پایان نامه - مقاله - تحقیق

 واژه و اصطلاح بسیار نزدیک و مرتبطی که برای درک اهداف علم مواد زیستی- پزشکی مهم است و به فهم تعریف بیومواد کمک می‌کند سازگاری زیستی است[1] است. بر طبق تعریف ویلیامز، سازگاری زیستی یا زیست سازگاری عبارت است از: توانایی یک ماده برای ایفای نقش در یک کاربرد ویژه و اجرای یک وظیفه خاص به گونه‌ای که توام با دریافت پاسخ صحیح و مناسب از طرف بافت میزبان باشد[70]. همچنین ماده‌ای را می‌توان زیست سازگار نامید که در محیط زیستی (بیولوژیکی) کیفیت غیر مخرب داشته و تنها واکنش بدن در مقابل آن تشکیل بافت باشد این مواد شامل مثال‌هایی چون فولادهای ضد زنگ هستند[70].

فولاد ضد زنگ آستنیتی و به ویژه نوع 316 ال[2] متداول‌ترین فولاد برای کاربرد کاشت‌ها محسوب می‌شود این فولاد قابلیت سخت شدن با کارسرد را دارد. فولاد 316ال خاصیت مغناطیسی نداشته و جذب آهنربا نمی‌شود و در مقایسه با فولادهای دیگر، مقاومت خوردگی بهتری دارد. حضور مولیبدن در آلیاژ، مقاومت در برابر خوردگی حفره‌ای[3] در آب نمک را افزایش می‌دهد. وجود نیکل در آلیاژ، پایداری فاز آستنیت را در دمای اتاق فراهم می‌سازد و علاوه بر آن مقاومت خوردگی را افزایش می‌دهد. پایداری فاز آستنیت می‌تواند بر اثر تغییر مقدار نیکل و کرم موجود در آلیاژ تحت تأثیر قرار گیرد[71].

جدول 1-1- ترکیب شیمیایی فولاد ضد زنگ 316ال

 دسته‌ای دیگر از بیومواد، مواد زیست خنثی هستند که هیچ گونه عنصری را آزاد نمی‌سازند ولی هیچ بر همکنش مثبتی را نیز با بافت زنده نشان نمی‌دهند. پاسخ بدن میزبان در مقابل آن‌ها ایجاد اتصال با بافت است. از انواع معمول بیومواد زیست خنثی می‌توان به تیتانیوم و آلیاژهای آن اشاره کرد. در مورد تیتانیوم و آلیاژهای آن اظهار نظرهای متفاوتی و درگاهی موارد متناقضی وجود دارد برخی محققان تیتانیوم را جزء بیومواد زیست فعال دسته‌بندی کرده‌اند[73و70] در حالی که بعضی منابع آن را زیست خنثی دانسته‌اند[72].

مواد زیست فعال بر همکنش مثبتی رابا بافت زنده نشان می‌دهند. بر خلاف مواد زیست خنثی، پیوند شیمیایی با استخوان و در فصل مشترک برقرار می‌سازند. به دلیل وجود چنین پیوندهایی، تحمل تنش‌های برشی را نیز در فصل مشترک دارند[75و72].

اگر تیتانیوم خالص بدون حضور لایه رویین از جنس اکسید تیتانیوم در نظر گرفته شود، ماده زیست خنثی است و برهمکنشی با بافت میزبان ندارد ولی از آنجا که لایه رویین اکسیدتیتانیوم همواره و در هر محیطی که اندکی اکسیژن در آن وجود داشته باشد درکسری از ثانیه بر روی تیتانیوم تشکیل می شود موجب برهمکنش تیتانیوم با بافت اطراف شده و در نتیجه فعالیت زیستی از تیتانیوم مشاهده می گردد. دلیل اصلی وجود اختلاف نظر ذکر شده نیز آن است که در برخی مراجع تیتانیوم بدون لایه رویین در نظر گرفته شده است[74].

تیتانیوم به دلیل داشتن 5 مشخصه، به عنوان یک مادۀ کاشتنی دندانی مهم شناخته می‌شود: 1- مقاومت خوردگی عالی   2- استحکام بالا   3- نسبت استحکام به وزن بالا    4- چقرمگی بالا    5- خاصیت زیست خنثی یا زیست فعال بودن[76]

اما به منظور حصول موفقیت کلینیکی، مواد کاشتنی باید فصل مشترک پایداری با بافت اطراف خود تشکیل دهند تا با خواص مکانیکی بافت طبیعی سازگار شوند. با این که فلزاتی چون فولاد ضد زنگ 316ال و تیتانیوم بسیاری از الزامات بیومکانیکی کاشتنی ها را ارضاء می‌کنند ولی پیوند بین سطح فلزی و استخوان‌های اطراف ضعیف است برای غلبه بر چنین مشکلی باید از پوشش‌های بیوسرامیکی استفاده نمود[77].

پوشش‌های بیوسرامیکی به منظور بهبود مقاومت سایشی و خوردگی کاشتنی‌های فلزی، همچنین برای اصلاح و بهبود عملکرد و کاربرد کاشتنی‌های تحت بار ارتوپدی و دندانی در بدن، تحت بررسی و مطالعه و مورد استفاده قرار گرفته‌اند[77و 62].

