Взгляд на природу часто может стать источником вдохновения, особенно в строительстве. Исследователи изучили, как ветер проходит через сложную внутреннюю структуру термитника, в надежде, что однажды он поможет построить здание, которое сможет полупассивно регулировать собственный климат.
Виды термитов, строящих курганы, встречаются в Африке, Австралии и Южной Америке. Некоторые курганы являются поразительными примерами сложной архитектуры, достигая 26 футов (8 м) в высоту и 98 футов (30 м) в диаметре. Их прочная конструкция означает, что они часто переживают населяющие их колонии термитов.
Теперь исследователи более внимательно изучили курганы, построенные намибийцами Macrotermes michaelseni.термитов, в которых обитает более миллиона отдельных термитов. Их особенно интересовал «комплекс выхода», густая решетчатая сеть туннелей, которая улавливает ветер вокруг насыпи, создавая турбулентность внутри, которая контролирует внутренний климат.
При строительстве своих насыпей М. Майклсенидолжны учитывать внутренние и внешние факторы, которые позволяют энергии, материи и информации течь в обоих направлениях. Выходной комплекс на северной стороне кургана появляется преимущественно в сезон дождей, когда курган растет. В то время это единственное отверстие между насыпью и внешней средой. Считается, что комплекс способствует испарению лишней влаги при сохранении адекватной вентиляции. Но исследователи хотели лучше понять, как это работает.
Фрагмент термита Комплекс на выходе из насыпи Просмотреть 2 изображения
Фрагмент выходного комплекса термитника
Компьютерная томография (КТ) скан комплекса эвакуации
<р>Они экспериментировали с фрагментом модели выходного комплекса, напечатанным на 3D-принтере, и пропускали через него колеблющуюся смесь углекислого газа и воздуха. Используя датчики для отслеживания воздуха, исследователи обнаружили, что выходные туннели взаимодействовали с ветром, дующим на курган, таким образом, что улучшалась вентиляция. Воздушный поток был максимальным при частотах колебаний от 30 до 40 Гц, умеренным от 10 до 20 Гц и минимальным при частотах от 50 до 120 Гц.
Они пришли к выводу, что турбулентность, создаваемая выходным комплексом, позволяла ветровая вентиляция термитников.
«При вентиляции здания вы хотите сохранить тонкий баланс температуры и влажности, созданный внутри, не препятствуя движению спертого воздуха наружу и свежего внутрь», — сказал Руперт Соар, соавтор исследования. «Большинство систем HVAC [отопления, вентиляции и кондиционирования] борются с этим. Здесь у нас есть структурированный интерфейс, который позволяет обмениваться дыхательными газами, просто обусловленными разницей в концентрации между одной и другой сторонами. Таким образом поддерживаются условия внутри».
Исследователи предвидят, что воспроизведение туннельных структур термитов в человеческих зданиях может быть способом полупассивного регулирования их климата.
«Мы предполагаем, что стены зданий в будущем, сделанные с использованием новых технологий, таких как порошковые принтеры, будет содержать сети, подобные выходному комплексу», — сказал Дэвид Андреен, ведущий автор исследования. «Это позволит перемещать воздух с помощью встроенных датчиков и исполнительных механизмов, которые требуют лишь незначительного количества энергии».
Исследователи осознают, что может пройти некоторое время, прежде чем сложная структура этих насекомых готовые дома могут быть встроены в здание, но они остаются оптимистичными.
«Трехмерная печать в масштабах строительства станет возможной только тогда, когда мы сможем проектировать такие же сложные конструкции, как в природе», — сказал Соар. «Мы стоим на пороге перехода к природоподобному строительству: впервые можно спроектировать по-настоящему живое, дышащее здание».
Исследование опубликовано в журнале Границы в материалах.
