Faszinierend, nicht wahr? Die neueste, großartigste Idee, die „grüne Bewegung“ anzustoßen – und sie ist von Termiten entlehnt. Die Universität Lund hat gerade eine Studie veröffentlicht, die besagt, dass wir die von Termiten in ihren Hügeln genutzte Klimakontrolle nachahmen können, um klimaintelligente Gebäude mit höherer Energieeffizienz und einem vernachlässigbaren Kohlendioxid-Fußabdruck zu schaffen.
Diese Termitenhügel werden für ihre ausgeklügelten Belüftungssysteme gelobt, die angeblich Temperatur und Luftfeuchtigkeit regulieren. David Andréen, Dozent am Fachbereich Architektur und gebaute Umwelt der Universität Lund, spricht eloquent über die Digitalisierung von Design, biologischen Systemen und deren Funktionsweise
liefern ein wichtiges Modell dafür, wie wir diese Möglichkeiten am besten nutzen können.
Laut der in Frontiers in Materials veröffentlichten Studie besteht das Innere von Termitenhügeln aus miteinander verbundenen Kanälen, Tunneln und Luftkammern. Es wird angenommen, dass diese Windenergie zur Atmung einfangen – oder Sauerstoff und Kohlendioxid mit der Umwelt austauschen. Die Forscher schlagen vor, dass ähnliche Strukturen in Gebäudewände integriert werden könnten, um eine neue Methode zur Steuerung von Luftstrom, Wärme und Feuchtigkeit zu ermöglichen.
Andréen stellt das Konzept der Schaffung klimaintelligenter Gebäude durch die Entwicklung turbulenter, dynamischer und variabler Systeme vor. Diese Systeme würden einen geringen Energiebedarf erfordern und könnten durch sehr kleine Geräte gesteuert werden. Die Steuerung dieser Systeme würde lediglich eine elektronische Steuerung erfordern,
„Ohne den Einsatz mechanischer Komponenten wie Lüfter, Ventile.“
Das Forschungsteam zeigte offenbar, wie Luftströmungen mit der Geometrie interagieren – wie die Parameter in einer Struktur dafür sorgen, dass Strömungen entstehen und wie diese Strömungen gezielt reguliert werden können. Andréen schlägt vor, dass dieses System eine Voraussetzung für a sein könnte
verteiltes System, bei dem viele kleine Sensoren und Regelgeräte durch Miniaturisierung, Haltbarkeit/Nachhaltigkeit und Kostenreduzierung in der klimaadaptiven Gebäudehülle untergebracht werden.
An dieser Stelle muss gefragt werden: Können diese Prinzipien wirklich sinnvoll, skalierbar und kostengünstig auf die menschliche Architektur angewendet werden? Der Bericht weist beiläufig darauf hin, dass diese Revolution in der Architektur nur mit komplexen Innengeometrien möglich wäre, die durch 3D-Druck erzielt werden. Hat jemand den Ressourcenbedarf, den CO2-Fußabdruck und die Skalierbarkeit eines solchen Ansatzes berücksichtigt? Angesichts dieser Fragen kommt man nicht umhin, sich an eine ähnliche Zeit zu erinnern, als „bioinspiriertes“ Design zu einer Flut von Gebäuden in Form von Tannenzapfen und Muscheln führte, die kaum oder gar keine praktischen Vorteile oder Verbesserungen in der Nachhaltigkeit hatten.
Andréen schließt mit einer fast ehrfürchtigen Bewunderung für den „Bauprozess“ der Termiten, der zu „extrem komplexen, gut funktionierenden ‚technischen Meisterwerken‘“ ohne zentrale Kontrolle oder Zeichnungen führt. Nun ja, vielleicht handelt es sich um Insekten, aber man muss bedenken, dass es Termiten schon seit Millionen von Jahren gibt und ihre Konstruktionen ohne die Zwänge städtebaulicher Vorschriften, Bauvorschriften oder Marktkräfte an ihre spezifischen Bedürfnisse und ihre Umgebung angepasst haben.
Obwohl das Konzept selbst faszinierend ist, darf man nicht vergessen, die inhärenten Komplexitäten und Realitäten der menschlichen Architektur und Stadtentwicklung zu berücksichtigen, bevor man Termiten zu unseren architektonischen Messias krönt. Bis diese klimaintelligenten Entwürfe ihre Realisierbarkeit in realen Anwendungen unter Beweis stellen können – von termitengroßen Hügeln auf Gebäude in Menschengröße, unter Berücksichtigung der unzähligen Vorschriften, Kostenüberlegungen und menschlichen Komfortbedürfnisse – könnte man diese Forschung weiterführen ein Sandkorn … oder sollten wir sagen, ein Stück Holz?
Quelle: Universität Lund. „Klimafreundliche Klimaanlage inspiriert von Termiten.“ Nachrichten der Universität Lund, 2023. DOI: 10.3389/fmats.2023.1126974.
Es ist ein Open-Access-Artikel, wenn Sie ihn lesen möchten.
