Adaptivní struktury mohou snížit uhlíkovou stopu při výstavbě budov
Stavební průmysl je největším spotřebitelem surových materiálů a poptává více než 33% celosvětové energie. Budovy a stavby jsou odpovědné za 40-50% emisí CO2 po celou dobu své životnosti.
Vysoké číslo je částečně způsobeno tím, že budovy jsou stavěné tradičními postupy. Byty a domy určené k obývání jsou obvykle navrženy tak, aby vydržely co největší zátěž – silné větry, zemětřesení, sněhové bouře apod., které nastávají jen velmi zřídka. Postupy je třeba modernizovat a budovy stavět tak, aby vyhovovaly dnešním požadavkům.
Výzkumníci z EPFL přišly na nové metody, jak navrhovat a sledovat byty a domy, které by se mohly automaticky přizpůsobit míře zatížení.
Gennaro Senatore, vedoucí projektu řekl: „Řešení spočívá v adaptivních strukturách, které se mohou přizpůsobit tak, aby splnily požadavky na pevnost a použitelnost budov při měnících se podmínkách zatížení. Adaptivní struktury mohou fungovat blíže k návrhovým limitům, což znamená, že mohou fungovat lépe a udržitelněji než běžné pasivní struktury.“
Kritérium návrhu, který tato práce přijala, je minimalizace požadavků na energii po celou dobu životnosti konstrukce, včetně energie použité pro provoz budov, např. snímání, řízení a ovládání budovy během provozu, stejně tak jako energie spotřebovaná v materiálech a konstrukci.
Vyvinutý prototyp potvrzuje získané výsledky
Na základě návrhu výzkumníci vyvinuli prototyp, který prokázal proveditelnost jejich konstrukční metody a systému optimalizace řízení. Prototyp zvládne běžnou zátěž pasivně, pokud se zátěž zvýší nad určitou hodnotu, struktura může přizpůsobit optimální konfiguraci změnou tvaru.
„Řídící systém zahrnuje řadu senzorů, řídících jednotek a akčních členů. Každý konstrukční prvek je vybaven snímačem tahu a optickým sledovacím systémem, který sleduje pohyb struktury. Ke zlepšení přesnosti detekce umístění a intenzity aplikovaného zatížení jsme použili strojové učení. Řídící jednotky zpracovávají informace přijaté ze senzorů a velí akčním členům. Ty poté rozšíří povel dál a tím upraví strukturu do optimálního tvaru, který se mění spolu se změnami vnějšího zatížení.“
„Pokud dojde k výpadku proudu, struktura se nezhroutí. Je navržena tak, aby měla dostatečnou nosnost i bez přispění aktivního systému. Je však pravděpodobné, že budou překročeny limity provozuschopnosti a mohou se objevit např. průhyby.
„Studie ukázaly, že budovy postavené touto metodou – nahrazením velkého množství šedé energie ve prospěch menšího množství provozní energie, ušetří až 70% energie. Je to cesta, která může mít obrovský vliv nejen na udržitelné stavění budov, ale také na stavební průmysl a společnost jako takovou.“
Zdroj: www.techexplorist.com
Obrázek: EPFL
