Sustainable architecture – lessons from the ant

Termite mounds were the inspiration for an innovative design in sustainable living

Africa owes its termite mounds a lot. Trees and shrubs take root in them. Prospectors mine them, looking for specks of gold carried up by termites from hundreds of metres below. And of course, they are a special treat to aardvarks and other insectivores.

Now, Africa is paying an offbeat tribute to these towers of mud. The extraordinary Eastgate Building in Harare, Zimbabwe’s capital city, is said to be the only one in the world to use the same cooling and heating principles as the termite mound.

Termites in Zimbabwe build gigantic mounds inside which they farm a fungus that is their primary food source. This must be kept at exactly 30.5°C, while the temperatures on the African veld outside can range from 1.5°C at night only just above freezing to a baking hot 40°C during the day. The termites achieve this remarkable feat by building a system of vents in the mound. Those at the base lead down into chambers cooled by wet mud carried up from water tables far below, and others lead up through a flue to the peak of the mound. By constantly opening and closing these heating and cooling vents over the course of the day the termites succeed in keeping the temperature constant in spite of the wide fluctuations outside.

Architect Mick Pearce used precisely the same strategy when designing the Eastgate Building, which has no air conditioning and virtually no heating. The building the country’s largest commercial and shopping complex uses less than 10% of the energy of a conventional building ns size. These efficiencies translated directly to the bottom line: the Eastgate’s owners saved $3.5 million on a $36 million building because an air- conditioning plant didn’t have to be imported. These savings were also passed on to tenants: rents are 20% lower than in a new building next door.

The complex is actually two buildings linked by bridges across a shady, glass-roofed atrium open to the breezes. Fans suck fresh air in from the atrium, blow it upstairs through hollow spaces under the floors and from there into each office through baseboard vents. As it rises and warms, it is drawn out via ceiling vents and finally exits through forty- eight brick chimneys.

To keep the harsh, highveld sun from heating the interior, no more than 25% of the outside is glass, and all the windows are screened by cement arches that just out more than a metre.

During summer’s cool nights, big fans flush air through the building seven times an hour to chill the hollow floors. By day, smaller fans blow two changes of air an hour through the building, to circulate the air which has been in contact with the cool floors. For winter days, there are small heaters in the vents.

This is all possible only because Harare is 1600 feet above sea level, has cloudless skies, little humidity and rapid temperature swings days as warm as 31°C commonly drop to 14°C at night. ‘You couldn’t do this in New York, with its fantastically hot summers and fantastically cold winters,’ Pearce said. But then his eyes lit up at the challenge.’ Perhaps you could store the summer’s heat in water somehow.

The engineering firm of Ove Amp & Partners, which worked with him on the design, monitors daily temperatures outside, under the floors and at knee, desk and ceiling level. Ove Arup’s graphs show that the temperature of the building has generally stayed between 23″C and 25°C. with the exception of the annual hot spell just before the summer rains in October, and three days in November, when a janitor accidentally switched off the fans at night. The atrium, which funnels the winds through, can be much cooler. And the air is fresh far more so than in air-conditioned buildings, where up to 30% of the air is recycled.

Pearce, disdaining smooth glass skins as ‘igloos in the Sahara’, calls his building, with its exposed girders and pipes, ‘spiky’. The design of the entrances is based on the porcupine-quill headdresses of the local Shona tribe. Elevators are designed to look like the mineshaft cages used in Zimbabwe’s diamond mines. The shape of the fan covers, and the stone used in their construction, are echoes of Great Zimbabwe, the ruins that give the country its name.

Standing on a roof catwalk, peering down inside at people as small as termites below. Pearce said he hoped plants would grow wild in the atrium and pigeons and bats would move into it. like that termite fungus, further extending the whole ‘organic machine’ metaphor. The architecture, he says, is a regionalised style that responds to the biosphere, to the ancient traditional stone architecture of Zimbabwe’s past, and to local human resources.

Kiến trúc bền vững – bài học từ loài kiến

Gò mối là nguồn cảm hứng cho một thiết kế sáng tạo trong cuộc sống bền vững

Châu Phi hưởng lợi từ gò mối rất nhiều. Cây cối và bụi rậm bám rễ vào chúng. Những người thăm dò đào lỗ bên trong chúng, tìm kiếm những đốm vàng do mối mang theo từ hàng trăm mét bên dưới. Và tất nhiên, chúng là món ăn đặc biệt đối với lợn đất và các loài ăn côn trùng khác.

Giờ đây, châu Phi đang dành sự một sự ngưỡng mộ một cách đặc biệt cho những tòa tháp bằng bùn này. Tòa nhà Eastgate đặc biệt ở Harare, thành phố thủ đô của Zimbabwe, được cho là tòa nhà duy nhất trên thế giới sử dụng các nguyên tắc làm mát và sưởi ấm tương tự như gò mối.

Mối ở Zimbabwe xây dựng những gò đất khổng lồ bên trong nơi chúng nuôi một loại nấm là nguồn thức ăn chính của chúng. Nhiệt độ này phải được giữ ở chính xác 30,5 ° C, trong khi nhiệt độ bên ngoài ở khu vực châu Phi có thể dao động từ 1,5 ° C vào ban đêm, chỉ trên mức đóng băng đến nhiệt độ nắng nóng 40 ° C vào ban ngày. Những con mối đạt được kỳ tích đáng nể này nhờ xây dựng hệ thống lỗ thông hơi trong gò đất. Những ống thông hơi ở phần đáy được dẫn xuống các khoang được làm mát bởi bùn ướt được đưa lên từ các mực nước ngầm nằm sâu bên dưới, và những ống khác dẫn lên qua một ống khói đến đỉnh của gò. Bằng cách liên tục mở và đóng các lỗ thông hơi sưởi ấm và làm mát này trong suốt cả ngày, mối đã thành công trong việc giữ nhiệt độ ổn định bất chấp những sự biến động lớn bên ngoài.

