booosting 19april2011_nieuwe materialen_charlotte lelieveld tud smart materials
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
Challenge the future
DelftUniversity ofTechnology
Slimme materiaalsystemen voor aanpasbare architectonische toepassingen Charlotte Lelieveld
PromovendaArchitectural Engineering Technische Universiteit [email protected]
2Smart Materials for architectural application
Outline
• Smart materials in architectuur• Voorbeeldprojecten• Onderzoek
3Smart Materials for architectural application
Smart Material Systems
• Sensorische en actuation eigenschappen• Intrinsieke materiaal eigenschap• Omkeerbaar
ThermischpH
MagnetismePhotoHydro
ElektrischChemical
Mechanisch
MechanischElectro
ViscositeitVervorming
TransparantieKleur
Stimuli Action
4Smart Materials for architectural application
Smart Material Systems
• Passieve Systeem- reageert onmiddelijk op veranderbare stimuli • Actief Systeem- materiaal wordt geactiveerd by controle systeem
Stimulus Action/ actuation
Stimulus Systeem
Gebruiker
Action/ actuation
Passief Systeem
Actief Systeem
Challenge the future
DelftUniversity ofTechnology
Architecture
6Smart Materials for architectural application
Smart Material Systems
• Self Healing Materials• Polymeren- Polymeren laden met ionen- Capsules met lijm• Beton-Bacterie maakt calcite• Metaal• Coating (verf)
www.umsicht.fraunhofer.de
www.selfhealingmaterials.nl
7Smart Materials for architectural application
Smart Material Systems
Klimaat en daglicht systemen• Actieve and passieve geïntegreerde systemen• Kleur/ transparency veranderd • Electro/ thermo/ foto/ gasochromic• Electro/ thermotropic• Suspended Particles
8Smart Materials for architectural application
Smart Material Systems
Passieve systeem• Tropic-opaak• Thermochromic translucent
Technologie Stimulus Visuele lichttransmissie transparant
Visuele lichttransmissie opaak
Producenten
Fotochromisch (PC)
Ultraviolet licht
60% 4% Fraunhofer
Thermotropisch (TC)
Temperatuur 70 % 16-44% Okalux
Thermochromisch Temperatuur >50% <10% Pleotint
9Smart Materials for architectural application
Smart Material Systems
12-48hr, kleur, kleine
oppervlakte, degraderen, transparant
Buizen
Energie transprarante fase phase,
Verschillende kleuren
Actieve systemen
Technologie Stimulus Visuele lichttransmissie transparant
Visuele lichttransmissieopaak
Energie consumptie
Producenten
Electrochromisch (EC)
Electriciteit 70-50 % 3.5-10% 1-5 V Sage Electrochromics, Saint Gobain, Gesimat
Gasochromisch (GC)
Waterstof 50-60% 11-15% Interpane
Polymer Dispersed Liquid Crystal (PDLC)
Electriciteit 80% 30% 24-100V Peer+, Interpane, Saint Gobain, Prodisplay
Suspended particle device (SPD)
Electriciteit 80% 50% 100V Research Frontiers Inc.
10Smart Materials for architectural application
Smart Material Systems
11Smart Materials for architectural application
Smart Material Systems
Thermochromisch• Warmte activatie• Electro/photo/gaso/
12Smart Materials for architectural application
Smart Material Systems
Phase change materials• Binnenklimaat• Passieve systeem• Fase verandering bij verschillende T• Warmte accumulatie• Latente warmte opslag
www.capzo.nl
www.basf.com
13Smart Materials for architectural application
Smart Material Systems
Phase change materials• Paraffine of zoutoplossing in capsules• 30-50 jaar• Gips/ pleister
14Smart Materials for architectural application
Smart Material Systems
Rheological fluid • Viscositeit veranderd• Geactiveerd door magnetisme/ electrische stroom• Lage viscositeit-bijna vloeibaar
www.lord.com
15Smart Materials for architectural application
Smart Material Systems
Rheological fluid • Miraikan gebouw, Japan• Dong Ting Lake brug, China
16Smart Materials for architectural application
Smart Material Systems
Self cleaningTitandioxide• Afname concentratie fijnstof• Ontgifting van regenwater NOx into NO-
3
• Self cleaning surface, bacterie, pollen, stof, schimmels• Foto synthese• Regenwater voor oppervlakte reiniging• Kan in verschillende mengsels toegevoegd worden www.enci.nl
www.pilkingtonselfcleaningglass.co.ukwww.airrevolution.co.zapuregreencoatings.com
17Smart Materials for architectural application
Smart Material Systems
Self cleaning window• Hydrofiel• Katalysator lost niet zelf op-reactie is eindeloos • 10-20% duurder
18Smart Materials for architectural application
Smart Material Systems
Photovoltaic cells
・ 5V, 450mW
Challenge the future
DelftUniversity ofTechnology
Projecten
20Smart Materials for architectural application
Smart Material Systems
• Actuatoren• Geheugenlegering• Philip Beesley- • Interactieve installaties
21Smart Materials for architectural application
Smart Material Systems
• Actuatoren• Electro actieve polymeren• Electrische stroom activatie• Manuel Kretzer, ETH Zurich
eap.jpl.nasa.govwww.responsivedesign.de
Challenge the future
DelftUniversity ofTechnology
Onderzoek
23Smart Materials for architectural application
Concept
• Vorm morphing component• Scharnier principe• Vervorming fixeren, zonder energie input• Gecontroleerd deformatie• Terugkeren• Veelvoudige deformatie
24Smart Materials for architectural application
Concept
Nadeel mechanische systemen• Complexe systemen• Zware en grote constructies• Geluidsoverlast• Hoge onderhoudskosten
25Smart Materials for architectural application
Concept
• Actuatoren• Shape Memory Alloys/ Geheugenlegeringen• Warmte activatie• Grote vervormingen • Fase verandering• Robotics, medisch
26Smart Materials for architectural application
Concept
• Actuatoren• Shape Memory Polymer/ Geheugenpolymeer• Thermo responsief• Stijf bij lage temperaturen• Medische, Textiel, aerospace, mallen
27Smart Materials for architectural application
Concept
• Geheugenpolymeer Matrix• Geheugenalloy Actuators
28Smart Materials for architectural application
Concept
• Shape Memory Polymer Matrix• Shape Memory Alloy Actuators
29Smart Materials for architectural application
Concept
• Passieve verwarming
30Smart Materials for architectural application
Concept
• Weerstandverwarming• Geïntegreerde verwarming polymeer
31Smart Materials for architectural application
ToepassingWind & daglichtsysteem
32Smart Materials for architectural application
Adaptive Facade SystemWind optimalisatie
33Smart Materials for architectural application
ToepassingVentilatie & Functionaliteit
34Smart Materials for architectural application
ToepassingVentilatie & Functionaliteit
35Smart Materials for architectural application
Conclusie
• Verschillende smart material systems op de markt• Kleine schaal• Hoge kosten• Vorm morphing architectuur met het gebruik van smart materials heeft nog veel ontwikkeling nodig• Smartness is enhanced by (integrated) control system
Challenge the future
DelftUniversity ofTechnology
Smart Composites for Architectural ApplicationsCharlotte Lelieveld PhD researcher Architectural Engineering Delft University of [email protected]
37Smart Materials for architectural application
Smart Material Systems
• Actuators• Piezo ceramic/ polymer• Mechanical deformation on electric current• Electric current upon mechanical deformation• Polarity depended• Actuation & sensor application• Zirconate titanate