白蚁丘揭示了创建使用更少能源的活和呼吸建筑的秘密

在大约2种已知的白蚁中，有些是生态系统工程师。由一些属建造的土丘 - 例如Amitermes，Macrotermes，Nasutitermes和Odontotermes - 高达八米，使它们成为世界上最大的生物结构之一。数千万年来，自然选择一直在改进土丘的“设计”。如果人类建筑师和工程师去白蚁那里考虑他们的方式，他们会学到什么?

在《材料前沿》(Frontiers in Materials)上的一项新研究中，研究人员展示了白蚁丘如何教会我们为没有空调碳足迹的建筑物创造舒适的室内气候。

“在这里，我们表明'出口复合体'，一个在白蚁丘中发现的错综复杂的相互连接的隧道网络，可用于以新颖的方式促进人类建筑中的空气，热量和水分的流动，”隆德大学生物数字物质研究小组的高级讲师David Andréen博士说，该研究的第一作者。

来自纳米比亚的白蚁

Andréen和合著者，诺丁汉特伦特大学建筑，设计和建筑环境学院副教授Rupert Soar博士研究了纳米比亚的Macrotermes michaelseni白蚁堆。该物种的殖民地可以由超过一百万只组成。土丘的中心是共生真菌花园，由白蚁养殖作为食物。

研究人员专注于出口综合体：一个密集的，格子状的隧道网络，宽3毫米到5毫米，将内部和外部更宽的管道连接起来。在雨季(<>月至<>月)当土丘生长时，它会延伸到其朝北的表面，直接暴露在正午的阳光下。在这个季节之外，白蚁工人封锁了出口隧道。该复合物被认为允许蒸发多余的水分，同时保持足够的通风。但是它是如何工作的呢?

Andréen和Soar探索了出口综合体的布局如何实现振荡或脉冲状流动。他们的实验基于3年2005月从野外收集的出口复合体碎片的扫描和4D打印副本。该碎片厚1厘米，体积为4.16升，其中<>%是隧道。

他们用扬声器模拟风，驱动一氧化碳的振荡2-空气混合物通过碎片，同时用传感器跟踪传质。他们发现，在30Hz和40Hz之间的振荡频率下，气流最大;在 10Hz 和 20 Hz 之间的频率中适中;并且至少在 50Hz 到 120 Hz 之间的频率。

湍流有助于通风

研究人员得出结论，综合体中的隧道与吹在土丘上的风相互作用，以增强通风空气的传质。某些频率的风振荡会在内部产生湍流，其作用是将呼吸气体和多余的水分从土丘的心脏带走。

“在对建筑物进行通风时，您希望保持内部产生的温度和湿度的微妙平衡，而不会阻碍陈旧空气向外流动，新鲜空气向内流动。大多数暖通空调系统都在为此苦苦挣扎。在这里，我们有一个结构化的界面，允许呼吸气体交换，只是由一侧和另一侧之间的浓度差异驱动。因此，内部条件得以维持，“Soar解释道。

然后，作者使用一系列2D模型模拟了出口复合体，这些模型的复杂性从直线隧道增加到格子。他们使用电动机驱动振荡的水体(用染料可见)通过隧道，并拍摄了质量流。他们惊讶地发现，电机只需要来回移动几毫米(对应于弱风振荡)，潮起潮落就会穿透整个综合体。重要的是，只有当布局足够像格子时，才会产生必要的湍流。

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