در اکثر پژوهش‌ها، توجه اصلی به پوشش زیر کونیا برای اصلاح مقاومت خوردگی زیر لایه فلزی کاشتنی بوده است]74]. زیر کونیا هیچگونه فرآیند خوردگی یا تجزیه و اضحلال را در محیط‌های بیولوژیکی متحمل نمی‌شود و از آنجا که ساختار مولکولی کاملاً متفاوت با بافتهای بدن دارد عموماً در بدن موجود زنده پایدار می‌ماند. همچنین زیر کونیا به طور چشمگیری توسط بافت اطراف مورد پذیرش قرار می‌گیرد. اما با استخوان پیوند شیمیایی برقرار نمی‌کند و به عنوان بیوماده خنثی شناخته شده است[78].

یکی دیگر از پوشش‌های بیوسرامیکی هیدروکسی آپاتیت می‌باشد که به عنوان پوشش بر روی کاشتنی های فلزی استفاده می شود. یکی از دلایل استفاده از هیدروکسی آپاتیت در پوشش‌دهی کاشتنی‌ها، تثبیت سریع‌تر کاشتنی در محیط استخوانی اطراف آن است. دلیل دیگر، افزایش عمر عملکرد کاشتنی است. پوشش‌های هیدروکسی آپاتیت در مجاورت محیط استخوانی، بهترین پاسخ بافت را موجب خواهند شد. اما پوشش هیدروکسی آپاتیت با پیوند ضعیف از کاشتنی جدا می‌شود و موجب از بین رفتن سطح کاشتنی نیز خواهد شد[62]. در حقیقت پایین بودن استحکام پیوند بین لایه پوشش هیدروکسی آپاتیت و زیر لایه فلزی کاشتنی، نقطه ضعف پوشش هیدروکسی آپاتیت در کاربرد پزشکی و پروتزهای بدن بوده است. طی پژوهشای مختلف تلاش شده تا با افزودن زیر کونیا به هیدروکسی آپاتیت، اصلاح و بهبود استحکام پیوند پوشش هیدروکسی آپاتیت حاصل گردد. با افزودن زیرکونیا، خواص مکانیکی پوشش هیدروکسی آپاتیت بهبود یافته و تشکیل اکسید کلسیم که فازی ترد و نامطلوب در پوشش است، کاهش می‌یابد[62].

یکی از مهمترین پارامترهای پوشش دهی، استفاده از روش مناسب جهت ایجاد پوششی با تراکم و یکنواختی و چسبندگی مناسب می‌باشد[31].

روش الکترولیت پلاسما می‌تواند به عنوان تکنیکی برای ایجاد پوشش سرامیکی بر روی فلزات به کار رود. پیدایش این تکنیک به دهه 1930 بر می‌گردد، هنگامی که Gunterschulze و Betz برای اولین بار تخلیه الکتریکی را بر روی یک سطح آندی بررسی کردند. در سال‌های اخیر این روش به عنوان تکنیکی برای انجام عملیات سطحی بر روی سطح فلزات به کار گرفته شده است. نتایج گزارش شده از تحقیقات حاکی از آن است که پوشش‌های ایجاد شده به این روش باعث ایجاد مقاومت خوردگی عالی و خصوصیت ضد سایش در سطح فاز می‌شود[23].

در انجام این تحقیق اهداف زیر دنبال می‌شود:

1- بررسی امکان پوشش‌دهی همزمان هیدروکسی آپاتیت و زیرکونیا به روش الکترولیتی پلاسمایی بر روی فولاد ضد زنگ 316ال و تیتانیوم.

2-بررسی خواص تریبولوژیکی و سایش در محلول رینگر و محلول بزاق مصنوعی

3- بررسی خواص خوردگی در محلول وینگر و محلول بزاق مصنوعی

:

سرمت آلیاژ مقاوم در برابر حرارت است که با همجوشی پودر فلزات و مواد سرامیکی تولید می شود. بیشتر سرامیک ها در مقابل عوامل اکسیدکننده مقاومت بالایی از خود نشان داده اند. این خاصیت با شکل پذیری(انعطاف پذیری) فلزات توام شده و ماده ای به نام سرمت(مخففceramic metal) را ایجاد کرده است که دارای استحکام وسختی بسیار می باشد و در برابر حرارت های بالا و در برابر تغییرشکل و ضربه مقاوم است.