Kiến trúc sư Mick Pearce đã sử dụng chính xác chiến lược tương tự khi thiết kế Tòa nhà Eastgate, tòa nhà không có điều hòa và hầu như không có hệ thống sưởi. Tòa nhà phức hợp mua sắm và thương mại lớn nhất nước này sử dụng ít hơn 10% năng lượng so với kích thước của một tòa nhà thông thường. Những hiệu quả này đã dẫn trực tiếp đến điểm mấu chốt: chủ sở hữu của Eastgate đã tiết kiệm được 3,5 triệu đô la cho một tòa nhà trị giá 36 triệu đô la vì không cần phải nhập khẩu một hệ thống điều hòa không khí. Người thuê cũng được hưởng lợi từ những khoản tiết kiệm này: giá thuê thấp hơn 20% so với tòa nhà mới bên cạnh.

Khu phức hợp thực sự là hai tòa nhà được liên kết với nhau bằng những cây cầu bắc qua một giếng trời có mái che bằng kính và mở ra để đón những cơn gió. Những chiếc quạt hút không khí trong lành từ giếng trời, thổi lên tầng trên qua các khoảng trống dưới sàn và từ đó vào từng văn phòng thông qua các lỗ thông hơi ở chân tường. Khi nhiệt độ tăng lên và ấm hơn, không khí được hút ra ngoài thông qua các lỗ thông hơi trên trần và cuối cùng thoát ra ngoài qua 48 ống khói bằng gạch.

Để ngăn ánh nắng gay gắt chiếu vào bên trong, không quá 25% mặt ngoài là kính, và tất cả các cửa sổ đều chỉ được che chắn bằng những mái vòm xi măng nhô ra hơn một mét.

Vào những đêm mát mẻ của mùa hè, những chiếc quạt lớn thổi không khí qua tòa nhà bảy lần một giờ để làm lạnh các tầng rỗng. Vào ban ngày, những chiếc quạt nhỏ hơn thổi hai luồng không khí thay đổi trong một giờ qua tòa nhà, để  lưu thông không khí đã tiếp xúc với các tầng đã được làm mát. Đối với những ngày mùa đông, có lò sưởi nhỏ trong lỗ thông hơi.

Điều này hoàn toàn có thể xảy ra chỉ vì Harare ở độ cao 1600 feet so với mực nước biển, có bầu trời không có mây, độ ẩm thấp và nhiệt độ thay đổi nhanh vào những ngày ấm áp đến 31 ° C thường giảm xuống 14 ° C vào ban đêm. Pearce nói: “Bạn không thể làm được điều này ở New York, với mùa hè cực nóng và mùa đông cực kỳ lạnh giá. Nhưng rồi mắt ông sáng lên trước thử thách. ‘ Có lẽ bằng cách nào đó bạn có thể lưu trữ sức nóng của mùa hè bằng nước.

Công ty kỹ thuật của Ove Amp & Partners, đã hợp tác với ông về thiết kế, giám sát nhiệt độ hàng ngày bên ngoài, dưới sàn nhà và ở đầu gối, bàn và trần nhà. Biểu đồ của Ove Arup cho thấy nhiệt độ của tòa nhà nói chung nằm trong khoảng từ 23 ° C đến 25 ° C, ngoại trừ điểm nóng hàng năm ngay trước những cơn mưa mùa hè vào tháng 10, và ba ngày vào tháng 11, khi một người gác cổng vô tình tắt quạt vào ban đêm. Giếng trời, nơi dẫn gió đi qua, có thể mát hơn nhiều. Và không khí trong lành hơn nhiều so với trong các tòa nhà có máy lạnh, nơi có tới 30% không khí được tái chế.

Pearce, coi những tấm kính thủy tinh trơn bóng là ‘lều tuyết ở sa mạc Sahara’, gọi tòa nhà của mình, với các dầm và đường ống lộ ra của nó, là ‘ gai nhọn’. Thiết kế của các lối vào dựa trên những chiếc mũ lông nhím của bộ tộc Shona địa phương. Những cái hang máy được thiết kế để trông giống như những cái lồng hầm mỏ được sử dụng trong các mỏ kim cương của Zimbabwe. Hình dạng của những chiếc nắp quạt và viên đá được sử dụng trong những công trình họ là những tiếng vang của Đại Zimbabwe, những tàn tích mang tên đất nước này.

Đứng trên mái nhà, nhìn xuống bên trong thấy những người nhỏ như con mối bên dưới. Pearce cho biết ông hy vọng rằng cây cối sẽ mọc ở bên trong giếng trời và chim bồ câu cũng như dơi sẽ di chuyển vào đó giống như nấm mối đó, mở rộng hơn nữa toàn bộ ‘cỗ máy hữu cơ’. Ông nói, kiến trúc là một phong cách được khu vực hóa để đáp ứng với sinh quyển, với kiến trúc đá truyền thống cổ xưa trong quá khứ của Zimbabwe và nguồn nhân lực địa phương.