تپه‌های موریانه راز ایجاد ساختمان‌های «زنده و تنفس» که انرژی کمتری مصرف می‌کنند را آشکار می‌کند

تپه‌های موریانه راز ایجاد ساختمان‌های «زنده و تنفس» که انرژی کمتری مصرف می‌کنند را آشکار می‌کند

تمبر زمان: 26 مه 2023 ساعت 2:09 بعد از ظهر
گره منبع: 2680880
26 مه 2023 (اخبار نانوورک) در میان حدود 2,000 گونه شناخته شده موریانه، برخی مهندسان اکوسیستم هستند. تپه هایی که توسط برخی از جنس ها ساخته شده اند، به عنوان مثال آمیترمز، ماکروترمز، ناسوتیترمس و ادونتوترمس، ارتفاع آنها به هشت متر می رسد و آنها را به یکی از بزرگترین ساختارهای بیولوژیکی جهان تبدیل می کند. انتخاب طبیعی برای بهبود "طراحی" تپه های آنها در طول ده ها میلیون سال کار کرده است. معماران و مهندسان انسانی اگر به سراغ موریانه ها بروند و راه های آنها را در نظر بگیرند چه چیزی ممکن است یاد بگیرند؟ در یک مطالعه جدید در مرزها در مواد ("فرا مواد الهام گرفته شده از موریانه برای پوشش های ساختمانی با جریان فعال"محققان نشان دادند که چگونه تپه های موریانه می توانند به ما بیاموزند که آب و هوای داخلی راحت برای ساختمان هایمان ایجاد کنیم که ردپای کربن تهویه مطبوع را ندارند. دکتر دیوید آندرین، کارشناس ارشد گفت: «در اینجا ما نشان می‌دهیم که «مجموعه خروج»، یک شبکه پیچیده از تونل‌های به هم پیوسته که در تپه‌های موریانه یافت می‌شود، می‌تواند برای ترویج جریان هوا، گرما و رطوبت به روش‌های جدید در معماری بشر استفاده شود. مدرس گروه تحقیقاتی BioDigital Matter دانشگاه لوند و اولین نویسنده این مطالعه.

موریانه های نامیبیا

آندرین و نویسنده همکار دکتر روپرت سوار، دانشیار دانشکده معماری، طراحی و محیط ساخته شده در دانشگاه ناتینگهام ترنت، تپه‌های موریانه‌های Macrotermes michaelseni از نامیبیا را مورد مطالعه قرار دادند. مستعمرات این گونه می تواند شامل بیش از یک میلیون نفر باشد. در دل این تپه‌ها، باغ‌های قارچی همزیست قرار دارند که توسط موریانه‌ها برای غذا پرورش داده می‌شوند. بخشی از مجموعه خروجی تپه ای از موریانه های Macrotermes michaelseni از نامیبیا بخشی از مجموعه خروجی تپه ای از موریانه های Macrotermes michaelseni از نامیبیا. (تصویر: D. Andréen) محققان بر روی مجموعه خروجی تمرکز کردند: شبکه ای متراکم و شبکه مانند از تونل ها، بین 3 تا 5 میلی متر عرض، که مجراهای عریض تری را در داخل به بیرون متصل می کند. در طول فصل بارانی (نوامبر تا آوریل) که تپه در حال رشد است، این تپه روی سطح شمالی آن گسترش می‌یابد و مستقیماً در معرض آفتاب ظهر روز قرار می‌گیرد. در خارج از این فصل، کارگران موریانه تونل های خروج را مسدود می کنند. تصور می شود که این مجموعه اجازه تبخیر رطوبت اضافی را می دهد، در حالی که تهویه کافی را حفظ می کند. اما چگونه کار می کند؟ آندرین و سوار بررسی کردند که چگونه طرح مجموعه خروجی جریان های نوسانی یا پالس مانند را امکان پذیر می کند. آنها آزمایشات خود را بر اساس کپی اسکن شده و پرینت سه بعدی یک قطعه پیچیده خروجی که در فوریه 3 از طبیعت جمع آوری شده بود، قرار دادند. این قطعه 2005 سانتی متر ضخامت و 4 لیتر حجم داشت که 1.4 درصد آن تونل بود. آنها باد را با یک بلندگو شبیه‌سازی کردند که نوسانات مخلوط CO16-هوا را در قطعه ایجاد می‌کرد، در حالی که انتقال جرم را با یک سنسور دنبال می‌کرد. آنها دریافتند که جریان هوا در فرکانس های نوسانی بین 2 هرتز و 30 هرتز بیشترین میزان را دارد. متوسط ​​در فرکانس های بین 40 هرتز و 10 هرتز. و حداقل در فرکانس های بین 20 هرتز و 50 هرتز.

