Het Instituut voor Architectuur en Media van de TU Graz heeft een innovatieve oplossing ontwikkeld tegen stedelijke hitte-eilanden: 3D-geprinte wanden van poreuze keramiek. De technologie maakt gebruik van het principe van verdampingskoeling, waarbij water dat uit de keramische structuren verdampt warmte aan de omgeving onttrekt.
Belangrijke technische aspecten:
- Geometrie: Door gebruik te maken van Minimalflächen-Geometrie (TPMS) wordt een maximaal verdampingsoppervlak gecreëerd bij een gering volume.
- Materiaalinnovatie: Er wordt geëxperimenteerd met bio-geïnspireerde toevoegingen zoals schimmelculturen (mycelium) en houtsnippers om de porositeit te verhogen. Daarnaast wordt onderzocht of slib uit het Neusiedler See als duurzaam bouwmateriaal kan dienen.
- Effectiviteit: In tests in een zolderverdieping werd een temperatuurdaling van bijna zeven graden Celsius gemeten.
Het doel van het project is om een energiezuinig en grondstoffenefficiënt alternatief te bieden voor stroomintensieve airconditioning, specifiek voor locaties in de stad waar natuurlijke koeling door bomen niet mogelijk is. Een demonstratiewand is inmiddels geplaatst op de campus van de TU Graz.
TU Graz ontwikkelt koelende keramische wand tegen stedelijke hitte
Poreuze keramische kubussen uit de 3D-printer maken gebruik van energiezuinige verdampingskoeling en verlagen de temperatuur merkbaar. Een prototype van de koelwand is reeds te bewonderen op de campus van de TU Graz.
Bijschrift: Milena Stavric van het Instituut voor Architectuur en Media van de TU Graz met een koelende keramische kubus. (Beeldrechten: Lunghammer - TU Graz)
Angesichts van stijgende temperaturen en frequentere hitteperioden presenteert het Instituut voor Architectuur en Media van de TU Graz een energiezuinige oplossing voor hitte-eilanden in de stad: 3D-geprinte kubussen van zeer poreuze keramiek. Deze combineren eeuwenoude kennis over passieve koeling met modernste additieve productie. De keramische kubussen zijn geschikt voor het koelen van zowel binnenruimtes als de buitenlucht.
De kubussen maken gebruik van een fysisch principe dat vooral bekend is in hete en droge regio's ter wereld: de verdampingskoeling. Wanneer water verdampt, onttrekt het warmte aan de omgeving, waardoor de lucht afkoelt. „Dit werkt al eeuwenlang bij aardewerken kruiken en in traditionele windtorens“, legt Milena Stavric van de TU Graz uit. „De doorslaggevende technologische vooruitgang ligt hier in het gebruik van 3D-printen, waarmee we zeer complexe, poreuze en functie-geoptimaliseerde geometrieën van kleimengsels kunnen produceren. Deze speciale structuren slaan water bijzonder efficiënt op en creëren een enorm verdampingsoppervlak bij een gering volume.“
Merkbaar koeleffect
De kubussen, met een zijde van ongeveer 23 centimeter, worden digitaal ontworpen en via 3D-printen vervaardigd uit een keramische kleimengsel. De geprinte kleiobjecten worden op lage temperaturen gebakken om een zeer poreuze structuur te behouden. De speciaal ontwikkelde Minimalflächen-Geometrie (TPMS) biedt een zeer groot oppervlak bij een gering materiaalverbruik. Water wordt door capillaire krachten in de poreuze keramiek opgenomen en gelijkmatig over de complexe geometrie verdeeld. Hierdoor ontstaat een groot verdampingsoppervlak waarlangs het water continu verdampt en warmte aan de omgeving onttrekt.
Om de koelprestaties verder te verhogen, experimenteert het team in het eigen „Shape Lab“ met bio-geïnspireerde benaderingen. Aan de klei worden schimmelculturen en houtsnippers als voedingsmedium toegevoegd. Het mycelium — het draadvormige schimmelnetwerk — groeit in het materiaal en vormt een fijn netwerk. Dit klei-schimmelmengsel wordt vervolgens 3D-geprint en gebakken. Het schimmelmycelium en de houtsnippers verbranden, waardoor een netwerk van micro- en macroporiën achterblijft. Hierdoor kan het water in de kubus zich bijzonder goed verspreiden.
Test in de zolderverdieping
Een praktijktest in een hete zolderverdieping van de TU Graz toonde een duidelijk effect: in een gecontroleerde experimentele opstelling werd in de directe omgeving van de met water gevulde kubus een temperatuurdaling van bijna zeven graden Celsius gemeten. „In de gehele ruimte was het koelende effect duidelijk merkbaar“, zegt Kristijan Ristoski, die in het kader van zijn masterscriptie de kubussen in combinatie met een regelbaar watercircuit heeft omgevormd tot de nu gepresenteerde koelwand.
