Las termitas son más astutas que los humanos cuando se trata de sistemas HVAC

Los montículos de termitas pueden enseñarnos el secreto para crear edificios "vivos y que respiran" que usan menos energía.

D. Andréen

Mientras que los humanos han estado construyendo McMansions y otras estructuras que no priorizan ni la eficiencia ni el rendimiento, otros miembros del mundo animal han estado trabajando en diseños brillantes diseñados para satisfacer mejor sus necesidades. Por supuesto, las personas que practican la arquitectura vernácula tienen sus edificios resueltos. Pero en demasiados lugares, tenemos estructuras que no funcionan con la naturaleza, y terminamos confiando en artilugios de control climático hambrientos de recursos para mantener nuestras casas habitables.

Actualmente, el 25% de la energía producida en todo el mundo se utiliza para calentar y enfriar viviendas y edificios comerciales. "A medida que aumentan los ingresos y nuestro planeta se calienta, se espera que la cantidad de unidades de aire acondicionado se triplique de 1600 millones de unidades actuales a 4800 millones en 2050", según el Portal Climático del MIT. "Este proceso no solo usa mucha electricidad, sino que las unidades de aire acondicionado también tienden a perder refrigerantes, que a menudo son hidrofluorocarbonos: gases de efecto invernadero que son cientos de veces más fuertes que el dióxido de carbono".

La pregunta es: ¿cómo podemos pasar a formas asequibles, bajas en carbono y no contaminantes para enfriar y calentar nuestros edificios?

¡Aprende de las termitas, obviamente!

En un nuevo estudio publicado en Frontiers for Materials, los investigadores revelaron cómo los montículos de termitas pueden enseñarnos a crear climas interiores cómodos que no tengan la huella de carbono del aire acondicionado, explica Mischa Dijkstra en Frontiers Science News.

"Los científicos estudiaron el 'complejo de salida' de las termitas Macrotermes michaelseni de Namibia, que parece promover la regulación de la humedad y el intercambio de gases", escribe Dijkstra. "Mostraron que el diseño de esta red de túneles en forma de celosía puede interceptar el viento alrededor del termitero crear turbulencia en el interior, lo que puede impulsar la ventilación y controlar el clima interior".

"Estas propiedades se pueden copiar para crear un clima confortable en edificios humanos con poca energía", agrega.

Muchas termitas son conocidas como ingenieras de ecosistemas, especies que crean, destruyen, modifican o mantienen hábitats de manera significativa. Y no estamos hablando de termitas que tienen un gusto por su hogar, per se. Estamos hablando de termitas que construyen rascacielos.

Algunos géneros de termitas construyen montículos que alcanzan los 26 pies de altura, lo que convierte a sus torres en las estructuras construidas por animales más grandes del mundo. (¡Hay informes no confirmados de un montículo de 42 pies en la República del Congo construido por una especie africana conocida como termita guerrera!)

Durante decenas de millones de años, las termitas han trabajado para perfeccionar sus métodos de construcción, y hay lecciones que aprender.

"Aquí mostramos que el 'complejo de salida', una intrincada red de túneles interconectados que se encuentran en los montículos de termitas, se puede utilizar para promover los flujos de aire, calor y humedad de formas novedosas en la arquitectura humana", dijo el Dr. David Andréen, un senior profesor de la Universidad de Lund y primer autor del estudio.

Para el estudio, Andréen y el coautor, el Dr. Rupert Soar, profesor asociado de la Escuela de Arquitectura, Diseño y Entorno Construido de la Universidad de Nottingham Trent, recurrieron a Macrotermes michaelseni. También conocidas como termitas de montículo gigante, más de un millón de individuos pueden formar una colonia.

El equipo se centró en el complejo de salida, una densa red de túneles en forma de celosía, como se puede ver en la foto superior. Esta estructura conecta conductos más anchos en el interior con el exterior. "Durante la temporada de lluvias (de noviembre a abril), cuando el montículo está creciendo, se extiende sobre su superficie orientada al norte, expuesto directamente al sol del mediodía", escribe Dijkstra. "Fuera de esta temporada, los trabajadores de las termitas mantienen los túneles de salida bloqueados. Se cree que el complejo permite la evaporación del exceso de humedad, manteniendo una ventilación adecuada".

Andréen y Soar escanearon e imprimieron en 3D una copia de un fragmento de un complejo de salida real y exploraron cómo el diseño de la estructura crea flujos oscilantes similares a pulsos.

A través de varios experimentos, descubrieron que los túneles del complejo interactúan con el viento que sopla en el exterior de manera que mejoran la transferencia de masa de aire para la ventilación. Las oscilaciones del viento a determinadas frecuencias generan turbulencias en el interior, explican. El efecto es transportar los gases respiratorios y el exceso de humedad lejos del centro del montículo.

D. Andréen

"Al ventilar un edificio, desea preservar el delicado equilibrio de temperatura y humedad creado en el interior, sin impedir el movimiento del aire viciado hacia el exterior y el aire fresco hacia el interior. La mayoría de los sistemas HVAC tienen problemas con esto. Aquí tenemos una interfaz estructurada que permite el intercambio de gases respiratorios, simplemente impulsado por las diferencias de concentración entre un lado y el otro. Las condiciones en el interior se mantienen así", explicó Soar.

Los autores concluyen que el complejo de salida puede crear ventilación impulsada por el viento de los montículos de termitas con solo vientos débiles fuera del montículo, y que, cuando se aplica a las estructuras humanas, podría facilitar el control del clima y la ventilación.

D. Andreen y R. Soar

"Imaginamos que los muros de construcción en el futuro, hechos con tecnologías emergentes como las impresoras de cama de polvo, contendrán redes similares al complejo de salida. Estas permitirán mover el aire a través de sensores integrados y actuadores que requieren solo pequeñas cantidades de energía. , dijo Andréen.

"La impresión 3D a escala de construcción solo será posible cuando podamos diseñar estructuras tan complejas como en la naturaleza", dijo Soar. "El complejo de salida es un ejemplo de una estructura complicada que podría resolver múltiples problemas simultáneamente: mantener la comodidad dentro de nuestros hogares, mientras se regula el flujo de gases respiratorios y humedad a través de la envolvente del edificio".

"Estamos al borde de la transición hacia una construcción similar a la naturaleza: por primera vez, puede ser posible diseñar un verdadero edificio que viva y respire".

Y así concluye esta lección de nuestros maestros de termitas. Puede encontrar el estudio completo aquí: metamateriales inspirados en termitas para envolventes de edificios de flujo activo.