Новое поколение жилых зданий с использованием гигроморфных материалов

Говоря об устойчивом развитии в строительстве, мы привыкли к подходу, основанному на сложных технологических решениях, дорогих датчиках, дорогостоящих материалах и, с недавних пор, искусственном интеллекте. Но что, если все, что мы ищем (с точки зрения устойчивости), может быть получено из самих материалов, используя их внутренние свойства, даже не полагаясь на электричество? Использование гигроморфных материалов открывает инновационные перспективы и проливает свет на малоизученные возможности в этой области. Эти материалы могут адаптироваться к изменениям влажности окружающей среды, меняя свою форму, размер или другие физические свойства. Примеры в природе включают древесину, гигроскопичные белки, такие как коллаген, полисахариды, такие как целлюлоза и хитин, гигроскопичные минералы, такие как некоторые соли и силикагель, а также споры и пыльцевые зерна; все они обладают способностью поглощать или выделять влагу в ответ на изменения влажности. В архитектуре исследователи стремятся разработать материалы, особенно для фасадов, которые могут жить собственной жизнью и естественным образом делать здания более комфортными.

Столкнувшись со значительным воздействием строительной отрасли на окружающую среду, поиск способов повышения эффективности и снижения воздействия зданий становится насущной необходимостью. В этом сценарии фасады взяли на себя фундаментальную роль в качестве линии защиты между внутренней и внешней частью зданий, став многообещающей отправной точкой для инициатив, направленных на устойчивое развитие строительства. В интервью с профессором Беном Бридженсом из Университета Ньюкасла, содиректором Центра биотехнологий в искусственной среде (HBBE), новаторской инициативы Университета Ньюкасла и Университета Нортумбрии, мы исследовали инновационное видение: развитие биотехнологий для создания нового поколения. жилых зданий. Идея состоит в том, чтобы разрабатывать здания, которые не только реагируют и адаптируются к окружающей среде, но также могут быть выращены с использованием искусственных живых материалов для сокращения неэффективных процессов промышленного строительства. Этот подход указывает на будущее, в котором устойчивое строительство не только защищает окружающую среду, но и гармонично с ней интегрируется, способствуя регенеративному и устойчивому жизненному циклу построенных конструкций.

По словам Бридженса, его интерес к гигроморфным фасадам возник, когда он прочитал в журнале Architectural Design статью Ахима Менгеса и Штеффена Райхарта под названием «Вместимость материала – встроенная отзывчивость», в которой представлены прототипы дерева в двухслойной конструкции, которые реагируют на изменения в влажность, позволяющая фасаду открываться и закрываться в зависимости от изменений окружающей среды. В то же время Бен разочаровывался в чрезмерно технологичных подходах к устойчивой архитектуре. Таким образом, гигроморфные материалы оказались удивительно элегантным решением, позволяющим зданиям адаптироваться и реагировать, не полагаясь на датчики, двигатели, процессоры и энергию.

Гигроморфные материалы обладают потенциалом для создания недорогих фасадов с низким уровнем воздействия на окружающую среду, не требующих особого ухода, что снижает потребление энергии зданиями. Но реализовать их таким образом, чтобы достичь этой цели, на самом деле очень сложно — и именно на этом были сосредоточены наши исследования.

Исследователи лаборатории в настоящее время участвуют в двух основных гигроморфных проектах. Первый проект, RESPIRE (Пассивные, отзывчивые строительные покрытия с переменной пористостью), финансируемый Leverhulme Trust, исследует использование гигроморфных материалов биологического происхождения для создания адаптируемых и дышащих фасадов. Другой проект исследует использование бактериальных спор в качестве высокочувствительных гигроморфов. По словам Бена, оба должны преодолеть некоторые схожие проблемы:

Во-первых, необходимо комплексно понять условия окружающей среды: хотя гигроморфы реагируют на влажность, основная цель адаптивного фасада — регулировать внутреннюю температуру, которая не всегда коррелирует напрямую. Например, в сценариях, когда фасады, выходящие на юг (в северном полушарии), становятся чрезмерно горячими, цель состоит в том, чтобы закрыть затенение, чтобы уменьшить воздействие солнечного света. С помощью различных анализов было замечено, что в Великобритании существует очень ограниченная корреляция между относительной влажностью и температурой. С другой стороны, в Нью-Дели летом наблюдается сильная корреляция между этими двумя показателями, что может представлять собой огромный потенциал для использования.

