Fra kogler til et adaptivt skyggesystem

Et justerbart skyggesystem, der tilpasser sig uafhængigt i løbet af dagen, uden sensorer eller motorer og stort set vedligeholdelsesfri? Det er virkelig muligt:​​En ETH-doktorand ved Institut for Byggematerialer har udviklet et alternativ til motordrevne solskærme.

Det bliver varmt i byen om sommeren, og bygninger i direkte sollys bliver særligt varme. Om natten, det kan så være svært at komme af med den ophobede varme. Disse dage, mange mennesker drømmer om effektiv aircondition. Chiara Vailati havde en anden drøm:efter at have afsluttet sine studier i Italien, civilingeniøren forfulgte ideen om at skabe en justerbar og selvstændig solsejl til huse, at reducere mængden af ​​varme, der kommer ind i en bygning og dermed behovet for køling. Hun havde høje krav:"Jeg ønskede, at systemet skulle være lavet af miljøvenlige materialer, bruger meget lidt energi og har lave installations- og vedligeholdelsesomkostninger, " husker Vailati.

Vailati har siden været i stand til at realisere sin idé:under sit doktorgradsprojekt med professor Ingo Burgert ved ETH Zürichs Institut for Byggematerialer, hun designede et innovativt skyggesystem. Enhver, der nu forestiller sig en fuldautomatisk højteknologisk skygge med sensorer, aktuatorer og komplekse kontroller er langt fra mærket. Vailatis prototype kan være højteknologisk, men den er stadig forfriskende beskeden. Systemet bruger skyggeproducerende træplanker og kræver ingen sensorer eller motorer - eller endda elektricitet. Imidlertid, den ændrer sig stadig, så den passer til vejrforholdene:plankerne bevæger sig autonomt. Flere par planker, der er justeret parallelt, skaber en slags tag, der åbner og lukker sig selv. Konstruktionen kan placeres, for eksempel, vandret over et vindue på en bygnings facade.

"Vi blev inspireret af fyrrekogler, når det kom til den autonome bevægelse af plankerne, " siger Vailati. Skællene på disse kegler reagerer på ændringer i luftfugtighed:hvis fugtigheden falder, skællene bøjes og bevæger sig fra en lige til en buet form - så keglen åbner sig i tørvejr. Det er keglens struktur, der gør dette muligt:​​skællene består af to forbundne lag, der trækker sig sammen i forskellig grad, efterhånden som luftfugtigheden falder.

Tolagstræ er et responsivt materiale

Vailati overførte dette driftsprincip til dobbeltlagede træplanker. Lagene består af forskellige træsorter, hvis fibre også er orienteret vinkelret på hinanden. Det er en fascinerende idé:"Som dens naturlige model, de dobbelte trælag gør brug af ændringer i luftfugtighed i løbet af dagen, " forklarer Vailati. I den fugtige morgenluft og om natten, plankerne er flade og lodrette, mens ved middagstid, når solen står højt og luften er tørrere, de bøjer sig mærkbart og giver dermed skygge.

Alternativ til motoriserede planker

Denne tilsyneladende simple idé krævede mange års forskning. Vailati skulle mestre især to udfordringer. For det første, det var nødvendigt at øge de oprindeligt meget små dobbeltlagsstrukturer til standardplankelængden på en halv meter, uden at materialet deformeres ukontrolleret. For det andet systemet reagerede for langsomt sammenlignet med konventionelle motoriserede planker. "Jeg var nødt til at finde en måde at accelerere tolagskinetikken på, " siger Vailati. Stribede mønstre i træet og et fint tilpasset forhold mellem lagtykkelser var med til at fremskynde bevægelsen. Til sidst, Vailati gjorde også brug af sin erfaring som civilingeniør:for at øge mængden af ​​skygge, hun koblede de dobbeltlagede planker. "Det øgede reaktionstiden markant, " siger hun glad.

ETH Zürich patenterede hendes opfindelse. Og Vailati forsvarede sin doktorafhandling i februar, og startede for nylig som postdoc hos Empa i Building Energy Materials and Components Group. En lille prototype af hendes skyggeanordning kan stadig findes på taget af en ETH-bygning på Hönggerberg-campus. Især på dage som disse ville dens behageligt kølige skygge være en velsignelse.