Ausgangssituation/Motivation

Durch den Klimawandel und die Notwendigkeit zur Reduzierung des Gesamtenergiebedarfs in Gebäuden und Vermeidung von Urban Heat Islands besteht der dringende Bedarf an der Weiterentwicklung passiver Kühltechniken, die den Energie-verbrauch reduzieren, die Umwelt und das Ökosystem unterstützen und ein zufriedenstellendes Maß an Komfort bieten. Die Verbesserung von Systemen direkter Verdunstungskühlung für Gebäudehüllen zielt auf verbesserte Effektivität zum Einsatz in gemäßigten Klimazonen ab. Bioinspiration hat sich in den letzten Jahrzehnten als Innovationsmethode für die Entwicklung nachhaltiger Lösungen für die gebaute Umwelt etabliert.

Das Projekt BIOCOOL besteht aus einer Sondierung zur Übertragung von morphologischen Prinzipien aus der Biologie in formoptimierte keramische Ober-flächen zur Klimatisierung von Gebäudehüllen durchgeführt werden.

In Laubbäumen bestimmen die Formen von Blättern die thermischen Eigenschaften und insbesondere die Effizienz von Verdunstung und somit Kühlung. Eine Ableitung dieses Phänomens bietet einen Anhaltspunkt zur Entwicklung optimierter Formen für Bauteile.

Die Einbindung in das System Gebäude, im besonderen Wasserkreislauf und Energiemanagement, und die Auswirkungen auf den Stadtraum auf Fußgänger- und Quartierebene werden in Konzepten und Simulationen untersucht. Die Gebäudehülle wird dabei als Energieträger und als aktives Element im Sinn von Eco-system Services interpretiert, und die Auswirkungen auf Stadtraum und Umwelt in mehrere Größen Skalen und Aspekten abgeschätzt.

Die Studie wird von zwei akademischen Institutionen mit langjähriger Erfahrung im Energy Design und Bauphysik unter Einbindung von Studierenden durchgeführt. Die Marktnähe und Wirtschaftlichkeit der Innovation werden in Workshops mit Stakeholdern aus der Industrie sichergestellt.

BIOCOOL bereitet den Weg für ein industrielles Forschungsprojekt, indem Daten über Proof-of-Concept Prototypen, Experimente und Analysen zur Auswirkung der neuen Technologie aufbereitet werden.

Inhalte und Zielsetzungen

Zielsetzung dieses Projektes ist es zu zeigen, dass auf der Basis der durchgeführten Grundlagenforschung und neuer Erkenntnisse über Formprinzipien mit Hilfe von parametrischem Design und Simulationen Paneele aus porösen Materialien mit 3-D Oberflächenstrukturen hergestellt werden können. Dieser Form-Funktionszusammenhang sowie der Einsatz von speziell angepassten keramischen Materialien mit definierter Porosität und Mikrostruktur kann die Verdunstungseffizienz der Elemente im Vergleich zu konventionellen Technologien erhöhen. Die Performance der installierten Prototypen hinsichtlich ihrer thermischen Eigenschaften wurde untersucht, vergleichend evaluiert, und nachhaltige Low-Tech Konzepte zur Systemintegration entworfen.

Methodische Vorgehensweise

Nach einer extensiven Materialstudie wird ein Set von mehreren Platten erstellt, die digital formoptimiert werden. Ein Proof-of-Concept Mockup im Außenraum dient zur Datenerstellung, die analysiert wurde.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen

Es konnte die Wirksamkeit von keramischen Paneelen mit unterschiedlicher Farbgebung und 3-d Oberflächen gezeigt werden. Es konnten Lösungsansätze demonstriert werden, die allerdings nur auf der Basis der Gestaltung von Baumaterialien unter der Voraussetzung sorgfältiger Bewässerung umsetzbar sind.

Ausblick

Mit dem Projekt BIOCOOL wird aufgezeigt, dass passive Kühlung durch Verdunstung erreicht werden kann. Diese Sondierung ist nicht nur für den Gebäudebereich, sondern auch für andere Technologiebereiche interessant in denen Wärmetauscher eingesetzt werden können.

Projektleitung

Bernhard Sommer - Universität für Angewandte Kunst Wien, Abteilung Energiedesign

Projekt- bzw. Kooperationspartner:innen

• Sascha Alexandra Zaitseva / Universität für Angewandte Kunst Wien - Keramikstudio
• Ulrich Pont / Technische Universität Wien - Fachbereich Bauphysik und Bauökologie

Bernhard Sommer und Petra Gruber
Universität für Angewandte Kunst Wien
Oskar Kokoschka-Platz 2
A-1010 Wien
Tel.: +43 (1) 71133-2372
E-Mail: bernhard.sommer@uni-ak.ac.at, petra.gruber@gmail.com
Web: www.dieangewandte.at