Sieben Grad weniger ohne Klimaanlage: Grazer Forscher entwickeln neue Kühltechnik
Die TU Graz hat eine neue Methode gegen die zunehmende Hitze in Städten entwickelt. Eine Wand aus 3D-gedruckten Keramikwürfeln kann die Temperatur durch Verdunstung spürbar senken.
Steigende Temperaturen und häufigere Hitzewellen stellen Städte zunehmend vor Herausforderungen. Forschende der TU Graz arbeiten nun an einer energieeffizienten Lösung: Eine Kühlwand aus speziellen Keramikwürfeln soll dabei helfen, Hitzeinseln in urbanen Gebieten zu reduzieren. Der Prototyp kann bereits am Campus der TU Graz besichtigt werden. Die Technologie verbindet ein jahrhundertealtes Kühlprinzip mit moderner 3D-Drucktechnik.
Kühlung durch Verdunstung statt Klimaanlage
Die Grundlage der Entwicklung ist die sogenannte Verdunstungskühlung. Dabei entzieht verdunstendes Wasser der Umgebung Wärme und sorgt dadurch für eine Abkühlung der Luft. „Das funktioniert schon seit Jahrhunderten bei Tonkrügen ebenso wie in traditionellen Windtürmen“, erklärt Milena Stavric von der TU Graz. Der technologische Fortschritt liege vor allem darin, dass durch den 3D-Druck komplexe und besonders poröse Strukturen hergestellt werden können. Die Keramikwürfel speichern Wasser und geben es langsam wieder ab. Durch ihre spezielle Oberfläche entsteht eine große Verdunstungsfläche, wodurch die Kühlwirkung verstärkt wird.
Keramikwürfel aus dem 3D-Drucker
Die einzelnen Würfel haben eine Seitenlänge von rund 23 Zentimetern. Sie werden digital entworfen und anschließend aus einer speziellen keramischen Tonmischung im 3D-Druckverfahren hergestellt. Durch das Brennen bei niedrigen Temperaturen bleibt das Material besonders porös. Wasser kann dadurch mithilfe von Kapillarkräften aufgenommen und gleichmäßig verteilt werden. Eine eigens entwickelte Minimalflächen-Geometrie ermöglicht eine große Oberfläche bei gleichzeitig geringem Materialverbrauch.
Test zeigt deutliche Temperaturabsenkung
Die Wirkung der Kühltechnik wurde bereits in einem praktischen Versuch getestet. In einem heißen Dachgeschoss der TU Graz wurde ein mit Wasser befüllter Keramikwürfel unter kontrollierten Bedingungen untersucht. Dabei konnte in unmittelbarer Umgebung des Würfels eine Temperaturreduktion von knapp sieben Grad Celsius gemessen werden. „Im gesamten Raum war die Kühlwirkung deutlich spürbar“, sagt Kristijan Ristoski, der die Würfel im Rahmen seiner Masterarbeit mit einem steuerbaren Wasserkreislauf zu einer Kühlwand kombinierte.
Forschung mit Pilzen und nachhaltigen Materialien
Das Team des institutseigenen „Shape Lab“ untersucht außerdem weitere Möglichkeiten, die Kühlleistung zu verbessern. Dabei kommen auch bio-inspirierte Ansätze zum Einsatz. Unter anderem werden dem Ton Pilzkulturen und Holzspäne beigemischt. Das Pilzmyzel bildet im Material ein feines Netzwerk. Beim anschließenden Brennen entstehen zusätzliche Mikro- und Makroporen, durch die sich Wasser besser im Inneren der Keramik verteilen kann. Auch Schlamm aus dem Neusiedler See wird als möglicher Rohstoff erforscht. Die regelmäßig anfallenden Sedimente könnten künftig als nachhaltiges Baumaterial für 3D-gedruckte Konstruktionen genutzt werden.
Kühlwand am TU-Campus in Graz zu sehen
Die neue Technologie soll künftig unter anderem in Wohn- und Bürogebäuden, Schulen oder öffentlichen Bereichen eingesetzt werden. Ziel sei es, Menschen dort zu kühlen, wo Hitze besonders belastend ist. „Unser Ziel ist es, Kühlung dort bereitzustellen, wo Menschen besonders unter Hitze leiden – etwa in Städten, wo Kühlung durch Bäume teilweise kaum möglich ist. Dafür setzen wir auf natürliche Kühlprinzipien statt auf energieintensive Klimatechnik“, erklärt Milena Stavric. Eine Demonstrationswand aus Ton wurde bereits am Campus Neue Technik der TU Graz in der Stremayrgasse errichtet. Die rund zwei mal zwei Meter große Konstruktion macht die Kühlwirkung direkt erlebbar. Interessierte können die Technologie außerdem im Museum der Wahrnehmung in Graz besichtigen.