Živé a dýchajúce budovy vďaka termitom / Nano Magazín

budovy inšpirované termitmi využívajú pasívnu ventiláciu: porézne materiály a nanoštruktúry tvoria „dýchacie“ kanáliky, ktoré prirodzene ťahajú vzduch a odvádzajú teplo aj vlhkosť. Výsledok: stabilná vnútorná klíma, nižšia spotreba energie a tichá prevádzka bez zložitých systémov.

Spomedzi približne 2 000 známych druhov termitov sú niektorí inžinieri ekosystémov. Kopce postavené niektorými rodmi, napríklad Amitermes, Macrotermes, Nasutitermes a Odontotermes, dosahujú výšku až osem metrov, čo z nich robí jedny z najväčších biologických štruktúr na svete.

Prírodný výber pracuje na zlepšovaní „dizajnu“ ich kopcov už desiatky miliónov rokov. Čo by sa mohli ľudskí architekti a inžinieri naučiť, keby sa vybrali k termitom a zvážili ich spôsoby?

V novej štúdii Frontiers in Materials výskumníci ukázali, ako nás termitídy môžu naučiť vytvárať príjemné vnútorné prostredie pre naše budovy, ktoré nemajú uhlíkovú stopu ako klimatizácia. .

„Tu ukazujeme, že „výstupný komplex“, zložitá sieť prepojených tunelov, ktoré sa nachádzajú v termitiskách, možno použiť na podporu prúdenia vzduchu, tepla a vlhkosti novými spôsobmi v ľudskej architektúre,“ povedal Dr David Andréen, senior., ktorý prednáša vo výskumnej skupine bioDigital Matter Univerzity v Lunde a je prvým autorom štúdie.

Termity z Namíbie

Andréen a spoluautor Dr. Rupert Soar, docent na School of Architecture, Design and the Built Environment na Nottingham Trent University, študovali mohyly termitov Macrotermes michaelseni z Namíbie. Kolónie tohto druhu môžu pozostávať z viac ako milióna jedincov. V srdci kopcov ležia záhrady symbiotických húb, ktoré využívajú termity ako potravu.

Výskumníci sa zamerali na výstupný komplex: hustú mriežkovanú sieť tunelov so šírkou medzi 3 mm a 5 mm, ktorá spája širšie potrubia vo vnútri s exteriérom. Počas obdobia dažďov (november až apríl), keď mohyla rastie, sa rozprestiera na jej severne orientovanom povrchu a je priamo vystavená poludňajšiemu slnku. Mimo tejto sezóny udržiavajú pracovníci termitov výstupné tunely zablokované. Predpokladá sa, že komplex umožňuje odparovanie prebytočnej vlhkosti pri zachovaní dostatočného vetrania. Ale ako to funguje?

Prečítaj si aj: Prelom v monitotovaní počasia

Andréen a Soar skúmali, ako usporiadanie výstupného komplexu umožňuje oscilačné alebo pulzné toky. Svoje experimenty založili na naskenovanej a 3D vytlačenej kópii fragmentu výstupného komplexu zozbieraného vo februári 2005 z voľnej prírody. Tento fragment mal hrúbku 4 cm s objemom 1,4 litra, z toho 16 % tvorili tunely.

Simulovali vietor pomocou reproduktora, ktorý poháňal oscilácie zmesi CO2 a vzduchu cez fragment, pričom sa sledoval prenos hmoty pomocou senzora. Zistili, že prúdenie vzduchu bolo najväčšie pri oscilačných frekvenciách medzi 30 Hz a 40 Hz; mierny pri frekvenciách medzi 10 Hz a 20 Hz; a najmenej pri frekvenciách medzi 50 Hz a 120 Hz.

Turbulencia pomáha vetraniu

Výskumníci dospeli k záveru, že tunely v komplexe interagujú s vetrom fúkajúcim na kopci spôsobom, ktorý zvyšuje hromadný prenos vzduchu na ventiláciu. Oscilácie vetra pri určitých frekvenciách vytvárajú vo vnútri turbulencie, ktorých účinkom je odvádzanie dýchacích plynov a prebytočnej vlhkosti preč zo srdca kopca.

„Pri vetraní budovy chcete zachovať jemnú rovnováhu teploty a vlhkosti vytvorenú vo vnútri, bez toho, aby ste bránili pohybu zatuchnutého vzduchu smerom von a čerstvého vzduchu dovnútra. Väčšina systémov HVAC s tým bojuje. Tu máme štruktúrované rozhranie, ktoré umožňuje výmenu dýchacích plynov jednoducho poháňanú rozdielmi v koncentrácii medzi jednou a druhou stranou. Podmienky vo vnútri sú tak zachované,“ vysvetlil Soar.

Autori potom simulovali výstupný komplex sériou 2D modelov, ktorých komplexnosť narástla z priamych tunelov na mriežku. Pomocou elektromotora poháňali cez tunely oscilujúce vodné teleso (zviditeľnené farbivom) a natáčali masový tok. Na svoje prekvapenie zistili, že motor potrebuje pohybovať vzduchom tam a späť len o niekoľko milimetrov (čo zodpovedá slabým osciláciám vetra), aby príliv a odliv prenikol celým komplexom. Dôležité je, že potrebné turbulencie vznikli len vtedy, ak bolo rozmiestnenie dostatočne mriežkované.

Živé a dýchajúce budovy

Autori dospeli k záveru, že výstupný komplex môže pri slabom vetre umožniť vetranie termitísk poháňané vetrom.

„Predstavujeme si, že stavebné steny v budúcnosti, vyrobené pomocou nových technológií, ako sú tlačiarne s práškovým lôžkom, budú obsahovať siete podobné výstupnému komplexu. Tie umožnia pohyb vzduchu cez zabudované senzory a ovládače, ktoré vyžadujú len malé množstvo energie,“ povedal Andréen.

Soar uzavrel: „3D tlač v stavebnom rozsahu bude možná len vtedy, keď dokážeme navrhnúť také zložité štruktúry ako v prírode. Výstupný komplex je príkladom komplikovanej konštrukcie, ktorá by mohla vyriešiť viacero problémov súčasne: udržať pohodlie v našich domovoch a zároveň regulovať prúdenie dýchacích plynov a vlhkosti cez plášť budovy.

„Stojíme na pokraji prechodu k stavbe podobnej prírode: po prvý raz možno bude možné navrhnúť skutočnú živú, dýchajúcu budovu.“

Takto navrhnuté budovy využívajú kapilárne nanoštruktúry a pasívne prúdenie, takže udržia stabilnú teplotu bez hlučnej klimatizácie. Menej energie, viac komfortu.

Zdroj: nanowerk.com