Het team experimenteert daarnaast met andere nieuw ontwikkelde materiaalmengsels. Een focus ligt hierbij op slib uit het Neusiedler See, dat regelmatig gebaggerd moet worden om het dichtslibben van het ondiepe water te remmen. Tot nu toe werd dit meerlsamme grotendeels onbenut afgevoerd. In de toekomst zouden deze sedimenten als duurzaam bouwmateriaal uit de 3D-printer geïntegreerd kunnen worden in grondstoffenefficiënte bouwprocessen.
Natuurlijk koelprincipe in plaats van stroomintensieve klimaattechniek
De keramische wanden bieden een grondstoffenefficiënt alternatief voor energie-intensieve koelsystemen en zijn geschikt voor woon- en kantoorgebouwen, maar ook voor scholen, openbare pleinen of wachtruimtes. „Ons doel is om koeling te bieden daar waar mensen bijzonder lijden onder de hitte — bijvoorbeeld in steden, waar koeling door bomen soms nauwelijks mogelijk is. Hiervoor zetten we in op natuurlijke koelprincipes in plaats van op energie-intensieve klimaattechniek“, aldus Milena Stavric.
Koelende demonstratiewand in Graz
Geïnteresseerden kunnen de technologie bewonderen in het Museum der Waarneming in Graz. Daarnaast is er onlangs op de campus Neue Technik van de TU Graz, in de Stremayrgasse, een vrijstaande demonstratiewand van klei van twee bij twee meter geplaatst. Daar kan het koelende effect direct worden ervaren.
Planners en geïnteresseerde bedrijven die potentieel zien voor de toepassing van de gebruikte technologieën, kunnen direct contact opnemen met het projectteam.
Het project „3D-Printed Ceramic Cooling Walls for Sustainable Urban Architecture“ is gerealiseerd in nauwe samenwerking met het Instituut voor Bouwfysica, Gebouwtechniek en Hoogbouw van de TU Graz en is gefinancierd door de Austria Wirtschaftsservice GmbH (aws) in het kader van het programma „Proof of Concept“.
Contact
Milena STAVRIC Assoc.Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn. TU Graz | Institut für Architektur und Medien Tel.: +43 316 873 4738 mstavricnoSpam@tugraz.at
***
Bijschriften bij aanvullende afbeeldingen:
- Een koelende wand van 3D-geprinte kubussen staat op de campus Neue Technik van de TU Graz. (Beeldbron: Lunghammer - TU Graz)
- De koelende wand bestaat uit 3D-geprinte keramische kubussen. (Beeldbron: Lunghammer - TU Graz)
- Van links naar rechts: Julian Jauk, Milena Stavric en Kristijan Ristoski van het Instituut voor Architectuur en Media van de TU Graz. (Beeldbron: Lunghammer - TU Graz)
TU Graz ontwikkelt koelende keramische wand tegen stedelijke hitte
Poreuze keramische kubussen uit de 3D-printer maken gebruik van energiezuinige verdampingskoeling en verlagen de temperatuur merkbaar. Een prototype van de koelwand is reeds te bewonderen op de campus van de TU Graz.
Bijschrift: Milena Stavric van het Instituut voor Architectuur en Media van de TU Graz met een koelende keramische kubus. (Beeldrechten: Lunghammer - TU Graz)
Angesichts van stijgende temperaturen en frequentere hitteperioden presenteert het Instituut voor Architectuur en Media van de TU Graz een energiezuinige oplossing voor hitte-eilanden in de stad: 3D-geprinte kubussen van zeer poreuze keramiek. Deze combineren eeuwenoude kennis over passieve koeling met modernste additieve productie. De keramische kubussen zijn geschikt voor het koelen van zowel binnenruimtes als de buitenlucht.
De kubussen maken gebruik van een fysisch principe dat vooral bekend is in hete en droge regio's ter wereld: de verdampingskoeling. Wanneer water verdampt, onttrekt het warmte aan de omgeving, waardoor de lucht afkoelt. „Dit werkt al eeuwenlang bij aardewerken kruiken en in traditionele windtorens“, legt Milena Stavric van de TU Graz uit. „De doorslaggevende technologische vooruitgang ligt hier in het gebruik van 3D-printen, waarmee we zeer complexe, poreuze en functie-geoptimaliseerde geometrieën van kleimengsels kunnen produceren. Deze speciale structuren slaan water bijzonder efficiënt op en creëren een enorm verdampingsoppervlak bij een gering volume.“
Merkbaar koeleffect
De kubussen, met een zijde van ongeveer 23 centimeter, worden digitaal ontworpen en via 3D-printen vervaardigd uit een keramische kleimengsel. De geprinte kleiobjecten worden op lage temperaturen gebakken om een zeer poreuze structuur te behouden. De speciaal ontwikkelde Minimalflächen-Geometrie (TPMS) biedt een zeer groot oppervlak bij een gering materiaalverbruik. Water wordt door capillaire krachten in de poreuze keramiek opgenomen en gelijkmatig over de complexe geometrie verdeeld. Hierdoor ontstaat een groot verdampingsoppervlak waarlangs het water continu verdampt en warmte aan de omgeving onttrekt.
