Οι τύμβοι τερμιτών αποκαλύπτουν το μυστικό για τη δημιουργία κτιρίων «που ζουν και αναπνέουν» που χρησιμοποιούν λιγότερη ενέργεια

Οι τύμβοι τερμιτών αποκαλύπτουν το μυστικό για τη δημιουργία κτιρίων «που ζουν και αναπνέουν» που χρησιμοποιούν λιγότερη ενέργεια

Χρονική σήμανση: 26 Μαΐου 2023 2:09 μ.μ.
Κόμβος πηγής: 2680880
26 Μαΐου 2023 (Ειδήσεις Nanowerk) Μεταξύ των περίπου 2,000 γνωστών ειδών τερμιτών, μερικοί είναι μηχανικοί οικοσυστημάτων. Οι τύμβοι που κατασκευάζονται από ορισμένα γένη, για παράδειγμα οι Αμιτέρμες, οι Μακροτέρμες, οι Νασουτίτερμες και οι Οδοντότερμες, φτάνουν έως και τα οκτώ μέτρα ύψος, καθιστώντας τους μερικές από τις μεγαλύτερες βιολογικές δομές στον κόσμο. Η φυσική επιλογή εργάζεται βελτιώνοντας το «σχέδιο» των αναχωμάτων τους εδώ και δεκάδες εκατομμύρια χρόνια. Τι θα μπορούσαν να μάθουν οι άνθρωποι αρχιτέκτονες και μηχανικοί αν πάνε στους τερμίτες και σκεφτούν τους τρόπους τους; Σε μια νέα μελέτη στο Σύνορα στα Υλικά («Μεταϋλικά εμπνευσμένα από τερμίτες για ροές κτιριακούς φακέλους»), οι ερευνητές έδειξαν πώς οι τύμβοι τερμιτών μπορούν να μας διδάξουν να δημιουργούμε άνετα εσωτερικά κλίματα για τα κτίριά μας που δεν έχουν το αποτύπωμα άνθρακα του κλιματισμού. «Εδώ δείχνουμε ότι το «σύμπλεγμα εξόδου», ένα περίπλοκο δίκτυο διασυνδεδεμένων σηράγγων που βρίσκονται σε τύμβους τερμιτών, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την προώθηση των ροών αέρα, θερμότητας και υγρασίας με νέους τρόπους στην ανθρώπινη αρχιτεκτονική», δήλωσε ο Δρ David Andréen, ανώτερος υπάλληλος. λέκτορας στην ερευνητική ομάδα bioDigital Matter του Πανεπιστημίου Lund και ο πρώτος συγγραφέας της μελέτης.

Τερμίτες από τη Ναμίμπια

Ο Andréen και ο συν-συγγραφέας Dr Rupert Soar, αναπληρωτής καθηγητής στη Σχολή Αρχιτεκτονικής, Σχεδιασμού και Δομημένου Περιβάλλοντος στο Πανεπιστήμιο του Nottingham Trent, μελέτησαν αναχώματα τερμιτών Macrotermes michaelseni από τη Ναμίμπια. Οι αποικίες αυτού του είδους μπορεί να αποτελούνται από περισσότερα από ένα εκατομμύριο άτομα. Στην καρδιά των αναχωμάτων βρίσκονται οι συμβιωτικοί κήποι με μύκητες, που καλλιεργούνται από τους τερμίτες για τροφή. Μέρος του συμπλέγματος εξόδου ενός λόφου τερμιτών Macrotermes michaelseni από τη Ναμίμπια Μέρος του συμπλέγματος εξόδου ενός ανάχωμα τερμιτών Macrotermes michaelseni από τη Ναμίμπια. (Εικόνα: D. Andréen) Οι ερευνητές εστίασαν στο σύμπλεγμα εξόδου: ένα πυκνό, δικτυωτό δίκτυο σηράγγων, πλάτους μεταξύ 3 mm και 5 mm, το οποίο συνδέει ευρύτερους αγωγούς στο εσωτερικό με το εξωτερικό. Κατά τη διάρκεια της περιόδου των βροχών (Νοέμβριος έως Απρίλιος), όταν ο τύμβος μεγαλώνει, αυτό εκτείνεται στη βόρεια επιφάνειά του, απευθείας εκτεθειμένο στον μεσημεριανό ήλιο. Εκτός αυτής της εποχής, οι εργάτες των τερμιτών κρατούν αποκλεισμένες τις σήραγγες εξόδου. Το σύμπλεγμα θεωρείται ότι επιτρέπει την εξάτμιση της περίσσειας υγρασίας, διατηρώντας παράλληλα επαρκή αερισμό. Πώς λειτουργεί όμως; Οι Andréen και Soar διερεύνησαν πώς η διάταξη του συμπλέγματος εξόδου επιτρέπει ταλαντευόμενες ή παλμοειδείς ροές. Βασίστηκαν τα πειράματά τους στο σαρωμένο και τρισδιάστατο αντίγραφο ενός συμπλέγματος εξόδου που συλλέχτηκε τον Φεβρουάριο του 3 από τη φύση. Αυτό το θραύσμα είχε πάχος 2005 cm με όγκο 4 λίτρα, το 1.4% του οποίου ήταν σήραγγες. Προσομοίωσαν τον άνεμο με ένα ηχείο που οδήγησε ταλαντώσεις ενός μίγματος CO16-αέρα μέσα από το θραύσμα, ενώ παρακολουθούσε τη μεταφορά μάζας με έναν αισθητήρα. Βρήκαν ότι η ροή του αέρα ήταν μεγαλύτερη σε συχνότητες ταλάντωσης μεταξύ 2 Hz και 30 Hz. μέτρια σε συχνότητες μεταξύ 40 Hz και 10 Hz. και τουλάχιστον σε συχνότητες μεταξύ 20Hz και 50Hz.

