Keine Klimaanlage? Kein Problem, wenn Gebäude vernetzte Tunnel von Termitenhügeln nachahmen

Die Hügel so sicher Arten von Termiten Der Bau über ihren Nestern gilt seit langem als eine Art eingebaute natürliche Klimakontrolle – ein Ansatz, der Architekten und Ingenieure fasziniert hat, die umweltfreundlichere, energieeffizientere Gebäude entwerfen möchten, die diese Prinzipien nachahmen. Es gibt jahrzehntelange Forschung, die sich mit der Modellierung der Funktionsweise dieser Nester beschäftigt. A neues Papier Die in der Fachzeitschrift „Frontiers in Materials“ veröffentlichte Studie bietet neue Belege für ein integriertes Systemmodell, bei dem der Hügel, das Nest und seine Tunnel ähnlich wie eine Lunge zusammenarbeiten.

Das vielleicht berühmteste Beispiel für den Einfluss von Termitenhügeln auf die Architektur ist der Eastgate-Gebäude in Harare, Simbabwe. Es ist der größte Gewerbe- und Einkaufskomplex des Landes und verbraucht dennoch weniger als 10 Prozent der Energie, die ein herkömmliches Gebäude dieser Größe verbraucht, da es keine zentrale Klimaanlage und nur ein minimales Heizsystem gibt. Architekt Mick Pearce Bekanntermaßen basierte sein Entwurf in den 1990er-Jahren auf den Kühl- und Heizprinzipien der Termitenhügel der Region, die den Termiten als Pilzfarmen dienen. Pilze sind ihre Hauptnahrungsquelle.

Damit der Pilz gedeihen kann, müssen die Bedingungen genau richtig sein. Deshalb müssen die Termiten eine konstante Temperatur von 30 °C in einer Umgebung aufrechterhalten, in der die Außentemperaturen zwischen 1 °C in der Nacht und 30 °C am Tag liegen. Biologen schlagen seit langem vor, dies durch den Bau einer Reihe von Heiz- und Kühlöffnungen in ihren Hügeln zu erreichen, die tagsüber geöffnet und geschlossen werden können, um die Temperatur im Inneren konstant zu halten. Das Eastgate-Gebäude basiert auf einem ähnlichen System aus gut platzierten Lüftungsöffnungen und Sonnenkollektoren.

Je nach Art gibt es unterschiedliche Arten von Termitenhügeln, was die Identifizierung universeller Prinzipien etwas schwierig macht. Zum Beispiel, im Jahr 2019Wissenschaftler am Imperial College London untersuchten die Hügel einer anderen Art afrikanischer Termiten, die im Senegal und Guinea verbreitet sind. Diese Art züchtet keine Pilze, daher fehlen ihren Hügeln die charakteristischen Schornsteine ​​und fensterartigen Öffnungen der Termitenhügel in Simbabwe, die Pearce zu seinem Entwurf für das Eastgate Building inspirierten. Es sind überhaupt keine Öffnungen sichtbar. Stattdessen gibt es Poren, das natürliche Ergebnis der Art und Weise, wie die Hügel hergestellt werden: durch das Stapeln von Sandkügelchen, gemischt mit Termitenspieß und Erde. Es sind diese Poren, die der Struktur helfen, zu „atmen“ und auch nach starken Regenfällen schneller auszutrocknen.

Im Fall der Termitenhügel in Simbabwe ist der genaue Mechanismus seit langem umstritten. Handelt es sich um eine Form des induzierten Flusses (auch bekannt als „Kamineffekt“), die Tatsache, dass die Hitze der Bewohner der Kolonie die Luft durch die Lüftungsschlitze des Hügels nach oben und nach außen treibt (Thermosiphonströmung) oder eine Kombination? Oder vielleicht wird ein anderes Modell benötigt.

Der Physiologe Scott Turner von SUNY-Syracuse und Rupert Soar von der Nottingham Trent University sind Co-Autoren eine Arbeit aus dem Jahr 2008 mit der Begründung, Pearce habe sich beim Entwurf des Eastgate-Gebäudes auf falsche Annahmen verlassen. Insbesondere gibt es keine stichhaltigen Beweise dafür, dass Termiten die Temperatur ihrer Nester regulieren. Pearces Entwurf war dennoch ein Erfolg, aber Turner und Soar stellten sich „Gebäude vor, die nicht einfach nur vom Leben inspiriert sind – biomimetische Gebäude –, sondern die in gewissem Sinne genauso lebendig sind wie ihre Bewohner und die lebendige Natur, in die sie eingebettet sind.“

In diesem neuesten Artikel von Soar und David Andréen von der Universität Lund in Schweden wird eine alternative Hypothese untersucht, die erstmals von Turner vorgeschlagen wurde in 2001. In diesem Szenario ist der Termitenhügel eine Komponente in einem größeren integrierten System, das das unterirdische Nest und das komplexe gitterartige Netzwerk ausgegrabener Tunnel, bekannt als „Austrittskomplex“, umfasst, das als Treiber für selektive Luftströme dienen könnte. Turner stellte sich dieses System als funktionelles Analogon einer Lunge vor, das Sauerstoff einlässt und Kohlendioxid entweichen lässt. Praktisch gesehen handelt es sich um einen mehrphasigen Gasaustauscher.

Die Termiten können zudem eine schnellere Verdunstung des überschüssigen Wassers nach Regenfällen erreichen, indem sie das Wasser um die Ausgangstunnel herum transportieren und dort ablagern. Diese Tunnel werden am stärksten durch den Wind belüftet, wodurch die Verdunstung beschleunigt wird, ohne dass das Sauerstoff-/CO2-Gleichgewicht im Nest gestört wird.

Soar und Andréen wollten zeigen, dass der Ausgangskomplex zur Förderung von Luft-, Wärme- und Feuchtigkeitsströmen in der architektonischen Gestaltung genutzt werden kann. „Wenn Sie ein Gebäude belüften, möchten Sie das empfindliche Gleichgewicht von Temperatur und Luftfeuchtigkeit im Inneren aufrechterhalten, ohne die Bewegung verbrauchter Luft nach außen und frischer Luft nach innen zu behindern.“ sagte Soar. „Die meisten HVAC-Systeme haben damit zu kämpfen. Hier haben wir eine strukturierte Schnittstelle, die den Austausch von Atemgasen ermöglicht, einfach angetrieben durch Konzentrationsunterschiede zwischen einer Seite und der anderen. Die Bedingungen im Inneren bleiben so erhalten.“