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Wind : Energie

Im Kurs Wind : Energie beschäftigten wir uns mit dem Wind als Energieerzeuger, beleuchteten aber auch verschieden nutzbare Eigenschaften des Windes. So entstanden aufeinander aufbauende Prototypen, Skizzen und Berechnungen. Als Ergebnis entstand ein Rendering.

Erste Übungen und Grundlagenanalysen

Wir begannen den Kurs mit einem Brainwriting zu den Themen Wind und Energie. Später versuchten wir passende Gruppierungen für die gefundenen Wörter zu finden. Bei Wind könnten dies z.B. „Arten/Synonyme“, „Funktionsweise“, „Nutzungsarten“, „Wirkungsort“ sein, bei Energie „Arten“, „technische Grundlagen“, „Folgen“ oder „Bewegungsart“.

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Als erste praktische Übung fertigten wir intuitiv einen Windbewegungskörper an und analysierten diese in der Gruppe. Wir legten dabei Augenmerk auf die Bewegungsart, -richtung und Effizienz der Prototypen.

Mein erster Prototyp hat grundlegend eine rollende Bewegung. Er besteht aus einer Toilettenpapierrolle sowie vier Schaufelförmigen Windfängern. Diese sind nach innen gekrümmt um eine möglichst große Kraftübertragung zu gewährleisten. Die Aufhängung ist im Inneren der Rolle. Es arbeitet ähnlich wie ein Mühlrad, nur mit Wind. Ich hatte zuerst eine etwas andere Idee, es stellte sich aber heraus, dass das so nicht funktioniert. Zumindest nicht in der Kurzen Zeit und mit meinen Bastel-Fähigkeiten. Daher habe ich während der Bauphase umgeplant. Der Prototyp besteht zu 100% aus Pappe und kann vollständig recycelt werden.

Einsatzort könnte der urbane Raum sein und in bestehende Infrastruktur integriert werden in relativ kleiner Form. Z.B. auf Seilen oder dünnen Stäben zwischen Häusern oder an bestehenden Strommasten. 

Die Aufhängung könnte möglichst reibungslos durch Magnetaufhängung oder Kugellager sein.

Die Energieumwandlung würde durch einen Generator erfolgen.

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Die nächste Aufgabe war im Alltag Wind-Bestimmte Orte zu finden. Ich entschied mich für 2 Orte an denen der natürliche Wind verstärkt auftritt, der Balkon und die Wohnung beim Durchlüften. Außerdem zeige ich zwei Orte an denen Wind manuell erzeugt wird, das Auto und der Ventilator. Auch diesen Wind könnte man nutzen.

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Ich beschäftigte mich im Rahmen des Vortrags mit den physikalischen Grundsätzen zu Energie und Wind. Die Präsentation hielt ich mit Aleksandra zusammen. Mein Schwerpunkt lag in den physikalischen Gegebenheiten und der Nutzbarmachung dieser. Besonders interessiert hat mich daran die Umwandlung aus mechanischer in elektrische Energie in einem Generator.

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Konzeption verschiedener Windfänger

Wir begannen die Entwicklung unserer Windanlagen damit 10 Entwürfe vorzustellen. Nach der Zwischenpräsentation stimmte die Gruppe über den Favoriten ab. Bei mir war es Entwurf 2, der „Windfang mit Kegeln“, gefolgt von Entwurf 4, der „Windfangschaufel“. Ich hatte allerdings den Eindruck, dass für das am besten sichtbare Modell abgestimmt wurde, weniger für das am besten konzipierte.

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Weiterentwicklung und Varianten

Auch wenn ich mit der Abstimmung der Gruppe nicht ganz übereinstimmte wagte ich mich an das Modell mit beweglichen Kegeln. Mir viel nach weiterer Recherche aber schnell auf, dass eine Energieumwandlung in Strom kaum möglich ist. Daher entwickelte ich ein Konzept, bei dem die Kegel durch Kites ersetzt wurden die heraus gezogen und wieder eingeholt werden.

Entwürfe auf Basis der bei der Abstimmung gewählten Idee:

Windspiel/ Winderzeuger durch Federspannung.

