Aktuell forskning | 10 okt 2023

Termiterna hjälper till med ventilationen

David Andréen, Lunds tekniska högskola (LTH), visar i en studie bland annat hur det med hjälp av inspiration från termitstackar går att energieffektivisera byggnaders ventilationssystem.

Han är universitetslektor vid Institutionen för arkitektur och byggd miljö vid LTH/Lunds universitet och leder forskargruppen BioDigital Matter.

Intresset för termitstackar väcktes i samband med doktorandstudier på University College, London.

Ungefär samtidigt ökade förståelsen för hur 3D-printing kan användas i samband med bland annat byggnation.

– Jag arbetade i London i en tvärvetenskaplig forskargrupp som studerade termitstackar som en modell för arkitektonisk design. Naturen är väldigt bra på att hantera komplexa former, vilket termiter är ett bra exempel på.

– De lyckas alltid, utan vare sig riktning och chef, bygga någonting som är väldigt funktionellt. Stackarna ser ganska enkla ut från utsidan, som en jordhög ungefär. Men på insidan är de extremt intrikata med tusentals små gångar som sitter ihop i ett nätverk. Ungefär som blodkärlen på en människa, säger David Andréen.

Han berättar att han vid flera tillfällen besökt bland annat Namibia för att på plats undersöka termitstackar.

I samband med ett experiment fylldes en stack med gips. När gipset stelnat spolades leran – som stacken är uppbyggd av – bort.

– Det gjorde att stacken med alla dess kanaler och luftvägar kunde studeras på plats. Den 3D-skannades också.

– Innan jag kom med i gruppen skannades en hel gipsmodell av en stack, vilket tog flera månader. Med hjälp av ett dataprogram som man normalt använder vid datortomografiskanning i sjukvården sattes en stor mängd fotografier samman till en 3D-modell.

I en artikel i vetenskapstidskriften ”Frontiers in Materials” visar David Andréen tillsammans med en kollega hur en struktur för byggnader som baseras på termitstackar kan energieffektivisera klimatreglering.

– För den artikeln studerade vi en mindre bit av en termitstack som togs till ett sjukhus i England där den skannades.

Det handlar snarast om att spara energi genom att på ett semipassivt sätt nyttja värmebuffring och bättre kontrollera värme och fuktighet i en byggnad utan att behöva använda fläktar.

Trots att termitstackar finns i en mycket torr miljö, och har ett kontinuerligt utbyte av syre och koldioxid med omgivningen, är dess inre fuktigt.

– Stackarnas inre består av tusentals sammanlänkade kanaler, tunnlar och luftkammare. Den turbulenta vind som finns på marknivå utnyttjas för att skapa ett gasutbyte. Vi visar i vår artikel hur man kan integrera likande strukturer i byggnadsväggar för att driva flöden av luft, värme och fukt på nya sätt.

Hur då?

– Med hjälp av en vägg som är fylld av en massa små kanaler, kanske fem millimeter i diameter och två till fem centimeter långa. I och med att de är så pass små, och har mycket böjar och förgreningar, kan det dock vara svårt för vinden att blåsa igenom.

– Men det kan man lösa med hjälp av bland annat små gummimembran som sätter igång luften och skapar turbulens.

David Andréen säger att tekniken inte kan ersätta traditionella ventilationssystem.

– Det handlar snarast om att spara energi genom att på ett semipassivt sätt nyttja värmebuffring och bättre kontrollera värme och fuktighet i en byggnad utan att behöva använda fläktar.

Hur viktigt är digitalisering och tekniken för 3D-printning för att kunna göra detta? 

– Det är en förutsättning för att man ska kunna tillverka väggar med mycket små och tunna kanaler som sitter ihop i ett stort nätverk.

Häromåret 3D-printades – som ett demonstrationsobjekt – en prototypvägg med ett system av reglerbara luftflöden modellerade efter termitstackars fysiologi.

– Väggen är två meter hög, en meter bred och väger 600 kilo.

– Det finns i dag tekniker för att 3D-printa upp till ungefär tio kubikmeter stora objekt med en precision som är långt under en millimeter. Men de är inte kommersiellt tillgängliga med material som är lämpade för arkitektur.

Hur länge dröjer det innan så är fallet?

– Jag tror att det inom fem år finns teknologi tillgänglig på marknaden till ett vettigt pris som gör att man kan tillverka en så stor vägg.

– För att få ett sådant här system att fungera behöver man från början integrera väldigt många olika funktioner i samma struktur, vilket kräver en designmodell som kan hantera det.

Text: Mikael Bergling