Memvisualisasikan aliran panas dalam bambu dapat membantu merancang bangunan yang lebih hemat energi dan tahan api – Sains Terkini

Bahan-bahan alami yang dimodifikasi akan menjadi komponen penting dari masa depan yang berkelanjutan, tetapi pertama-tama diperlukan pemahaman yang mendalam tentang sifat-sifatnya. Cara aliran panas melintasi dinding sel bambu telah dipetakan menggunakan mikroskop termal pemindaian canggih, memberikan pemahaman baru tentang bagaimana variasi dalam konduktivitas termal terkait dengan struktur bambu yang elegan. Temuannya, dipublikasikan di jurnal Laporan Ilmiah, akan memandu pengembangan bangunan yang lebih hemat energi dan tahan api, yang terbuat dari bahan alami, di masa depan.

Sektor bangunan saat ini menyumbang 30-40% dari seluruh emisi karbon, karena produksi material yang intensif energi (terutama baja dan beton), dan energi yang digunakan untuk memanaskan dan mendinginkan bangunan yang sudah jadi. Ketika populasi global tumbuh dan menjadi semakin berbasis di kota-kota besar dan kecil, pendekatan bangunan tradisional menjadi tidak berkelanjutan.

Bahan berbasis tanaman yang dapat diperbarui, seperti bambu, memiliki potensi besar untuk bangunan berkelanjutan dan hemat energi. Penggunaannya akan secara dramatis mengurangi emisi dibandingkan dengan bahan-bahan tradisional, membantu mengurangi dampak manusia terhadap perubahan iklim. Pendekatan ini juga akan membantu menjaga karbon keluar dari atmosfer dengan mengalihkan kayu agar tidak terbakar sebagai bahan bakar.

Studi ini melibatkan pemindaian potongan melintang jaringan pembuluh darah bambu, jaringan yang mengangkut cairan dan nutrisi dalam tanaman. Gambar yang dihasilkan mengungkapkan struktur serat yang rumit dengan lapisan dinding sel tebal dan tipis secara bergantian. Puncak konduktivitas termal dalam struktur bambu bertepatan dengan dinding yang lebih tebal, di mana rantai selulosa – komponen struktural dasar dinding sel tanaman – diletakkan hampir sejajar dengan batang tanaman. Lapisan yang lebih tebal ini juga memberi bambu kekuatan dan kekakuan. Sebaliknya, dinding sel yang lebih tipis memiliki konduktivitas termal yang lebih rendah karena rantai selulosa hampir pada sudut yang tepat terhadap batang tanaman.

"Alam adalah arsitek yang luar biasa. Bambu terstruktur dengan cara yang sangat pintar," kata Darshil Shah, seorang peneliti di Departemen Arsitektur Universitas Cambridge, yang memimpin penelitian. "Ini tumbuh satu milimeter setiap sembilan puluh detik, menjadikannya salah satu bahan tanaman yang tumbuh paling cepat. Melalui gambar yang kami kumpulkan, kita dapat melihat bahwa ia melakukan ini dengan menghasilkan struktur serat yang dilaminasi secara alami."

Sementara banyak penelitian telah dilakukan pada struktur sel bambu sehubungan dengan sifat mekaniknya, hampir tidak ada yang melihat bagaimana struktur sel mempengaruhi sifat termal material. Jumlah pemanasan dan pendinginan yang dibutuhkan dalam bangunan pada dasarnya terkait dengan sifat-sifat bahan yang mereka buat, terutama berapa banyak panas yang mereka lakukan dan simpan.

Pemahaman yang lebih baik tentang sifat termal bambu memberikan wawasan tentang cara mengurangi konsumsi energi bangunan bambu. Hal ini juga memungkinkan pemodelan cara komponen bangunan bambu berperilaku ketika terkena api, sehingga langkah-langkah dapat dimasukkan untuk membuat bangunan bambu lebih aman.

"Orang-orang mungkin khawatir tentang keamanan api dari bangunan bambu," kata Shah. "Untuk mengatasinya dengan baik, kita harus memahami sifat termal dari bahan bangunan. Melalui pekerjaan kita, kita dapat melihat bahwa panas bergerak di sepanjang struktur yang mendukung serat dinding sel tebal dalam bambu, jadi jika terkena panas api, bambu mungkin melembut lebih cepat ke arah serat-serat itu. Ini membantu kita mengetahui bagaimana memperkuat bangunan dengan tepat. "

Saat ini, produk seperti bambu laminasi paling umum digunakan sebagai bahan lantai karena kekerasan dan daya tahannya. Namun, kekakuan dan kekuatannya sebanding dengan produk kayu yang direkayasa, membuatnya cocok untuk penggunaan struktural. "Kayu yang dilaminasi lintas adalah pilihan populer bahan konstruksi kayu. Itu dibuat dengan menempelkan bersama-sama lapisan kayu gergajian, masing-masing pada sudut yang tepat ke lapisan di bawahnya," kata Shah. "Melihat ini sebagai struktur alami pada serat bambu adalah inspirasi untuk pengembangan produk bangunan yang lebih baik."

Tim peneliti, dari Universitas Cambridge dan Universitas Sumber Daya Alam dan Ilmu Hayati Wina, juga berencana untuk melihat apa yang terjadi pada aliran panas bambu ketika permukaannya dibakar dan membentuk arang. Penggunaan pemindaian mikroskopi termal untuk memvisualisasikan susunan tanaman yang rumit juga bisa berguna dalam bidang penelitian lain, seperti memahami bagaimana perubahan mikro-struktural pada batang tanaman dapat menyebabkan mereka jatuh di ladang sehingga kehilangan panen.

Shah adalah anggota Pusat Interdisipliner Universitas untuk Inovasi Material Alami Universitas Cambridge, yang bertujuan untuk memajukan penggunaan kayu dalam konstruksi dengan memodifikasi properti skala jaringan kayu agar lebih andal dalam kondisi lingkungan yang berubah.

Referensi:

Material disediakan oleh Universitas Cambridge. Kisah aslinya dilisensikan dengan a Lisensi Creative Commons. Catatan: Konten dapat diedit untuk gaya dan panjangnya.

You may also like...

Leave a Reply

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.