Erweiterung/Veränderung in Kite und Generator basiertes System

Abänderung in Rotierendes System

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Bei der Zwischenpräsentation war ich sehr beeindruckt von Verenas Lampen Entwürfen. Außerdem gefiel mir die Idee die gewonnene Energie gleich nutzbar zu machen. Also wagte ich mich an die Entwicklung einer Lampe die durch kleine reflektierende Platten das Licht streuen sollte.

Hier traten auch schon erste Probleme auf die gelöst werden wollten. Zum einen drehen dreiflüglige Blätter wesentlich besser als zweiflüglige. Außerdem sah man hier sehr deutlich die Glühbirne durch. Daher schwenkte ich auf ein dreieckiges Modell mit rechteckigen Flügeln um.

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Idee Fassadennutzung

In den folgenden Wochen bewegte ich mich weg von der Lampenidee. Lichtdesign ist eine ganz eigene Kategorie, außerdem gibt es schon Millionen Balkonleuchten. Ich entschied mich Fassaden bzw. den Raum zwischen den Häusern zu nutzen. Diese Flächen sind durch Wind stark beeinflusst werden aber kaum genutzt.

Ich entwickelte die drehbaren Elemente weiter, probierte Formen aus und landete schließlich bei ineinandergreifenden Rauten. 

Ich fertigte einen Prototyp eines Fassadenmoduls an und war begeistert wie gut es sich dreht.

In der Zwischenpräsentation stellte ich verschiedene Modulformen und Anbringungsarten zur Diskussion und erhielt großen Zuspruch für die Fassadenelemente.

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Detailüberlegungen

Nachdem klar war, welche Art von Windrad ich konzipiere musste alles im Detail durchgeplant werden. Ich beschäftigte mich mit verschiedenen Materialien und deren Verbindungen. Ich entschied mich für Windräder aus Aluminium, da es leicht und wetterbeständig ist. Die Stützelemente jedoch würde ich aus Stahl umsetzen damit alles stabil genug ist. Beides würde ich mit Steckverbindungen zusammenfügen.

Ich führte Windmessungen durch und berechnete, dass ein 4-Stängiges Modul genug Energie für 2 Lampen erzeugen könnte.

Außerdem arbeitete ich mich in Fusion 360 ein und erstellte so mein erstes Rendering.

Zuletzt überlegte ich wie genau die gewonnene Energie genutzt werden könnte. Ich dachte über eine Nutzung für Grundstücksbeleuchtung nach, entschied dann aber den Strom direkt in den Hausstrom einzuspeisen.

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Finale Windfassadenmodule

Mein finales Modul sollte wie in der Ansicht unten aussehen. Es besteht aus Aluminium und Stahl, der in der Farbe der Hauswand lackiert wird. Durch die feste Platte ist die Anbringung an der Hauswand leicht. Die vier Stäbe drehen sich durch die Flügel. Unten im Block sitzen Generatoren die  die Bewegung in Strom umwandeln. Dieser wird dann in den Hausstrom geleitet und kann sofort genutzt werden.

Meine Module sind so effizient (in der theoretischen Berechnung), dass durch sechs Module ein Windrad im Garten ersetzt werden könnte. Man kann aber auch die gesamte Fassade nutzen und so wesentlich mehr Strom produzieren. 

Durch die Reflexionen des Lichts können die Module Fassaden außerdem optisch aufwerten und tragen zur Abkühlung des Baus bei.

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Ausblick

Ich möchte gerne das Potential meines Entwurfes ausleuchten und habe dazu noch einiges vor.

Ich habe das Windrad beim Hessischen Nachwuchs Staatspreis eingereicht. Außerdem habe ich eine Architektin kontaktiert um eine Rückmeldung zu bekommen welche Chancen so ein Modul in der Wirtschaft hätte. Drittens hat Frau Kaminski einige interessante Hinweise gegeben an wen ich mich wenden könnte. Das werde ich in den Semesterferien nachverfolgen.

Ein Projekt von

Fachgruppe

Gestaltungsgrundlagen

Art des Projekts

Studienarbeit im Grundstudium

Betreuung

foto: Prof. Alexandra Martini foto: Dipl. Des Johannes Cremer

Zugehöriger Workspace

Wind : Energie

Entstehungszeitraum

Sommersemester 2020

Keywords