{"id":156830,"date":"2025-01-24T07:32:00","date_gmt":"2025-01-24T06:32:00","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=156830"},"modified":"2025-01-21T13:16:14","modified_gmt":"2025-01-21T12:16:14","slug":"bioinspirierte-wetterabhangige-adaptive-gebaudeverschattung","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/bioinspirierte-wetterabhangige-adaptive-gebaudeverschattung\/","title":{"rendered":"Bioinspirierte wetterabh\u00e4ngige adaptive Geb\u00e4udeverschattung"},"content":{"rendered":"\n\n
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\"Der
Das adaptive, selbstanpassende Verschattungssystem \u201eSolar Gate\u201c unterst\u00fctzt die Klimaregulierung von Geb\u00e4uden.
\u00a9 ICD\/IntCDC University of Stuttgart<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n

Angebracht wurde dieses \u201eSolar Gate<\/a>\u201c an der livMatS Biomimetic Shell, einem Forschungsgeb\u00e4ude der Universit\u00e4t Freiburg und Baudemonstrator des Exzellenzclusters Living, Adaptive and Energy-autonomous Materials Systems (liv<\/em>MatS) und des Exzellenzclusters Integratives Computerbasiertes Planen und Bauen f\u00fcr die Architektur (IntCDC). Die Zeitschrift \u201eNature Communications<\/em>\u201c hat die Forschungsergebnisse<\/a> ver\u00f6ffentlicht.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

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\u201eWetterreaktive, architektonische Fassadensysteme sind meist auf aufwendige technische Vorrichtungen angewiesen. Unsere Forschung untersucht, wie wir die Reaktionsf\u00e4higkeit des Materials selbst durch computerbasierte Planungsmethoden und additive Fertigung nutzbar machen k\u00f6nnen\u201c, so Professor\u00a0Achim Menges<\/strong>, Leiter des Instituts f\u00fcr Computerbasiertes Entwerfen und Baufertigung (ICD) und Sprecher des Exzellenzclusters Integratives Computerbasiertes Planen und Bauen f\u00fcr die Architektur (IntCDC) der Universit\u00e4t Stuttgart.<\/strong> \u201eWir haben ein Verschattungssystem entwickelt, das sich abh\u00e4ngig von den Wetterbedingungen selbstst\u00e4ndig \u00f6ffnet und schlie\u00dft, ohne dass daf\u00fcr jegliche Betriebsenergie oder mechatronische Elemente ben\u00f6tigt werden. Die Biomaterialstruktur selbst ist die Maschine.\u201c<\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n

Mithilfe von bioinspirierten Designs, nat\u00fcrlichen Materialien und allgemein zug\u00e4nglichen Technologien haben Forschende der Universit\u00e4ten Stuttgart und Freiburg das Fassadensystem \u201eSolar Gate\u201c entwickelt \u2013 das erste wetterabh\u00e4ngige, adaptive Verschattungssystem, das nicht auf elektrische Antriebsenergie angewiesen ist. Als Vorbild f\u00fcr das \u201eSolar Gate\u201c dienten den Wissenschaftler*innen die Bewegungsmechanismen von Kiefernzapfen, die sich bei Ver\u00e4nderungen von Luftfeuchtigkeit und Temperatur \u00f6ffnen und schlie\u00dfen, ohne dabei Stoffwechselenergie zu verbrauchen. Dem Team ist es gelungen, die anisotrope (richtungsabh\u00e4ngige) Struktur der Zellulose in Pflanzengeweben mit Standard-3D-Druckern nachzubilden. Die Forschungsergebnisse<\/a> wurden in der Zeitschrift \u201eNature Communications<\/em>\u201c ver\u00f6ffentlicht.<\/p>\n\n\n\n

Biobasierte hygromorphe Materialien und bioinspirierter 4D-Druck<\/strong><\/h2>\n\n\n\n

Zellulose ist ein nat\u00fcrliches, reichlich vorhandenes und erneuerbares Material, das bei Feuchtigkeitsschwankungen quillt und schrumpft. Diese Eigenschaft, die als Hygromorphie bezeichnet wird, ist in der Natur h\u00e4ufig zu beobachten, beispielsweise beim \u00d6ffnen und Schlie\u00dfen der Schuppen von Kiefernzapfen oder bei den Bl\u00fctenst\u00e4nden der Silberdistel. Das Forschungsteam machte sich diese hygromorphe Eigenschaft zunutze, indem es biobasierte Zellulosefasern ma\u00dfgefertigt und im 4D-Druckverfahren in eine zweischichtige Struktur gebracht hat, die von den Schuppen des Kiefernzapfens inspiriert ist.<\/p>\n\n\n\n

