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?
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.“
Zdroj: https://www.nanowerk.com/news2/green/newsid=63067.php
0 komentárov