Wie Elefantenhaut: Poröse Fliesen kühlen Gebäude passiv

Ein natürliches Vorbild für die Architektur

Die Suche nach Wegen, Gebäude ohne energieintensive Klimaanlagen kühl zu halten, hat Wissenschaftler der University of Pennsylvania zu einem ungewöhnlichen Vorbild geführt: dem Afrikanischen Elefanten. Die Haut dieser Tiere ist für ihre Effizienz bei der Thermoregulation bekannt. Sie ist bis zu vier Zentimeter dick, weist tiefe Falten auf und ist von einem komplexen Netzwerk aus Rissen durchzogen. In diesen Strukturen speichert der Elefant Wasser, das er beim Baden aufnimmt. Durch die allmähliche Verdunstung dieses Wassers entsteht ein Kühleffekt, der den Körper des Tieres über lange Zeiträume auf einer angenehmen Temperatur hält.

Dieses Prinzip der „Kühlung ohne Schwitzen“ haben die Forscher nun auf die Bautechnik übertragen. In der Fachzeitschrift *Advanced Materials* stellten sie ihre Entwicklung vor: spezielle Zementfliesen, die mit einem programmierten Rissnetzwerk ausgestattet sind und so eine passive Kühlung für Fassaden ermöglichen.

Die Herausforderung der Wasseraufnahme

Herkömmliche Baumaterialien sind für eine solche Funktion denkbar ungeeignet. Bei Standard-Putz oder Beton perlen Regentropfen ab, anstatt in das Material einzudringen. Um diesen Effekt zu umgehen, entwickelten die Wissenschaftler eine neuartige Materialmischung. Sie kombinierten herkömmlichen Portlandzement mit Kieselgur, auch bekannt als Diatomeenerde. Dieses Sedimentgestein, das aus den Schalen fossiler Kieselalgen besteht, verleiht dem Material die notwendigen Eigenschaften.

Der entscheidende Schritt liegt im Herstellungsprozess der Fliesen. Während die Platten unter kontrollierten Bedingungen trocknen, entstehen durch gezielte Spannungen im Material keine zufälligen Schäden, sondern ein präzise geplantes Netzwerk aus Rissen. Diese feinen Kanäle nutzen Kapillarkräfte, um Wasser aktiv aufzunehmen und über die gesamte Oberfläche der Fliese zu verteilen.

Wabenstruktur gegen die Schwerkraft

Ein weiteres Problem bei vertikalen Fassaden ist das Abfließen von Wasser aufgrund der Schwerkraft. Um dies zu verhindern, integrierte das Team eine wabenartige, hexagonale Geometrie in die Fliesen. Diese Struktur zwingt das Wasser dazu, sich in einem Zickzack-Muster seitwärts zu bewegen, anstatt einfach nach unten zu tropfen. Dadurch bleibt die Feuchtigkeit länger im Material gespeichert und kann über einen Zeitraum von bis zu 20 Stunden kontinuierlich verdunsten.

Experimentelle Ergebnisse und Effizienz

Die Leistungsfähigkeit des Systems wurde in experimentellen Aufbauten unter konstanter Infrarotbestrahlung getestet. Während die Temperatur unter herkömmlichem Putz auf 42 °C und bei rissfreiem Putz sogar auf 52 °C anstieg, blieb die Temperatur unter den Elefantenhaut-Fliesen bei konstanten 32 °C. Die Forscher gehen davon aus, dass sich Gebäude durch diese Technologie im Vergleich zu konventionellen Fassaden um 6 bis 11 °C kühler halten lassen.

Perspektiven für die Gebäudekühlung

Der Ansatz bietet ein erhebliches Potenzial, um den Energiebedarf für aktive Klimatisierungssysteme zu senken. Die Herstellung der Fliesen ist laut den Entwicklern vergleichsweise unkompliziert: Die Zement-Kieselgur-Mischung kann mittels Spritzpistolen auf Paneele aufgebracht werden, die anschließend als Fassadenverkleidung dienen.

Für die praktische Anwendung stellen sich die Forscher intelligente Bewässerungssysteme vor. Diese könnten die Fassaden in Trockenphasen zyklisch mit Wasser benetzen. Um den Wasserverbrauch zu minimieren, könnten solche Anlagen mit Wetterdaten in Echtzeit gekoppelt werden, sodass die Kühlung nur dann aktiviert wird, wenn sie tatsächlich notwendig ist. Damit könnte eine einfache, bauliche Maßnahme einen wesentlichen Beitrag zur nachhaltigen Klimatisierung von Gebäuden leisten.