Om de koelprestaties verder te verhogen, experimenteert het team in het eigen „Shape Lab“ met bio-geïnspireerde benaderingen. Aan de klei worden schimmelculturen en houtsnippers als voedingsmedium toegevoegd. Het mycelium — het draadvormige schimmelnetwerk — groeit in het materiaal en vormt een fijn netwerk. Dit klei-schimmelmengsel wordt vervolgens 3D-geprint en gebakken. Het schimmelmycelium en de houtsnippers verbranden, waardoor een netwerk van micro- en macroporiën achterblijft. Hierdoor kan het water in de kubus zich bijzonder goed verspreiden.
Test in de zolderverdieping
Een praktijktest in een hete zolderverdieping van de TU Graz toonde een duidelijk effect: in een gecontroleerde experimentele opstelling werd in de directe omgeving van de met water gevulde kubus een temperatuurdaling van bijna zeven graden Celsius gemeten. „In de gehele ruimte was het koelende effect duidelijk merkbaar“, zegt Kristijan Ristoski, die in het kader van zijn masterscriptie de kubussen in combinatie met een regelbaar watercircuit heeft omgevormd tot de nu gepresenteerde koelwand.
Het team experimenteert daarnaast met andere nieuw ontwikkelde materiaalmengsels. Een focus ligt hierbij op slib uit het Neusiedler See, dat regelmatig gebaggerd moet worden om het dichtslibben van het ondiepe water te remmen. Tot nu toe werd dit meerlsamme grotendeels onbenut afgevoerd. In de toekomst zouden deze sedimenten als duurzaam bouwmateriaal uit de 3D-printer geïntegreerd kunnen worden in grondstoffenefficiënte bouwprocessen.
Natuurlijk koelprincipe in plaats van stroomintensieve klimaattechniek
De keramische wanden bieden een grondstoffenefficiënt alternatief voor energie-intensieve koelsystemen en zijn geschikt voor woon- en kantoorgebouwen, maar ook voor scholen, openbare pleinen of wachtruimtes. „Ons doel is om koeling te bieden daar waar mensen bijzonder lijden onder de hitte — bijvoorbeeld in steden, waar koeling door bomen soms nauwelijks mogelijk is. Hiervoor zetten we in op natuurlijke koelprincipes in plaats van op energie-intensieve klimaattechniek“, aldus Milena Stavric.
Koelende demonstratiewand in Graz
Geïnteresseerden kunnen de technologie bewonderen in het Museum der Waarneming in Graz. Daarnaast is er onlangs op de campus Neue Technik van de TU Graz, in de Stremayrgasse, een vrijstaande demonstratiewand van klei van twee bij twee meter geplaatst. Daar kan het koelende effect direct worden ervaren.
Planners en geïnteresseerde bedrijven die potentieel zien voor de toepassing van de gebruikte technologieën, kunnen direct contact opnemen met het projectteam.
Het project „3D-Printed Ceramic Cooling Walls for Sustainable Urban Architecture“ is gerealiseerd in nauwe samenwerking met het Instituut voor Bouwfysica, Gebouwtechniek en Hoogbouw van de TU Graz en is gefinancierd door de Austria Wirtschaftsservice GmbH (aws) in het kader van het programma „Proof of Concept“.
Contact
Milena STAVRIC Assoc.Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn. TU Graz | Institut für Architektur und Medien Tel.: +43 316 873 4738 mstavricnoSpam@tugraz.at
***
Bijschriften bij aanvullende afbeeldingen:
- Een koelende wand van 3D-geprinte kubussen staat op de campus Neue Technik van de TU Graz. (Beeldbron: Lunghammer - TU Graz)
- De koelende wand bestaat uit 3D-geprinte keramische kubussen. (Beeldbron: Lunghammer - TU Graz)
- Van links naar rechts: Julian Jauk, Milena Stavric en Kristijan Ristoski van het Instituut voor Architectuur en Media van de TU Graz. (Beeldbron: Lunghammer - TU Graz)
Groetjes,