روشهای مختلفی برای ایجاد پوشش های سرمتی روی سطح مواد فلزی وجود دارد مانند پاشش حرارتی، لایه نشانی لیزری، رسوب دهی با بخار و غیره. در میان این روش ها، روش رسوب دهی با الکترولیز پلاسمایی(PED) از بهترین روش ها است چون حرارت دهی پنهانی مواد زیرلایه را در حین فرایند داریم و پوشش هایی با اتصال متالورژیکی به سطح زیرلایه فلزی ایجاد می شود. البته عیب اصلی این روش، ولتاژ بالا برای بدست آوردن شدت میدان الکتریکی بحرانی 610،810 V/m می باشد که این به دلیل جدایش الکترود با الکترولیت بوسیله لایه گازی است.[1-3]

در این روش، قوس هایی در الکترولیت ایجاد می شود که باعث بوجود آمدن پلاسما می گردد. با این روش می توان با سرعت های رسوب دهی بالا و به طور مناسبی پوشش دهی را انجام داد. در این روش می توان هم از روش آندی و هم کاتدی استفاده نمود.[4]

یکی از سرمت هایی که می توان روی سطوح فولادی اعمال کرد، سرمت WC-Co می باشد. این سرمت برای جاهایی که نیاز به مقاومت

 سایشی بالایی دارند استفاده می شود. مقاومت سایشی بالای این سرمت به علت سختی بالا و تافنس شکست متوسط آن می باشد. مواد دیگری مانند Cr3C2/TiC-NiCrMo نیز قابل استفاده و بررسی می باشد.

پیشینه تحقیق:

آزمایشاتی در مورد پوشش دهی فولاد با سرمت WC-Co به روش PED انجام شده است.مؤثرترین آن پوشش دهی با استفاده از الکترولیت (NH2)2CO و KF می باشد.اعمال روش ‍PED روی WC-Co چسبندگی بسیار خوبی را بین پوشش سرمت و زیرلایه فولادی بدست آورده است. همچنین با این کار کاربیدهای بیشتری و نیز بعضی نیتریدها به جای اکسیدها تشکیل شده اند. با این کار سختی بالا و مقاومت سایش عالی از این پوشش سرمت بدست آمده است.[1,5]

تئوری تحقیق:

• فرآیند انجام شده روی سطح الکترود در الکترولیز:

با توجه به شکل 1 در الکترولیز روی سطح الکترودها تعدادی فرآیند داریم. در سطح آند آزادسازی اکسیژن گازی و/یا اکسید فلزی اتفاق می افتد. با توجه به فعالیت شیمیایی الکترولیت، فرآیند اکسیداسیون می تواند منجر به انحلال سطح یا تشکیل فیلم اکسیدی شود. در سطح کاتد هم آزادسازی هیدروژن گازی و/یا احیای کاتیون می تواند رخ دهد.

شکل1

2- مشخصات جریان– ولتاژ فرآیند الکترولیز پلاسمایی:

شکل 2 نموداری از جریان ـ ولتاژ یک سیستم فلز-الکترولیت با آزادسازی گاز روی سطح کاتد را نشان می دهد. در این سیستم در ناحیه 0-U1 با افزایش ولتاژ، جریان هم با توجه به قانون اهم بالا می رود. در این حالت حباب های زیادی روی سطح الکترود به علت الکترولیز شدید محلول و آزادسازی حرارت، ایجاد می شود. در U1-U2 با افزایش پتانسیل، نوسان جریان همراه با نورافشانی را داریم. این افزایش جریان بوسیله ایجاد پوششی با هدایت الکتریکی پایین از محصولات گازی واکنش(O2 یا H2) روی سطح الکترود محدود می شود. در نواحی که الکترود در تماس با مایع باقی می ماند، دانسیته جریان زیاد می شود. این امر باعث جوش آمدن موضعی در مجاور الکترود می شود. در این ناحیه E به بین106و108می رسد که برای آغاز فرایند یونیزاسیون در پوشش بخار کافی است. یونیزاسیون در ابتدا مانند یک جرقه سریع در حباب های گاز پخش و ظاهر می گردد. سپس به صورت یکنواخت انجام می شود. به دلیل پایداری هیدرودینامیکی پوشش بخار در ناحیه U2-U3، جریان افت می کند. در این ناحیه، پوشش پلاسما در حال تشکیل شدن است. در نقطه U3، کاتد بوسیله پلاسمای بخار گازی پیوسته احاطه شده است. این جدایش کامل الکترود از الکترولیت بوسیله این پوشش گازی باعث کاهش شدید جریان در سطح الکترود می شود. در این حالت شرایط عملیات هایی مثل کربوره و نیتروره کردن الکترولیز پلاسمایی(PEN/PEC) ایجاد شده است. بعد از این نقطه ولتاژ تقریبا ثابت می شود. دراین ناحیه یون های فعال شده C  و N داریم که به ترتیب تحت تاثیر دما و غلظت موضعی بالای این مواد، روی سطح رسوب کرده و به درون قطعه نفوذ می کنند. تحت چنین  شرایطی اشباع سطح می تواند غالبا در 3 تا 5 دقیقه صورت گیرد و فرآیند کامل شود. با افزایش ولتاژ در نقطه U5 در پوشش پلاسما، قوس شدیدی ایجاد می شود که برای سطح قطعه مضر می باشد پس نباید به این نقطه در پوشش دهی برسیم[4,6,7]

شکل2

3- فرآیندهای فیزیکی-شیمیایی ناشی از وجود پلاسما:

