Biologisch inspirierte Fassaden basierend auf Multiagententechnologie und Schwarmintelligenz (BioFass)

Problemstellung
Photokatalytische Fassadenbaustoffe gelten als eine vielversprechende Lösung zur Verbesserung der Luftqualität in städtischen Gebieten. Durch den als Photokatalyse bezeichneten Prozess werden mithilfe von Sonnenlicht und einem Katalysator selbstreinigende Eigenschaften erzeugt, die dazu beitragen, die Schadstoffkonzentration der Luft zu verringern. Photokatalytische Materialien sind für Industriefassaden bereits etabliert, da diese Materialien zusätzlich zur Luftreinigung eine langfristige, kostengünstige Lösung für die Instandhaltung von Fassaden darstellen. Durch die Reduzierung der Kosten könnten diese Fassaden nun auch Anschluss in den privaten Bereich finden. Denn damit kann auch die Langlebigkeit der Oberflächen erhöht werden. Die Wirkungsgrade von selbstreinigenden Fassaden sind jedoch in der Praxis deutlich niedriger als in Laborversuchen. Der Grund für die Ineffizienz sind unter anderem die stark schwankenden Witterungsbedingungen, wie Temperatur, Schadstoffkonzentration und Sonneneinstrahlung.

Ziel
Ziel des Forschungsprojekts BioFass ist es, einen Demonstrator für biologisch-inspirierte Titandioxid (TiO2) Fassaden zu entwickeln, mit einem integrierten, intelligenten Sensor- und Aktoriksystem. Damit sollen zukünftig hohe Wirkungsgrade der Luftreinigungswirkung nicht nur im Labor, sondern auch in der Praxis und später für den privaten Wohnungsbau erzielt werden.

Vorgehensweise
Dabei wird eine selbstregulierende TiO2-Fassade entwickelt, die die Eigenschaften der menschlichen Haut, insbesondere deren Selbstregulierungsfunktion, adaptiert. Darüber hinaus erfolgt die Konzeption eines intelligenten Sensorsystems mit Aktorik-Komponenten. Auch hier gilt die Natur als Inspiration der Steuerung und Kommunikation, die in der Natur zu beobachten sind, die sogenannte „Schwarmintelligenz“. Im Anschluss werden alle Ergebnisse zusammengeführt und in einer Außenfassade als Demonstrator implementiert. Diese Außenfassade wird im Sinne des „Proof-of-Concept“ in Zusammenarbeit mit einem Industriepaten entwickelt. Über die Integration des intelligenten Sensor- und Aktoriksystems werden hohe Wirkungsgrade der Luftreinigung erzielt, die sich durch das Auswerten von Wetterdaten aktiv an die Umgebungsbedingungen anpassen können.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Diese selbstreinigende und -regulierende TiO2-Fassade kann so zukünftig mittels des intelligenten Sensorsystems die Umgebungsbedingungen messen, analysieren und darauf aufbauend Entscheidungen über den Zustand der Fassaden liefern. Durch Aktorik-Komponenten soll die Bewässerung gezielt ausgelöst werden. Damit trägt das Projekt mit seinem Smart-City-Konzept dazu bei, sich an wechselnde Wetterbedingungen anzupassen und dabei die Luft zu verbessern. Mit der Datenerhebung und besseren Vernetzung wird der Weg in eine intelligente und grüne Stadt geebnet.

• Bauhaus-Universität Weimar
• Technische Universität Hamburg