Termitnjaki razkrivajo skrivnost ustvarjanja 'živih in dihajočih' zgradb, ki porabijo manj energije

Termitnjaki razkrivajo skrivnost ustvarjanja 'živih in dihajočih' zgradb, ki porabijo manj energije

Časovni žig: 26. maj 2023 2:09
Izvorno vozlišče: 2680880
26. maj 2023 (Nanowerk novice) Med približno 2,000 znanimi vrstami termitov so nekateri inženirji ekosistemov. Kopeli, ki jih gradijo nekateri rodovi, na primer Amitermes, Macrotermes, Nasutitermes in Odontotermes, segajo do osem metrov visoko, zaradi česar so ene največjih bioloških struktur na svetu. Naravna selekcija je delovala in izboljševala 'zasnovo' njihovih gomil v desetinah milijonov let. Kaj bi se lahko človeški arhitekti in inženirji naučili, če bi šli k termitom in razmislili o njihovih poteh? V novi študiji v Meje v materialih ("Metamateriali, ki jih navdihuje termit, za pretočno aktivne ovoje stavb"), so raziskovalci pokazali, kako nas lahko termitnjaki naučijo ustvariti udobno notranjo klimo za naše stavbe, ki nimajo ogljičnega odtisa klimatskih naprav. »Tukaj prikazujemo, da lahko 'izstopni kompleks', zapleteno mrežo medsebojno povezanih predorov, najdenih v termitnjakih, uporabimo za spodbujanje pretoka zraka, toplote in vlage na nove načine v človeški arhitekturi,« je povedal dr. David Andréen, višji predavatelj v raziskovalni skupini bioDigital Matter Univerze v Lundu in prvi avtor študije.

Termiti iz Namibije

Andréen in soavtor dr. Rupert Soar, izredni profesor na šoli za arhitekturo, oblikovanje in grajeno okolje na univerzi Nottingham Trent, sta preučevala gomile termitov Macrotermes michaelseni iz Namibije. Kolonije te vrste lahko sestavljajo več kot milijon posameznikov. V osrčju gomil ležijo simbiotični vrtovi z gobami, ki jih termiti gojijo za hrano. Del izstopnega kompleksa gomile termitov Macrotermes michaelseni iz Namibije Del izstopnega kompleksa gomile termitov Macrotermes michaelseni iz Namibije. (Slika: D. Andréen) Raziskovalci so se osredotočili na izhodni kompleks: gosto, mrežasto mrežo tunelov, širokih med 3 mm in 5 mm, ki povezujejo širše kanale v notranjosti z zunanjostjo. V deževnem obdobju (od novembra do aprila), ko gomila raste, se le-ta razteza čez njeno severno obrnjeno površino, ki je neposredno izpostavljena opoldanskemu soncu. Izven te sezone delavci s termiti zapirajo izhodne tunele. Kompleks naj bi omogočal izhlapevanje odvečne vlage, hkrati pa ohranja ustrezno prezračevanje. Toda kako deluje? Andréen in Soar sta raziskala, kako postavitev izhodnega kompleksa omogoča nihajoče ali impulznim tokove. Svoje poskuse so zasnovali na skenirani in 3D-natisnjeni kopiji fragmenta izhodnega kompleksa, zbranega februarja 2005 iz narave. Ta fragment je bil debel 4 cm in imel prostornino 1.4 litra, od tega je bilo 16 % tunelov. Simulirali so veter z zvočnikom, ki je poganjal nihanje mešanice CO2-zrak skozi fragment, medtem ko je s senzorjem sledil prenosu mase. Ugotovili so, da je pretok zraka največji pri frekvencah nihanja med 30 Hz in 40 Hz; zmerno pri frekvencah med 10 Hz in 20 Hz; in najmanj pri frekvencah med 50 Hz in 120 Hz.

Turbulenca pomaga pri prezračevanju

Raziskovalci so ugotovili, da predori v kompleksu vplivajo na veter, ki piha na gomilo, na načine, ki povečajo prenos mase zraka za prezračevanje. Nihanje vetra pri določenih frekvencah ustvarja turbulenco v notranjosti, katere učinek je odnašanje dihalnih plinov in odvečne vlage stran od srca gomile. »Pri prezračevanju stavbe želite ohraniti občutljivo ravnovesje temperature in vlažnosti, ki se ustvari v notranjosti, ne da bi ovirali gibanje postanega zraka navzven in svežega zraka navznoter. Večina sistemov HVAC se s tem spopada. Tukaj imamo strukturiran vmesnik, ki omogoča izmenjavo dihalnih plinov, preprosto zaradi razlik v koncentraciji med eno in drugo stranjo. Razmere v notranjosti se tako ohranjajo,« je pojasnil Soar. Avtorji so nato simulirali izstopni kompleks s serijo 2D modelov, ki so povečali kompleksnost od ravnih tunelov do mreže. Z elektromotorjem so pognali nihajoče vodno telo (vidno z barvilom) skozi tunele in posneli masni tok. Na svoje presenečenje so ugotovili, da mora motor premakniti zrak naprej in nazaj le nekaj milimetrov (kar ustreza šibkim nihanjem vetra), da bi oseka in oseka prodrla skozi celoten kompleks. Pomembno je, da je potrebna turbulenca nastala le, če je bila postavitev dovolj mrežasta.

Žive in dihajoče zgradbe

Avtorji sklepajo, da lahko izhodni kompleks omogoči vetrno prezračevanje termitnjakov ob šibkem vetru. »Predstavljamo si, da bodo zidovi v prihodnosti, izdelani z nastajajočimi tehnologijami, kot so praškasti tiskalniki, vsebovali omrežja, podobna izhodnemu kompleksu. Ti bodo omogočili premikanje zraka prek vgrajenih senzorjev in aktuatorjev, ki potrebujejo le majhne količine energije,« je dejal Andréen. Soar je zaključil: »3D-tiskanje v gradbenem obsegu bo možno šele, ko bomo lahko oblikovali tako zapletene strukture, kot so v naravi. Izstopni kompleks je primer zapletene strukture, ki bi lahko rešila več problemov hkrati: ohraniti udobje v naših domovih, hkrati pa uravnavati pretok dihalnih plinov in vlage skozi ovoj zgradbe.« "Smo na robu prehoda k gradnji, ki je podobna naravi: prvič bo mogoče zasnovati resnično živo, dihajočo stavbo."

Časovni žig:

Več od Nanowerk