پدیده پلاسما به طور قابل توجهی فرآیندهای اصلی الکترود را تغییر می دهد چون باعث افزایش هردو فرآیند فیزیکی و شیمیایی by-product و تحریک فرآیندهای جدید روی سطح الکترود می شود(شکل 3). بنابراین فرآیندهای حرارتی و نفوذی، واکنشهای شیمیایی پلاسمای جدید و جابجایی ماکروذرات(یعنی اثرات cataphoretic) در حین فرآیند الکترولیز محتمل می شود. این فرآیندها در کاربردهای گوناگونی از الکترولیز پلاسما استفاده می شود، که شامل عملیات حرارتی بوسیله پلاسما و ذوب، جوشکاری، تمیزکاری، اچ کردن، پولیش کردن، تخلیه نفوذی و رسوب(یعنیPED) می باشد و در میان این تکنیک های الکترولیتی پلاسما، گروه PED﴿که شامل روشهای PEO و PES- شامل PEC، PEN، PEBو … است﴾ به عنوان روشهای با هزینه مناسب برای شکل دهی لایه های سطحی با تریبولوژی ،خوردگی و مانع حرارتی بالاپذیرفته شده است.. با توجه به شکل 3، لایه هایی که تشکیل می شود نتیجه اصلاح فرآیندهای اصلی الکترود است،که اصولا ناشی از واکنشهای شیمیایی متاثر از وجود پلاسما و فرآیندهای نفوذی روی سطوح الکترود است. در ابتدا اکسیداسیون آندی در مورد PEO و الکترولیز محلول و احیای کاتیون در مورد ‍PES داریم. نقش فرآیندهای دیگر فیزیکی- شیمیایی ناشی ازوجود پلاسما در تشکیل لایه سطحی، کمتر آشکار می باشد؛ ولی غالبا وابستگی داخلی با فرآیندهای شیمیایی و نفوذی وجود دارد و بنابراین مستحق توجه بیشتری است.[6]

با انقلاب صنعتی و پیش فت تكنولوژی دستیابی آسان به سوختهای فسیلی امكان پذی شد و نیازهای
س مایشی وگ مایشی و … به راحتی والیته بدون توجه به كالید معماری دردست س اف اد ق ارگ فت . معماری
مدرن كه شاخصه بارزآن، تاثی پذی ی معماری از تكنولوژی است ، تحولات اساسی در معماری به دنیال
داشت كه مهمت ین آنها ف اموش شدن الگوهای معماری منطیق ب اقلیم ) بود)زركش وشاك ی ، 0391 .
موضوع اقلیم در بحث توسعه پایدار، از میاحث اساسی و تعیین كننده می باشد . چ ا كه موضوع
توسعه پایدار،ص فه جویی در مص ف ان ژی، خصوصاً ان ژی های فسیلی و تجدید ناپذی بوده و لذا، ط احی
اقلیمی بناها و كالیدشه ها و روستاها، نقش به سزایی در كاهش مص ف سوخت و در نتیجه حفظ آن ب ای
نسل های آینده خواهد داشت . با مطالعه ساختمان های بومی در ه اقلیم، به روشنی این نكته حاصل می
شود كه ساختمان های بومی، ب اساس اصول اقلیمی و در جهت استفاده حداكث از ان ژی های طییعی و
مقابله با س ما و گ مای آزار دهنده، ط احی وساختمان شده اند كه این ام به طور كامل با ف هنگ م دم ه
منطقه همسو بوده .) است)شقاقی و مفیدی ، 0331
3
1 1 بیان مسئله – –
موضوع توسعه پایدار چند دهه ای است كه در علوم و ح فه های مختلف از جمله معماری و شه سازی
مط ح شده و ریشه آن در بح ان های زیست محیطی و نیز مص ف بی رویه ان ژی های فسیلی در جهان می
باشد . موضوعاتی چون گ مایش عمومی ك ه زمین، رشد فزاینده گازهای گلخانه ای در جو زمین كه خود
عامل گ مایش جهانی است، آلودگی آب و هوا و خاک همه و همه به تشدید فعالیت های جدی علیه تخ یب
روزافزون محیط زیست و استفاده بی رویه از ان ژی های محدود فسیلی منج شده است . ب این اساس،
بحث ط احی صحیح ساختمان ها و كالید شه ها ب اساس اقلیم پی امون خود موضوع روز بوده و تیدیل به
گل س سید محافل و همایش های علمی جهانی در زمینه معماری و شه سازی شده است)همان(.
این نكته نیز حائز اهمیت است كه ام وزه ساخت مجتمع های مسكونی بیشت از آنكه به جنیه های
ط احی ،كیفیت ، پایداری و ش ایط اقلیمی آنها توجه شود بیشت به سمت و سوی تجاری شدن ح كت می
كند و این ام علاوه ب پایین آوردن كیفیت مجتمع ها ی مسكونی ، سای ویژگی های ط احی آنها را نیز زی

