Termiten überlisten Menschen, wenn es um HLK-Systeme geht

Termitenhügel können uns das Geheimnis lehren, „lebende und atmende“ Gebäude zu schaffen, die weniger Energie verbrauchen.

D. Andreen

Während Menschen McMansions und andere Bauwerke gebaut haben, bei denen weder Effizienz noch Leistung im Vordergrund stehen, haben andere Mitglieder der Tierwelt an brillanten Designs gearbeitet, die so konstruiert sind, dass sie ihren Bedürfnissen am besten entsprechen. Zugegeben, Leute, die einheimische Architektur praktizieren, haben ihre Gebäude herausgefunden. Aber an zu vielen Orten haben wir Strukturen, die nicht mit der Natur vereinbar sind, und sind letztendlich auf ressourcenhungrige Klimatisierungsgeräte angewiesen, um unsere Häuser lebenswert zu halten.

Derzeit werden 25 % der weltweit erzeugten Energie zum Heizen und Kühlen von Wohnhäusern und Gewerbegebäuden verwendet. „Da die Einkommen steigen und sich unser Planet erwärmt, wird sich die Zahl der Klimaanlagen voraussichtlich von heute 1,6 Milliarden auf 4,8 Milliarden im Jahr 2050 verdreifachen“, heißt es im Climate Portal des MIT. „Dieser Prozess verbraucht nicht nur viel Strom, sondern AC-Geräte neigen auch dazu, Kältemittel austreten zu lassen, bei denen es sich häufig um Fluorkohlenwasserstoffe handelt: Treibhausgase, die hunderte Male stärker sind als Kohlendioxid.“

Die Frage ist: Wie können wir auf erschwingliche, kohlenstoffärmere und umweltfreundliche Methoden zum Kühlen und Heizen unserer Gebäude umsteigen?

Lernen Sie natürlich von Termiten!

In einer neuen Studie, die in Frontiers for Materials veröffentlicht wurde, haben Forscher aufgedeckt, wie Termitenhügel uns dabei helfen können, ein angenehmes Innenklima zu schaffen, das nicht den CO2-Fußabdruck einer Klimaanlage hat, erklärt Mischa Dijkstra in Frontiers Science News.

„Wissenschaftler untersuchten den ‚Austrittskomplex‘ von Macrotermes michaelseni-Termiten aus Namibia, der offenbar die Feuchtigkeitsregulierung und den Gasaustausch fördert“, schreibt Dijkstra. „Sie zeigten, dass die Anordnung dieses gitterartigen Tunnelnetzes den Wind um den Termitenhügel herum abfangen kann.“ erzeugen Turbulenzen im Inneren, die die Belüftung antreiben und das Innenklima kontrollieren können.“

„Diese Eigenschaften können kopiert werden, um mit wenig Energie ein angenehmes Klima in menschlichen Gebäuden zu schaffen“, fügt er hinzu.

Viele Termiten gelten als Ökosystemingenieure, also als Arten, die Lebensräume in bedeutender Weise schaffen, zerstören, verändern oder erhalten. Und wir sprechen hier nicht von Termiten, die per se Gefallen an Ihrem Zuhause finden. Die Rede ist von Termiten, die Wolkenkratzer bauen.

Einige Termitengattungen bauen Hügel mit einer Höhe von bis zu 26 Fuß und machen ihre Türme zu den größten von Tieren errichteten Bauwerken der Welt. (Es gibt unbestätigte Berichte über einen 42 Fuß hohen Hügel in der Republik Kongo, der von einer afrikanischen Art namens Kriegstermite errichtet wurde!)

Im Laufe von mehreren Millionen Jahren haben Termiten daran gearbeitet, ihre Baumethoden zu perfektionieren – und es gibt einiges zu lernen.

„Hier zeigen wir, dass der ‚Austrittskomplex‘, ein kompliziertes Netzwerk miteinander verbundener Tunnel in Termitenhügeln, genutzt werden kann, um Luft-, Wärme- und Feuchtigkeitsströme auf neuartige Weise in der menschlichen Architektur zu fördern“, sagte Dr. David Andréen, ein Senior Dozent an der Universität Lund und Erstautor der Studie.

