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Forschung

Übersicht über laufende und abgeschlossene Forschungsprojekte des Zentrums Bautechnologie und Prozesse.

Projekte

"rubber band" – a practical tool for integrated and resource-efficient early design in construction

Die zunehmende Komplexität und die Leistungsanforderungen bei Bauprojekten erfordern die Zusammenarbeit von immer mehr interdisziplinären Projekt-Teams, doch herkömmliche Planungswerkzeuge ermöglichen oft keinen greifbaren Wissensaustausch zwischen Projektbeteiligten aus unterschiedlichen Fachgebieten. Dies macht sich vor allem in frühen Projektphasen bemerkbar, wenn grundlegende Entwurfsentscheidungen getroffen werden. Um dieser Herausforderung zu begegnen, stellen wir einen einfach zu bedienenden, flexiblen und erweiterbaren digitalen Arbeitsablauf vor.

Dieser verwendet ein einziges digitales 3D-Modell, um das Fachwissen verschiedener Projektbeteiligter wie Architekten, Bauingenieure, Energieplaner, Bauunternehmer und künftige Nutzer zu integrieren und zu moderieren. Dieser Arbeitsablauf schafft ein "rubber band" zwischen verschiedenen, voneinander abhängigen Entwurfszielen und -zwängen und bietet eine frühzeitige Gelegenheit, Entwurfsparameter auszuhandeln und zu optimieren. Der "rubber band"-Ansatz ist eine Ergänzung zu konventionellen Planungswerkzeugen, deren Komplexität und Kosten die Akteure in der Bauindustrie oft daran hindern, die Potenziale der digitalen Transformation zu nutzen. Anstatt zu versuchen, komplexes Fachwissen in kundenspezifischer Software zu kodieren, entwickeln wir eine offene Plattform zur Zusammenarbeit, zum Wissensaustausch und zur Förderung von Innovationen.


Forschungsförderung: Digital Futures Fund, ZHAW digital, DIZH
Projektstatus: Laufend
Kontakt: David Jenny

SWEET DeCarbCH - Decarbonisation of Cooling and Heating in Switzerland

DeCarbCH ist ein Forschungsprojekt, das vom "SWEET"-Programm des Bundesamts für Energie (Ausschreibung 1-2020) gefördert und von der Universität Genf koordiniert wird.

Das Projekt DeCarbCH befasst sich mit der gewaltigen Herausforderung der Dekarbonisierung von Heizung und Kühlung in der Schweiz innerhalb von drei Jahrzehnten und bereitet die Grundlagen für negative CO2-Emissionen vor.

 

Das übergeordnete Ziel des Projekts (mit dem letztendlichen Ziel von Netto-Null-Emissionen) ist die Erleichterung, Beschleunigung und Risikominderung bei der Einführung von erneuerbaren Energien für Heizung und Kühlung im Wohnsektor (für verschiedene Größenordnungen und Urbanisierungsgrade) sowie im Dienstleistungs- und Industriesektor.

Das DeCarbCH-Projekt konzentriert sich auf drei Hauptkomponenten, d.h.

  • fortschrittliche erneuerbare Energie- und Umwandlungstechnologien,
  • thermische Netze (für Heizung und Kühlung), und
  • Energiespeicherung

Für diese Komponenten werden optimale Kombinationen (in technischer, wirtschaftlicher und ökologischer Hinsicht) sowie die notwendigen und wünschenswerten Bedingungen für ihre Umsetzung ermittelt.
Ein lösungsorientierter, interdisziplinärer Ansatz wird für das Projekt als Ganzes und innerhalb der einzelnen Arbeitspakete angewandt.

Das ZBP engagiert sich im Arbeitspaket (WP 3) zu thermischen Netzen in Kombination mit erneuerbaren Energien und Energiespeichern und leitet den Task zu der thermischen Energiespeicherung. Ein spezieller Fokus innerhalb des Tasks gilt der Untersuchung von Sorptionsspeichern und thermochemischen Netzen (siehe auch TCology), sowie Hochtemperatur-Erdsondenspeicher.

Projektpartner: UniGE, EMPA, ETHZ, HSLU, OST, ZHAW, CREM, HEIG-VD, Institut für Nachhaltigkeits- und Demokratiepolitik, SUPSI
Forschungsförderung: Bundesamt für Energie BFE, SWEET
Projektstatus: Laufend
Kontakt: Luca Baldini

TCology – "Thermo-Chemical Network Ecology – Case study and technology potentials"

Das Forschungsprojekt TCology befasst sich mit thermochemischen Netzen (TCN) zur Wärme- und Kälteerzeugung, -verteilung und -speicherung und untersucht dessen Eignung und Anwendbarkeit für die Schweiz.

Im Vergleich zu klassischen, wassergeführten Fernwärme- und -kältenetzen (DHCN) zeigen TCNs ein großes Potenzial für eine erhöhte Energieeffizienz in der Wärme- und Kälteversorgung sowie für die Integration von erneuerbaren Energien durch verlustfreie, thermische Langzeitspeicherung bei deutlich größeren Speicherdichten.