سوال می ب د.معماری ساختمان با تناسب اقلیمی ، تنوع آب و هوایی منطقه ، ص فه جویی در مص ف ان ژی
های به میاحث بسیار مهم و رای در سطح بین المللی تیدیل شده است، به طوریكه رعایت و اج ای
صحیح آن ها با راهكار های كم هزینه و پایدار )معمارانه( و هم زیستی با ش ایط طییعی و اقلیمی میدل به
یكی از مهمت ین تدابی در معماری و شه سازی شده و معماران و شه سازان را ملزم به رعایت اصول و
) قواعد خاصی در زمینه ساخت و ساز می كند كند )زندیه و پ وری نژاد ، 0339 .
عدم رعایت اصول معماری متناسب با ش ایط خاص اقلیمی علاوه ب افزایش شدید مص ف ان ژی ها
باعث افزایش مخارج خانواده و همین طور از بین رفتن ذخای غی قابل ب گشت فسیلی و نابودی زندگی
. ) آیندگان خواهد شد)حیدری ، 0391
همچنین هدف ی ساختمان اقلیمی استفاده خ دمندانه از زمین ، به حد اقل رساندن به ه ب داری از
منابع تجدید ناشدنی ،ارتقا كیفیت محیط زیست طییعی ، ت وی زندگی سالم ،به كار گی ی ان ژی های
.) طییعیه داراری چ خه زیستی وهماهنگ سازی بنا با محیط می باشد )هاشمی و حیدری ، 0391
لذا نگارنده در این ط ح به دنیال ط احی وایجاد تنوع در معماری مسكونی اقلیم س د شه ك د با راه
حل های مناسب و تكیه ب ایده های معمارانه به منظور استفاده صحیح از ش ایط اقلیمی ،ان ژی خورشید ،
جلوگی ی از اتلاف ان ژی ،كم ك دن هزینه های ساكنین ،جلوگی ی از آلوده ك دن محیط زیست و همخوانی
و همسازی با اقلیم است .
4
2 1 اهمیت و ضرورت طرح – –
به دنیال رشد ف آیند شه ی در دهه های اخی در ای ان به ویژه شه های بزرگ ،تامین مسكن به یكی از
بزرگت ین مشكلات كشورتیدیل شده است .نگ ش كمی به مسكن وتوجه به رفع كمیود ها و از ط فی محور
ق ار دادن سود آوری منج به نادیده گ فتن بسیاری از نیاز ها ی انسانی و ض ورتهای معمارانه انجامیده
است.بی توجهی ب اصول و مفاهیم انسانی و میدل شدن مسكن به كالای سود آور،تولید آن را به ع صه
وسوسه انگیز همگانی ب ای انیاشتن ث وت میدل ك ده است به طوری كه بسیاری از واحد های مسكونی
ع ضه شده فاقد ارزشهای معمارانه و ویژگی های لازم ب ای ب آوردن نیاز های ساكنین می باشند)مسییی،
.)0332
از ط فی ام وزه منابع ان ژی به عنوان یكی از مهمت ین چالش های دولت ها ، به دلیل پایان پذی
بودن این منابع و همین طور به دلیل نگ ان بودن به منظور جایگزین ك دن آنها و احت ام به زندگی آیندگان
همواره مورد ب رسی ق ار گ فته است .استفاده از اقلیم در مناطق مختلف یكی از روشهای موث جهت
استفاده بهت از محیط پی امون می باشد چ اكه رعایت مسائل فنی و اقلیمی بهت ین راهكار به منظور حفظ و
. ) ماندگار بودن منابع ان ژی در صورت اج ای صحیح می باشد)ای وانی و همكاران، 0391
از ط فی ایجاد مجتمع های مسكونی ، با ق ار دادن اهداف اقلیمی علاوه ب شكل گی ی بنا ب اساس
الگوی محیط ، موجب ص فه های اقتصادی موث ی هم ب ای ساكنین و هم ب ای دولت خواهد داشت چ اكه
از اتلاف ان ژی نسیت به مسكن های مشابه و از ایجاد زی ساخت های پ هزینه نیز جلوگی ی می شود و
از همه مهمت علاوه ب سازگاری با محیط پی امون هیچ گونه لطمه و آسیب جدی نیز به محیط زیست وارد
نمی كند.
3 1 میزان نیاز به موضوع – –
ام وزه بیشت ین مشكلات زیست محیطی كشور ما به دلیل استفاده بی رویه از ان ژیهای فسیلی می باشد .
توسعۀ بی رویه و نامحدود شه ها به صورت افقی و عمودی، تولید بی سابقه ی مواد زاید، پدیدار شدن
تاثی ات گلخانه ای و جزای ح ارتی، افزایش دمای ك ه زمین، تغیی ات آب وهوایی و بالا آمدن سطح دریاها،
تنها بخشی از نتای عمومی این مشكلات ) است)ف اهانی و همكاران ، 0391 .
معماری ق ن بیستم به واسطه اهمیت بیش از حدی كه به تكنولوژی داده است عامل از بین ب دن بسیاری از
دقت نظ هایی است كه به عامل اقلیم در معماری سنتی شده است ام وزه به ویژگیهای آب و هوایی و
5
اقلیمی و مصالح بومی ه محل در معماری ) كه كمت ین تأثی نامطلوب ب محیط را دارند ( توجه كمی می
شود و به همین دلیل ما شاهد ی سی بین المللی در س اس جهان ) هستیم)خالدی و همكاران ، 0391 .
از ط فی ایجاد هماهنگی بین ساختمان با ش ایط محیطی پی امون آن ام وزه بسیارمهم تلقی می شود
وبهت ین راه حل،توجه به اصول ط احی اقلیمی است . ط احی اقلیمی در زم ه اهداف پایداری محیطی است
. با توجه به پایداری محیطی ضمن استفاده صحیح از زمین و منابع موجود طییعت به بهت ین شكل ،آنهارا
ب ای نسل آینده نیز باقی می گذاریم . بناب این حداقل مص ف سوختهای فسیلی وآلاینده ها وحداكث استفاده
از ان ژی های تجدید پذی مارادر این ام یاری می ) كند)شمس وخداك می ، 0339 .
شه ك د به دلیل ق ار گی ی در اقلیم س د و كوهستانی و عدم رعایت اصول اقلیمی در ط احی مجتمع
های مسكونی و به دلیل دید تمام اقتصادی به این نوع مجتمع ها، همواره مستعد ی تلاش كافی به منظور
اقلیمی نمودن این سكونتگاه ها وتجدید نظ ك دن در مورد نگاه به نوع ساخت آن ها وهمینطور به منظور
كاهش اتلاف ان ژی ،كم ك دن هزینه ی خانوار ها ،توجه به حق زندگی آیندگان و از همه مهمت استفاده از
ان ژی های رایگان طییعی بوده است.لذا نگارنده در این ط ح با نگاهی اقلیمی به مجتمع مسكونی سعی در
اقلیمی ت نمودن این مجتمع ها به منظور رسیدن به پایداری بیشت ،ك ده است.
4 1 اهداف تحقیق – –
0 تلاش به منظور اقلیمی نمودن مجتمع های مسكونی با استفاده صحیح از الگوها و منسجم نمودن منابع –
محیطی)فضای سیز، آب ، خورشید ، ان ژی و بارش ( .
2 تدوین راهكارهای معمارانه ب ای ط احی مجموعه های مسكونی در اقلیم س د و كوهستانی. –
3 ارتقا كیفیت زندگی ساكنان مجتمع مسكونی از ط یق همسازی با اقلیم س د و كوهستانی –
5 1 سوال آغازین تحقیق – –
0 چگونه می توان با به ه گی ی از اصول ومعیارهای معماری اقلیمی )خورشید، نور، باد، رطوبت( ب شكل –
گی ی مجتمع های مسكونی در اقلیم س د و كوهستانی شه ك د تاثی گذاشت وموجب بهیود كیفیت كالیدی
آنها شد؟
2 در راستای ص فه جویی ان ژی در ساختمان چه راهكارهای معمارانه ای می توان ارائه نمود؟ –
3 چگونه می توان ب كیفیت زندگی ساكنان از ط یق همسازی با اقلیم تاثی گذاشت؟ –
6 1 فرضیه های تحقیق – –
6
0 استفاده از ف م مناسب و منطیق با منطقه كوهستانی در مجتمع مسكونی شه ك د، موجب كاهش اتلاف –
ان ژی و به ه گی ی بهینه از تابش روزانه می شود .
2 توجه به ویژگی های منطقه ای و اقلیمی شه ك د علاوه ب اینكه جز اصلی ت ین اصول ط احی مجتمع –
های زیستی می باشد ، می تواند ش ایط آسایش ساكنین را نیز بوجود بیاورد .
3 بین كیفیت كالیدی مجتمع مسكونی و استفاده از شاخص های معماری اقلیمی)تابش ،ف م و پلان ،باد ، –
نوع مصالح ،بارش و میزان نوسانات دمایی ( به عنوان عوامل موث منطقه كوهستانی شه ك د، رابطه وجود
دارد.
2 رعایت اصول اقلیمی در مناطق س د و كوهستانی ب ص فه جویی ان ژی تاثی گذار است. –

