A termeszdombok felfedik a kevesebb energiát használó „élő és lélegző” épületek létrehozásának titkát

A termeszdombok felfedik a kevesebb energiát használó „élő és lélegző” épületek létrehozásának titkát

Időbélyeg: 26. május 2023. 2:09
Forrás csomópont: 2680880
26. május 2023. (Nanowerk News) A körülbelül 2,000 ismert termeszfaj közül néhány ökoszisztéma-mérnök. Az egyes nemzetségek, például az Amitermes, a Macrotermes, a Nasutitermes és az Odontotermes által épített halmok akár nyolc méter magasak is, így a világ legnagyobb biológiai építményei közé tartoznak. A természetes szelekció több tízmillió éven át dolgozott a halomok „dizájnjának” javításán. Mit tanulhatnak az emberi építészek és mérnökök, ha elmennek a termeszekhez, és meggondolják az útjaikat? Egy új tanulmányban Határok az anyagokban („Termit ihlette metaanyagok áramlás-aktív épületburkolatokhoz”), a kutatók megmutatták, hogy a termeszdombok hogyan taníthatnak meg bennünket arra, hogy kényelmes belső klímát teremtsünk épületeinkben, amelyek nem rendelkeznek a légkondicionáló szénlábnyomával. „Itt megmutatjuk, hogy a „kilépési komplexum”, a termeszdombokban található, összekapcsolt alagutak bonyolult hálózata, újszerű módon használható a levegő, a hő és a nedvesség áramlásának elősegítésére az emberi építészetben” – mondta Dr. David Andréen. a Lundi Egyetem BioDigital Matter kutatócsoportjának oktatója és a tanulmány első szerzője.

Termeszek Namíbiából

Andréen és társszerző, Dr. Rupert Soar, a Nottingham Trent Egyetem Építészeti, Tervezési és Épített Környezettudományi Karának docense Macrotermes michaelseni termeszek halmát tanulmányozta Namíbiából. Ennek a fajnak a kolóniái több mint egymillió egyedből állhatnak. A halmok szívében szimbiotikus gombás kertek terülnek el, amelyeket a termeszek tenyésztenek táplálékul. A Namíbiából származó Macrotermes michaelseni termeszek halom kilépő komplexumának része A Namíbiából származó Macrotermes michaelseni termeszek halom kilépő komplexumának része. (Kép: D. Andréen) A kutatók a kilépő komplexumra összpontosítottak: egy sűrű, rácsszerű, 3–5 mm széles alagúthálózatra, amely a belsejében lévő szélesebb vezetékeket köti össze a külsővel. Az esős évszakban (novembertől áprilisig), amikor a halom növekszik, ez az északi fekvésű felületére nyúlik, közvetlenül kitéve a déli napnak. Ezen a szezonon kívül a termeszek munkásai blokkolják a kilépőalagutakat. Úgy gondolják, hogy a komplexum lehetővé teszi a felesleges nedvesség elpárologtatását, miközben fenntartja a megfelelő szellőzést. De hogyan működik? Andréen és Soar azt vizsgálták, hogy a kilépési komplexum elrendezése hogyan tesz lehetővé oszcilláló vagy impulzusszerű áramlásokat. Kísérleteiket egy 3 februárjában a vadonból gyűjtött kilépő komplex fragmentum beszkennelt és 2005D-nyomtatott másolatára alapozták. Ez a töredék 4 cm vastag volt, térfogata 1.4 liter, amelynek 16%-a alagút volt. A szelet szimulálták egy hangszóróval, amely egy CO2-levegő keverék oszcillációit vezette át a töredéken, miközben egy érzékelővel követték nyomon a tömegátadást. Azt találták, hogy a légáramlás 30 Hz és 40 Hz közötti rezgési frekvenciákon volt a legnagyobb; mérsékelt 10 Hz és 20 Hz közötti frekvenciákon; és legalább 50Hz és 120Hz közötti frekvenciákon.

A turbulencia segíti a szellőzést

A kutatók arra a következtetésre jutottak, hogy a komplexum alagutak kölcsönhatásba lépnek a halmon fújó széllel oly módon, hogy fokozzák a levegő tömegátadását a szellőzés érdekében. A szél bizonyos frekvenciájú oszcillációi turbulenciát keltenek a belsejében, aminek hatására a légzési gázok és a felesleges nedvesség elszállítják a halom szívétől. „Az épület szellőztetése során meg akarjuk őrizni a hőmérséklet és a páratartalom érzékeny egyensúlyát a belsejében, anélkül, hogy akadályoznánk az áporodott levegő kifelé és a friss levegő befelé mozgását. A legtöbb HVAC rendszer küzd ezzel. Itt van egy strukturált interfész, amely lehetővé teszi a légzési gázok cseréjét, amelyet egyszerűen az egyik és a másik oldal közötti koncentrációkülönbségek hajtanak végre. A belső körülmények így megmaradnak” – magyarázta Soar. A szerzők ezután egy sor 2D-s modellel szimulálták a kilépési komplexumot, amelyek bonyolultsága egyenes alagutakból rácsmá nőtt. Elektromotor segítségével oszcilláló (festékkel láthatóvá tett) víztestet vezettek át az alagutakon, és filmre vették a tömegáramot. Meglepetésükre azt tapasztalták, hogy a motornak csak néhány milliméternyit kellett oda-vissza mozgatnia a levegőt (ami a szél gyenge oszcillációinak felel meg), hogy az apály áthatoljon az egész komplexumban. Fontos, hogy a szükséges turbulencia csak akkor keletkezett, ha az elrendezés kellően rácsszerű volt.

Élő és lélegző épületek

A szerzők arra a következtetésre jutottak, hogy a kilépőkomplexum gyenge szél esetén lehetővé teszi a termeszdombok szélmotoros szellőzését. „Úgy képzeljük, hogy a jövőben a feltörekvő technológiákkal, például porágyas nyomtatókkal készülő falak a kilépő komplexumhoz hasonló hálózatokat tartalmaznak majd. Ezek lehetővé teszik a levegő mozgatását beágyazott érzékelők és működtetők révén, amelyek csak kis mennyiségű energiát igényelnek” – mondta Andréen. Soar így foglalta össze: „Az építési léptékű 3D nyomtatás csak akkor lesz lehetséges, ha olyan összetett szerkezeteket tudunk tervezni, mint a természetben. A kilépőkomplexum egy olyan bonyolult szerkezet példája, amely egyszerre több problémát is megoldhat: megőrzi otthonunk kényelmét, miközben szabályozza a légúti gázok és a nedvesség átáramlását az épület burkolatán.” „A természetszerű építkezés felé való átmenet küszöbén állunk: most először lehet igazi élő, lélegző épületet tervezni.”

Időbélyeg:

Még több Nanowerk