Những gò mối tiết lộ bí mật để tạo ra những tòa nhà 'sống và thở' sử dụng ít năng lượng hơn

Những gò mối tiết lộ bí mật để tạo ra những tòa nhà 'sống và thở' sử dụng ít năng lượng hơn

Dấu thời gian: ngày 26 tháng 2023 năm 2 09:XNUMX chiều
Nút nguồn: 2680880
26 Tháng năm 2023 (Tin tức Nanowerk) Trong số khoảng 2,000 loài mối đã biết, một số là kỹ sư hệ sinh thái. Các gò được xây dựng bởi một số chi, ví dụ như Amitermes, Macrotermes, Nasutitermes và Odontotermes, cao tới XNUMX mét, khiến chúng trở thành một trong những cấu trúc sinh học lớn nhất thế giới. Chọn lọc tự nhiên đã làm việc để cải thiện 'thiết kế' của các gò đất của chúng trong hàng chục triệu năm. Các kiến ​​trúc sư và kỹ sư của con người có thể học được gì nếu họ đến gặp những con mối và xem xét cách thức của chúng? Trong một nghiên cứu mới ở Biên giới trong vật liệu (“Siêu vật liệu lấy cảm hứng từ mối cho lớp vỏ tòa nhà hoạt động theo dòng chảy”), các nhà nghiên cứu đã chỉ ra cách các gò mối có thể dạy chúng ta cách tạo ra khí hậu bên trong thoải mái cho các tòa nhà của chúng ta mà không có dấu chân carbon của điều hòa không khí. Tiến sĩ David Andréen, một sinh viên năm cuối cho biết: “Ở đây chúng tôi chỉ ra rằng 'khu phức hợp đi ra', một mạng lưới phức tạp gồm các đường hầm liên kết với nhau được tìm thấy trong các gò mối, có thể được sử dụng để thúc đẩy các luồng không khí, nhiệt và độ ẩm theo những cách mới lạ trong kiến ​​trúc của con người. giảng viên tại nhóm nghiên cứu BioDigital Matter của Đại học Lund, đồng thời là tác giả đầu tiên của nghiên cứu.

Mối từ Namibia

Andréen và đồng tác giả, Tiến sĩ Rupert Soar, phó giáo sư tại Trường Kiến trúc, Thiết kế và Môi trường Xây dựng tại Đại học Nottingham Trent, đã nghiên cứu các gò mối Macrotermes michaelseni từ Namibia. Các thuộc địa của loài này có thể bao gồm hơn một triệu cá thể. Tại trung tâm của các gò đất là những khu vườn nấm cộng sinh, được nuôi bởi mối để làm thức ăn. Một phần của khu phức hợp đầu ra của một đống mối Macrotermes michaelseni từ Namibia Một phần của khu phức hợp đầu ra của một đống mối Macrotermes michaelseni từ Namibia. (Hình ảnh: D. Andréen) Các nhà nghiên cứu tập trung vào khu phức hợp đầu ra: một mạng lưới đường hầm dày đặc, giống như lưới, rộng từ 3 mm đến 5 mm, kết nối các ống dẫn rộng hơn bên trong với bên ngoài. Trong mùa mưa (từ tháng 3 đến tháng 2005), khi gò đất đang phát triển, phần này kéo dài trên bề mặt quay về hướng bắc của nó, tiếp xúc trực tiếp với ánh nắng giữa trưa. Ngoài mùa này, mối thợ giữ cho các đường hầm thoát ra bị chặn. Khu phức hợp được cho là cho phép bay hơi độ ẩm dư thừa, đồng thời duy trì hệ thống thông gió đầy đủ. Nhưng làm thế nào nó hoạt động? Andréen và Soar đã khám phá cách bố trí của tổ hợp đầu ra cho phép các dòng dao động hoặc dạng xung. Họ dựa trên các thí nghiệm của mình dựa trên bản sao được quét và in 4D của một mảnh phức hợp đi ra được thu thập từ tự nhiên vào tháng 1.4 năm 16. Mảnh này dày 2 cm với thể tích 30 lít, 40% trong số đó là các đường hầm. Họ mô phỏng gió bằng một chiếc loa điều khiển dao động của hỗn hợp không khí CO10 xuyên qua mảnh vỡ, đồng thời theo dõi quá trình truyền khối bằng một cảm biến. Họ phát hiện ra rằng luồng không khí lớn nhất ở tần số dao động từ 20Hz đến 50 Hz; vừa phải ở tần số từ 120Hz đến XNUMX Hz; và ít nhất ở các tần số từ XNUMXHz đến XNUMX Hz.

