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Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert ein neues Graduiertenkolleg (GRK) der Universitäten Stuttgart und Freiburg mit 7,1 Mio. Euro. Im Zentrum des GRK stehen bio-inspirierte Gebäudehüllen, die flexibel auf Wetter und Lichtverhältnisse reagieren und so den Energiebedarf für den Gebäudebetrieb senken.
In der aktuellen Vergaberunde hat die DFG das neue Graduiertenkolleg „GRK 3123 BioBuild – Bio-inspired Materials and Systems for Responsive Building Components“ bewilligt.
Graduiertenkollegs bieten Doktorand*innen die Möglichkeit, in einem strukturierten Forschungs- und Qualifizierungsprogramm auf hohem fachlichem Niveau zu promovieren. Im GRK „BioBuild“, das an der Schnittstelle zwischen Architektur-, Ingenieur- und Naturwissenschaften angesiedelt ist, werden 20 Promovierende über eine Laufzeit von fünf Jahren gefördert. Die ersten Promotionsprojekte starten im April 2026.
Sprecher des GRKs sind Professor Jan Knippers, Leiter des Instituts für Tragkonstruktionen und konstruktives Entwerfen (itke) der Universität Stuttgart und Professor Jürgen Rühe vom Institut für Mikrosystemtechnik (IMTEK) der Universität Freiburg.
Energieeffizienz im Gebäudebetrieb – mit Fassaden, die auf das Wetter reagieren
Im Zentrum des GRKs stehen reaktionsfähige Gebäudehüllen. Diese passen sich dynamisch an Umgebungsbedingungen wie Temperatur, Licht und Feuchtigkeit an und reduzieren so den Bedarf an Heiz- und Kühlenergie im Gebäude. „Mit dem GRK ‚BioBuild‘ knüpfen wir an bisherige Forschungserfolge an. Ziel ist es, die Leistung bioinspirierter, reaktionsfähiger Gebäudehüllen mithilfe neuer Materialsysteme weiter zu verbessern“, sagt Jan Knippers.
Im Fokus stehen insbesondere Verschattungssysteme. Bislang basieren diese auf starren Mechanismen. Das führt etwa dazu, dass sich einzelne Elemente einer Jalousie nur entlang gerader Achsen bewegen oder rotieren und sich damit nur bedingt am Stand der Sonne ausrichten können. „Wir forschen an neuartigen Komponenten, die ihre Form flexibel ändern und autonom auf Umweltbedingungen reagieren“, sagt Jan Knippers. „Das erreichen wir durch die Entwicklung nachgiebiger Mechanismen, die auf reversibler elastischer Verformung beruhen.“
„Wir setzen zudem auf neue Materialsysteme“, sagt Jürgen Rühe. „Sogenannte responsive Materialien verändern ihre Form als Reaktion auf äußere Einflüsse selbstständig. Der Einsatz dieser Materialien in reaktionsfähigen Gebäudehüllen macht aufwändige Steuerungstechnik teils überflüssig und reduziert den Energiebedarf, die Fertigungskosten und den Wartungsaufwand.“
Smarte Mechanismen und Materialien – von der Natur abgeschaut
Als Ideengeber dient die Natur, insbesondere Kiefernzapfen. Sie passen sich an das Wetter an, indem sie ihre Schuppen je nach Feuchtigkeit öffnen oder schließen. Dabei bewegen sie sich äußert flexibel und gleichzeitig ressourcen- und energieeffizient. Das GRK untersucht diese Bewegungsprinzipien und übertragt sie auf die Entwicklung neuer Komponenten für reaktionsfähige Gebäudehüllen. „Unsere neuen Materialien und Mechanismen haben auch darüber hinaus vielfältige Anwendungspotentiale – im Bauwesen, in der Luft- und Raumfahrt oder der Automobilindustrie“, sagt Jürgen Rühe.
Neben der Entwicklung neuer Komponenten nehmen die Forschenden auch deren industrielle Fertigung ins Visier. Zudem gehen sie der Frage nach, wie mithilfe von biobasierten Materialien der ökologische Fußabdruck von reaktionsfähigen Gebäudehüllen verkleinert werden kann.
Synergien durch Interdisziplinarität
Im GRK forschen Architekt*innen, Ingenieur*innen und Naturwissenschaftler*innen in enger interdisziplinärer Zusammenarbeit. Das Qualifizierungsprogramm, das alle Promovierenden durchlaufen, beinhaltet neben vielfältigen Fachseminaren auch Module zu erfolgreicher interdisziplinärer Kommunikation.
Mit dem Graduiertenkolleg „BioBuild“ knüpfen die Universitäten Stuttgart und Freiburg an eine langjährige, erfolgreiche interdisziplinäre Zusammenarbeit in der bionisch inspirierten Architektur an. Im Bereich reaktionsfähige Gebäudehüllen haben die Partner bereits mehrere gemeinsame Systeme entwickelt, darunter etwa FlectoLine oder Solar Gate, die erfolgreiche Langzeittests im Realbetrieb vorweisen. Das GRK verbindet die im Exzellenzcluster „Integratives computerbasiertes Planen und Bauen für die Architektur“ (IntCDC) gebündelte Kompetenz der Universität Stuttgart zu computerbasierter Planung und Fertigung für die Architektur mit den Kompetenzen der Universität Freiburg im Bereich der Materialwissenschaften und der Biomimetik des dortigen Exzellenzclusters „Living, Adaptive and Energy-autonomous Materials Systems (livMatS)“
Prof. Dr. Jan Knippers, Universität Stuttgart, Institut für Tragkonstruktionen und konstruktives Entwerfen (itke), Tel.: +49 711 685 83280, E-Mail: jan.knippers@itke.uni-stuttgart.de
Prof. Dr. Jürgen Rühe, Universität Freiburg, Institut für Mikrosystemtechnik (IMTEK), Tel.: +49 761 2037160, E-Mail: ruehe@imtek.de
https://www.itke.uni-stuttgart.de/de/
https://www.itke.uni-stuttgart.de/de/forschung/realisierte_projekte/flectoline_f...
https://www.icd.uni-stuttgart.de/de/projekte/solar-gate/
https://www.intcdc.uni-stuttgart.de/de/
https://www.livmats.uni-freiburg.de/de
Im Zentrum des GRK „BioBuild“ stehen neue Komponenten für bioinspirierte reaktionsfähige Gebäudehüll ...
Quelle: itke / ITFT
Copyright: Universität Stuttgart
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Journalisten, Studierende, Wissenschaftler
Bauwesen / Architektur, Biologie, Umwelt / Ökologie, Werkstoffwissenschaften
überregional
Forschungsprojekte, Kooperationen
Deutsch
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