Für die Studie wandten sich Andréen und Co-Autor Dr. Rupert Soar, außerordentlicher Professor an der School of Architecture, Design and the Built Environment der Nottingham Trent University, an Macrotermes michaelseni. Auch als Riesenhügel-Termiten bekannt, können mehr als eine Million Individuen eine Kolonie bilden.

Das Team konzentrierte sich auf den Ausgangskomplex, ein dichtes, gitterartiges Netzwerk aus Tunneln, wie Sie auf dem oberen Foto sehen können. Diese Struktur verbindet breitere Leitungen im Inneren mit dem Äußeren. „Während der Regenzeit (November bis April), wenn der Hügel wächst, erstreckt er sich über seine nach Norden ausgerichtete Oberfläche und ist direkt der Mittagssonne ausgesetzt“, schreibt Dijkstra. „Außerhalb dieser Saison halten Termitenarbeiter die Ausgangstunnel blockiert. Es wird angenommen, dass der Komplex die Verdunstung überschüssiger Feuchtigkeit ermöglicht und gleichzeitig eine ausreichende Belüftung gewährleistet.“

Andréen und Soar haben eine Kopie eines Fragments eines echten Ausgangskomplexes gescannt und in 3D gedruckt und untersucht, wie die Anordnung der Struktur oszillierende, impulsartige Strömungen erzeugt.

Durch verschiedene Experimente fanden sie heraus, dass die Tunnel im Komplex mit dem draußen wehenden Wind auf eine Weise interagieren, die den Stoffaustausch der Luft zur Belüftung verbessert. Windschwingungen mit bestimmten Frequenzen erzeugen im Inneren Turbulenzen, erklären sie. Der Effekt besteht darin, Atemgase und überschüssige Feuchtigkeit von der Hügelmitte wegzuleiten.

D. Andreen

„Wenn Sie ein Gebäude belüften, möchten Sie das empfindliche Gleichgewicht zwischen Temperatur und Luftfeuchtigkeit im Inneren aufrechterhalten, ohne die Bewegung verbrauchter Luft nach außen und frischer Luft nach innen zu behindern. Die meisten HVAC-Systeme haben damit Probleme. Hier haben wir eine strukturierte Schnittstelle, die den Austausch ermöglicht.“ der Atemgase, einfach bedingt durch Konzentrationsunterschiede zwischen der einen und der anderen Seite. Die Bedingungen im Inneren bleiben somit erhalten“, erklärte Soar.

Die Autoren kommen zu dem Schluss, dass der Ausgangskomplex eine windbetriebene Belüftung von Termitenhügeln mit nur schwachen Winden außerhalb des Hügels ermöglichen kann – und dass er, wenn er auf menschliche Strukturen angewendet wird, die Klimatisierung und Belüftung erleichtern könnte.

D. Andreen und R. Soar

„Wir gehen davon aus, dass künftige Gebäudewände, die mit neuen Technologien wie Pulverbettdruckern hergestellt werden, Netzwerke enthalten werden, die dem Ausgangskomplex ähneln. Diese werden es ermöglichen, Luft durch eingebettete Sensoren und Aktoren zu bewegen, die nur winzige Mengen Energie benötigen.“ ", sagte Andréen.

„3D-Druck im Baumaßstab wird nur möglich sein, wenn wir Strukturen entwerfen können, die so komplex sind wie in der Natur“, sagte Soar. „Der Ausgangskomplex ist ein Beispiel für eine komplizierte Struktur, die mehrere Probleme gleichzeitig lösen könnte: den Komfort in unseren Häusern aufrechtzuerhalten und gleichzeitig den Fluss von Atemgasen und Feuchtigkeit durch die Gebäudehülle zu regulieren.“

„Wir stehen am Rande des Übergangs zu einer naturähnlichen Bauweise: Zum ersten Mal ist es möglicherweise möglich, ein wirklich lebendiges, atmendes Gebäude zu entwerfen.“

Und damit endet diese Lektion unserer Termitenlehrer. Die gesamte Studie finden Sie hier: Von Termiten inspirierte Metamaterialien für strömungsaktive Gebäudehüllen.