Sun Devils treiben Innovationen im Bereich nachhaltiger Gebäude voran

​Jedes Jahr veranstaltet Schneider Electric, ein Unternehmen für Energielösungen und digitale Automatisierung, einen Studentenwettbewerb mit dem Titel „Schneider Go Green“, um neue Ideen im Bereich Nachhaltigkeit hervorzuheben. Im Jahr 2023 forderte der Wettbewerb die Bewerber auf, eine Idee zu konzipieren, die die Kreislaufwirtschaft und die Energieeffizienz von Gebäuden revolutionieren würde.

Hussain Bhavnagarwala, ein Student, der seinen Master-Abschluss in Maschinenbau an der School for Engineering of Matter, Transport and Energy, Teil der Ira A. Fulton Schools of Engineering der Arizona State University, erwarb, hörte von dem Wettbewerb von Professor Patrick für Maschinenbau und Luft- und Raumfahrttechnik Phelan nahm an einem Kurs teil, in dem die Wärmeübertragungseigenschaften von Materialien untersucht wurden. Bhavnagarwalas Studien inspirierten ihn dazu, eine Idee zur Wärmeübertragung zur Verbesserung der Nachhaltigkeit von Baumaterialien zu entwickeln. Ziel der Sun Devil Sparks ist es, die Energieeffizienz von Gebäuden zu steigern, indem sie ein Wandpaneel entwerfen, das tagsüber Wärme aufnimmt und nachts abgibt, wodurch Innenräume bei geringerem Energieverbrauch gekühlt werden. Grafik von Hayley Hilborn und Erika Gronek, ASU/Midjourney Vollständiges Bild herunterladen

„Wärmeübertragung ist eines meiner Lieblingsfächer“, sagte Bhavnagarwala. „Mein Vater, der selbst Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechniker ist, arbeitet viel in diesem Bereich, und ich diskutiere oft mit ihm über ‚grüne‘ Gebäude. Energieeffizienz hängt also sehr eng mit der Wärmeübertragung zusammen.“ Das hat mich motiviert, diesen Wettbewerb mit großem Interesse anzugehen.“

Als Bhavnagarwala sich online für den Wettbewerb anmelden wollte, stellte er fest, dass ein ASU-Team – die Sun Devil Sparks – bereits registriert war. Das Team wurde von Deanna Chaney, einer ASU Online-Studentin mit Sitz in Tennessee, gegründet. Chaney erwirbt ihren Bachelor-Abschluss in Nachhaltigkeit mit Schwerpunkt auf Energie, Materialien und Technologie an der School of Sustainability, die zum College of Global Futures gehört.

Chaney hat sich entschieden, sich für den Wettbewerb anzumelden, da sich die diesjährige Herausforderung auf die Innovation nachhaltiger Energielösungen für städtische Räume konzentriert, was ihrer Meinung nach genau ihr „akademisches Fachgebiet“ sei.

Bhavnagarwala trat dem Team auf der Wettbewerbswebsite bei. Später rekrutierten die beiden zwei Teamkollegen: Tosin Clement, einen Doktoranden, der Wirtschaftsanalytik an der University of Louisville studiert, und Sai Saketh Narabathula, einen ASU-Studenten, der einen Master-Abschluss in Maschinenbau anstrebt.

In der ersten Phase des Wettbewerbs mussten die Teams eine 10-Folien-Präsentation mit der Konzeptualisierung ihrer Idee einreichen.

Als das Team über Möglichkeiten zur Verbesserung der Nachhaltigkeit von Gebäuden nachdachte, identifizierte es zunächst einen der größten Energieverbraucher im Haushalt: Klimaanlagen. Tagsüber verbrauchen Klimaanlagen große Mengen Energie, um Gebäude zu kühlen. Nachts, wenn die Temperaturen abkühlen, ist diese Funktion jedoch weniger notwendig.

Allerdings speichert die Isolierung in den meisten Gebäuden die Wärme auch nach Sonnenuntergang, wodurch es in den Innenräumen heiß wird und eine kontinuierliche Klimatisierung erforderlich ist. Die Studierenden arbeiteten daran, diesen vermeidbaren Energieverbrauch zu reduzieren, indem sie ein Wandpaneel entwickelten, das sowohl als Wärmeleiter als auch als Isolator fungiert. Das Panel dient tagsüber als Isolator und wird durch Betätigen eines Schalters nachts zum Leiter, um die gespeicherte Wärme aus dem Gebäude abzuleiten.

Ein solches Material, ein Stoff, der beim Phasenwechsel Wärmeenergie aufnimmt und wieder abgibt, wird als Phasenwechselmaterial (PCM) bezeichnet. PCMs werden bereits für verschiedene Anwendungen erforscht, beispielsweise für den Einsatz in Autobatterien zur Aufrechterhaltung der idealen Betriebstemperatur.