Чтобы создавать функциональные и адаптивные фасады с использованием гигроморфов, мы также должны уметь «программировать» материалы для работы в определенных условиях. Бен отмечает, что «например, нам может понадобиться материал, изогнутый при относительной влажности 40% и плоский при относительной влажности 70%. И для деревянного шпона, и для бактериальных споровых гигроморфов мы разработали методы изготовления, которые позволяют нам определить это поведение путем контроля условий изготовления».

Еще одним критическим ограничением является скорость ответа. То есть время ответа на некоторые материалы составляет минуты, а на другие — месяцы. «Бактериальные споры имеют самое быстрое время отклика и могут реагировать в течение нескольких минут, а гигроморфы на основе древесины могут быть созданы со временем отклика от минут до часов или недель в зависимости от толщины древесины и конструкции двухслойного материала». Это позволяет разрабатывать фасады зданий, которые реагируют на различные стимулы, включая краткосрочные погодные явления, суточные циклы и сезонные изменения.

Наконец, есть фактор долговечности. Любой строительный материал должен прослужить годами или даже десятилетиями без обслуживания и ухудшения характеристик.

Мы тестировали гигроморфы деревянного шпона снаружи более 2 лет и обнаружили очень хорошую долговечность; Это было достигнуто после обширных испытаний различных комбинаций материалов, клеев и методов изготовления. И мы можем подумать о том, как гигроморф устанавливается в здании: прочные гигроморфы на основе дерева можно установить снаружи, а более хрупкие системы с использованием очень тонкого деревянного шпона или бактериальных спор можно установить внутри фасада с двойной обшивкой, чтобы они были защищены от ветра. и дождь.

По словам Бена, исследования новых материалов и технологий играют ключевую роль в продвижении целей устойчивого развития в глобальном масштабе. Исследования гигроморфных материалов выявили многообещающие возможности повышения эффективности зданий и снижения энергопотребления, особенно в регионах с экстремальным климатом, таких как Нью-Дели. Разрабатывая гигроморфные системы затенения и вентиляции, адаптированные к конкретным условиям окружающей среды таких мест, можно значительно снизить зависимость от энергоемкого кондиционирования воздуха. «Мы разработали гигроморфный экран из плетеного деревянного шпона, который пассивно открывается ночью, обеспечивая ночную вентиляцию, и закрывается днем. Его можно переоборудовать в существующие здания и изготовить с использованием местной древесины и навыков. Это ключевой момент. к продвижению глобальной устойчивости: использование исследований для разработки простых местных решений, адаптированных к конкретному климату, типологиям зданий и культурам».

Он добавляет: «Наша работа в Центре биотехнологий в искусственной среде университетов Ньюкасла и Нортумбрии подчеркивает целостный подход к созданию «живых зданий», которые одновременно поддерживают жизнь и поддерживаются ею». Используя искусственные живые материалы, такие как гигроморфные материалы, эти здания могут смягчить воздействие на окружающую среду традиционных процессов промышленного строительства. Кроме того, они обладают способностью усваивать собственные отходы, тем самым уменьшая загрязнение окружающей среды, генерируя энергию и производя продукцию с высокой добавленной стоимостью.

Включение гигроморфных материалов в адаптивные архитектурные фасады может стать важной вехой в развитии методов устойчивого проектирования, черпая вдохновение из естественного поведения и применяя его в строительстве. Благодаря дальнейшим исследованиям и инновациям эти материалы могут изменить мир строительства, открыв путь к более устойчивому будущему, построенному на собственных механизмах природы. Это означает разработку и распространение биотехнологий для создания нового поколения «живых зданий», ответственных и реагирующих на окружающую среду.

Чтобы быть в курсе публикаций HBBE, посетите официальный сайт.

Эта статья является частью темы : Building Envelope, с гордостью представленной Vitrocsa, оригинальными минималистичными окнами с 1992 года.

Компания Vitrocsa разработала оригинальные минималистичные оконные системы, уникальную линейку решений, посвященных безрамным окнам с самыми узкими барьерами обзора в мире: системы Vitrocsa, изготовленные в соответствии со знаменитой швейцарской традицией на протяжении 30 лет, «являются продуктом непревзойденного опыта». и постоянный поиск инноваций, позволяющий нам воплощать в жизнь самые амбициозные архитектурные идеи».

Каждый месяц мы углубленно исследуем тему с помощью статей, интервью, новостей и архитектурных проектов. Мы приглашаем вас узнать больше о наших темах . И, как всегда, в мы приветствуем вклад наших читателей; Если вы хотите представить статью или проект, свяжитесь с нами.