Klimavenlig arkitektur takket være naturlige foldemekanismer

Et forskerhold fra Technical University München, Universitetet i Freiburg, og University of Stuttgart har rapporteret om design af mobile bygningskomponenter såsom persienner baseret på naturligt forekommende løsninger. Målet er at udstyre dem med drivelementer, der kan bevæge sig uden energitilførsel. Pinjekogler, som har hævelsesreaktioner, der får dem til at åbne sig, når de er fugtige, eller lukke, når de er tørre, fungerede som model.

I hele verden, brugen af ​​bygninger udgør 40 procent af det samlede energiforbrug. Omkring halvdelen af ​​strømforbruget bruges til klimastyring. Selvom persienner og andre mobile facadeelementer kan bruges til at optimere bygningsskallens gennemsigtighed for varme og lys, deres elmotorer kræver også energi.

"Bæredygtig arkitektur kræver et presserende behov for nye materialer, hvis den skal leve op til de høje krav til energieffektivitet og klimabeskyttelse, " siger forsker professor Cordt Zollfrank. Ved lærestolen for biogene polymerer på Straubing Campus for bioteknologi og bæredygtighed af TUM, han forsker i de relaterede grundprincipper. Hans mål er at udvikle drivelementer og aktuatorer, der er i stand til at konvertere signaler til mekaniske bevægelser uden at forbruge energi.

Sammen med arkitekter civilingeniører og botanikere, han har fundet nye metoder ved hjælp af naturlige mekanismer til at forbedre bygningers energibalance. I en fælles artikel i fagtidsskriftet Avancerede materialer , holdet rapporterer om status for forskningen på dette område, og demonstrerer mulighederne for modellerne fra planteverdenen.

Materiale erstatter motor

Modne fyrre- og grankogler lukker deres skæl, når det regner for at beskytte frøene. Imidlertid, når det er tørt, de åbner op for at frigive dem. Under denne bevægelse, cellevæggenes sammensætning spiller en afgørende rolle. De består primært af lignin, som ikke svulmer meget, og cellulose, som gør. På grund af den forskellige orientering af cellulosefibrillerne i skælvævet, de buer indad, når luftfugtigheden er høj, og udad når det er tørt.

"Det spændende ved dette er, at energien til disse bevægelser ikke kommer fra metaboliske processer, men udelukkende fra fysiske mekanismer og materielle egenskaber, " siger professor Zollfrank. Via kombinationen af ​​materialer med varierende hævelsestilbøjeligheder, han har udviklet biomimetiske drivelementer kaldet aktuatorer. Disse elementer er sammensat af to lag af materialer, der absorberer varierende mængder væske og opfører sig på samme måde som deres naturligt forekommende modeller.

Imidlertid, før de kan bruges i stor skala i arkitektur, materialeforskerne mangler stadig at løse et problem, der påvirker skalerbarheden:Jo større cellen eller vævet, jo længere tid det tager for vandet at trænge ind i porerne. Noget, der tager to timer i en fyrrekogle, tager flere år i en bygning. Derfor, for at bruge den hydrauliske dynamik af fyrrekogler til applikationer inden for arkitektur, forskere skal overvinde en fysisk grænse.

Til dette formål, Zollfrank foreslår en form for omstruktureringsproces på materialeniveau. "Vi afkobler vævsstørrelsen og tager det hele til størrelsen af ​​en individuel celle, " forklarer han. Via smart udvalgte tværbindinger, der skabes et løst cellekompleks, hvis enkelte komponenter alligevel virker som individuelle celler og absorberer vand ekstremt hurtigt.

"Spørgsmålet er nu, hvordan sådanne tværbindinger kan designes så effektivt som muligt, og hvordan man kan skabe dem i enhver størrelse, siger Zollfrank. til senere praktiske anvendelser, han kan også forestille sig porøse biopolymermaterialer, hvis porer er fyldt med en ekstremt hydrofil væske (hydrogel). Materialeforskere arbejder allerede på dette. Det er kun et spørgsmål om tid, før de afgør, hvilken løsning der i sidste ende vil finde vej ind i fremtidens arkitektur.