Materialsysteme, die per 4D-Druckverfahren, einem Verfahren der additiven Fertigung, hergestellt werden, k\u00f6nnen ihre Form als Reaktion auf \u00e4u\u00dfere Einfl\u00fcsse selbstst\u00e4ndig ver\u00e4ndern. F\u00fcr das \u201eSolar Gate\u201c entwickelten die Forschenden eine computergest\u00fctzte Herstellungsmethode zur Steuerung der Extrusion von Zellulosematerialien mit einem Standard-3D-Drucker, die das selbstformende und reversible Verhalten von 4D-gedruckten Materialsystemen nutzt. Bei hoher Luftfeuchtigkeit nehmen die Zellulosematerialien Feuchtigkeit auf und dehnen sich aus. Die bioinspirierten, gedruckten Elemente rollen sich ein und \u00f6ffnen sich. Umgekehrt geben die Zellulosematerialien bei niedriger Luftfeuchtigkeit ihre Feuchtigkeit ab und ziehen sich zusammen, wodurch sich die gedruckten Elemente abflachen und schlie\u00dfen.<\/p>\n\n\n

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\"Inspiriert
Inspiriert von den Schuppen eines Kiefernzapfens wird die zweischichtige Struktur mit einem 4D-Druckverfahren aus zellulosehaltigen Materialien hergestellt. \u00a9 ICD\/IntCDC University of Stuttgart\u00a0<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n
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\u201eInspiriert von den hygroskopischen Bewegungen von Kiefernzapfenschuppen und den Hochbl\u00e4ttern der Silberdistel ist es beim \u201eSolar Gate\u201c gelungen, nicht nur die hohe Funktionalit\u00e4t und Robustheit der biologischen Vorbilder in ein bioinspiriertes Verschattungssystem zu \u00fcbertragen, sondern auch die \u00c4sthetik der pflanzlichen Bewegungen. Dies kann als \u201aK\u00f6nigsweg der Bionik\u2019 betrachtet werden, da alles, was uns am biologischen Ideengeber fasziniert, auch im bioinspirierten architektonischen Produkt realisiert wurde\u201c, sagt Professor\u00a0Thomas Speck<\/strong>, Leiter der Plant Biomechanics Group Freiburg und Sprecher des Exzellenzclusters Living, Adaptive and Energy-autonomous Materials Systems (liv<\/em>MatS) der Universit\u00e4t Freiburg<\/strong>.<\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n

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\"Mit
Mit Hilfe des bioinspirierten 4D-Drucks und biobasierten Zellulosematerialien hat das Forschungsteam ein adaptives Verschattungssystem entwickelt, das auf t\u00e4gliche und saisonale Wetterver\u00e4nderungen reagiert. \u00a9 ICD\/IntCDC University of Stuttgart<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n

Architektonische Integration von selbstformenden Elementen<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

Das Forschungsteam testete die Funktionalit\u00e4t und Haltbarkeit des bioinspirierten adaptiven Verschattungssystems \u00fcber ein Jahr lang unter realen Wetterbedingungen. Dann wurde das \u201eSolar Gate\u201c an der liv<\/em>MatS Biomimetic Shell angebracht, einem Baudemonstrator des Exzellenzclusters IntCDC und des Exzellenzclusters liv<\/em>MatS, der als Forschungsgeb\u00e4ude der Universit\u00e4t Freiburg dient. Das Verschattungssystem, das an einem nach S\u00fcden ausgerichteten Dachfenster installiert ist, unterst\u00fctzt die Klimaregulierung des Geb\u00e4udes. Im Winter \u00f6ffnen sich die Verschattungselemente und lassen Sonnenlicht herein, so dass der Innenraum sich auf nat\u00fcrliche Weise erw\u00e4rmt. Im Sommer schlie\u00dfen sie sich und minimieren die Sonneneinstrahlung. Angetrieben werden diese Prozesse ohne elektrische Energiezufuhr, allein durch t\u00e4gliche und saisonale Wetterver\u00e4nderungen.<\/p>\n\n\n\n

