Podczas pełnienia funkcji profesora wizytu w Benevento, poza Neapolu we Włoszech, Adrian Bejan zauważył coś o lokalnej architekturze: wszystkie dachy wyglądały tak samo. Z czymś, co wydawało się zbyt szalone szczyty na mniejszych, starszych strukturach skupionych razem, być może był to tylko styl czasów.
A może starożytni rzymski budowniczowie byli w czymś. Ekspert w dziedzinie termodynamiki oraz ruchu i przepływu ciepła, Bejan, Ja Jones wyróżniający się profesor inżynierii mechanicznej w Duke, był idealną osobą, która wyrzuca odpowiedź.
Siedząc z ołówkiem i papierem, Bejan przeszedł równania i obliczenia regulujące przepływ ciepła i przenosząc się w dwóch podobnych kształtach: długim dachu z trójkątnym przekrojem i okrągłym stożkiem. Wyniki, uzyskane we współpracy z Pezhmanem Mardanpour, adiunktem inżynierii mechanicznej i materiałowej na Florida International University, zostały opublikowane online 28 marca w Journal International Communication of Heat and Mass Transfer. Pokazali, że rzeczywiście istnieją kształty dachu, które maksymalizują zatrzymanie ciepła – starsze generacja włoskich architektów wiedziała, co robią.
„Pockets of Air Aregood Izolators, a staty są w zasadzie po prostu różnie ukształtowane kieszenie powietrza” – powiedział Bejan. „Podczas gdy ochrona energii jest dziś popularnym modnym hasłem, w przeszłości było to kwestia przetrwania”.
Szczegóły o tym, jak przysiad lub wysoki linia dachu określa, jak będzie działać w nim powietrze. Biorąc pod uwagę jeden szczyt na ramie A lub stożku okrągłym, jeśli ten szczyt ma mniej niż trzy stopy wysokości, powietrze będzie płynnie i równomiernie po nim jak woda spływa w dół zlewu. Ale jeśli szczyt ma więcej niż trzy stóp wzrostu, powietrze upadnie chaotycznie jak dym machający dziko na wietrze.
W oparciu o fizykę tych przepływów powietrza i transferu ciepła, jeśli szczyt dachu jest krótszy niż około trzy stopy, powinien być około trzy lub cztery razy szerszy niż jest wysoki, aby zminimalizować utratę ciepła. A jeśli szczyt dachu jest wyższy niż trzy stopy, powinien to być trójkąt równoboczny o stosunku wysokości do szerokości jednego.
Być może nic dziwnego, że są to w przybliżeniu te same wskaźniki, które można znaleźć w niezliczonych starszych, skromnych mieszkaniach na całym świecie. I są dość blisko linii dachowych, które BeJan widział tego dnia w południowych Włoszech.
„Ten rodzaj wglądu nie jest trudny do zrażenia, ale łatwo jest przeoczyć, mimo że wszędzie istnieją przykłady” – powiedział Bejan. „Ważne jest, aby nasi uczniowie – i ich profesorowie – otworzyli wyobraźnię i zapytać, dlaczego rzeczy są takie, jakie są”.
Podczas gdy Bejan wątpią, że architekci z minionych dni stosowali termodynamikę do swoich projektów dachu, nie uważa, że ich kształty również były przypadkowe. Mówi, że nie jest trudno sobie wyobrazić, odkrywając, że dom jednego sąsiada jest cieplejszy niż drugi i kopiując jego projekt wielokrotnie przez wiele lat.
To lekcja, mówi, że współcześni architekci również mogli rozważyć.
„Dzisiejsze domy i budynki są tak energooszczędne, jak to możliwe” – powiedział Bejan. „Ale, o ile mi wiadomo, nikt nie rozważa fizycznego kształtu budynku ani żadnej„ rzeczy ”jak pojazd lub zwierzę, jako zmienna, która mogłaby pomóc w tej wydajności, i być może powinniśmy być”.
Prace te były wspierane przez amerykańskie Biuro Sił Powietrznych Badań Naukowych (FA9550-23-1-0716, FA9550-22-1-0525.