طراحی شبکه های توزیع به علت کثرت متغیرهای آن و لزوم بررسی آیتم های زیادی، از مسائل پیچیده و تا حد زیاد مشکل محسوب می گردد. طراحی بهینه شبکه های توزیع اساسا به صورت یک مسئله بهینه سازی چند منظوره بیان می گردد که در آن تابع هدف که شامل هزینه های سرمایه گذاری و بهره برداری است می بایستی نسبت به محدودیت های الکتریکی و جغرافیائی حداقل گردد. از این رو طراحی شبکه های با حداقل هزینه های نصب و بهره برداری و کاهش تلفات یک سناریوی پیچیده است.
به دلیل گزینه های فنی بسیار زیاد قابل انتخاب، روش های بهینه سازی توانمندی مورد نیاز می باشد که نتایج آن منجر به صرفه جوئی قابل ملاحظه در هزینه های شرکتهای برق، سرمایه گذاران این بخش و مصرف کنندگان گردد. بدلیل پیچیدگی و گستردگی مسئله، معمولا طراحی شبکه های توزیع، به قسمت های زیر تقسیم می گردد.
– پیش بینی بلند مدت بار
– جایابی و تعیین ظرفیت بهینه پست های توزیع
– تعیین مسیر فیدرهای فشار متوسط و جایابی پست های فوق توزیع
2-1- بیان موضوع و اهداف تحقیق