David Andréen1* Und Rupert Soar2
- 1BioDigital Matter, Abteilung für Architektur und gebaute Umwelt, Universität Lund, Lund, Schweden
- 2School of Architecture, Design, and the Built Environment, Nottingham Trent University, Nottingham, Vereinigtes Königreich
In diesem Artikel untersuchen wir das performative Potenzial netzartiger Tunnelnetzwerke, als Treiber für selektive Luftströme in Gebäudehüllen zu fungieren und dadurch eine semi-passive Klimaregulierung zu ermöglichen. Wir untersuchen, ob solche transienten Strömungen genutzt werden können, um funktional abgestufte Metamaterialien in bioinspirierten, additiv gefertigten Gebäuden zu schaffen. Die Tunnelnetze sind dem nachempfunden Ausgangskomplex kommt im Hügel bestimmter Makrotermitenarten vor. Die Hypothese, die wir untersuchen, ist, dass ein oszillierender Luftstrom mit geringer Amplitude verwendet werden kann, um großräumige Turbulenzen innerhalb des Netzwerks zu erzeugen und dadurch die Stofftransferraten im gesamten Netzwerk zu erhöhen. Die Hypothese wird durch eine Reihe dreidimensionaler und zweidimensionaler Experimente überprüft, bei denen verschiedene Geometrien einer erzwungenen Schwingung der Luft- oder Wassersäule ausgesetzt werden. Die Ergebnisse werden bei den 3-dimensionalen Experimenten durch Tracergasmessungen und bei den 2-dimensionalen Experimenten durch visuelle qualitative Beurteilung mittels Fluorescein-Farbstoff ausgewertet. Wir stellen fest, dass die oszillierende Flüssigkeit großräumige Turbulenzen verursacht, die einen Nettomassentransport durch das Tunnelnetzwerk verursachen, und dass diese Turbulenzen auftreten, wenn bestimmte Kombinationen von Amplitude, Frequenz und Netzwerkgeometrie erreicht werden. Darüber hinaus kommen wir zu dem Schluss, dass der Netto-Massentransfer groß genug ist, um in einer Gebäudehülle als Methode zur Regulierung des Innenklimas des Gebäudes oder des eigenen Mikroklimas der Hülle funktionell nützlich zu sein.
1. Einleitung
Neue Technologien in der additiven Fertigung und im computergestützten Design eröffnen radikal neue Möglichkeiten für performative Gebäudehüllen, bei denen komplizierte und (mikro-)standortspezifische Geometrien die Schaffung funktional abgestufter Metamaterialien ermöglichen können (Soar und Andréen, 2012). Metamaterialien sind Materialien, die auf eine Weise geformt sind, die ihnen Eigenschaften verleiht, die sie unter natürlichen Bedingungen nicht aufweisen. Sie sind seit langem ein Konzept, das vor allem im kleinen, hochwertigen Maschinenbau wie der Elektronik oder neuerdings auch im Maschinenbau von Bedeutung ist. Mit dem Aufkommen additiver Fertigungstechnologien, mit denen komplexe Geometrien auch in großen Mengen hergestellt werden können (aktuelle hochmoderne Pulverbettdrucker können über Nacht Objekte mit einer Größe von bis zu 8 Kubikmetern und mit außergewöhnlich hoher Auflösung produzieren), gibt es jedoch einen Zuwachs Möglichkeit, diese Konzepte in der Baubranche umzusetzen.
In diesem Artikel untersuchen wir, wie solche funktional abgestuften Metamaterialien möglicherweise den Strukturen von Termitenhügeln nachempfunden werden können. Die großen Hügelstrukturen werden von Termiten geschaffen, um als physiologische Organe zu fungieren, die durch ihre komplexe und funktionale innere Geometrie erhebliche Atemgasströme regulieren und ein inneres Mikroklima mit steilen Feuchtigkeits- und Temperaturgradienten nach außen aufrechterhalten (Heyde et al., 2021). Sie erhalten ihre Funktion in erster Linie aus der Geometrie und können sich an eine überraschend große Vielfalt an Umgebungen anpassen. Biologische Systeme weisen eine starke Kohärenz zwischen Form und Funktion auf und können aus hochkomplexen und spezifischen Formen Nutzen ziehen. Sie können nicht nur als Modell für den direkten Zusammenhang zwischen Form und Leistung dienen, sondern auch für die generativen Prozesse, die es Organismen ermöglichen, solche Strukturen herzustellen (Andréen und Goidea, 2022; Goidea et al., 2022).
Die in dieser Arbeit getestete Hypothese ist, dass das Tunnelnetzwerk in der Hülle des Hügels, wenn es durch vorübergehende Luftbewegungen aktiviert wird, einen nützlichen und kontrollierbaren Massentransport durch die Hülle erzeugen kann. Wenn eine solche Strömung selektiv innerhalb und über eine durchlässige Struktur erzeugt werden kann, könnte sie ein nützliches Werkzeug für die semi-passive Regulierung des Gebäudeklimas und des Mikroklimas der Gebäudehülle darstellen. Das Ziel der Arbeit besteht darin, einen Proof-of-Concept für bisher undokumentierte Mechanismen zu liefern und festzustellen, welche geometrischen Parameter zur Steuerung der Effekte verwendet werden können
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