Как технология сосновых шишек экологично защищает от жары

13.05.2025 22:47

Как технология сосновых шишек экологично защищает от жары

Это небольшие чешуйки, около 15 сантиметров в длину. Они делают фасад во Фрайбурге особенным. В теплые дни они обеспечивают тень. В более холодные дни они открываются, чтобы впустить в здание как можно больше света и, соответственно, тепла. Чешуйки деформируются сами по себе в теплые и холодные дни, без дополнительной механики, мотора и электричества, сообщает tagesschau.de. За этим стоит технология, которую исследовательская группа из Университета Фрайбурга и Университета Штутгарта скопировала у природы. Моделью послужила модель сосновых шишек.

«Сосновые шишки – маленькие чудеса природы. Когда сыро, сосновые шишки закрыты. А когда сухо и тепло, они раскрываются», – говорит Томас Шпек, директор ботанического сада во Фрайбурге. Вместе с командой архитекторов из Штутгартского университета он воссоздал этот процесс закрытия и открытия. Исследовательская группа представила новую систему в научном журнале Nature Communications.

Почему сосновые шишки – хороший пример для подражания

Недавно созданные чешуйки системы затенения работают точно так же, как и сосновые шишки. Когда воздух становится сухим, шишки раскрываются, чтобы летом распространить свои семена. Исследовательская группа использовала эту деформацию для новой системы затенения SolarGate. В разгар лета чешуйки закрыты больше всего, обеспечивая много тени. Когда вечером становится прохладнее, они немного приоткрываются, а в холодные дни они полностью открыты.

«Наша цель – сделать архитектуру более экологичной. Особенно сейчас, во времена изменения климата», – говорит биолог Спек. В отличие от других систем затенения, недавно разработанные чешуйки не требуют электричества, датчиков или механики. Они создаются на 3D-принтере и могут быть дешево изготовлены из целлюлозных волокон. По сути, чешуйки состоят из двух слоев. Один слой набухает при высокой влажности и стремится к расширению. Другой слой остается твердым. Это создает напряжение, и чешуйки могут деформироваться в зависимости от влажности.

Технология сосновых шишек эффективна и экологична

«Энергопотребление снижается на 90%, если система снабжения работает подобным образом», – говорит Ахим Менгес из Штутгартского университета. Он архитектор и вместе со своей командой разработал план строительства навесов. Навесы уже два года используются в качестве системы затенения в небольшом здании Фрайбургского университета и обеспечивают лучший микроклимат в помещении, говорит Томас Шпек. «Это разница в несколько градусов, около пяти-семи градусов. Самое замечательное – это не требует никаких затрат энергии».

В будущем потребность в энергии для охлаждения зданий значительно возрастет. Это делает простые решения, созданные по образцу природы, еще более важными. «Сегодня, именно потому, что чипы и датчики стали очень дешевыми, мы склонны устанавливать повсюду еще один чип, еще один датчик», – говорит Спек. Однако зачастую в этом нет необходимости. Цель исследовательской группы – отойти от перфекционизма и перейти к практичности, говорит глава ботанического сада во Фрайбурге. «Многие биологические решения даже не оптимальны, они просто достаточно хороши, но при этом устойчивы, надежны и дешевы».

Навесы установлены в стеклянной коробке на фасаде перед настоящим окном. Это защищает их и позволяет реагировать на влажность снаружи. После установки навесы должны прослужить 20 лет.

Вдохновляться можно не только сосновыми шишками

В ботаническом саду во Фрайбурге есть еще один пример системы затенения по образцу природы. Команда биологов вдохновилась плотоядным водным растением под названием водяное колесо. Растение закрывается двумя створками и может ловить рыбу. Для его закрытия требуется очень мало энергии, и его легко воспроизвести.

the carnivorous waterwheel plant produces a single flower, and it is beautiful pic.twitter.com/wizOS09pUO

— meadowsweet (@umbersorrow) July 7, 2021

Как и в случае с фасадом навеса, фрайбургская исследовательская группа работала вместе с архитекторами из Штутгартского университета под руководством Яна Книпперса. Результатом стала система затенения FlectoLine, которая в течение двух лет тестировалась в оранжерее Фрайбургского ботанического сада. Большие створки управляются с помощью сжатого воздуха и компьютера.

По словам Томаса Спека, движущийся фасад всегда вызывает ажиотаж среди посетителей ботанического сада: «Они считают его великолепным и находят это невероятно эстетичным. И здесь последовательность движений растений была передана практически полностью».

Стоит больше присматриваться к природе

В настоящее время проводятся долгосрочные испытания новой системы навесов. Исследовательская группа уверена, что в будущем они смогут многому научиться у природы.

«Чем больше и глубже я изучаю все эти растения как образцы для подражания в технических разработках, тем больше я уважаю эволюцию и природу», – говорит биолог. «Нам еще очень далеко до того, чтобы передать то качество, прочность и функциональность, которые есть у природы».

Поэтому он и его исследовательская группа видят большой потенциал для улучшения архитектуры и, прежде всего, фасадов с помощью новых природных решений. Открывающиеся конусы и плотоядные растения – это, возможно, только начало. За ними может последовать множество других моделей и новых технологий.

Как технология сосновых шишек экологично защищает от жары