بطورکلی برای حل مسائل بهینه سازی دو روش سنتی و هوشمند وجود دارد، با توجه به ماهیت مسائل توزیع و وجود توابع هدف و بعضا محدودیت های غیرخطی، حل مسائل  بهینه سازی با استفاده از روش های سنتی از قبیل روش لاگرانژ[1]و روش برنامه ریزی خطی سیمپلکس[2] و … خیلی مشکل و عملا نا ممکن می گردد. از این رو، استفاده از روش های هوشمند از قبیل الگوریتم ژنتیک، روش جستجوی غذای باکتری[3]، روش شبیه سازی حرارتی[4]، روش جستجوی مورچگان[5]، روش فازی سازی، روش هجوم ذرات[6] و … در حل مسائل بهینه سازی سیستم های توزیع مرسوم می باشد. در بسیاری از موارد از روش های تلفیقی و ارتقاء یافته  موارد فوق استفاده می شود. روش های هوشمند مذکور با توجه به نوع مسئله و نحوه بکارگیری آنها، دارای مزایا و معایبی نسبت به یکدیگر می باشند.
3-1- چارچوب پایان نامه
بطور کلی چارچوب این تحقیق بصورت زیر است:
1-3-1- پیش فرض ها
در این تحقیق مطالعات با درنظرگرفتن فرضیات ذیل صورت می گیرد:
– محل پست فوق توزیع معلوم می باشد.
– محل مولدهای پراکنده معلوم می باشد.
– بار پست های توزیع ثابت فرض می گردد.
– محل و بار پست های توزیع معلوم می باشد.
– در پخش بار شبکه، مولدهای پراکنده بعنوان یک بار ثابت منفی اکتیو و راکتیو فرض می گردد.
2-3-1- تابع هدف
تابع هدف مجموع هزینه های سرمایه گذاری اولیه و تلفات می باشد.
3-3-1- قیود مسئله
در حل مسئله مسیریابی بهینه فیدرها محدودیت های ذیل در نظر گرفته می شود:
– محدودیت افت ولتاژ
– محدودیت شعاعی شبکه
– محدودیت جریان فیدرها
– محدودیت های جغرافیائی
– محدودیت تغذیه تمامی بارها
– محدودیت ظرفیت پست های توزیع
– محدودیت ظرفیت پست فوق توزیع
4-3-1- خروجی اجرای برنامه
در این تحقیق در نهایت بهترین مسیر فیدرها با بررسی انواع سناریوها در دو حالت وجود و یا عدم وجود مولدهای پراکنده بدست می آید.
4-1- بر فصول پایان نامه
در این پایان نامه، تاثیر منابع تولید پراکنده[1] بر مسیریابی فیدرهای فشار متوسط در نظر گرفته شده و با معلوم بودن محل پست فوق توزیع و پست های توزیع و منابع پراکنده، بهترین مسیر تغذیه از پست فوق توزیع تا پست های توزیع با استفاده از تلفیق روش درخت پوشای کمینه[2] و  الگوریتم ژنتیک[3] تعیین می شود.
در فصل دوم پایان نامه که مربوط به بررسی منابع است، به تشریح و بررسی روش های مختلف مورد استفاده در مسیریابی بهینه فیدرها پرداخته و سپس نظریه گراف[4]، الگوریتم ژنتیک و دو تابع sparse و  graphtraverseاز توابع matlab توضیح داده شده است.
در فصل سوم به تشریح و بررسی درخت پوشای کمینه و الگوریتم پریم، الگوریتم ژنتیک، زیر برنامه تست شعاعی بودن شبکه و نیز الگوریتم پخش بارشعاعی پیشرو- پسرو[5] پرداخته شده و در ادامه، مراحل مسیریابی بهینه فیدرها طی روش پیشنهادی با معرفی انواع سناریوها، آورده شده است.
در فصل چهارم شبکه ‌های نمونه معرفی و مطالعات عددی بر روی شبکه 24 باسه انجام شده و جهت درست آزمائی[6] روش پیشنهادی نتایج حاصله با نتایج]13[ مقایسه گردیده است. همچنین مطالعه بر روی شبکه 33 باسهIEEE در حضور مولدهای پراکنده صورت گرفته و به جایابی مولدهای پراکنده و نیز تعیین حساسیت شبکه با توان مولدهای پراکنده در باس مشخصی پرداخته شده است.
 و در بخش پنجم  به نتیجه گیری پرداخته شده است.
[1]Distributed source
[2]Minimum Spanning Tree
[3]Genetic Algorithm
[4]Graph Theory
[5]Forward-Backward Load Flow
[6]
[1]Lagrange Method
[2]Simplex Linear Programming Method         
[3]Bacterial Foragine Technique
[4]Simulated Annealing
[5]Ant Colony Search
[6]Particle Swarm Optimization

تلفات و هزینه های زیادِ انتقال توان در مسافت های طولانی، از مراکز تولید (نیروگاه ها) به سمت محل های مصرف،  ایدة تولید در محل مصرف را در سالیان اخیر شکل داده است. این ایده در ابتدا به ظهور عناصر تولید پراکنده از قبیل: بادی، خورشیدی، نیروگاه های آبی میکرو، مینی و کوچک منجر شد. کاربرد این ایده مسائل و چالش های خاص خود را داشت، زیرا سهم تولید هریک از عناصر فوق بسیار پایین بوده و هرگز قابل قیاس با نیروگاه های بزرگ فعلی نیست. در ادامه این فرایند، ایده سیستم های ترکیبی مطرح شد و تعمیم این ایده

 به ظهور میکروشبکه منجر گردید.

