กองปลวกเผยเคล็ดลับการสร้างอาคาร 'มีชีวิตและหายใจ' ที่ใช้พลังงานน้อยลง

ปลวกจอมปลวกเผยความลับในการสร้างอาคาร 'มีชีวิตและหายใจ' ที่ใช้พลังงานน้อยลง

ประทับเวลา: 26 พฤษภาคม 2023 2:09 น
โหนดต้นทาง: 2680880
26 พฤษภาคม 2023 (ข่าวนาโนเวิร์ค) ในบรรดาปลวกที่รู้จักประมาณ 2,000 สายพันธุ์ บางตัวเป็นวิศวกรระบบนิเวศ เนินดินที่สร้างขึ้นโดยบางสกุล เช่น Amitermes, Macrotermes, Nasutitermes และ Odontotermes มีความสูงถึง XNUMX เมตร ทำให้เป็นโครงสร้างทางชีววิทยาที่ใหญ่ที่สุดในโลก การคัดเลือกโดยธรรมชาติได้ดำเนินการปรับปรุง 'การออกแบบ' ของเนินดินมาเป็นเวลาหลายสิบล้านปี สถาปนิกและวิศวกรที่เป็นมนุษย์อาจเรียนรู้อะไรหากพวกเขาไปหาปลวกและพิจารณาแนวทางของพวกเขา ในการศึกษาใหม่ใน พรมแดนด้านวัสดุ (“วัสดุเมตาที่ได้รับแรงบันดาลใจจากปลวกสำหรับเปลือกอาคารแบบไหลลื่น”) นักวิจัยได้แสดงให้เห็นว่ากองปลวกสามารถสอนให้เราสร้างสภาพอากาศภายในอาคารที่สะดวกสบายสำหรับอาคารของเราที่ไม่มีการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากเครื่องปรับอากาศได้อย่างไร “ที่นี่เราแสดงให้เห็นว่า 'ทางออกที่ซับซ้อน' ซึ่งเป็นเครือข่ายที่ซับซ้อนของอุโมงค์ที่เชื่อมต่อถึงกันซึ่งพบในกองปลวก สามารถใช้เพื่อส่งเสริมการไหลเวียนของอากาศ ความร้อน และความชื้นในรูปแบบใหม่ในสถาปัตยกรรมของมนุษย์” ดร. เดวิด อันเดรน ผู้อาวุโสกล่าว อาจารย์ประจำกลุ่มวิจัย bioDigital Matter ของมหาวิทยาลัย Lund และเป็นผู้เขียนคนแรกของการศึกษาวิจัย

ปลวกจากนามิเบีย

Andréenและผู้ร่วมเขียน Dr Rupert Soar รองศาสตราจารย์จาก School of Architecture, Design and the Built Environment ที่ Nottingham Trent University ศึกษากองปลวก Macrotermes michaelseni จากนามิเบีย อาณานิคมของสายพันธุ์นี้สามารถประกอบด้วยบุคคลมากกว่าหนึ่งล้านคน ใจกลางเนินดินมีสวนเห็ดชีวภาพที่ปลวกเลี้ยงไว้เป็นอาหาร ส่วนหนึ่งของกลุ่มทางออกของกองปลวก Macrotermes michaelseni จากนามิเบีย ส่วนหนึ่งของกลุ่มทางออกของกองปลวก Macrotermes michaelseni จากนามิเบีย (ภาพ: D. Andréen) นักวิจัยมุ่งความสนใจไปที่ความซับซ้อนทางออก: เครือข่ายอุโมงค์หนาแน่นคล้ายโครงตาข่าย มีความกว้างระหว่าง 3 มม. ถึง 5 มม. ซึ่งเชื่อมต่อท่อร้อยสายด้านในกับด้านนอกที่กว้างกว่า ในช่วงฤดูฝน (พฤศจิกายนถึงเมษายน) ซึ่งเป็นช่วงที่มีเนินดินขึ้น เนินดินจะขยายออกไปทางทิศเหนือและโดนแสงแดดโดยตรงในตอนกลางวัน นอกฤดูกาลนี้ คนงานปลวกจะปิดอุโมงค์ทางออกไว้ คิดว่าอาคารแห่งนี้ช่วยให้ความชื้นส่วนเกินระเหยออกไปได้ โดยยังคงรักษาการระบายอากาศไว้อย่างเพียงพอ แต่มันทำงานอย่างไร? Andréen และ Soar สำรวจว่าเลย์เอาต์ของทางออกที่ซับซ้อนทำให้เกิดกระแสที่สั่นหรือคล้ายชีพจรได้อย่างไร พวกเขาทำการทดลองโดยใช้สำเนาสแกนและพิมพ์ 3 มิติของชิ้นส่วนทางออกที่ซับซ้อนซึ่งรวบรวมในเดือนกุมภาพันธ์ พ.ศ. 2005 จากแหล่งธรรมชาติ ชิ้นส่วนนี้มีความหนา 4 ซม. ปริมาตร 1.4 ลิตร 16% เป็นอุโมงค์ พวกเขาจำลองลมด้วยลำโพงที่ขับเคลื่อนการแกว่งของส่วนผสมของอากาศ CO2 ผ่านชิ้นส่วน ขณะเดียวกันก็ติดตามการถ่ายเทมวลด้วยเซ็นเซอร์ พวกเขาพบว่าการไหลของอากาศจะยิ่งใหญ่ที่สุดที่ความถี่การสั่นระหว่าง 30Hz ถึง 40 Hz; ปานกลางที่ความถี่ระหว่าง 10Hz ถึง 20 Hz; และอย่างน้อยที่ความถี่ระหว่าง 50Hz ถึง 120 Hz

