Entwurf eines transparenten Vakuumisolationspaneels für Gewächshäuser nach Vorbild fraktaler Wabenstrukturen von Diatomeen


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robert.naguschewski [ at ] awi.de

Abstract

Die Beheizung macht 75 % des Energieverbrauchs in Gebäuden aus. Bei den hohen Energiesparanforderungen der Europäischen Union müssen hocheffiziente Wärmeisolationen entwickelt werden. Mit Vakuumisolationspaneelen können die höchsten Wärmewiderstände realisiert werden. Allerdings sind sie durch ihren Aufbau nicht transparent und gegenüber Belastungen sehr empfindlich. Dabei ist Wärmedämmung auch für funktionale Häuser mit transparenten Fassaden interessant. Für ein transparentes Vakuumisolationspaneel für Gewächshäuser muss eine stützende Kernstruktur gefunden werden, mit der das Paneel den Schnee und Windlasten, aber auch dem durch das Vakuum verursachten atmosphärischen Druck standhalten kann. Kieselalgen haben durch die Evolution hochstabile Leichtbaustrukturen zum Schutz vor Fressfeinden entwickelt, die als Vorbild für eine geeignete Stützstruktur dienen können. Die Gattung Isthmia besitzt fraktale Wabenstrukturen, die abstrahiert in hexagonaler Form und mit einer fraktalen Ebene für das Isolationspaneel verwendet werden. Um die Leistungsfähigkeit der Struktur zu testen wird ein parametrisches Finite-Elemente-Modell erstellt, das mit einem Evolutions-Algorithmus, unter Berücksichtigung der anzunehmenden Lasten, optimiert wird. Das beste Design aus der Optimierung kann den angenommen Lasten standhalten, hat aber verglichen mit einem klassischen Vakuumisolationspaneel eine 3,7-fach schlechtere Wärmedämmfähigkeit. Durch die fraktalen Waben ist das Isolationspaneel im Vergleich zu einer gleich bemessenen Struktur ohne fraktale Ebene zwar 14,6 % schwerer, hat dafür aber 52,2% weniger Verformung.



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Thesis (Bachelor)
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Primary Division
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Primary Topic
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Not peer-reviewed
Publication Status
Published
Eprint ID
38271
Cite as
Dunker, T. and Naguschewski, R. (2013): Entwurf eines transparenten Vakuumisolationspaneels für Gewächshäuser nach Vorbild fraktaler Wabenstrukturen von Diatomeen , Bachelor thesis, Hochschule Bremen, AWI.


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