Das Projekt "Teilprojekt 1.7: Entwicklung der baukonstruktiven Komponenten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von SKZ - KFE gGmbH durchgeführt. Die Grundidee von smartskin besteht in dem Trend, den immer weiter steigenden Endenergieaufwendungen zur Gebäudekühlung entgegenzuwirken. Diese haben sich in den letzten 25 Jahren in der EU durch den massenhaften Betrieb von teils extensiv dimensionierten Klimaanlagen nahezu vervierfacht. Dass Architekten und Bauplaner die Außenhaut von Gebäuden immer leichter und graziler gestalten, führt oftmals zu einem immens hohen Glasanteil in der Fassade. Dies wiederum zieht jedoch eine Überhitzung durch solare Einträge nach sich, die mangels speicherfähiger Gebäudemasse auch nicht im Sinne einer Phasenverschiebung gepuffert werden können. Eine künstliche Kühlung unter enormem Stromaufwand sowie hohen Betriebs- und Wartungskosten sind meist das Resultat. Was fehlt, ist eine Möglichkeit, die solaren Einträge zu regulieren. Für einen energieeffizienten Gebäudebetrieb - während des ganzen Jahres - ist die Reduzierung der Einstrahlung in der Hitzeperiode genauso wichtig wie auch deren Nutzung in den Wintermonaten, um die benötigte Heizleistung zu minimieren. Der Markt bietet verschiedenste Sonnenschutzsysteme, die sich letztendlich in zwei Kategorien einteilen lassen: Produkte mit hohem Komfort, aber immensen Installations-, Wartungs- und Betriebskosten bei geringer Eingriffsmöglichkeit, stehen jenen gegenüber, die einfach aufgebaut sind, aber komplett passiv, einzig durch Nutzereingriff agieren. Mit smartskin wird das Ziel verfolgt, zukünftige Verschattungssysteme aktiv und komfortabel, aber unabhängig von Sensorik und Netzanschluss zu gestalten. Dies reduziert anfallende Kosten und verringert die Systemkomplexität. Zudem sind autarke Systeme deutlich einfacher sowohl in Neu- als auch Bestandsbauten zu integrieren als ihre komplex verbundenen Pendants. Es werden thermische Formgedächtnislegierungen genutzt, die sich über Sonneneinstrahlung und Umgebungstemperatur unmittelbar an die aktuelle Wettersituation anpassen und somit völlig energieautark und hocheffizient arbeiten. Zudem erlauben sie über ein geringes Maß an Bestromung, gespeist durch zwischengespeicherten Photovoltaikstrom, eine nutzerinduzierte Steuerung. Damit ergibt sich ein eigenständiger Betrieb jeder einzelnen Verschattungseinheit. Dem SKZ obliegt im Projekt dabei die Aufgabe, technisch-baukonstruktive Randbedingungen für das Fassadensystem, das Verschattungssystem sowie die Lamellen zu erarbeiten. Weiterhin sollen typologisch, baukonstruktiv und architektonisch optimierte Lösungsvarianten entwickelt werden. Die Erstellung konstruktiver Details, die Klärung der Fügetechnologie zwischen Lamelle und FGL, sowie die Herstellung eines Lamellenprototypen zählen ebenfalls zu den Forschungsschwerpunkten innerhalb des Projektes.
Das Projekt "Teilprojekt 1.2: Entwicklung eines Verschattungselements" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Colt International GmbH durchgeführt. Es soll im angestrebten Projekt ein energieautark funktionierendes Verschattungssystem entwickelt werden mit dem Ziel der Reduzierung des Energiebedarfs zur Raumklimatisierung sowie der kompletten Einsparung der Betriebsenergie in Gebäuden. Hierfür ist eine thermosensitive Aktorik auf Basis des Formgedächtniseffektes zu entwickeln, die das Verschattungssystem den Umgebungsbedingungen entsprechend reguliert. Gleichzeitig soll ein Eingreifen des Nutzers teilweise ermöglicht werden z.B. im Winter, um trotz nicht benötigtem Überhitzungsschutz einen bedarfsgeregelten Blendschutz zu ermöglichen. Schwerpunkt der Arbeitsweise in diesem Verbundvorhaben ist ein kontinuierliches enges Abstimmen der Projektpartner. In Workshops oder bilateralen Treffen finden alle wichtigen Entscheidungen gemeinsam statt. Wechselseitige Zuarbeiten werden durch die enge Kooperation immer optimal übergeben. Terminlichen Abstimmungen und die Vernetzung sowie das aufeinander Aufbauen der Arbeitsschritte beschreibt die Verbundvorhabenbeschreibung. Ein Kooperationsvertrag regelt die interne Zusammenarbeit.
