흰개미 무더기는 에너지를 적게 사용하는 '살아 숨 쉬는' 건물을 만드는 비결을 밝힙니다.

에너지를 적게 사용하는 '살아 숨쉬는' 건물을 만드는 비밀을 밝히는 흰개미집

타임 스탬프 : 26 년 2023 월 2 일 오후 09:XNUMX
소스 노드 : 2680880
26 년 2023 월 XNUMX 일 (나노 워크 뉴스) 알려진 약 2,000종의 흰개미 중 일부는 생태계 공학자입니다. 예를 들어 Amitermes, Macrotermes, Nasutitermes 및 Odontotermes와 같은 일부 속이 만든 언덕은 높이가 최대 XNUMXm에 이르며 세계에서 가장 큰 생물학적 구조 중 하나입니다. 자연 선택은 수천만 년 동안 언덕의 '디자인'을 개선해 왔습니다. 인간 건축가와 엔지니어가 흰개미에게 가서 그들의 방식을 고려한다면 무엇을 배울 수 있을까요? 의 새로운 연구에서 재료의 개척자 ("유동 활성 건물 외피를 위한 흰개미에서 영감을 받은 메타물질"), 연구자들은 흰개미 둔덕이 에어컨의 탄소 발자국이 없는 건물에 편안한 실내 기후를 만드는 방법을 가르쳐 줄 수 있음을 보여주었습니다. "여기서 우리는 흰개미 더미에서 발견되는 상호 연결된 터널의 복잡한 네트워크인 'egress complex'가 인간 건축에서 새로운 방식으로 공기, 열 및 습기의 흐름을 촉진하는 데 사용될 수 있음을 보여줍니다."라고 수석 연구원인 David Andréen 박사는 말했습니다. Lund University의 bioDigital Matter 연구 그룹의 강사이자 연구의 첫 번째 저자입니다.

나미비아의 흰개미

Andréen과 공저자인 Nottingham Trent University의 건축, 디자인 및 건축 환경 학교 부교수인 Rupert Soar 박사는 나미비아의 Macrotermes michaelseni 흰개미 무리를 연구했습니다. 이 종의 식민지는 백만 명 이상의 개체로 구성될 수 있습니다. 고분의 중심에는 흰개미가 식량을 위해 양식하는 공생 균류 정원이 있습니다. 나미비아에서 온 Macrotermes michaelseni 흰개미 마운드의 출구 단지의 일부 나미비아에서 온 Macrotermes michaelseni 흰개미 마운드의 출구 단지의 일부입니다. (이미지: D. Andréen) 연구자들은 외부와 내부의 더 넓은 도관을 연결하는 폭이 3mm에서 5mm 사이인 조밀하고 격자 모양의 터널 네트워크인 출구 단지에 중점을 두었습니다. 마운드가 자라는 우기(3월~2005월)에는 한낮의 태양에 직접 노출되는 북향 표면 위로 확장됩니다. 이번 시즌이 아니면 흰개미 일꾼들이 출구 터널을 막습니다. 이 복합체는 적절한 환기를 유지하면서 과도한 수분을 증발시킬 수 있는 것으로 생각됩니다. 하지만 어떻게 작동합니까? Andréen과 Soar는 출구 단지의 레이아웃이 진동 또는 펄스와 같은 흐름을 가능하게 하는 방법을 조사했습니다. 그들은 4년 1.4월 야생에서 수집한 출구 복합 조각의 스캔 및 16D 인쇄 사본을 기반으로 실험했습니다. 이 조각은 두께가 2cm이고 부피가 30리터였으며 그 중 40%가 터널이었습니다. 그들은 센서로 질량 전달을 추적하면서 파편을 통해 CO10-공기 혼합물의 진동을 구동하는 스피커로 바람을 시뮬레이션했습니다. 그들은 공기 흐름이 20Hz와 50Hz 사이의 진동 주파수에서 가장 크다는 것을 발견했습니다. 120Hz와 XNUMXHz 사이의 주파수에서 보통; 그리고 적어도 XNUMXHz와 XNUMXHz 사이의 주파수에서.

난기류는 환기를 돕습니다.

연구자들은 복합 단지의 터널이 마운드에 부는 바람과 상호 작용하여 환기를 위한 공기의 대량 전달을 향상시킨다고 결론지었습니다. 특정 주파수의 바람 진동은 내부에 난기류를 생성하며, 그 효과는 마운드의 심장에서 호흡 가스와 과도한 수분을 운반하는 것입니다. “건물을 환기할 때 바깥 공기가 밖으로 나가고 신선한 공기가 안으로 들어오는 것을 방해하지 않으면서 내부에서 생성된 온도와 습도의 미묘한 균형을 유지해야 합니다. 대부분의 HVAC 시스템은 이와 씨름합니다. 여기서 우리는 단순히 한 쪽과 다른 쪽 사이의 농도 차이에 의해 구동되는 호흡 가스의 교환을 허용하는 구조화된 인터페이스를 가지고 있습니다. 따라서 내부 조건이 유지됩니다.”라고 Soar는 설명했습니다. 그런 다음 저자는 일련의 2D 모델을 사용하여 출구 단지를 시뮬레이션했으며, 이는 직선 터널에서 격자로 복잡성이 증가했습니다. 그들은 전기 모터를 사용하여 터널을 통해 진동하는 수역(염료로 볼 수 있음)을 구동하고 질량 흐름을 촬영했습니다. 그들은 놀랍게도 모터가 단지 몇 밀리미터(약한 바람의 진동에 해당)만 공기를 앞뒤로 움직여야 썰물과 썰물이 전체 단지를 통과할 수 있다는 사실을 발견했습니다. 중요한 것은 레이아웃이 충분히 격자와 같은 경우에만 필요한 난기류가 발생했다는 것입니다.

살아 숨쉬는 건물

저자는 출구 단지가 바람이 약할 때 흰개미 둔덕의 풍력 환기를 가능하게 할 수 있다고 결론지었습니다. “파우더 베드 프린터와 같은 신기술로 만들어진 미래의 건물 벽에는 출구 단지와 유사한 네트워크가 포함될 것이라고 상상합니다. 이를 통해 소량의 에너지만 필요한 내장형 센서와 액추에이터를 통해 공기를 이동할 수 있습니다.”라고 Andréen은 말했습니다. Soar는 다음과 같이 결론을 내렸습니다. 출구 단지는 여러 문제를 동시에 해결할 수 있는 복잡한 구조의 예입니다. 건물 외피를 통해 호흡기 가스와 습기의 흐름을 조절하면서 가정 내부의 편안함을 유지하는 것입니다.” "우리는 자연과 같은 건축으로의 전환 직전에 있습니다. 처음으로 진정한 살아 숨쉬는 건물을 설계하는 것이 가능할 수 있습니다."

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