GRK 3123:  BioBuild - Bio-inspirierte Materialien und Systeme für reaktionsfähige Gebäudekomponenten

• Fachliche Zuordnung: Bauwesen und Architektur ; Materialwissenschaft ; Mechanik und Konstruktiver Maschinenbau ; Pflanzenwissenschaften ; Polymerforschung ; Verfahrenstechnik, Technische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 543816109

Fassaden gehören als Vermittler zwischen Außen- und Innenklima zu den wichtigsten Faktoren, die den Energieaustausch zwischen Gebäuden und der Umgebung steuern. Besonders reaktionsfähige Gebäudekomponenten, die sich an verändernde Bedingungen wie Temperatur, Licht oder Feuchtigkeit anpassen, sind von speziellem Interesse. Eine wichtige Prämisse dabei ist, dass diese Komponenten im Vergleich zu bestehenden Klimatisierungssystemen höhere Leistungsanforderungen mit weniger Energieaufwand erfüllen. Gegenwärtig werden solche reaktionsfähigen Komponenten typischerweise durch Starrkörper-Mechanismen hergestellt, die entlang gerader Achsen verschoben oder rotiert werden, wie z. B. Lamellen oder verschiebbare Fensterläden. Reaktionsfähige Fassaden in der Architektur werden gegenwärtig als eine zusätzliche Funktion mit zahlreichen Sensoren, Aktuatoren und Steuerungen konzipiert. Diese Unterteilung in mehrere Elemente und mechanischer Teile führt zu einer hohen technischen Komplexität, die hohe Baukosten, hohen Energieverbrauch und hohen Wartungsbedarf, sowie geometrische Einschränkungen mit sich bringen. Infolgedessen sind herkömmliche Beschattungs- und Lüftungssysteme für die Anwendung an gekrümmten Fassaden oft nicht geeignet oder können nur Innen angebracht werden, was zu drastisch reduzierter Effizienz bei der Steuerung Raumklimas führt. Gekrümmte Oberflächen sind in anderen Bereichen der Technik, wie z. B. Automobil- oder Flugzeugindustrie, häufiger anzutreffen, so dass die hier gemachten Entwicklungen auch auf diese Bereiche übertragen werden können. Eine Alternative zu dem beschriebenen sind so genannte nachgiebige Mechanismen, bei denen eine reversible Verformung zum Einsatz kommt. Ihr Bewegungsverhalten wird durch eine Kombination aus funktionaler geometrischer Artikulation, lokal definierten mechanischen Eigenschaften und dem geeigneten Material bestimmt. Im Vergleich zur Starrkörpermechanik bieten nachgiebige Systeme ein enormes Potenzial für geometrische Anpassungen, bei deutlich reduzierter mechanischer Komplexität und erhöhter Robustheit. Das Thema der reaktionsfähigen Bauelemente umfasst natur- und ingenieurwissenschaftliche Fragestellungen. Das Ziel dieses Graduiertenkollegs ist es daher, eine neue Generation von Forschern auszubilden, die an starken interdisziplinären Konzepten mit komplementären Wissenschaftsbereichen zusammenarbeiten. Um dies zu erreichen, ist das Graduiertenkolleg als Brücke zwischen den beiden Exzellenzclustern "Living Material Systems (livMatS)" an der Universität Freiburg und "Integrative Computational Design and Construction (IntCDC)" an der Universität Stuttgart konzipiert. Die Ausbildung an der Schnittstelle verschiedener Wissenschaften bereitet die Forscherinnen und Forscher auf die Herausforderungen unserer Zeit vor, die das Zusammenspiel von naturwissenschaftlichen Methoden und ingenieurwissenschaftlichen Problemlösungsstrategien erfordern.

• DFG-Verfahren: Graduiertenkollegs
• Antragstellende Institution: Universität Stuttgart
• Mitantragstellende Institution: Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
• Sprecher: Professor Dr.-Ing. Jan Knippers
• beteiligte Wissenschaftlerinnen / beteiligte Wissenschaftler: Dr.-Ing. Larissa Born; Dr. Isabella Fiorello; Dr.-Ing. Serena Gambarelli, Ph.D.; Professorin Dr. Laura Hartmann; Dr. Tom Masselter; Professor Achim Menges; Professor Dr.-Ing. Bastian Ernst Rapp; Professor Dr. Jürgen Rühe; Professor Dr. Thomas Speck; Professor Dr.-Ing. Holger Steeb