Piezo-Klett - Entwicklung piezoelektrischer Klettanwendung zur Energieversorgung aktiver Sensorik im Bauwesen

In Anbetracht des hohen CO2-Ausstoßes im Bauwesen und des fortschreitenden Klimawandels gilt es, die Resilienz von Gebäuden und Städten durch eine Steigerung der Anpassungsfähigkeit, Langlebigkeit, Energie- und Ressourceneffizienz zu erhöhen. Die österreichische Klima- und Energiestrategie und der europäische „Grüne Deal“ betonen in diesem Zusammenhang die Kreislaufwirtschaft und die Potentiale der Digitalisierung.1 Ein resilientes Gebäude erfordert in erster Linie eine entsprechende Ausbildung der konstruktiven Schnittstellen von Primärstruktur (Rohbau) zu Sekundärstruktur (Ausbau) und dem Management tertiärer Strukturen (Technik). Die Anforderungen sind ein trennbarer Verbund der kurzlebigen und langlebigen Bauteile, Instandhaltungsfreundlichkeit, Zugänglichkeit und Standardisierung.2 Um die gegebenen Anforderungen gewährleisten zu können ist ein Umdenken im Konstruieren und Planen der Schnittstellen notwendig. Wie die diesem Projekt vorausgehende Sondierung „Klett-TGA“ (FFG Projektnr.: 861664) zeigt, erfüllt die Klettverbindung diese Ansprüche besser als konventionelle Methoden. Zusätzlich bietet Klett einfache, saubere und schnelle Montageprozesse, schadensfreie und lösbare Verbindungen und ein einheitliches Verbindungssystem, welches auf jedes Bauelement eines jeden Zulieferers angewendet werden kann. Resilienz im Bauwesen erfordert in weiterer Folge intelligente Gebäude. Entsprechende Sensorik im Besonderen aktive Transponder bieten durch eine KI-gestützte Analyse und Aufbereitung von Daten Möglichkeiten des Predictive Modellings bzw. Predictive Maintenance. Dadurch werden wertvolle Prognosen und Erkenntnisse geliefert, die die Resilienz weiter steigern und die Wartung erleichtern. Die Montage der bevorzugten Sensoren ist aufgrund der Verkabelung jedoch aufwendig oder die Lebensdauer aufgrund der fix verbauten Batterie begrenzt.3 Zur Lösung dieses Problems schlägt das vorliegende Projekt vor, das Gebäude/Gebäudeteile als Energiegeneratoren zu betrachten und durch die Anwendung der Klettverbindung in Kombination mit dem piezoelektrischen Effekt, ein s.g. Energy Harvesting zu betreiben. Anhand der hohen Gewichtslasten, Dehnungen, Vibrationen oder durch Luftströmungen auftretende Spannungs- und Lastwechsel in Gebäuden (Windlasten/Fassade, Verformungen; Schwankung bei Hochhäusern, Lastenbündel an Knoten; Membrankonstruktionen), kann autark Energie erzeugt werden. Aus der Sicht der Planung und Konstruktion (Ingenieursleistung), werden Gebäudeteile für den Piezo-Effekt optimiert. Das Projektziel ist es, die Klettverbindung als Verbindungssystem, als auch Energieerzeuger, zur autarken Versorgung aktiver Sensorik, sowie anfallender Daten z.B. Lasten hinsichtlich Predictive Modeling und deren Übertragungszyklen zu untersuchen. Gegenüber dem Stand der Technik bietet ein Verbindungsmittel zur Energieerzeugung, vor allem an der Detailierung von Fügepunkten einen hohen Innovationsgehalt mit wesentlichen Forschungsbedarf. Das angestrebte Ergebnis ist ein umfassender Erkenntnisgewinn, Konzepte des vorgeschlagenen Systems und die Überprüfung einzelner Konzepte anhand von Experimenten.