فصل اقتصاد - نشست تخصصی اندیشکده حکمرانی هوشمند بر ضرورت بازنگری در طراحی پنجره‌ها برای حفظ جان شهروندان در زمان بحران و کاهش هدررفت انرژی در زمان صلح تأکید کرد.
، سیدطه‌حسین مدنی در نشستی که به مناسبت روز جهانی معمار و همچنین بحث و بررسی مدیریت انرژی و الزامات پدافند غیرعاملی با حضور کارشناسان نظامی و انتظامی، پدافند غیرعامل، نظام مهندسی، مدیریت شهری و فعالان حوزه ساختمان و انرژی برگزار شد، گفت: در جنگ اخیر ما مکرراً شاهد مواردی چون شکستن شیشه‌ها و پرتاب شدن پنجره ساختمان‌ها بودیم.
مدنی افزود: موضوع شکسته شدن شیشه‌ها از قدیم به عنوان یکی از خسارات ناشی از جنگ مطرح بوده و نسل‌های مختلف با راهکارهای ایمنی مانند زدن نوارچسب، قرار دادن پتو یا پارچه ضخیم مقابل پنجره و راهکارهایی از این دست آشنا هستند اما از جا کنده شدن پنجره‌ها و پرتاب آن به سمت بیرون یا درون ساختمان از جمله پدیده‌هایی بود که بیشتر در این جنگ شاهد آن بودیم.
رئیس اندیشکده حکمرانی هوشمند افزود: به نظر می‌رسد طی چند سال گذشته در ساختمان‌سازی، پیش‌بینی‌های لازم جهت اتصال ایمن پنجره به ساختمان برای جلوگیری از کنده شدن آن هنگام انفجار صورت نگرفته است به همین دلیل در جنگ اخیر بارها مشاهده شد که پنجره‌ها به دلیل اتصال غیرایمن به ساختمان، هنگام انفجار از جا در آمده و مانند ترکش، به عابران و خودروهای بیرونی یا افراد و اموال داخل ساختمان آسیب زده بود.
گفتمانی برای ایمن‌سازی و بهینه‌سازی پنجره‌ها در زمان جنگ و صلح
مدنی خاطرنشان کرد: با توجه به لزوم استفاده از تجربه‌های جنگ و اهمیت این موضوع، اندیشکده حکمرانی هوشمند تصمیم گرفت تا با برگزاری این نشست و دور هم جمع شدن کارشناسانی از حوزه‌های مختلف نظامی-انتظامی، پدافند غیرعامل، نظام مهندسی و مدیریت شهری، زمینه را برای شروع تبادل نظر در این زمینه فراهم کند تا جریانی را برای توجه به ایمنی پنجره‌ها در زمان جنگ و جلوگیری از هدررفت انرژی در زمان صلح شروع کند.
رئیس اندیشکده حکمرانی هوشمند تصریح کرد: علاوه بر ایمنی پنجره در برابر موج انفجار و حتی بلایای طبیعی چون زلزله، بررسی این بخش مهم ساختمان از نظر هدررفت یا نگهداشت انرژی در فصل گرما و سرما هم از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است و می‌توان در کنار موضوع ایمنی به مسأله مهم انرژی هم پرداخت.
وی خاطرنشان کرد: بر همین اساس در این نشست مقدمه‌ای درباره ایمنی سازه در برابر امواج انفجار و همچنین موضوع هدررفت انرژی در پنجره‌ها مطرح شد تا توجه به این موضوعات جلب و سپس بررسی شود که در دنیا چه اقداماتی برای رفع این چالش‌ها انجام شده و این اقدامات چگونه باید متناسب با شرایط در مناطق مختلف کشور بومی‌سازی شود.
رئیس اندیشکده حکمرانی هوشمند افزود: قرار گرفتن اندیشکده‌ها و نهادهای علمی بین بخش‌های حاکمیتی و بخش فنی و دانشگاهی، می‌تواند مباحث اجرایی در این حوزه را با توجه به محدودیت‌های موجود به راهکارهای علمی پیوند بزند.
وی در پایان اظهار کرد: سرمایه‌گذاری دولت و بخش خصوصی بر روی این فناوری‌های پدافندی و بومی‌سازی آن‌ها در دوران صلح، باعث جلوگیری از هدررفت عظیم انرژی ملی می‌شود و در زمان بحران، به عنوان سپری مستحکم، ضامن حفظ زیرساخت‌های حیاتی و جان انسان‌ها خواهد بود. این رویکرد چندبعدی، تجلی واقعی پدافند غیرعامل کالبدی در معماری و شهرسازی نوین ایران است.
ضرورت ایجاد تعادل پایدار بین عملکرد حرارتی و مقاومت سازه‌ای در پنجره‌ها
در ادامه این نشست، معاون پژوهش اندیشکده حکمرانی هوشمند با اشاره به اهمیت شبیه‌سازی و مهندسی سیستم‌های نمای مقاوم در برابر انفجار و بهره‌ور در انرژی و ضرورت توجه به رویکردی پدافند غیرعاملی برای زیرساخت‌های حساس ایران در این حوزه، گفت: یکی از پیچیده‌ترین چالش‌های مهندسی در طراحی و مهندسی زیرساخت‌های حساس، پادگان‌های نظامی، مقرهای انتظامی و ساختمان‌های استراتژیک، ایجاد تعادل پایدار میان «عملکرد حرارتی و بهره‌وری انرژی» در زمان صلح و «مقاومت سازه‌ای و حفاظت جانی» در زمان بحران و حملات دشمن است.