Sự nhiễu loạn giúp thông gió

Các nhà nghiên cứu kết luận rằng các đường hầm trong khu phức hợp tương tác với gió thổi trên gò đất theo cách giúp tăng cường chuyển giao khối lượng không khí để thông gió. Dao động của gió ở các tần số nhất định tạo ra nhiễu loạn bên trong, có tác dụng mang khí hô hấp và độ ẩm dư thừa ra khỏi lòng gò. “Khi thông gió cho một tòa nhà, bạn muốn duy trì sự cân bằng tinh tế giữa nhiệt độ và độ ẩm được tạo ra bên trong mà không cản trở sự chuyển động của không khí cũ ra bên ngoài và không khí trong lành vào bên trong. Hầu hết các hệ thống HVAC đều phải vật lộn với vấn đề này. Ở đây chúng ta có một giao diện có cấu trúc cho phép trao đổi khí hô hấp, đơn giản là do sự khác biệt về nồng độ giữa bên này và bên kia. Do đó, các điều kiện bên trong được duy trì,” Soar giải thích. Sau đó, các tác giả đã mô phỏng khu phức hợp lối ra bằng một loạt mô hình 2D, mô hình này tăng độ phức tạp từ các đường hầm thẳng đến dạng lưới. Họ đã sử dụng một động cơ điện để điều khiển một khối nước dao động (có thể nhìn thấy bằng thuốc nhuộm) qua các đường hầm và quay phim dòng chảy lớn. Họ ngạc nhiên phát hiện ra rằng động cơ chỉ cần di chuyển không khí qua lại vài mm (tương ứng với dao động gió yếu) để dòng chảy lên xuống có thể xuyên qua toàn bộ khu phức hợp. Điều quan trọng là, nhiễu loạn cần thiết chỉ phát sinh nếu bố cục đủ giống như mạng tinh thể.

Tòa nhà sống và thở

Các tác giả kết luận rằng tổ hợp lối ra có thể cho phép thông gió bằng sức gió của các gò mối khi gió yếu. “Chúng tôi tưởng tượng rằng các bức tường xây dựng trong tương lai, được làm bằng các công nghệ mới nổi như máy in bột, sẽ chứa các mạng tương tự như khu phức hợp lối ra. Andréen cho biết: “Những thứ này sẽ giúp không khí di chuyển xung quanh, thông qua các cảm biến và bộ truyền động được nhúng mà chỉ cần một lượng năng lượng rất nhỏ”. Soar kết luận: “Việc in 3D quy mô xây dựng sẽ chỉ khả thi khi chúng ta có thể thiết kế các cấu trúc phức tạp như trong tự nhiên. Khu phức hợp lối ra là một ví dụ về một cấu trúc phức tạp có thể giải quyết đồng thời nhiều vấn đề: giữ sự thoải mái bên trong ngôi nhà của chúng ta, đồng thời điều chỉnh luồng khí hô hấp và độ ẩm xuyên qua lớp vỏ tòa nhà.” “Chúng tôi đang trên đà chuyển đổi sang hướng xây dựng gần gũi với thiên nhiên: lần đầu tiên, có thể thiết kế một tòa nhà sống thực sự, mang hơi thở.”

Dấu thời gian:

Thêm từ công trình nano