Movilele de termite dezvăluie secretul creării unor clădiri „vii și respirabile” care folosesc mai puțină energie

Movilele de termite dezvăluie secretul creării unor clădiri „vii și respirabile” care folosesc mai puțină energie

Marca temporală: 26 mai 2023 2:09
Nodul sursă: 2680880
26 mai 2023 (Știri Nanowerk) Dintre cele aproximativ 2,000 de specii cunoscute de termite, unele sunt ingineri de ecosistem. Movilele construite de unele genuri, de exemplu Amitermes, Macrotermes, Nasutitermes și Odontotermes, ajung până la opt metri înălțime, făcându-le unele dintre cele mai mari structuri biologice din lume. Selecția naturală a fost la lucru pentru a îmbunătăți „designul” movilelor lor de-a lungul a zeci de milioane de ani. Ce ar putea învăța arhitecții și inginerii umani dacă merg la termite și își iau în considerare modurile? Într-un nou studiu în Frontiere în materiale („Metamateriale inspirate de termite pentru anvelopele clădirilor cu flux activ”), cercetătorii au arătat cum movilele de termite ne pot învăța să creăm climate interioare confortabile pentru clădirile noastre, care nu au amprenta de carbon a aerului condiționat. „Aici arătăm că „complexul de ieșire”, o rețea complicată de tuneluri interconectate găsite în movilele de termite, poate fi folosită pentru a promova fluxurile de aer, căldură și umiditate în moduri noi în arhitectura umană”, a spus dr. David Andréen, un senior. lector la grupul de cercetare bioDigital Matter al Universității Lund și primul autor al studiului.

Termite din Namibia

Andréen și co-autorul Dr. Rupert Soar, profesor asociat la Școala de Arhitectură, Design și Mediul Construit de la Universitatea Nottingham Trent, au studiat movile de termite Macrotermes michaelseni din Namibia. Coloniile acestei specii pot consta din mai mult de un milion de indivizi. În inima movilelor se află grădinile cu ciuperci simbiotice, cultivate de termite pentru hrană. Parte a complexului de ieșire a unei movile de termite Macrotermes michaelseni din Namibia Parte a complexului de ieșire a unei movile de termite Macrotermes michaelseni din Namibia. (Imagine: D. Andréen) Cercetătorii s-au concentrat asupra complexului de ieșire: o rețea densă, asemănătoare unui zăbrele, de tuneluri, cu lățime între 3 și 5 mm, care conectează conducte mai largi în interior cu exteriorul. În timpul sezonului ploios (noiembrie până în aprilie), când movila crește, aceasta se extinde pe suprafața sa orientată spre nord, expusă direct la soarele de amiază. În afara acestui sezon, lucrătorii cu termiți țin blocate tunelurile de ieșire. Se crede că complexul permite evaporarea excesului de umiditate, menținând în același timp o ventilație adecvată. Dar cum funcționează? Andréen și Soar au explorat modul în care aspectul complexului de ieșire permite fluxuri oscilante sau asemănătoare impulsurilor. Ei și-au bazat experimentele pe copia scanată și imprimată 3D a unui fragment de complex de ieșire colectat în februarie 2005 din sălbăticie. Acest fragment avea 4 cm grosime și un volum de 1.4 litri, dintre care 16% erau tuneluri. Ei au simulat vântul cu un difuzor care a condus oscilațiile unui amestec de CO2-aer prin fragment, în timp ce urmărea transferul de masă cu un senzor. Ei au descoperit că fluxul de aer era cel mai mare la frecvențe de oscilație între 30 Hz și 40 Hz; moderat la frecvente intre 10Hz si 20 Hz; și cel puțin la frecvențe cuprinse între 50 Hz și 120 Hz.

Turbulența ajută la ventilație

Cercetătorii au ajuns la concluzia că tunelurile din complex interacționează cu vântul care sufla pe movilă în moduri care îmbunătățesc transferul de masă de aer pentru ventilație. Oscilațiile vântului la anumite frecvențe generează turbulențe în interior, al căror efect este de a transporta gazele respiratorii și excesul de umiditate departe de inima movilei. „Când ventilați o clădire, doriți să păstrați echilibrul delicat de temperatură și umiditate creat în interior, fără a împiedica mișcarea aerului viciat în exterior și a aerului proaspăt înăuntru. Majoritatea sistemelor HVAC se luptă cu acest lucru. Aici avem o interfață structurată care permite schimbul de gaze respiratorii, pur și simplu condus de diferențele de concentrație între o parte și cealaltă. Condițiile din interior sunt astfel menținute”, a explicat Soar. Autorii au simulat apoi complexul de ieșire cu o serie de modele 2D, care au crescut în complexitate de la tuneluri drepte la o rețea. Au folosit un electromotor pentru a conduce un corp de apă oscilant (făcut vizibil cu un colorant) prin tuneluri și au filmat fluxul de masă. Ei au descoperit, spre surprinderea lor, că motorul trebuia să miște aerul înainte și înapoi doar câțiva milimetri (corespunzător unor oscilații slabe ale vântului) pentru ca fluxul și refluxul să pătrundă în întregul complex. Important este că turbulența necesară a apărut numai dacă aspectul a fost suficient de asemănător cu zăbrele.

Clădiri vii și care respiră

Autorii au concluzionat că complexul de ieșire poate permite ventilarea cu energie eoliană a movilelor de termite la vânturi slabe. „Ne imaginăm că construirea de pereți în viitor, realizată cu tehnologii emergente precum imprimantele cu pat de pulbere, va conține rețele similare cu complexul de ieșire. Acestea vor face posibilă mișcarea aerului prin intermediul senzorilor și actuatoarelor încorporați care necesită doar cantități mici de energie”, a spus Andréen. Soar a concluzionat: „Imprimarea 3D la scară de construcție va fi posibilă numai atunci când vom putea proiecta structuri la fel de complexe ca în natură. Complexul de ieșire este un exemplu de structură complicată care ar putea rezolva mai multe probleme simultan: menținerea confortului în interiorul caselor noastre, reglând în același timp fluxul de gaze respiratorii și umiditate prin anvelopa clădirii.” „Suntem în pragul tranziției către construcții asemănătoare naturii: pentru prima dată, poate fi posibil să proiectăm o clădire adevărată vie, care să respire.”

Timestamp-ul:

Mai mult de la Nanowerk