وی با بیان اینکه پوسته خارجی ساختمان (Building Envelope) به‌ویژه بازشوها و پنجره‌ها، به عنوان ضعیف‌ترین حلقه‌های زنجیره مقاومت سازه‌ای، همواره پاشنه آشیل سازه‌ها در برابر امواج انفجار بوده‌اند، تصریح کرد: بررسی‌های تاریخی و میدانی در جنگ‌ها، حملات تروریستی و تقابل‌های نظامی اخیر در غرب آسیا و به طور خاص در ایران، نشان‌دهنده یک پارادوکس مهندسی در رفتار انواع پنجره‌هاست.
معاون پژوهش اندیشکده حکمرانی هوشمند ادامه داد: پنجره‌های سنتی با پروفیل‌های آهنی سنگین که در دهه‌های گذشته در سازه‌های ایرانی استفاده می‌شد؛ عموماً به صورت مستقیم به اسکلت فلزی ساختمان یا فریم‌های انتظار (Sub-frames) جوش می‌خورد. این یکپارچگی اتصالات جوشی باعث مقاومت کششی و برشی زیاد چارچوب در برابر امواج انفجار و بارهای دینامیکی شدید می‌شد و بنابراین پنجره به ندرت از جای خود در می‌آمد.
وی در ادامه گفت: با وجود این مقاومت بالا، اما فلز آهن با ضریب هدایت حرارتی بسیار بالا، یک رسانای حرارتی قدرتمند است و در زمان صلح، این پنجره‌ها باعث ایجاد پل‌های حرارتی (Thermal Bridges) گسترده در نما شده و هدررفت شدید انرژی، میعان داخلی و افزایش چشمگیر هزینه‌های سرمایش و گرمایش را به دنبال دارند.
پنجره‌های آلومینیومی در برابر هدررفت انرژی مقاوم اما در برابر انفجار ضعیف است
معاون پژوهش اندیشکده حکمرانی هوشمند خاطرنشان کرد: در نقطه مقابل، با پیشرفت مباحث بهینه‌سازی مصرف انرژی و الزامات زیست‌محیطی مانند مبحث 19 مقررات ملی ساختمان ایران، استفاده از پنجره‌های آلومینیومی و UPVC (پلی‌وینیل کلراید سخت‌نشده) با شیشه‌های دوجداره رواج بی‌سابقه‌ای یافته است.
وی افزود: این سیستم‌ها عایق‌های صوتی و حرارتی بسیار کارآمدی هستند اما به دلیل استفاده از اتصالات مکانیکی ضعیف مانند پیچ و رولپلاک‌های پلاستیکی در چارچوب‌های بنایی یا بتنی و همچنین مقاومت دینامیکی پایین متریال UPVC در برابر نرخ کرنش بالا (High Strain Rate)، در صورت وقوع انفجار به شدت آسیب‌پذیر و خطرآفرین هستند.
وی با بیان اینکه این پنجره‌ها تحت بارگذاری دینامیکی ناشی از موج انفجار نه تنها خرد می‌شوند، بلکه کل قاب پنجره از بستر خود جدا شده و با سرعتی بالغ بر 30 تا 60 متر بر ثانیه به داخل فضای اشغال‌شده پرتاب می‌شود، گفت: در چنین سناریویی، پنجره‌ای که قرار بود عایق انرژی و حافظ آرامش ساکنین باشد، به یک ترکش ثانویه (Secondary Fragment) عظیم و مرگبار تبدیل می‌شود.
90 درصد تلفات به دلیل پرتاب قطعات خرد شده نمای ساختمان از جمله پنجره‌ها رخ می‌دهد
معاون پژوهش اندیشکده حکمرانی هوشمند ادامه داد: مطالعات بالینی و مهندسی نشان می‌دهند که در حوادث انفجاری، بیش از 90 درصد از تلفات جانی و جراحات شدید ناشی از پرتاب همین ترکش‌های ثانویه و قطعات خردشده نما است، نه موج مستقیم انفجار.
وی در ادامه تصریح کرد: با توجه تجربیات جنگ‌های اخیر در کشور و ضرورت توجه به ایمنی در کنار مسأله انرژی، برای پیشگیری از تلفات و خسارات ناشی از پرتاب پنجره‌ها در کنار پیشگیری از هدررفت انرژی، نیازمند سیستمی هستیم که «صلبیت و استحکام جوش‌پذیر آهن» را با «راندمان حرارتی پلیمرها» ترکیب کند.
