Помислете за система за засенчване на сгради, която интелигентно се адаптира към променящите се метеорологични условия и работи без външно захранване. Това е визията зад Solar Gate – нова система за засенчване, вдъхновена от природата.
Изследователите от университетите в Щутгарт и Фрайбург търсят вдъхновение в природата, по-специално в движението на боровите шишарки. Тези естествени структури се отварят и затварят в отговор на промените във влажността, благодарение на уникалните свойства на целулозата в люспите им.
Изследователите твърдят, че тази разработка представлява първият пример за енергонезависима система за засенчване, която реагира на атмосферните условия.
„Постигаме система за засенчване, която се отваря и затваря автономно в отговор на промените във времето, без да е необходима оперативна енергия или мехатронни елементи. Самата структура от биоматериал е машината“, казва Ахим Менгес, ръководител на Института за компютърно проектиране и строителство (ICD) към Университета в Щутгарт.
Регулира се самостоятелно спрямо времето
Боровите шишарки проявяват забележителна способност да се отварят и затварят в отговор на промените във влажността и температурата. Те правят това, без да се нуждаят от метаболитна енергия, което показва един пасивен енергоспестяващ механизъм.
Изследователите успешно възпроизвеждат ключовия аспект на това поведение – зависимата от посоката структура на целулозата в растителните тъкани – с помощта на леснодостъпна технология за 3D печат.
Нещо повече, екипът проектира целулозни влакна на биологична основа и ги отпечатва с 4D-печат в двуслойна структура, вдъхновена от борова шишарка.
4D принтирането позволява създаването на материали, които могат автономно да променят формата си, когато са изложени на външни фактори като температура или влажност.
Тази система се отваря широко през зимата, за да позволи на слънчевата светлина да затопли сградата, и се затваря плътно през лятото, за да я запази хладна. Интересното е, че това иновативно постижение е постигнато изцяло чрез естествените сили на времето, без да е необходима външна енергия.
„Вдъхновена от хигроскопичните движения на люспите на боровите шишарки и прицветниците на сребристия бодил, Solar Gate успя да претвори не само високата функционалност и здравина на биологичните модели в биовдъхновена система за засенчване, но и естетиката на растителните движения“, казва Томас Спек, ръководител на Групата по биомеханика на растенията във Фрайбург.
Потенциално решение за устойчиви сгради
Вдъхновената от биологията система за засенчване е тествана в реални климатични условия в продължение на повече от година.
След това екипът интегрира Solar Gate в биомиметичния корпус livMatS – изследователска сграда в университета във Фрайбург.
Solar Gate е стратегически монтиран на покривния прозорец с южно изложение, който играе ключова роля в регулирането на климата в помещенията.
През зимата засенчващите елементи се отварят, за да увеличат максимално слънчевото греене за естествено отопление. След това през летните месеци структурите се затварят, за да намалят слънчевото нагряване и да поддържат комфортна температура в помещенията.
„Повечето опити за адаптиране на архитектурните фасади към метеорологичните условия разчитат в голяма степен на сложни технически устройства. Нашето изследване изследва как можем да използваме реактивността на самия материал чрез усъвършенстван изчислителен дизайн и адитивно производство“, казва Менгес в съобщението за пресата.
Сградите допринасят значително за глобалните въглеродни емисии поради високите енергийни нужди за поддържане на комфортна среда в помещенията. Ето защо свеждането до минимум на потреблението на енергия за отопление, охлаждане и вентилация е от решаващо значение за смекчаване на изменението на климата.
Иновативната порта Solar Gate демонстрира потенциала на устойчивите архитектурни решения, които са едновременно функционални и естетически издържани.
Резултатите са публикувани в списание Nature Communications.
Източник: InterestingEngineering
