Ett justerbart skuggsystem som anpassar sig självständigt under dagen, utan sensorer eller motorer och i stort sett underhållsfri? Det är verkligen möjligt:​​en ETH-doktorand vid Institutet för byggmaterial har tagit fram ett alternativ till motordrivna solskydd.

Det blir varmt i staden på sommaren, och byggnader i direkt solljus blir särskilt varma. På natten, det kan då vara svårt att bli av med den ackumulerade värmen. Dessa dagar, många människor drömmer om effektiv luftkonditionering. Chiara Vailati hade en annan dröm:efter att ha avslutat sina studier i Italien, civilingenjören följde idén om att skapa ett justerbart och autonomt solskydd för hus, för att minska mängden värme som kommer in i en byggnad och därmed behovet av kyla. Hon hade höga krav:"Jag ville att systemet skulle vara tillverkat av miljövänliga material, använder mycket lite energi och har låga installations- och underhållskostnader, " minns Vailati.

Vailati har sedan dess kunnat förverkliga sin idé:under sitt doktorandprojekt med professor Ingo Burgert vid ETH Zürichs Institute for Building Materials, hon designade ett innovativt skuggsystem. Alla som nu föreställer sig en helautomatisk högteknologisk skuggning med sensorer, ställdon och komplexa kontroller är långt borta. Vailatis prototyp kan vara högteknologisk, men det är fortfarande uppfriskande blygsamt. Systemet använder skuggproducerande träplankor och kräver inga sensorer eller motorer – eller ens elektricitet. Dock, det ändras fortfarande för att passa väderförhållandena:plankorna rör sig självständigt. Flera par av plankor i linje parallellt skapar ett slags tak som öppnar och stänger sig själv. Konstruktionen kan placeras, till exempel, horisontellt över ett fönster på en byggnads fasad.

"Vi inspirerades av tallkottar när det kom till den autonoma rörelsen av plankorna, " säger Vailati. Fjällen på dessa kottar reagerar på förändringar i luftfuktigheten:om luftfuktigheten minskar, fjällen böjer sig och går från en rak till en krökt form – så konen öppnar sig i torrt väder. Det är konens struktur som gör detta möjligt:​​fjällen består av två sammanhängande lager som drar ihop sig i olika grad när luftfuktigheten minskar.

Tvåskiktat trä är ett känsligt material

Vailati överförde denna funktionsprincip till tvåskiktade träplankor. Skikten består av olika träslag, vars fibrer också är orienterade vinkelrätt mot varandra. Det är en fascinerande idé:"Som sin naturliga modell, de dubbla lagren av trä utnyttjar förändringar i luftfuktighet under dagen, " förklarar Vailati. I den fuktiga morgonluften och på natten, plankorna är plana och vertikala, vid middagstid, när solen står högt och luften är torrare, de böjer sig märkbart och ger därmed skugga.

Alternativ till motordrivna plankor

Denna till synes enkla idé krävde år av forskning. Vailati var tvungen att bemästra två utmaningar i synnerhet. För det första, det var nödvändigt att öka de initialt mycket små dubbelskiktsstrukturerna till standardplanklängden på en halv meter, utan att materialet deformeras okontrollerat. För det andra, systemet reagerade för långsamt jämfört med konventionella motordrivna plankor. "Jag var tvungen att hitta ett sätt att påskynda bilagerkinetiken, " säger Vailati. Randiga mönster i träet och ett finjusterat förhållande mellan lagertjocklek bidrog till att påskynda rörelsen. Slutligen, Vailati använde sig också av sin erfarenhet som civilingenjör:för att öka mängden skugga, hon kopplade ihop de tvåskiktade plankorna. "Det ökade reaktionstiden avsevärt, säger hon glatt.

ETH Zürich patenterade hennes uppfinning. Och Vailati försvarade sin doktorsavhandling i februari, och började nyligen arbeta som postdoc på Empa i Building Energy Materials and Components Group. En liten prototyp av hennes skuggningsanordning finns fortfarande på taket av en ETH-byggnad på Hönggerbergs campus. Särskilt på dagar som dessa skulle dess behagligt svala nyans vara en välsignelse.