Einige der rund 2.000 beschriebenen Termitenarten gelten gewissermaßen als Ingenieure des Ökosystems. Einige der größten biologischen Strukturen der Welt finden sich in den Hügeln verschiedener Gattungen wie Amitermes, Macrotermes, Nasutitermes und Odontotermes. Diese Hügel können eine Höhe von bis zu acht Metern erreichen. Im Laufe von mehreren Millionen Jahren hat die natürliche Selektion das „Design“ seiner Hügel verbessert.
Was können menschliche Ingenieure und Architekten von Termiten lernen, indem sie ihr Verhalten untersuchen?
In einem neuen Artikel, der in Frontiers in Materials veröffentlicht wurde, zeigen Forscher, wie Termitenhügel uns lehren können, wie wir angenehme Innentemperaturen für unsere Häuser schaffen können, ohne den COXNUMX-Fußabdruck einer Klimaanlage.
Dr. der Universität Lund David Andréen sagte: „Wir zeigen hier, dass der ‚Ausgangskomplex‘, ein kompliziertes Netzwerk miteinander verbundener Tunnel in Termitenhügeln, genutzt werden kann, um den Fluss von Luft, Wärme und Feuchtigkeit auf neue Weise in der menschlichen Architektur zu fördern.“
Namibische Termiten
Macrotermes michaelseni Termitenhügel in Namibia, Andréen und Co-Autor Dr. Rezensiert von Rupert Soar. In einer Kolonie dieser Art können mehr als eine Million Menschen leben. In der Mitte der Hügel befinden sich symbiotische Pilzgärten, in denen Termiten zur Nahrungssuche wachsen.
Der Ausgangskomplex, ein dichtes maschenartiges Tunnelnetz, das breitere Kanäle von innen nach außen verbindet, war das Untersuchungsgebiet für die Forscher. Dazu gehört auch die nach Norden ausgerichtete Oberfläche des Hügels, die während der Regenzeit (November bis April), wenn sie wächst, direkter Mittagssonne ausgesetzt ist. Termitenarbeiter halten ihre Ausgangstunnel während dieser Saison nach außen geschlossen. Der Komplex muss für ausreichende Belüftung sorgen und gleichzeitig die Verdunstung überschüssiger Feuchtigkeit ermöglichen. Wie funktioniert es also?
Andréen und Soar untersuchten, wie oszillierende oder pulsierende Strömungen durch die Gestaltung des Auslasskomplexes ermöglicht werden. Als Grundlage für ihre Forschung verwendeten sie eine 2005D-gedruckte Kopie eines gescannten Teils eines komplexen Ausgabeteils, das im Februar 3 aus der Natur entnommen wurde. Dieses Stück hatte ein Volumen von 1,4 Litern, eine Dicke von 4 cm und einen Tunnel von 16 %.
Mithilfe eines Lautsprechers, der den Wind nachahmte, schickten die Forscher Vibrationen des CO2-Luft-Gemisches durch das Teil, während sie mit einem Sensor die Massenbewegung überwachten. Sie fanden heraus, dass der Luftstrom zwischen 30 Hz und 40 Hz Schwingungsfrequenz am höchsten, zwischen 10 Hz und 20 Hz Schwingungsfrequenz im mittleren Bereich und zwischen 50 Hz und 120 Hz Schwingungsfrequenz am geringsten war.
Turbulenzunterstützung für die Belüftung
Die Forscher kamen zu dem Schluss, dass die Tunnel des Komplexes mit dem über den Hügel wehenden Wind interagieren und so den Massenaustausch der Luft zur Belüftung verbessern. Aufgrund interner Turbulenzen, die durch Windschwingungen bestimmter Frequenzen verursacht werden, werden ausgeatmete Gase und zusätzliche Feuchtigkeit aus der Mitte des Hügels abtransportiert.
„Bei der Belüftung eines Gebäudes ist es wichtig, das empfindliche Gleichgewicht von Temperatur und Luftfeuchtigkeit im Inneren aufrechtzuerhalten, ohne den Zu- und Abfluss von Frischluft zu blockieren. Die meisten HVAC-Systeme haben damit Probleme. Hier ermöglicht eine strukturierte Schnittstelle den Austausch von Atemgasen nur aufgrund von Konzentrationsänderungen zwischen den beiden Seiten. Soar stellte fest, dass dadurch die Bedingungen im Inneren aufrechterhalten würden.
Der Ausgabekomplex wurde dann von den Autoren mithilfe verschiedener 2D-Modelle unterschiedlicher Komplexität reproduziert, von einfachen geraden Rohren bis hin zu einem Gitter. Mit einem Elektromotor tunnelten sie ein oszillierendes Gewässer und filmten den Massenstrom bei seiner Fortbewegung. Überraschenderweise stellten sie fest, dass der Motor die Luft nur wenige Millimeter hin- und herschieben musste, damit die Flut den gesamten Komplex erreichen konnte (was leichten Windschwankungen entspricht). Noch wichtiger ist, dass die Anordnung ausreichend gitterartig sein muss, damit die notwendigen Turbulenzen auftreten.
Den Autoren zufolge könnte der Aufstiegskomplex eine windbetriebene Belüftung von Termitenhügeln bei niedrigen Windgeschwindigkeiten ermöglichen.
„Wir gehen davon aus, dass zukünftige Gebäudewände, die mit modernster Technologie wie Pulverbettdruckern gebaut werden, über Netzwerke verfügen werden, die denen des Outlet-Komplexes ähneln. Laut Andréen sorgen diese dank eingebetteter Sensoren und energieeffizienter Aktoren dafür, dass die Luft in Bewegung bleibt.
Soar kam zu dem Schluss: „3D-Druck im Baumaßstab wird nur möglich sein, wenn wir Strukturen entwerfen können, die so komplex sind wie die, die in der Natur vorkommen.“ Der Ausgangskomplex ist ein Beispiel für eine komplexe Struktur, die mehrere Probleme gleichzeitig lösen kann, wie z. B. die Aufrechterhaltung des Komforts in unseren Häusern und die Kontrolle des Durchgangs von Feuchtigkeit und Atemgasen durch die Gebäudehülle.
Wir stehen kurz vor dem Übergang zum Bauen, was die Natur tut: Zum ersten Mal ist es vielleicht möglich, eine echte Struktur zu schaffen, die atmet und lebt.
Quelle: https://techxplore.com/news
📩 28/05/2023 23:43