کشورهای جهان برای حل این معضل چه کرده‌اند؟
معاون پژوهش اندیشکده حکمرانی هوشمند به تجربیات جهانی در این خصوص اشاره کرد و افزود: راه‌حل بنیادین و اثبات‌شده‌ای که در مقالات و کاتالوگ‌های صنعتی پیشرفته نظیر سیستم‌های Crittall و Catnic مطرح شده، استفاده از قاب‌های فولادی با تکنولوژی شکست حرارتی (Thermally Broken Steel Profiles) است.
وی توضیح داد: در این سیستم پیشرفته، دو نیمرخ فولادی فوق‌مقاوم یکی برای نمای بیرون و دیگری برای نمای داخل، توسط یک هسته عایق از جنس پلی‌آمید تقویت‌شده با الیاف شیشه یا رزین‌های ساختاری، به یکدیگر متصل می‌شوند. این هسته پلیمری به عنوان «شکست حرارتی» عمل کرده و مسیر انتقال گرما و سرما (پل حرارتی) را به طور کامل قطع می‌کند. همزمان، متریال فولاد به کار رفته در پروفیل‌ها، استحکام تسلیم بسیار بالا و قابلیت جذب انرژی (Ductility) مناسبی را برای تحمل ضربات دینامیکی فراهم می‌آورد.
معاون پژوهش اندیشکده حکمرانی هوشمند اضافه کرد: برای جلوگیری از جداشدگی این قاب‌ها در محیط‌های نظامی، طراحی اتصالات باید با استفاده از رویکرد «طراحی ظرفیت بتن» (Concrete Capacity Design - CCD) و الزامات آیین‌نامه ACI 318 و ASCE 59-11 صورت پذیرد. بر اساس این اصل، مقاومت سیستم اتصال قاب به بستر، باید همواره از ظرفیت نهایی خود قاب و شیشه بیشتر باشد. تحت هیچ شرایطی نباید اتصال زودتر از خود شیشه بشکند.
بومی‌سازی راهکارهای جهانی متناسب با شرایط داخلی
وی با تأکید بر لزوم بومی‌سازی این تجربیات و استانداردها متناسب با شرایط کشور، گفت: به عنوان نمونه، در نقاط حساس تهران می‌توان برای سیستم قاب از مقاطع فولادی ترمال‌بریک با اتصال جوشی به زیرقاب، برای شیشه از شیشه‌های لمینت دوجداره (IGU) با فضای پرشده از گاز آرگون برای عایق حرارتی و همچنین سیستم‌های جاذب انرژی مضاعف برای طبقات همکف و اول که مستقیماً در معرض بیشترین فشار (Incident Pressure) هستند استفاده کرد. تعبیه سیستم‌های کابلی مهارکننده (Catchment Cable Systems) در پشت پنجره هم می‌تواند در صورت گسیختگی احتمالی، شیشه را پیش از ورود به عمق اتاق متوقف کند.
معاون پژوهش اندیشکده حکمرانی هوشمند به سیستم‌های مناسب با مناطق جنوبی هم اشاره و تصریح کرد: این مناطق مانند بندرعباس، عسلویه، جزایر خلیج فارس و چابهار میزبان حیاتی‌ترین تاسیسات نفتی، پالایشگاه‌ها، پایگاه‌های دریایی و زیرساخت‌های اقتصادی کشور هستند. همچنین این مناطق متأثر از رطوبت بالای 80 درصد، دمای فراتر از 50 درجه سانتی‌گراد و محیطی به شدت خورنده و حاوی یون‌های کلر و نمک دریایی هستند.
وی افزود: بنابراین باید برای محافظت در برابر خوردگی و زنگ‌زدگی قاب، از فولاد ضدزنگ گرید دریایی (Stainless Steel 316) و یا حداقل رنگ‌ها و پوشش‌ها مقاوم استفاده شود. همچنین با توجه به زاویه تابش خورشید و گرمای شدید، شیشه‌های لمینت باید حتماً دارای پوشش‌های کنترل‌کننده تابش با ضریب انتقال حرارت پایین (Low-E Coatings) با ارزش SHGC بهینه‌شده باشند تا بار برودتی سیستم‌های تهویه مطبوع کاهش یابد. در نهایت برای ایجاد مقاومت در برابر ایمپالس طولانی باید از چسب‌های سیلیکونی سازه‌ای (Structural Silicone Glazing - SSG) با عرض گزش (Bite Depth) حداقل 25 میلی‌متر برای مهار لبه‌های شیشه به قاب، جهت جلوگیری از بیرون پریدن شیشه تحت مکش طولانی، استفاده کرد.
وی در ادامه به نهادهای حاکمیتی و شهرداری‌ها توصیه کرد تا علاوه بر مبحث 21 مقررات ملی ساختمان» که چارچوب و الزامات اولیه را برای تاب‌آوری زیرساخت‌ها در برابر تهدیدات نظامی، تروریستی و انفجار تعیین کرده است نسبت به حریم‌بندی و الزامات برای ساختمان‌های مجاور اماکن حساس، پهنه‌بندی خطر توسط شهرداری‌ها، ممنوعیت نماهای خطرآفرین و طرح مقاوم‌سازی ساختمان‌های موجود توجه کنند.