Das Projekt "Teilvorhaben: Montagekonzepte für den Antrieb der Zukunft" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Dürr Systems AG durchgeführt. Im Bereich der Antriebstechnologie wird ein Hochdrehzahl EV-Antriebsstrang der nächsten Generation mit Mehrganggetriebe erforscht. In Verbindung mit optimal auf den Antriebsstrang abgestimmter Sensorik und aktiver Fahrerinteraktion mittels moderner Aktorik wird ein höchsteffizienter Fahrzeugbetrieb erreicht, der insbes. im städtischen Verkehr sein volles Potenzial aufzeigt. Die entwickelten Komponenten werden in Hardware umgesetzt und in Versuchsträgern validiert. Zusätzlich wird ein Gesamtmodell zur Simulation des gesamten Antriebsstrangs aufgebaut, was eine Bewertung hinsichtlich verschiedener Kriterien (u.a. Kosten, Wirkungsgrad, Fahrzeuggewicht, CO2-Emission) ermöglichen wird. Für die Bewertung der einzelnen Komponenten wird neben der einen Produktperformance auch der Fertigungsaufwand der unterschiedlichen Konzepte untersucht, um einen Kosten-Nutzen Vergleich zu ermöglichen. Insbes. die Montagezeiten elektrifizierter Antriebsstränge weichen u.U. deutlich von den Zeiten für konventionelle Fahrzeuge ab. Da in Zukunft aus Gründen der optimalen Kapazitätsauslastung von Mixed-Modell-Montagelinien auszugehen ist, können große Zeitunterschiede bei konventionellen Montagelinien nicht mit bestehenden Planungsansätzen überbrückt werden. Mittels Simulation und heuristischer Optimierung von Montagestrukturen und -layouts werden Lösungen abgeleitet. Das Vorhaben gliedert sich in 4 Arbeitspakete. AP1 befasst sich mit dem neuartigen EV-Antriebsstrang (Hochdrehzahl ASM mit Getriebe). AP2 erforscht optische Sensoren zur Fahrerunterstützung für definierte Fahrstrategien. Diese fließen unmittelbar in die Auslegung des Antriebsstrangs (AP1) ein und bilden die Anforderungen für AP3. In AP3 werden Formgedächtnislegierungen entwickelt (2 Anwendungen im Projekt: Gaspedal+Regler im Kühlkreislauf). AP4 bildet eine Klammer um AP1-3 indem sowohl der neuentwickelte Antriebsstrang als auch die Produktion der Einzelkomponenten wie auch die Auswirkungen auf die Endmontage bewertet werden.
