Termiittikummot paljastavat salaisuuden luoda "eläviä ja hengittäviä" rakennuksia, jotka kuluttavat vähemmän energiaa

26. toukokuuta 2023 (Nanowerk-uutiset) Noin 2,000 XNUMX tunnetusta termiittilajista osa on ekosysteemiinsinöörejä. Joidenkin sukujen, kuten Amitermes, Macrotermes, Nasutitermes ja Odontotermes, rakentamat kummut nousevat jopa kahdeksan metrin korkeuteen, joten ne ovat yksi maailman suurimmista biologisista rakenteista. Luonnonvalinta on työskennellyt parantaen niiden kumpujen "suunnittelua" kymmenien miljoonien vuosien ajan. Mitä ihmisarkkitehdit ja insinöörit voisivat oppia, jos he menevät termiittien luo ja harkitsevat tapojaan? Uudessa tutkimuksessa vuonna Materiaalien rajat ("Termiittien inspiroimat metamateriaalit virtausaktiivisiin rakennusvaipaihin"), tutkijat osoittivat, kuinka termiittikummut voivat opettaa meitä luomaan mukavan sisäilmaston rakennuksillemme, joissa ei ole ilmastoinnin hiilijalanjälkeä. "Tässä osoitamme, että 'poistumiskompleksia', monimutkaista toisiinsa yhdistettyjen tunneleiden verkostoa, joka löytyy termiittikumpuista, voidaan käyttää edistämään ilman, lämmön ja kosteuden virtauksia uusilla tavoilla ihmisen arkkitehtuurissa", sanoi vanhempi tohtori David Andréen. luennoitsija Lundin yliopiston bioDigital Matter -tutkimusryhmässä ja tutkimuksen ensimmäinen kirjoittaja.

Termiitit Namibiasta

Andréen ja toinen kirjoittaja tohtori Rupert Soar, Nottingham Trentin yliopiston arkkitehtuurin, suunnittelun ja rakennetun ympäristön koulun apulaisprofessori, tutkivat Macrotermes michaelseni -termiittien kumpuja Namibiasta. Tämän lajin pesäkkeet voivat koostua yli miljoonasta yksilöstä. Kummien ytimessä sijaitsevat symbioottiset sienipuutarhat, joita termiitit viljelevät ravinnoksi. Osa Namibiasta kotoisin olevan Macrotermes michaelseni -termiittikumpun ulostulokompleksia. (Kuva: D. Andréen) Tutkijat keskittyivät ulostulokompleksiin: tiheään, ristikkomaiseen tunneleiden verkostoon, jonka leveys on 3–5 mm ja joka yhdistää leveämmät kanavat sisällä. Sadekauden aikana (marraskuusta huhtikuuhun), kun kummu kasvaa, se ulottuu sen pohjoiseen päin olevan pinnan yli, ja se on suoraan alttiina keskipäivän auringolle. Tämän kauden ulkopuolella termiittityöntekijät pitävät ulostulotunnelit tukossa. Kompleksin uskotaan mahdollistavan ylimääräisen kosteuden haihtumisen, säilyttäen samalla riittävän ilmanvaihdon. Mutta miten se toimii? Andréen ja Soar tutkivat, kuinka ulostulokompleksin asettelu mahdollistaa värähtelevät tai pulssimaiset virtaukset. He perustivat kokeensa skannattuun ja 3D-tulostettuun kopioon ulostulokompleksifragmentista, joka kerättiin luonnosta helmikuussa 2005. Tämä fragmentti oli 4 cm paksu ja tilavuus 1.4 litraa, josta 16 % oli tunneleita. He simuloivat tuulta kaiuttimella, joka ajoi CO2-ilmaseoksen värähtelyjä fragmentin läpi, samalla kun se seurasi massan siirtoa anturin avulla. He havaitsivat, että ilmavirtaus oli suurin värähtelytaajuuksilla välillä 30 Hz ja 40 Hz; kohtalainen taajuuksilla 10-20 Hz; ja vähintään taajuuksilla 50 Hz ja 120 Hz välillä.

Turbulenssi auttaa ilmanvaihtoa

Tutkijat päättelivät, että kompleksin tunnelit ovat vuorovaikutuksessa kumpulla puhaltavan tuulen kanssa tavoilla, jotka tehostavat ilman massasiirtoa ilmanvaihtoa varten. Tuulen värähtely tietyillä taajuuksilla synnyttää sisällä turbulenssia, jonka vaikutuksesta hengityskaasut ja ylimääräinen kosteus kulkeutuvat pois kukkulan sydämestä. ”Rakennuksia tuuletettaessa halutaan säilyttää herkkä lämpötilan ja kosteuden tasapaino, joka syntyy sisälle ilman, että se estäisi ummehtunutta ilmaa ulospäin ja raitista ilmaa sisäänpäin. Useimmat LVI-järjestelmät kamppailevat tämän kanssa. Tässä meillä on jäsennelty rajapinta, joka mahdollistaa hengityskaasujen vaihdon, yksinkertaisesti toisen ja toisen puolen välisten pitoisuuserojen ohjaamana. Olosuhteet sisällä säilyvät näin”, Soar selitti. Kirjoittajat simuloivat sitten ulostulokompleksia 2D-mallien sarjalla, jonka monimutkaisuus kasvoi suorista tunneleista hilaksi. He käyttivät sähkömoottoria ajamaan värähtelevää vesimassaa (joka tehtiin näkyväksi väriaineella) tunneleiden läpi ja kuvasivat massavirran. He huomasivat yllätykseksi, että moottorin täytyi siirtää ilmaa edestakaisin vain muutaman millimetrin (vastaten heikkoja tuulen värähtelyjä), jotta aallokko tunkeutuisi koko kompleksiin. Tärkeää on, että tarvittava turbulenssi syntyi vain, jos layout oli riittävän hilamainen.

Eläviä ja hengittäviä rakennuksia

Kirjoittajat päättelevät, että ulostulokompleksi voi mahdollistaa tuulivoimalla toimivan termiittikumpun tuuletuksen heikolla tuulella. "Kuvittelemme, että tulevaisuuden rakennusseinät, jotka on tehty uusilla teknologioilla, kuten jauhepetitulostimilla, sisältävät ulostulokompleksin kaltaisia ​​verkkoja. Nämä mahdollistavat ilman siirtämisen sisäänrakennettujen antureiden ja toimilaitteiden kautta, jotka vaativat vain pieniä määriä energiaa”, Andréen sanoi. Soar totesi: ”Rakentamisen mittakaavassa 3D-tulostus on mahdollista vain, kun pystymme suunnittelemaan yhtä monimutkaisia ​​rakenteita kuin luonnossa. Ulostulokompleksi on esimerkki monimutkaisesta rakenteesta, joka voi ratkaista useita ongelmia samanaikaisesti: pitää mukavuuden kodeissamme ja samalla säätelee hengityskaasujen ja kosteuden virtausta rakennuksen vaipan läpi. "Olemme siirtymisen partaalla kohti luontomaista rakentamista: ensimmäistä kertaa voi olla mahdollista suunnitella todellinen elävä, hengittävä rakennus."

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• Tulevaisuuden lyöminen Adryenn Ashley. Pääsy tästä.
• Osta ja myy osakkeita PRE-IPO-yhtiöissä PREIPO®:lla. Pääsy tästä.
• Lähde: https://www.nanowerk.com/news2/green/newsid=63067.php