Термитники как образец для энергоэффективных зданий
Исследование, опубликованное в Science Advances, показывает, как африканские термиты поддерживают стабильную прохладную температуру в своих гнёздах круглый год. Ключ — в структуре стен гнезда, состоящих из крошечных, но сильно связанных пор.
Растущий спрос на кондиционеры — одна из критических проблем в энергетике. Ожидается, что в ближайшие 30 лет будет продаваться по 10 новых кондиционеров каждую секунду. Это делает поиск пассивных способов охлаждения зданий без огромных затрат энергии крайне актуальным.
Два типа термитников
- Термиты, выращивающие грибы, строят высокие башни со сложной системой туннелей и отверстий, работающих как вентиляционные трубы и окна. Здание Eastgate Centre в Зимбабве, вдохновлённое такими гнёздами, использует на 90% меньше энергии, чем соседнее здание аналогичного размера.
- Термиты, не выращивающие грибы (например, травоядные термиты), строят гладкие гнёзда без видимых отверстий. До недавнего времени механизм их вентиляции оставался загадкой.
Структура стены — ключ к вентиляции
Международная команда биологов, инженеров и математиков изучила гнёзда травоядных термитов в Сенегале и Гвинее.
- Сканирование: Образцы стен гнёзд (смесь частиц почвы, воды и слюны термитов) были изучены с помощью микро-рентгеновского сканера высокого разрешения.
- Открытие: Стены состоят из микрометровых пор. Около 99% порового пространства оказалось связанным сетью более крупных и соединённых между собой пор.
- Моделирование: На основе сканов была создана цифровая модель гнезда. Имитация условий показала, что связь между крупными порами позволяет воздуху просачиваться (перколировать) через внешнюю стену, как вода через фильтр.
- Механизм: Эта структура обеспечивает газообмен, подобно лёгким. Однако движение воздуха вызывается не сокращениями, а разницей температур между внутренней частью гнезда и внешней средой.
Важно, что образцы из двух регионов состоят из разных материалов (песок в Сенегале и глина в Гвинее), но имеют схожую структуру пор. Это указывает, что ключевую роль играет именно структура, а не материал.
Перспективы для архитектуры
Задача — перенести эти принципы проектирования в человеческие масштабы. Речь не о копировании термитников, а о создании новых синтетических строительных материалов с системой связанных пор, которые позволят пассивно регулировать температуру и вентиляцию в зданиях.