanium dioxide nanoparticles) έχουν μοναδική δράση, όταν συνδυαστούν με άλλα υλικά. Χαρακτηριστικά, μπορούν να εισαχθούν στο σκυρόδεμα ή να προστεθούν σε μπογιές και παράθυρα, εξαιτίας της αντιμικροβιακής τους ιδιότητας. Το διοξείδιο του τιτανίου εμποδίζει την κατακάθιση των οργανικών ρύπων και των βακτηριακών μεμβρανών μέσω ισχυρών σωματιδιακών διεργασιών, περιορίζοντας τους ρύπους του αέρα στις επιφάνειες. Όντας υδρόφιλο, προσδίδει λειτουργία αυτό-καθαρισμού στα υλικά, αξιοποιώντας την βροχή.
Το νερό που πέφτει ορμητικά στις ολισθηρές εξωτερικές επιφάνειες, ξεπλένει όλες τις βρωμιές και τους μικροοργανισμούς, διατηρώντας το λευκό χρώμα της επίστρωσης.
Ένα ακόμη επίτευγμα της νανοτεχνολογίας, το οποίο αναμένεται να κυριαρχήσει στο βραχυπρόθεσμο μέλλον, είναι τα νανοσωματίδια του διοξειδίου του πυριτίου (Silicon dioxide nanoparticles). Μία από τις κύριες εφαρμογές των σωματιδίων γίνεται στο σκυρόδεμα, στο οποίο προσδίδει αυξημένη μηχανική αντοχή. Εξίσου αποτελεσματικά εισάγονται και στα κεραμικά, στα οποία προσφέρουν ανθεκτικότητα στην φωτιά, ψυκτική δράση και βελτιώνουν την διάχυση του φωτός. Ανάλογες χρήσεις υπάρχουν και στα παράθυρα, τα οποία με τη προσθήκη του διοξειδίου του πυριτίου αποκτούν πυρίμαχες ιδιότητες και μειωμένη αντανάκλαση.
Επιπλέον, η νανατεχνολογία μπορεί να συμβάλλει καθοριστικά στην εξοικονόμηση ενέργειας, γεγονός που θέτει ένα βήμα παραπέρα την υπόθεση υλοποίησης βιώσιμων κτιρίων. Γίνεται λόγος για βελτίωση της απόδοσης των ηλιακών συλλεκτών, καθιστώντας δυνατή την ενσωμάτωση ενός μόνο πίνακα με μια τεράστια ποικιλία μεμονωμένων ηλιακών κυψελών. Η ύπαρξη μίας τέτοιας τεχνολογίας, θα μείωνε σημαντικά το κόστος, ενώ παράλληλά θα καθιστούσε την ηλιακή ενέργεια ρεαλιστική οικολογική λύση, η οποία θα μπορούσε σταδιακά να αντικαταστήσει τα ορυκτά καύσιμα.
Υποδαπέδια Θέρμανση
Ένα από τα πρωταρχικά ζητήματα της σύγχρονης αρχιτεκτονικής είναι ο σχεδιασμός κατασκευών, με κριτήριο των περιορισμών των ενεργειακών δαπανών. Στους επαγγελματικούς χώρους, όπως είναι τα εμπορικά καταστήματα και οι δομές φιλοξενίας, πάνω από το 40% της συνολικής τους ενεργειακής κατανάλωσης, αποδίδεται στα απαιτητικά συστήματα ψύξης και θέρμανσης των κτιρίων. Το πρόβλημα λύνεται εν πολλοίς με τη χρήση υποδαπέδιων μονάδων θέρμανσης. Χάρις στο σύστημα αυτό, το πάτωμα ακτινοβολεί θερμότητα καθ’ όλη τη διάρκεια της ημέρας, ακόμα και όταν είναι ανενεργό. Θα μπορούσαμε να παρομοιάσουμε τη λειτουργία του με εκείνη μίας σόμπας, που παρέχει ζέστη στον χώρο για αρκετό διάστημα μετά το σβήσιμο. Η υποδαπέδια θέρμανση είναι αποτελεσματική σε επιφάνειες με πλακάκια ή τσιμέντο, οι οποίες ψύχονται εύκολα κατά τις νυχτερινές ώρες.
Τούβλα απορρόφησης ρύπων
Ένα πρωτοποριακό και άκρως φιλικό με το περιβάλλον εγχείρημα, αναπτύχθηκε από την επίκουρο καθηγήτρια Carmen Trudell, του κολεγίου αρχιτεκτονικού και περιβαλλοντικού σχεδιασμού, στο Cal Poly. Πρόκειται για ένα νέο είδος τούβλου, το οποίο έχει την ικανότητα να απορροφά τους ρύπους του ατμοσφαιρικού αέρα και έπειτα να τον απελευθερώνει φιλτραρισμένο. Το υλικό αυτό μπορεί εύκολα να ενταχθεί στην κατασκευαστική διαδικασία, χωρίς επιπλοκές, καθώς είναι εντελώς συμβατό με το τυπικό σύστημα εξαερισμού ενός κτιρίου.
Η λειτουργία του βασίζεται σε σύστημα πρόσοψης δύο στρωμάτων, με τα εξειδικευμένα τούβλα στο εξωτερικό και τυπική μόνωση στο εσωτερικό. Στο κέντρο του βρίσκεται ένα σύστημα φιλτραρίσματος, το οποίο διαχωρίζει τα ρυπογόνα σωματίδια του αέρα και τα αποθηκεύει σε μία αποσπώμενη χοάνη. Με πιο απλά λόγια, θα μπορούσαμε να πούμε ότι λειτουργεί σαν τον απορροφητήρα της κουζίνας ή σαν μία κοινή ηλεκτρική σκούπα. Μετά από μετρήσεις, διαπιστώθηκε ότι τα συγκεκριμένα τούβλα μπορούν να φιλτράρουν έως το 30% των λεπτών και το 100% των χονδρών σωματιδίων, όπως είναι η σκόνη.
Η προοπτική μαζικής κατασκευής κτιρίων, τα οποία όχι μόνο δεν επιβαρύνουν το περιβάλλον, αλλά θα μπορούν να μειώνουν τους ρυπογόνους παράγοντες του ατμοσφαιρικού αέρα, είναι ένας στόχος που λαμβάνει στα σοβαρά ο κατασκευαστικός κλάδος. Η ύπαρξη ενός υγιεινού ιδιωτικού και δημόσιου χώρου, εξασφαλίζει καλύτερη ποιότητα ζωής και εξυπηρετεί το κοινό συμφέρον.
Συμπερασματικά, διαπιστώνουμε ότι η τεχνολογία καλπάζει και συνεχώς προσφέρει καινούριες δυνατότητες εξέλιξης στον τομέα των κατασκευών. Σε λίγα μόλις χρόνια, αναμένεται σχεδόν όλα τα παραδοσιακά δομικά υλικά να αντικατασταθούν με άλλα, πιο πρωτοποριακά, που θα ανταποκρίνονται στις σύγχρονες κατασκευαστικές απαιτήσεις. Ήδη έχουν υλοποιηθεί κτίρια, με γνώμονα τις τρέχουσες τεχνολογικές τάσεις, τα οποία βασίζονται στην αειφόρο ανάπτυξη και χαρακτηρίζονται από απαράμιλλη αισθητική και άκρως φιλόξενο περιβάλλον. Αναμφίβολα, οι εξελίξεις είναι καταιγιστικές και όλοι ανυπομονούμε να γίνουμε θεατές των επόμενων αρχιτεκτονικών θαυμάτων.
