Energiesparende Klimatisierung: Klimaanlage wie bei Termiten?
Termiten als Naturbaumeister zeigen uns, wie effektive Temperaturregulierung in Gebäuden gelingen kann, indem sie ihre cleveren Strategien zur Belüftung und Sonneneinstrahlung nutzen.
Termiten als Meister der Thermoregulierung: Ihre Bauwerke inspirieren effiziente Klimatisierungskonzepte in Gebäuden.
Foto: PantherMedia / artush
In einer aktuellen Studie wurde das Potenzial von retikulierten Tunnelnetzwerken in Gebäudehüllen erforscht, um gezielte Luftströmungen zu erzeugen und eine effiziente Klimaregulierung zu ermöglichen. Dabei diente die Natur als Inspiration für die Forschenden. Inspiriert wurden die Forschenden von…Termiten.
Termiten haben beeindruckende Fähigkeiten entwickelt, um ihre Umgebungstemperatur zu regulieren. Ihr Verhalten und ihre Bauweise dienen als inspirierende Quelle für die Gestaltung energieeffizienter Gebäude.
Deshalb kann man Termitenhügel als Meisterwerke der thermischen Regulierung bezeichnen: Durch geschickte Anordnung von Tunneln und Kammerstrukturen nutzen Termiten natürliche Belüftung, Sonneneinstrahlung und chemische Reaktionen, um die Temperatur in ihren Hügeln konstant zu halten. Indem wir von diesen natürlichen Strategien lernen, können wir innovative Techniken entwickeln, um Gebäudeklimatisierungssysteme zu optimieren und energieeffiziente Lösungen für die Temperaturregulierung zu schaffen.
Termitenhügeln als Vorbild für eine energieeffiziente Klimatisierung
David Andréen von der Lund University in Schweden und Rupert Soar von der Nottingham Trent University in Großbritannien haben dies aus Experimenten mit dem Ausgangskomplex eines Termitenhügels abgeleitet. Sie meinen, dass die spezielle Belüftungsmethode von Termitenhügeln als Vorbild für eine energieeffiziente Klimatisierung in Gebäuden dienen könnte. Denn: Durch die Bauweise der Tunnel entstehen Luftturbulenzen, die durch leichten Wind in die Öffnungen des Hügels geblasen werden. Die entsprechende Studie wurde in der Fachzeitschrift „Frontiers in Materials“ veröffentlicht.
Die Ergebnisse der Untersuchung zeigten, dass selbst geringfügige Luftbewegungen einen erheblichen Einfluss auf den Transport von Luftmassen innerhalb des Netzwerks haben können. Diese Erkenntnisse könnten einen bedeutenden Beitrag zur effektiven Klimaregulierung in Gebäuden leisten.
Bei der Termitenart Macrotermes michaelseni in Namibia haben Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen an der steilen Spitze des Hügels einen Ausgangskomplex entdeckt, der während der Regenzeit vor allem die Nordseite des Hügels durchdringt.
Ausgangskomplex dreidimensional erfasst und mit einem 3D-Drucker reproduziert
Es wurde bereits vermutet, dass der Ausgangskomplex dazu dient, überschüssige Feuchtigkeit aus dem Hügel abzuleiten, aber die genauen Mechanismen waren bisher unklar. Um dies zu erforschen, haben die Wissenschaftler einen Teil eines Ausgangskomplexes, der 2005 aus einem Termitenhügel in Namibia entnommen wurde, mittels 3D-Scanning dreidimensional erfasst und mit einem 3D-Drucker reproduziert. An dieser Replik führten sie Experimente durch, darunter pulsierende Luftbewegungen, die sie mithilfe von Lautsprechern erzeugten. Dabei stellten sie fest, dass eine Pulsfrequenz von 30 bis 40 Hertz zu den stärksten Luftbewegungen führte.
„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 – die meisten Klimaanlagen haben damit zu kämpfen“, erklärte Soar diese Vorgehensweise.
Wie die Forschenden selbst in der Studie schreiben, untersuchen sie „das performative Potenzial von retikulierten Tunnelnetzwerken, um selektive Luftströmungen in Gebäudehüllen zu erzeugen und damit eine teilweise passive Klimaregulierung zu ermöglichen“. Die Tunnelnetzwerke seien nach dem Ausgangskomplex modelliert, der in Hügeln bestimmter Termitearten zu finden ist.
Filterfunktion durch Turbulenzen
Obwohl eine Kolonie von Macrotermes michaelseni mehr als eine Million Termiten umfassen kann, sind die äußeren Tunnel des Ausgangskomplexes mit einem Durchmesser von drei bis fünf Millimetern relativ klein. Erst im Inneren erweitern sich die Tunnel auf Durchmesser von 15 bis 25 Millimetern. Aus den 3D- und 2D-Experimenten mit Luft und Wasser stellten Andréen und Soar fest, dass die netzartige Struktur der Tunnel für Turbulenzen sorgt, die einen schnellen Luft- oder Wassereintritt ins Innere ermöglichen. Die maximale Luftmenge, die pro Quadratmeter bewegt wurde, betrug 1,8 Liter pro Sekunde.
Die Turbulenzen bewirken nicht nur ein tiefes Eindringen der Luft, wenn sie nur wenige Millimeter in die Öffnungen geblasen wird. Die verwirbelte Luft kommt auch wiederholt mit der Tunnelwand in Kontakt, wo sich Pollen und andere Schwebstoffe teilweise absetzen. Dadurch entsteht eine Filterfunktion. Die turbulenten Luftströmungen verhindern auch das Anhaften eines Feuchtigkeitsfilms an den Tunnelwänden, der zur Schimmelbildung und anderen ungünstigen Bedingungen führen könnte.
„Wir stellen uns vor, dass Gebäudewände, die mit neuen Technologien wie Pulverbettdruckern hergestellt werden, in Zukunft Netzwerke enthalten werden, die dem Ausgangskomplex ähneln“, sagte Andréen.
Die retikulierten Strukturen könnten es ermöglichen, Luft mithilfe von eingebetteten Sensoren und Aktoren zu zirkulieren, die nur geringe Mengen Energie benötigen. Dadurch könnten sowohl die Gebäudehülle als auch der gesamte Innenraum eines Gebäudes in Zukunft beeinflusst werden.
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