Ο στροβιλισμός βοηθά τον αερισμό

Οι ερευνητές κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι οι σήραγγες στο συγκρότημα αλληλεπιδρούν με τον άνεμο που φυσάει στο ανάχωμα με τρόπους που ενισχύουν τη μεταφορά μάζας αέρα για αερισμό. Οι ταλαντώσεις του ανέμου σε ορισμένες συχνότητες δημιουργούν αναταράξεις στο εσωτερικό, το αποτέλεσμα των οποίων είναι να μεταφέρει τα αναπνευστικά αέρια και την περίσσεια υγρασία μακριά από την καρδιά του τύμβου. «Όταν αερίζετε ένα κτίριο, θέλετε να διατηρήσετε τη λεπτή ισορροπία θερμοκρασίας και υγρασίας που δημιουργείται στο εσωτερικό, χωρίς να εμποδίζετε την κίνηση του μπαγιάτικου αέρα προς τα έξω και του φρέσκου αέρα προς τα μέσα. Τα περισσότερα συστήματα HVAC παλεύουν με αυτό. Εδώ έχουμε μια δομημένη διασύνδεση που επιτρέπει την ανταλλαγή αναπνευστικών αερίων, απλά λόγω των διαφορών στη συγκέντρωση μεταξύ της μιας πλευράς και της άλλης. Οι συνθήκες στο εσωτερικό διατηρούνται έτσι», εξήγησε ο Soar. Στη συνέχεια, οι συγγραφείς προσομοίωσαν το σύμπλεγμα εξόδου με μια σειρά από μοντέλα 2D, τα οποία αυξήθηκαν σε πολυπλοκότητα από ευθείες σήραγγες σε πλέγμα. Χρησιμοποίησαν έναν ηλεκτροκινητήρα για να οδηγήσουν ένα ταλαντευόμενο σώμα νερού (που έγινε ορατό με μια βαφή) μέσα από τις σήραγγες και κινηματογραφούσαν τη ροή μάζας. Διαπίστωσαν, προς έκπληξή τους, ότι ο κινητήρας χρειαζόταν να μετακινεί τον αέρα μπρος-πίσω μόνο μερικά χιλιοστά (που αντιστοιχούν σε ασθενείς ταλαντώσεις ανέμου) για να διαπεράσει η άμπωτη και η ροή σε ολόκληρο το σύμπλεγμα. Είναι σημαντικό ότι η απαραίτητη αναταραχή προέκυψε μόνο εάν η διάταξη ήταν αρκετά δικτυωτή.

Κτίρια διαβίωσης και αναπνοής

Οι συγγραφείς καταλήγουν στο συμπέρασμα ότι το σύμπλεγμα εξόδου μπορεί να επιτρέψει τον αιολικό αερισμό των αναχωμάτων τερμιτών σε ασθενείς ανέμους. «Φανταζόμαστε ότι οι τοίχοι οικοδόμησης στο μέλλον, κατασκευασμένοι με αναδυόμενες τεχνολογίες όπως οι εκτυπωτές κρεβατιού πούδρας, θα περιέχουν δίκτυα παρόμοια με το σύμπλεγμα εξόδου. Αυτά θα καταστήσουν δυνατή τη μετακίνηση του αέρα, μέσω ενσωματωμένων αισθητήρων και ενεργοποιητών που απαιτούν μόνο μικροσκοπικές ποσότητες ενέργειας», είπε ο Andréen. Ο Soar κατέληξε: «Η τρισδιάστατη εκτύπωση σε κατασκευαστική κλίμακα θα είναι δυνατή μόνο όταν μπορούμε να σχεδιάσουμε δομές τόσο περίπλοκες όσο στη φύση. Το συγκρότημα εξόδου είναι ένα παράδειγμα περίπλοκης κατασκευής που θα μπορούσε να λύσει πολλά προβλήματα ταυτόχρονα: διατήρηση της άνεσης μέσα στα σπίτια μας, ενώ ρυθμίζει τη ροή των αναπνευστικών αερίων και της υγρασίας μέσα από το περίβλημα του κτιρίου». «Είμαστε στο χείλος της μετάβασης προς την κατασκευή που μοιάζει με τη φύση: για πρώτη φορά, μπορεί να είναι δυνατό να σχεδιάσουμε ένα αληθινό κτίριο που ζει και αναπνέει».

Σφραγίδα ώρας:

Περισσότερα από Νανοχόκ