HVAC システムに関してはシロアリは人間を上回る

シロアリ塚は、より少ないエネルギーで「生きて呼吸する」建物を作る秘訣を教えてくれます。

D.アンドリーン

人間が効率もパフォーマンスも優先しないマクマンションやその他の建造物を建設してきた一方で、動物界の他のメンバーは、自分たちのニーズに最もよく応える素晴らしい設計に取り組んできました。 確かに、ヴァナキュラー建築を実践している人々は、自分たちの建物を理解しています。 しかし、あまりにも多くの場所で、自然とうまく機能しない構造物があり、私たちは家を住み続けるために資源を大量に消費する気候制御装置に依存することになります。

現在、世界中で生産されるエネルギーの 25% が住宅や商業ビルの冷暖房に使用されています。 MITの気候ポータルによると、「所得が増加し、地球が温暖化するにつれて、エアコンの数は現在の16億台から2050年には48億台へと3倍になると予想されている」という。 「このプロセスでは大量の電力を使用するだけでなく、AC ユニットから冷媒が漏れる傾向があります。冷媒はハイドロフルオロカーボンであることが多く、二酸化炭素の数百倍強い温室効果ガスです。」

問題は、建物の冷暖房を手頃な価格で低炭素で汚染のない方法にどのように切り替えることができるかということです。

当然のことですが、シロアリから学びましょう。

Frontiers for Materials に掲載された新しい研究で、研究者らは、エアコンによる二酸化炭素排出量のない快適な室内環境を作り出すためにシロアリの塚がどのように私たちに教えてくれるのかを明らかにしたと、Frontiers Science News のミシャ・ダイクストラ氏が説明しています。

「科学者たちはナミビアのマクロテルメス・マイケルセニシロアリの『出口複合体』を研究した。これは湿気の調節とガス交換を促進しているようだ」とダイクストラは書いている。「彼らは、この格子状のトンネルネットワークのレイアウトがシロアリ塚の周りの風を遮断して、内部に乱気流を生み出し、換気を強化し、内部の気候を制御することができます。」

「これらの特性をコピーして、少ないエネルギーで人間の建物に快適な環境を作り出すことができます」と彼は付け加えた。

多くのシロアリは生態系エンジニアとして知られており、生息地を大幅に創造、破壊、改変、維持する種です。 そして、私たちはあなたの家そのものを好むシロアリについて話しているのではありません。 高層ビルを建てるシロアリの話です。

シロアリの一部の属は高さ 26 フィートに達する塚を築き、その塔は動物が作った世界最大の建造物となります。 (コンゴ共和国に、好戦性シロアリとして知られるアフリカの種によって建てられた高さ 42 フィートの塚があるという未確認の報告があります。)

何千万年もの間、シロアリは自分たちの建築方法を完成させるために努力してきました。そして、学ぶべき教訓があります。

「今回我々は、シロアリ塚に見られる相互接続されたトンネルの複雑なネットワークである『出口複合体』が、人間の建築における斬新な方法で空気、熱、湿気の流れを促進するために使用できることを示した」と上級教授のデイビッド・アンドレン博士は述べた。ルンド大学の講師であり、この研究の筆頭著者。

この研究のために、アンドリーンと共著者であるノッティンガム・トレント大学建築・デザイン・建築環境学部准教授のルパート・ソアー博士は、マクロテルメス・マイケルセニに協力を求めた。 巨大塚シロアリとしても知られ、100 万匹以上の個体がコロニーを構成することもあります。

チームは、上の写真に見られるように、出口複合体、つまり高密度の格子状のトンネルネットワークに焦点を当てました。 この構造は、内部の幅広の導管と外部を接続します。 「マウンドが成長する雨季（11月から4月）の間、マウンドは北向きの表面にまで広がり、真昼の太陽に直接さらされます」とダイクストラ氏は書いている。 「この季節以外は、シロアリの働き手によって出口トンネルが塞がれています。複合施設は適切な換気を維持しながら、過剰な湿気を蒸発させると考えられています。」

アンドリーンとソアは、実際の出口複合施設の一部のコピーをスキャンして 3D プリントし、構造のレイアウトが振動するパルス状の流れをどのように生成するかを調査しました。

さまざまな実験を通じて、彼らは、複合施設内のトンネルが屋外の風と相互作用し、換気のための空気の物質移動を促進することを発見しました。 特定の周波数の風の振動によって内部に乱流が生じると彼らは説明する。 その効果は、呼吸ガスと過剰な水分をマウンドの中心から遠ざけることです。

D.アンドリーン

「建物を換気するときは、古い空気が外側に、新鮮な空気が内側に移動するのを妨げずに、内部で生成される温度と湿度の微妙なバランスを維持したいと考えます。ほとんどの HVAC システムはこれに苦労しています。ここでは、交換を可能にする構造化されたインターフェイスがあります。」呼吸ガスの濃度は、単に片側と反対側の濃度の違いによって引き起こされます。こうして内部の状態は維持されます」とソア氏は説明した。

著者らは、この出口複合体は、塚の外では弱い風だけでシロアリ塚に風力による換気を生み出すことができ、人間の構造物に適用すると、気候制御と換気を促進できる可能性があると結論付けています。

D. アンドリーンと R. ソア

「私たちは、粉末床プリンターのような新興技術で作られた将来の建物の壁には、出口複合施設と同様のネットワークが含まれるようになると想像しています。これらにより、わずかな量のエネルギーしか必要としない埋め込まれたセンサーとアクチュエーターを通じて空気を移動させることが可能になります。 」とアンドレンは言いました。

「建設規模の 3D プリンティングは、自然界と同じくらい複雑な構造を設計できる場合にのみ可能になります」と Soar 氏は述べています。 「出口複合施設は、複数の問題を同時に解決できる複雑な構造の一例です。つまり、建物の外壁を通る呼吸ガスと湿気の流れを調整しながら、家の中の快適さを維持するということです。」

「私たちは自然のような建築への移行の瀬戸際にいます。初めて、真に生きて呼吸する建築を設計することが可能になるかもしれません。」

これで、シロアリ教師からのこのレッスンは終了です。 研究全体はここで見つけることができます: 流れ活性建築エンベロープ用のシロアリにインスピレーションを受けたメタマテリアル。