Kühlwand der TU Graz: 3D-gedruckte Keramikwürfel gegen Hitze
Forschende der Technischen Universität Graz haben eine Kühlwand aus 3D-gedruckten Keramikwürfeln entwickelt, die mittels Verdunstungskühlung die Temperatur spürbar senken soll. Ein Prototyp kann am Campus der Universität in Graz besichtigt werden.
Quelle: Helmut Lunghammer - TU Graz
Eine kühlende Wand aus den 3D-gedruckten Keramikwürfeln steht am Campus Neue Technik der TU Graz.
Angesichts steigender Temperaturen und häufigerer Hitzeperioden präsentiere das Institut für Architektur und Medien der TU Graz eine energieeffiziente Lösung für städtische Hitzeinseln, heisst es in einer Mitteilung der Universität von Dienstag. Die Wand setzt sich aus 3D-gedruckten Würfeln aus hochporöser Keramik zusammen, die ein physikalisches Prinzip nutzen, das besonders in heissen und trockenen Regionen bekannt ist: Die Verdunstungskühlung.
«Das funktioniert schon seit Jahrhunderten bei Tonkrügen ebenso wie in traditionellen Windtürmen», erklärt Milena Stavric von der TU Graz in der Mitteilung. Der entscheidende technologische Fortschritt liege im Einsatz des 3D-Drucks, mit dem hochkomplexe, poröse und funktionsoptimierte Geometrien aus Tongemischen hergestellt werden könnten. «Diese speziellen Strukturen speichern Wasser besonders effizient und schaffen bei geringem Volumen eine enorme Verdunstungsoberfläche.»
Pilzkulturen und Holzspäne als Nährmedium
Die rund 23 Zentimeter langen Würfel werden gemäss Mitteilung digital entworfen und mittels 3D-Druck aus einer keramischen Tonmischung gefertigt. Durch eine besonders niedrige Temperatur beim Brennen erhalten die Objekte ihre hochporöse Beschaffenheit. Zusätzlich zeichnen sich die Würfel durch eine sogenannte Minimalflächen-Geometrie (TPMS) aus, die bei geringem Materialeinsatz eine grosse Oberfläche bietet. Wasser wird durch Kapillarkräfte in der porösen Keramik aufgenommen und gleichmässig über die Geometrie verteilt. Dadurch entstehe eine grosse Verdunstungsfläche, über die das Wasser kontinuierlich verdunste und der Umgebung Wärme entziehe, heisst es weiter.
Um die Kühlleistung der Wand weiter zu steigern, experimentiert das Team im institutseigenen «Shape Lab» auch mit bio-inspirierten Ansätzen. Dabei werden dem Ton etwa Pilzkulturen sowie Holzspäne als Nährmedium beigemengt. Das Myzel – das fadenförmige Pilzgeflecht – wächst in das Material hinein und bildet ein feines Netzwerk. Das Ton-Pilz-Gemisch wird 3D-gedruckt und gebrannt. Pilzmyzel und Holzspäne verbrennen und hinterlassen ein Netzwerk aus Mikro- und Makroporen, durch das sich das Wasser im Inneren des Würfels besonders gut verteilen kann.
Quelle: Helmut Lunghammer - TU Graz
Milena Stavric vom Institut für Architektur und Medien der TU Graz mit einem kühlenden Keramikwürfel.
Test im Dachgeschoss
Dass die Keramikwand tatsächlich dabei helfen kann, Temperaturen zu senken, zeigte ein Praxistest in einem heissen Dachgeschoss der TU Graz. Gemäss Mitteilung wurde dabei in einem kontrollierten Versuchsaufbau in unmittelbarer Umgebung des wasserbefüllten Würfels eine Temperatursenkung von knapp sieben Grad Celsius gemessen. «Im gesamten Raum war die Kühlwirkung deutlich spürbar», sagt Kristijan Ristoski, der im Rahmen seiner Masterarbeit die Würfel mit einem steuerbaren Wasserkreislauf zur Kühlwand kombiniert hat.
Das Team testet laut Mitteilung aber auch weitere Materialmischungen, unter anderem Schlamm aus dem Neusiedler See, der regelmässig abgebaggert werden muss, um die Verlandung des Gewässers zu bremsen. Bislang sei dieser Seeschlamm grösstenteils ungenutzt entsorgt worden; künftig könnten die Sedimente als nachhaltiges Baumaterial aus dem 3D-Drucker in ressourcenschonende Bauprozesse integriert werden.
Natürliches Kühlprinzip
Die Keramikwände sollen eine ressourcenschonende Alternative zu energieintensiven Kühlsystemen bieten und eignen sich laut der TU Graz für Wohn- und Bürogebäude ebenso wie für Schulen, öffentliche Plätze oder Wartebereiche. Ziel sei es, Kühlung dort bereitzustellen, wo Menschen besonders unter Hitze litten – etwa in Städten, wo Kühlung durch Bäume teilweise kaum möglich sei, so Stavric weiter. Man setze dabei auf natürliche Kühlprinzipien statt auf energieintensive Klimatechnik.
Der Prototyp kann im Museum der Wahrnehmung in Graz besichtigt werden. Zusätzlich wurde gemäss Mitteilung am Campus Neue Technik der TU Graz in der Stremayrgasse eine freistehende, zwei mal zwei Meter grosse Demonstrationswand aus Ton errichtet. Das Projekt «3D-Printed Ceramic Cooling Walls for Sustainable Urban Architecture» wurde in Kooperation mit dem Institut für Bauphysik, Gebäudetechnik und Hochbau der TU Graz realisiert und durch die Austria Wirtschaftsservice GmbH (aws) im Rahmen des Programms «Proof of Concept» gefördert. (mgt/pb)