Das Projekt "Teilprojekt 1.5: Bedarfssteuerung Verschattungssystem" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Cavertitzer Elektromontage GmbH durchgeführt. Im Rahmen des smart3-Basisvorhabens 'smart living' beschäftigt sich das Teilvorhaben mit der Steuerung von selbstregulierenden Sonnenschutzkomponenten auf Basis von thermischen Formgedächtnislegierungen. Diese werden in den Sommermonaten autark betrieben und sollen jedoch in den Wintermonaten nach Nutzerbedürfnissen beeinflusst werden. Dazu ist eine Steuerung zu entwickeln, die auf diese Bedürfnisse reagiert und die FGL ansteuert. Anhand der Form und der benötigten Parameter des FGL-Elements ist eine passende Steuerungsmöglichkeit zu entwickeln, die das thermische Element z.B.: bestromt oder auf eine andere Art und Weise erwärmt, so das diese sich verformen kann. Das Ziel ist es, eine Steuerung zu entwickeln, die das durch die Projektpartner entwickelte autarke Sonnenschutzsystem beeinflusst. Als erstes muss festgestellt werden, was momentan auf dem Markt erhältliche Steuerungen können. Dabei muss auf die Nutzerbedürfnisse eingegangen werden. Was fordert der Markt, damit eine passende Steuerung entwickelt werden kann. Sind alle wichtigen Informationen bekannt, so kann eine Bedarfssteuerung entwickelt werden. Diese wird am Teildemonstrator, welcher von den Projektpartnern entwickelt wird, getestet. Unter Laborbedingungen können die dazu führenden Erkenntnisse zur Optimierung und Stabilisierung des Systems beitragen. Nach der Fertigstellung eines Prototyps kann dann eine Gebrauchstauglichkeitsprüfung durchgeführt werden. Daraus können wir Vor- und Nachteile unserer Entwicklung erkennen und diese mit konventionellen Systemen vergleichen.
Das Projekt "Teilprojekt 1.1: Bauphysik von Verschattungssystem mit Formgedächtnislegierungssteuerung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig, Institut für Betonbau durchgeführt. Die Grundidee von smartskin besteht in dem Ziel, den immer weiter steigenden Endenergieaufwendungen zur Gebäudekühlung entgegenzuwirken. Diese haben sich in den letzten 25 Jahren in der EU durch den massenhaften Betrieb von teils extensiv dimensionierten Klimaanlagen nahezu vervierfacht. Dass Architekten und Bauplaner die Außenhaut von Gebäuden immer leichter und graziler gestalten, führt oftmals zu einem immens hohen Glasanteil in der Fassade. Dies wiederum zieht jedoch eine Überhitzung durch solare Einträge nach sich, die mangels speicherfähiger Gebäudemasse auch nicht im Sinne einer Phasenverschiebung gepuffert werden können. Eine künstliche Kühlung unter enormem Stromaufwand sowie hohen Betriebs- und Wartungskosten sind meist das Resultat. Was fehlt ist eine Möglichkeit, die solaren Einträge zu regulieren. Für einen energieeffizienten Gebäudebetrieb - während des ganzen Jahres - ist die Reduzierung der Einstrahlung in der Hitzeperiode genauso wichtig wie auch deren Nutzung in den Wintermonaten, um die benötigte Heizleistung zu minimieren. Der Markt bietet verschiedenste Sonnenschutzsysteme, die sich letztendlich in zwei Kategorien einteilen lassen: Produkte mit hohem Komfort, aber immensen Installations-, Wartungs- und Betriebskosten bei geringer Eingriffsmöglichkeit, stehen jenen gegenüber, die einfach aufgebaut sind, aber komplett passiv, einzig durch Nutzereingriff agieren. Mit smartskin wird das Ziel verfolgt, zukünftige Verschattungssysteme aktiv und komfortabel, aber unabhängig von Sensorik und Netzanschluss zu gestalten. Dies reduziert anfallende Kosten und verringert die Systemkomplexität. Zudem sind autarke Systeme deutlich einfacher sowohl in Neu- als auch Bestandsbauten zu integrieren als ihre komplex verbundenen Pendants. Es werden thermische Formgedächtnislegierungen genutzt, die sich über Sonneneinstrahlung und Umgebungstemperatur unmittelbar an die aktuelle Wettersituation anpassen und somit völlig energieautark und hocheffizient arbeiten. Zudem erlauben sie über ein geringes Maß an Bestromung, gespeist