 

Das Projekt strebt die Definition einer «Netzwerk-Ökologie» an, d.h. das Ökosystem von TCNs, einschließlich verschiedener Endanwendungen für Heizung, Kühlung und Entfeuchtung (siehe Figur), wobei sowohl technische als auch sozio-ökonomische Aspekte untersucht werden. Konkret zielt das Projekt darauf ab, die wichtigsten Potenziale von TCNs zu identifizieren und die Bedingungen zu verstehen und zu definieren, unter welchen sie am wettbewerbsfähigsten sind.

Projektpartner: ZHAW IEFE, ZHAW INE
Forschungsförderung: Bundesamt für Energie BFE
Projektstatus: Laufend
Kontakt: Luca Baldini

Ausgewählte Publikationen: 
Tzinnis, Efstratios, and Luca Baldini. "Combining sorption storage and electric heat pumps to foster integration of solar in buildings." Applied Energy 301 (2021): 117455.

Material Intelligence: Machine learning and predictive analytics in constructive design

In einem interdisziplinären Ansatz zwischen den Bereichen Architektur, Digitale Fabrikation und Data Science schlägt unser DFF-Projekt vor, eine Methode für den Entwurf und die Simulation komplexer Materialsysteme für konstruktive Systeme zu entwickeln. Machine Learning Algorithmen können die Abhängigkeiten zwischen den Parametern unseres Fabrikationsprozesses und der resultierenden Ausgangsgeometrie der hergestellten Artefakte modellieren und so eine Vorhersage ermöglichen. Die Methode der Datenerfassung ist einzigartig - anstelle einer digitalen Simulation werden die durch einen digital gesteuerten Herstellungsprozess erzeugten physischen Prototypen gescannt - und unser Modell lernt direkt aus der realen Welt.

 

Projektpartner: ZHAW ICLS
Forschungsförderung: Digital Futures Fund, ZHAW digital, DIZH
Projektstatus: Laufend
Kontakt: David Jenny

Stahlkammer Hybrid Bausystem

Das Stahlkammer Hybrid Bausystem strebt eine Veränderung im Wohnungsbau hin zu nachhaltigen und dank Flexibilität langlebigen Bauten an. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, ein nachhaltiges, standardisiertes Bausystem in Skelettbauweise auf den Markt zu bringen, wobei der Fokus dabei auf der Ausbildung eines wirtschaftlichen und für den günstigen Wohnungsbau einsetzbaren Bausystems liegt. Zum Einsatz kommen kammerbefüllte, gekantete Blechprofile aus Recyclingstahl. Anstatt mit Beton werden die Blechprofile mit zementfreiem Cleancrete befüllt. Dieser besteht aus lehmhaltiger Erde oder Aushubmaterial, Wasser und dem natürlichen Zusatzstoff Oxacrete. Der CO2-Verbrauch von Cleancrete ist gegenüber Beton um 90% reduziert. Erarbeitet wird eine flexible Struktur für fünfgeschossige Bauten, welche innerhalb des Bauwerks angepasst und weitergebaut oder im Sinne der Kreislaufwirtschaft wiederverwendet werden kann. Die wandelbare Ausgestaltung des Wohnraums ermöglicht es, Bauwerke zu erhalten, zu verdichten oder aufzustocken.

 

 

Projektpartner: ZHAW, ETHZ, H.Wetter AG, Oxara AG, Stahlbau Zentrum Schweiz SZS
Forschungsförderung: Innosuisse - Schweizerische Agentur für Innovationsförderung
Projektstatus: Laufend
Kontakt: Patric Fischli-Boson, Jay Renée Thalmann

Parametric Off-Cut Furniture

Das Projekt, das in das Format eines experimentellen Bachelor-Architekturkurses eingebettet ist, untersucht eine Kombination neuartiger digitaler Werkzeuge, um aus recycelten Materialien hergestellte Möbel zu entwerfen, zu produzieren und zu teilen. Ausgehend von Max Bills «Ulmer Hocker» werden die Teilnehmer die Idee eines multifunktionalen Möbelstücks für die heutigen Bedürfnisse neu interpretieren. Rapid Prototyping und digitale Fabrikation werden von Anfang an in die Entwicklung von Konzepten und Entwürfen integriert. Um mit den Toleranzen und Unvollkommenheiten des wiedergewonnenen Materials umgehen zu können, werden die Entwürfe in einem veränderbaren, parametrischen Dateiformat modelliert.

 

Der große Vorteil parametrischer Entwürfe besteht darin, dass sie sowohl auf Mikroebene (für Tischlerarbeiten) als auch auf Makroebene (z. B. Körperproportionen) an das verfügbare Material und die spezifischen Bedürfnisse der Nutzer angepasst werden können. Schließlich werden die digitalen Dateien als "Open Designs" im Internet veröffentlicht, damit sie von Einzelpersonen und Unternehmen angepasst und vor Ort hergestellt werden können. Als willkommener Nebeneffekt ist dieses Modell der dezentralen Produktion auch aus ökologischer Sicht vorteilhaft, da es zu erheblichen Einsparungen bei den Emissionen und den Kosten für Transport und Werkzeugbau führt.


Forschungsförderung: Digital Futures Fund, ZHAW
Projektstatus: Laufend
Kontakt: Yves Ebnöther

Publikationen