Das \u201eSolar Gate\u201c stellt somit eine energieautarke und ressourceneffiziente Alternative zu herk\u00f6mmlichen Verschattungssystemen dar. Da f\u00fcr den Komfort in Innenr\u00e4umen typischerweise viel Energie ben\u00f6tigt wird und Geb\u00e4ude einen erheblichen Anteil an den weltweiten Kohlenstoffemissionen haben, sind L\u00f6sungen zur Verringerung des Energiebedarfs f\u00fcr Heizung, K\u00fchlung und L\u00fcftung von gro\u00dfer Bedeutung. Das \u201eSolar Gate\u201c unterstreicht das Potenzial zug\u00e4nglicher, kosteng\u00fcnstiger Technologien wie der additiven Fertigung und zeigt auf, wie Zellulose als reichlich vorhandenes, erneuerbares Material zu nachhaltigen architektonischen L\u00f6sungen beitragen kann.<\/p>\n\n\n\n

Projektpartner<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

Das \u201eSolar Gate\u201c wurde gemeinsam entwickelt von der Plant Biomechanics Group Freiburg, dem Institut f\u00fcr Mikrosystemtechnik (IMTEK) und dem Exzellenzcluster Living, Adaptive and Energy-autonomous Materials System (liv<\/em>MatS) der Universit\u00e4t Freiburg sowie vom Institut f\u00fcr Computerbasiertes Entwerfen und Baufertigung (ICD), dem Institut f\u00fcr Kunststofftechnik (IKT) und dem Exzellenzcluster Integratives Computerbasiertes Planen und Bauen f\u00fcr die Architektur (IntCDC) der Universit\u00e4t Stuttgart.<\/p>\n\n\n\n

Original Publikation<\/h3>\n\n\n\n

Cheng, T., Tahouni, Y., Sahin, E.S., Ulrich, K., Lajewski, S., Bonten, C., Wood, D., R\u00fche, J., Speck, T., Menges, A.: 2024, Weather-responsive adaptive shading through biobased and bioinspired hygromorphic 4D-printing.\u00a0Nature Communications<\/em>, vol. 15, no. 1. (DOI: 10.1038\/s41467-024-54808-8<\/a>)<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Angebracht wurde dieses \u201eSolar Gate\u201c an der livMatS Biomimetic Shell, einem Forschungsgeb\u00e4ude der Universit\u00e4t Freiburg und Baudemonstrator des Exzellenzclusters Living, Adaptive and Energy-autonomous Materials Systems (livMatS) und des Exzellenzclusters Integratives Computerbasiertes Planen und Bauen f\u00fcr die Architektur (IntCDC). Die Zeitschrift \u201eNature Communications\u201c hat die Forschungsergebnisse ver\u00f6ffentlicht. \u201eWetterreaktive, architektonische Fassadensysteme sind meist auf aufwendige technische Vorrichtungen […]<\/p>\n","protected":false},"author":59,"featured_media":156853,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_seopress_robots_primary_cat":"none","nova_meta_subtitle":"Kiefernzapfen als Vorbild: Forschende der Universit\u00e4ten Freiburg und Stuttgart haben ein neues, energieautarkes Fassadensystem entwickelt, das sich selbstst\u00e4ndig an das Wetter anpasst","footnotes":""},"categories":[5572],"tags":[11579,25551,15464,10608,10527,17547,25552,11769],"supplier":[25556,25554,19508,12003,25553,409],"class_list":["post-156830","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-bio-based","tag-3ddruck","tag-4ddruck","tag-baumaterialien","tag-biooekonomie","tag-nachhaltigkeit","tag-sonnenenergie","tag-verschattung","tag-zellulose","supplier-cluster-of-excellence-integrative-computational-design-and-construction-for-architecture-intcdc","supplier-exzellenzcluster-living-adaptive-and-energy-autonomous-materials-system-livmats","supplier-institut-fur-kunststofftechnik-ikt-universitat-stuttgart","supplier-institut-fuer-mikrosystemtechnik-imtek","supplier-plant-biomechanics-group-freiburg-botanischer-garten","supplier-universitaet-freiburg"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/156830","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/users\/59"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=156830"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/156830\/revisions"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/media\/156853"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=156830"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=156830"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=156830"},{"taxonomy":"supplier","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/supplier?post=156830"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}