durch zwischengespeicherten Photovoltaikstrom, eine nutzerinduzierte Steuerung. Damit ergibt sich ein eigenständiger Betrieb jeder einzelnen Verschattungseinheit. Der HTWK Leipzig als Verbundkoordinator des Projektes obliegt dabei die Aufgabe, alle technisch-bauphysikalischen Anforderungen an ein solches Sonnenschutzsystem zusammenzustellen. Dies betrifft insbesondere die Ermittlung einer idealen Schalttemperatur für die FGL, die durch eine Vielzahl werkstofftechnischer und thermischer Variablen bestimmt wird. Als Werkzeuge dienen hier sowohl diverse Messverfahren wie auch Simulationen. Nach der Entwickl. einer Vorzugsvariante in Zusammenarbeit mit den 6 weiteren am Projekt beteiligten Partnern werden Prototypen erstellt und diese an den Außenklimaprüfständen der HTWK Leipzig validiert. Zeitgl. wird ein konventionelles System erprobt, um einen direkten Vergl. zum aktuellen Stand der Technik aufstellen zu können (Text gekürzt)
Das Projekt "Teilprojekt 1.6: Aktorsystem mit Formgedächtnislegierung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Chemnitz, Institut für Werkzeugmaschinen und Produktionstechnik, Professur Adaptronik und Funktionsleichtbau durchgeführt. Im angestrebten Projekt soll der Lösungsansatz eines energieautark funktionierenden Verschattungssystems umgesetzt werden mit dem Ziel der Reduzierung des Energiebedarfs zur Raumklimatisierung sowie der kompletten Einsparung der Betriebsenergie in Gebäuden. Hierfür soll eine thermosensitive Aktorik auf Basis des Formgedächtniseffektes entwickelt werden, die das Verschattungssystem den Umgebungsbedingungen entsprechend reguliert. Gleichzeitig soll ein Eingreifen des Nutzers teilweise ermöglicht werden z.B. im Winter, um trotz nicht benötigtem Überhitzungsschutz einen bedarfsgeregelten Blendschutz zu ermöglichen. Im vorliegenden Projekt sollen die verschiedenen Ansätze für Verschattungssysteme optimal zusammengeführt und so ein energieautarkes, selbstregulierendes Verschattungssystem entwickelt werden. Gelingen soll dies durch die Entwicklung einer entsprechenden Aktorik auf Basis von Formgedächtnislegierungen (FGL). Diese soll im Sommer mithilfe des thermosensitiven Materials eine auf die Umgebungsbedingungen abgestimmte autarke Verschattung realisieren. Im Winter, wenn in der Regel aufgrund der Umgebungsbedingungen keine selbstregulierende Verschattung eintritt, soll ein manuelles Eingreifen des Nutzers ermöglicht werden, um die Benutzerfreundlichkeit des Systems zu erhöhen und damit die Marktakzeptanz erheblich zu steigern.
Das Projekt "Entwicklung und Validierung eines NiTi-Basierten Ferroelastischen Kühldemonstrators" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität des Saarlandes, Fachrichtung 7.4 Mechatronik, Lehrstuhl für Messtechnik durchgeführt. Die Themengebiete Umweltschutz und Energieeffizienz gewinnen stetig an Bedeutung. Unter diesen Gesichtspunkten werden alternative Kühlmethoden erforscht, die ein hohes Energieeinsparpotential besitzen. Formgedächtnislegierungen (FGL), z.B. aus superelastischem Nickel-Titan (NiTi), weisen dieses Potential auf. Zudem handelt es sich bei NiTi-FGL um Festkörperkühlmedien, wodurch auf die Verwendung von heute üblichen klimaschädigenden Kältemitteln verzichtet werden kann. Im Zuge eines Be- und Entlastungszyklus der NiTi-FGL führt die latente Wärme der Phasentrans-formation bei geschickter Prozessführung zu einer signifikanten Temperaturabsenkung. Durch die Ausnutzung dieser Eigenschaft besteht die Möglichkeit, einen NiTi-basierten Kühlprozess zu realisieren, was ein neues Anwendungsfeld für FGL eröffnet. Unsere Aufgaben: Design und Entwicklung eines Kühldemonstrators, Entwicklung von Testmechanismen zur thermo-dynamischen Materialuntersuchung und zur Verifizierung von Simulationsmodellen, Variation der Prozessführung zur Wirkungsgradoptimierung, Analyse der Einflüsse der Materialzusammensetzung auf die Kühleigenschaften der Legierung.
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