با توجه به گسترش مصرف انرژی وگرایش جهانی به تولید انرژی به صورت غیرمتمركز،  ابزارهای مختلف تولیدپراكنده وساخت نمونه های تجاری –صنعتی آنها جایگاه ویژه ای یافته است . در واقع منابع تولیدپراكنده،منابع تولیدتوان الكتریكی هستندكه مستقیماً به شبكه توزیع یا به مصرف كننده متصل اند. سطح ولتاژ منابع تولیدپراكنده از400 ولت تا حداكثر33 كیلوولت بوده وظرفیت آنها درمحدوده چند وات تاحداكثر100 مگاوات قرارمیگیرد. با توجه به گسترش مصرف انرژی وگرایش جهانی به تولید انرژی به صورت غیرمتمركز، ابزارهای بسیارمتنوعی مبتنی برانرژیهای فسیلی و تجدیدپذیر و ابزارهای ذخیره سازی انرژی برای تولیدپراكنده وجود دارندكه دراین میان میتوان به موتورهای احتراقی، میكروتوربین ها، پیلهای سوختی، دیزل ژنراتورها، توربین های بادی، سلولهای خورشیدی و … اشاره نمود .میکروشبکه اساسأ به حضور چند واحد تولید کننده توان کوچک در کنار هم و تغذیه یک مصرف کننده محلی گفته می شود.
 
ظهور ادوات پیل سوختی در چند دهه اخیر میل به استفاده از آن ها را در کنار سایر تولیدکننده های توان به وجود آورده است. سوخت مورد نیاز پیل سوختی، هیدروژن و اکسیژن و خروجی آن الکتریسیته و حرارت می­باشد. چنانچه می­دانیم دسترسی به اکسیژن خیلی دور از انتظار نیست، زیرا این عنصر به آسانی در هوای محیط یافت می­شود. البته تولید هیدروژن اندکی دشوار است و برای تولید این عنصر نیازمند به کارگیری الکترولیزر و یا استخراج آن از منابع زیست توده (بیوماس) هستیم. استخراج هیدروزن در حال حاضر با چالش های عمده ای روبرو است. زیرا قیمت این سوخت بسیار گران تر از سوخت های فسیلی بوده و شاید تنها دلیل استفاده از آن، تنها همین مورد فوق باشد. کشورهای صنعتی زیادی،  در حال توسعة روش های تولید هیدروژن هستند و امید آن می رود طی چند دهه آینده استخراج و تولید آن همگام با پیشرفت فناوری از لحاظ اقتصادی قابل توجه باشد.
1-2) تولید پراکنده
عبارت تولید پراکنده به منابع مولد قدرت الکتریکی که عمدتا دارای توان تولیدی بین 15کیلووات تا 10 مگاوات بوده و شامل انواع مختلف منابع تولیدکننده مقیاس کوچک
می­باشند، اطلاق می­­گردد. سیستم های تولید پراکنده از یک سو به صورت مستقل از شبکه سراسری به عنوان منابع تولید توان نزدیک بار و از سویی دیگر به صورت متصل به شبکه به عنوان منابع پشتیبان، برای برآوردن تقاضای بار عمل می­کنند. در حقیقت، منابع انرژی در سیستم های تولید پراکنده، شامل میکرو توربین ها، موتورهای دیزلی، توربین های بادی، سلول های خورشیدی و  پیل های  سوختی
هستند. این سیستم ها علاوه بر افزایش پتانسیل بازدهی به افزایش قابلیت اطمینان، خدمات پیوسته، تسطیح منحنی بار، اشتراک بار[9]، تنظیم ولتاژ و تأمین توان پشتیبان برای بارهای بحرانی در موارد خاموشی کمک می­کنند.
 در نگاه به تغییرات اساسی که در زیرساخت سیستم های قدرت اتفاق می­افتد، کاربرد فناوری های تولید پراکنده در سطح جهانی همواره با تجدید ساختار و افزایش تقاضا برای کیفیت خدمات انرژی به کار می­رود.
محیط تجدید ساختار یافته سیستم های قدرت الکتریکی در بسیاری از کشورهای پیشرفته به خریداران اجازه انتخاب خرید برق خود ویا فروش توان اضافی به شبکه را می­دهد. در چنین کشورهایی در هنگام تقاضای بالا، دولت های محلی برای توازن تولید و مصرف و به دلیل حفظ پایداری سیستم، دستور خاموشی را صادر می­کنند. به وضوح تولید پراکنده اثر تجاری عمده ای روی بازار توان الکتریکی خواهد داشت.