آشفتگی به تهویه کمک می کند

محققان به این نتیجه رسیدند که تونل‌های این مجموعه با وزش باد بر روی تپه به روش‌هایی تعامل دارند که انتقال جرم هوا برای تهویه را افزایش می‌دهد. نوسانات باد در فرکانس‌های خاص باعث ایجاد تلاطم در داخل می‌شود که اثر آن انتقال گازهای تنفسی و رطوبت اضافی از قلب تپه است. هنگام تهویه یک ساختمان، شما می خواهید تعادل ظریف دما و رطوبت ایجاد شده در داخل را حفظ کنید، بدون اینکه مانع حرکت هوای کهنه به بیرون و هوای تازه به داخل شود. اکثر سیستم های HVAC با این مشکل دست و پنجه نرم می کنند. در اینجا ما یک رابط ساختاری داریم که اجازه تبادل گازهای تنفسی را می دهد، که به سادگی توسط تفاوت در غلظت بین یک طرف و طرف دیگر هدایت می شود. به این ترتیب شرایط داخل حفظ می شود. سپس نویسندگان مجموعه خروجی را با یک سری مدل‌های دوبعدی شبیه‌سازی کردند که پیچیدگی آن از تونل‌های مستقیم به شبکه افزایش یافت. آن‌ها از یک الکتروموتور برای به حرکت درآوردن یک توده آب در حال نوسان (که با رنگ قابل مشاهده است) از میان تونل‌ها استفاده کردند و از جریان جرم فیلمبرداری کردند. آنها در کمال تعجب دریافتند که موتور فقط به چند میلی متر (مطابق با نوسانات ضعیف باد) هوا را به عقب و جلو می برد تا جزر و مد به کل مجموعه نفوذ کند. مهم این است که آشفتگی لازم فقط در صورتی ایجاد می شود که طرح به اندازه کافی شبکه مانند باشد.

ساختمان های زندگی و تنفس

نویسندگان نتیجه می‌گیرند که مجموعه خروجی می‌تواند تهویه با نیروی باد تپه‌های موریانه را در بادهای ضعیف فعال کند. ما تصور می کنیم که دیوارهای ساختمانی در آینده که با فناوری های نوظهور مانند چاپگرهای تخت پودری ساخته می شوند، دارای شبکه هایی شبیه به مجموعه خروجی خواهند بود. اینها حرکت هوا را از طریق حسگرها و محرک‌های تعبیه‌شده که تنها به مقدار کمی انرژی نیاز دارند، ممکن می‌سازد. Soar نتیجه گیری کرد: «پرینت سه بعدی در مقیاس ساخت و ساز تنها زمانی امکان پذیر خواهد بود که بتوانیم ساختارهایی به پیچیدگی طبیعت طراحی کنیم. مجموعه خروج نمونه‌ای از ساختار پیچیده‌ای است که می‌تواند چندین مشکل را به طور همزمان حل کند: حفظ آسایش در خانه‌های ما، در عین حال تنظیم جریان گازهای تنفسی و رطوبت از طریق پوشش ساختمان. "ما در آستانه گذار به سوی ساخت و سازهای طبیعی هستیم: برای اولین بار، ممکن است بتوان یک ساختمان زنده و نفس گیر واقعی طراحی کرد."

تمبر زمان:

بیشتر از نانورک