Een instelbaar zonweringssysteem dat zich in de loop van de dag zelfstandig aanpast, zonder sensoren of motoren en grotendeels onderhoudsvrij? Het kan echt:een ETH-promovendus van het Instituut voor Bouwmaterialen heeft een alternatief voor motoraangedreven zonneschermen ontwikkeld.

In de zomer wordt het heet in de stad, en gebouwen in direct zonlicht worden bijzonder warm. 's Nachts, het kan dan moeilijk zijn om die opgehoopte warmte kwijt te raken. Tegenwoordig, veel mensen dromen van efficiënte airconditioning. Chiara Vailati had een andere droom:na haar studie in Italië, de civiel ingenieur kwam op het idee om een ​​verstelbaar en autonoom zonnescherm voor huizen te creëren, om de hoeveelheid warmte die een gebouw binnenkomt en dus de behoefte aan koeling te verminderen. Ze stelde hoge eisen:"Ik wilde dat het systeem gemaakt zou zijn van milieuvriendelijke materialen, verbruiken zeer weinig energie en hebben lage installatie- en onderhoudskosten, " herinnert Vailati zich.

Sindsdien heeft Vailati haar idee kunnen realiseren:tijdens haar doctoraatsproject met professor Ingo Burgert aan het Instituut voor Bouwmaterialen van de ETH Zürich, ze ontwierp een innovatief zonweringsysteem. Wie zich nu een volautomatische hightech zonwering met sensoren voorstelt, actuatoren en complexe besturingen is nog ver verwijderd van het doel. Vailati's prototype is misschien hightech, maar het is nog steeds verfrissend bescheiden. Het systeem maakt gebruik van houten planken die schaduw produceren en vereist geen sensoren of motoren – of zelfs elektriciteit. Echter, het verandert nog wel naargelang de weersomstandigheden:de planken bewegen autonoom. Meerdere paren planken die parallel zijn uitgelijnd, creëren een soort dak dat zichzelf opent en sluit. De constructie kan worden geplaatst, bijvoorbeeld, horizontaal over een raam op de gevel van een gebouw.

"We werden geïnspireerd door dennenappels als het ging om de autonome beweging van de planken, " zegt Vailati. De schubben van deze kegels reageren op veranderingen in de luchtvochtigheid:als de luchtvochtigheid afneemt, de schubben buigen en bewegen van een rechte naar een gebogen vorm - dus de kegel gaat open bij droog weer. Het is de structuur van de kegel die dit mogelijk maakt:de schubben bestaan ​​uit twee met elkaar verbonden lagen die in verschillende mate samentrekken als de luchtvochtigheid afneemt.

Dubbellaags hout is een responsief materiaal

Vailati bracht dit werkingsprincipe over op tweelagige houten planken. De lagen bestaan ​​uit verschillende houtsoorten, waarvan de vezels ook loodrecht op elkaar staan. Het is een fascinerend idee:"Net als zijn natuurlijke model, de dubbele houtlagen maken gebruik van veranderingen in vochtigheid gedurende de dag, " legt Vailati uit. In de vochtige ochtendlucht en 's nachts, de planken zijn vlak en verticaal, terwijl 's middags, als de zon hoog staat en de lucht droger is, ze buigen merkbaar door en zorgen zo voor schaduw.

Alternatief voor gemotoriseerde planken

Dit ogenschijnlijk simpele idee vergde jaren van onderzoek. Vailati moest met name twee uitdagingen aangaan. Ten eerste, het was noodzakelijk om de aanvankelijk zeer kleine dubbellaagse structuren te vergroten tot de standaard planklengte van een halve meter, zonder dat het materiaal ongecontroleerd vervormt. Ten tweede, het systeem reageerde te traag in vergelijking met conventionele gemotoriseerde planken. "Ik moest een manier vinden om de bilaagkinetiek te versnellen, ", zegt Vailati. Gestreepte patronen in het hout en een fijn afgestelde verhouding van laagdiktes hielpen de beweging te versnellen. Tot slot, Vailati maakte ook gebruik van haar ervaring als civiel ingenieur:om de hoeveelheid schaduw te vergroten, ze koppelde de tweelagige planken aan elkaar. "Dat verhoogde de reactietijd aanzienlijk, ' zegt ze blij.

ETH Zürich patenteerde haar uitvinding. En Vailati verdedigde haar proefschrift in februari, en is onlangs begonnen als postdoc bij Empa in de Building Energy Materials and Components Group. Op het dak van een ETH-gebouw op de Hönggerberg-campus staat nog een klein prototype van haar zonweringapparaat. Vooral op dagen als deze zou de aangenaam koele schaduw een zegen zijn.