ความปั่นป่วนช่วยระบายอากาศ

นักวิจัยสรุปว่าอุโมงค์ในบริเวณที่ซับซ้อนมีปฏิสัมพันธ์กับลมที่พัดบนเนินดินในลักษณะที่ช่วยเพิ่มการถ่ายเทอากาศเพื่อการระบายอากาศ การสั่นของลมที่ความถี่บางความถี่ทำให้เกิดความปั่นป่วนภายใน ซึ่งส่งผลให้ก๊าซทางเดินหายใจและความชื้นส่วนเกินออกไปจากหัวใจของเนินดิน “เมื่อระบายอากาศในอาคาร คุณต้องการรักษาสมดุลอันละเอียดอ่อนของอุณหภูมิและความชื้นที่สร้างขึ้นภายใน โดยไม่ขัดขวางการเคลื่อนตัวของอากาศเก่าและอากาศบริสุทธิ์ภายใน ระบบ HVAC ส่วนใหญ่ประสบปัญหานี้ ที่นี่เรามีส่วนต่อประสานที่มีโครงสร้างซึ่งช่วยให้สามารถแลกเปลี่ยนก๊าซทางเดินหายใจได้ โดยขับเคลื่อนโดยความเข้มข้นที่แตกต่างกันระหว่างด้านหนึ่งกับอีกด้านหนึ่ง สภาพภายในจึงได้รับการบำรุงรักษา” Soar อธิบาย จากนั้น ผู้เขียนได้จำลองความซับซ้อนทางออกด้วยชุดแบบจำลอง 2 มิติ ซึ่งเพิ่มความซับซ้อนตั้งแต่อุโมงค์ตรงไปจนถึงโครงตาข่าย พวกเขาใช้มอเตอร์ไฟฟ้าเพื่อขับเคลื่อนแหล่งน้ำที่สั่น (ทำให้มองเห็นได้ด้วยสีย้อม) ผ่านอุโมงค์ และบันทึกภาพการไหลของมวล พวกเขาพบว่าต้องประหลาดใจที่มอเตอร์จำเป็นต้องเคลื่อนอากาศไปมาเพียงไม่กี่มิลลิเมตร (ซึ่งสอดคล้องกับการสั่นของลมที่อ่อนแรง) เพื่อให้กระแสน้ำขึ้นและลงเพื่อทะลุผ่านบริเวณที่ซับซ้อนทั้งหมด ที่สำคัญ ความปั่นป่วนที่จำเป็นเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อเค้าโครงมีลักษณะคล้ายขัดแตะเพียงพอ

อาคารที่อยู่อาศัยและลมหายใจ

ผู้เขียนสรุปว่าส่วนทางออกสามารถระบายอากาศโดยใช้พลังงานลมของปลวกเมื่อมีลมอ่อน “เราจินตนาการว่าผนังอาคารในอนาคตซึ่งสร้างขึ้นด้วยเทคโนโลยีใหม่ เช่น เครื่องพิมพ์แบบผง จะมีเครือข่ายที่คล้ายกับอาคารทางออก สิ่งเหล่านี้จะทำให้สามารถเคลื่อนย้ายอากาศไปรอบๆ ได้โดยใช้เซ็นเซอร์และแอคทูเอเตอร์แบบฝังซึ่งต้องใช้พลังงานเพียงเล็กน้อยเท่านั้น” Andréen กล่าว Soar สรุปว่า “การพิมพ์ 3 มิติในระดับการก่อสร้างจะเป็นไปได้ก็ต่อเมื่อเราสามารถออกแบบโครงสร้างที่ซับซ้อนได้ตามธรรมชาติเท่านั้น อาคารทางออกเป็นตัวอย่างของโครงสร้างที่ซับซ้อนที่สามารถแก้ปัญหาหลายอย่างพร้อมกันได้: รักษาความสะดวกสบายภายในบ้านของเรา ขณะเดียวกันก็ควบคุมการไหลเวียนของก๊าซทางเดินหายใจและความชื้นผ่านเปลือกอาคาร” “เรากำลังใกล้จะเปลี่ยนไปสู่การก่อสร้างที่เหมือนธรรมชาติ: เป็นครั้งแรกที่มันเป็นไปได้ที่จะออกแบบอาคารที่มีชีวิตและหายใจได้อย่างแท้จริง”

ประทับเวลา:

เพิ่มเติมจาก นาโนเวิร์ค