Die Idee und Präsentation des Teams brachten ihm einen Platz im nordamerikanischen Finale des Wettbewerbs ein, wo es zum nordamerikanischen Hauptsitz von Schneider Electric in Tennessee reisen wird, um seine Idee der Jury vorzustellen.

Ein Diagramm, das zeigt, wie die Idee der Schüler, die sie „Struct-Spire“ getauft haben, dazu beitragen wird, Räume kühler zu halten. Grafik mit freundlicher Genehmigung von Sun Devil Sparks

Um diese Idee weiter zu verdeutlichen und eine gründliche Präsentation der Studenten zu gewährleisten, hat Schneider jedem Team Mentoren zugewiesen, die auf Herausforderungen hinweisen, die angegangen werden müssen, um ihre Ideen in kommerziell realisierbare Produkte umzusetzen.

Die Sun Devil Sparks trafen sich mit drei Mentoren von Schneider: Chris Campbell, einem Systemarchitekten; Marissa Ainsworth, eine Führungspersönlichkeit für Nachhaltigkeits- und Dekarbonisierungsstrategien; und Saeid Golshaeian, der Leiter des Geschäftsbereichs Industrieautomation von Schneider. Nachdem das Team das Feedback seiner Mentoren berücksichtigt hat, überarbeitet es seine Präsentation für das Finale im Juni.

Chaney untersucht die Vielfalt der Nachhaltigkeitsziele, die das Team mit seiner Idee erreichen kann. Sie wird auch zeigen, wie viel Energie die Wandpaneele sparen, indem sie andere Produkte mit ähnlichen Funktionen untersucht. Die Mentoren des Teams ermutigten sie außerdem, sich mit der Kreislaufwirtschaft ihres Produkts auseinanderzusetzen, um Wege zu finden, wie es nachhaltig hergestellt und entsorgt werden kann.

Bhavnagarwala erforscht die notwendigen technischen Eigenschaften, die das Design leiten werden, etwa das effektivste zu verwendende Material und die Dicke der Platte, um Produktionsparameter festzulegen.

Narabathula lernt, mit Blender, einem 3D-Computergrafik-Softwaretool, zu arbeiten, um eine animierte Simulation des Wandpaneels für die Präsentation des Teams zu entwickeln.

Während die Studierenden durch den Input ihrer Schneider-Mentoren bereits Einblicke in die Produktentwicklung gewonnen haben, gibt es zahlreiche weitere Bildungs- und Karrieremöglichkeiten.

Während ihres Besuchs in der Schneider-Zentrale in Tennessee werden die Studenten die Anlage besichtigen und die Möglichkeit haben, Vorstellungsgespräche für Praktika im Unternehmen zu führen.

Wenn die Studenten das nordamerikanische Finale erfolgreich bestehen, erreichen sie das internationale Finale und reisen zum globalen Hauptsitz von Schneider in Paris.

Auch wenn allein die Erfahrung karrierefördernd ist, sagte Bhavnagarwala, dass die Erfolgsbilanz des Unternehmens bei der Einstellung der siegreichen Studenten und der Förderung ihrer Forschungsidee ein Motivator für die Sun Devil Sparks sei, bei diesem Wettbewerb ihr Bestes zu geben.

Für Bhavnagarwala, der neben einer Schneider-Produktionsstätte in seiner Heimatstadt Chennai, Indien, aufgewachsen ist, schließt sich für Bhavnagarwala der Wettbewerb. Er sagte, er würde gerne eine Anstellung im Unternehmen anstreben und möglicherweise an dem Standort in der Nähe seiner Wurzeln arbeiten.

Chaney, die ebenfalls am Barrett The Honors College studiert, sagte, der Wettbewerb sei eine Gelegenheit für sie, „reale Erfahrungen bei der Arbeit mit einem Team an großen, innovativen Ideen zu sammeln“.

„Ich möchte Kontakte zu Nachhaltigkeitsexperten im Bereich Energie und Technologie knüpfen und möglicherweise einen Fuß in die Tür für ein zukünftiges Praktikum bekommen“, sagte sie. „Ich möchte mich vor meinem Abschluss besser mit Fähigkeiten und Kenntnissen im Bereich Nachhaltigkeit vertraut machen, die ich in meinen Studienarbeiten nicht erlernt habe, und ich denke, dass dieses Projekt genau das getan hat.“

Phelan, der auch als stellvertretender Dekan für Graduiertenprogramme der Fulton Schools fungiert, bringt seine Begeisterung über den Innovationsgeist der Studenten zum Ausdruck.

„Der Erfolg dieses vielfältigen Studententeams spricht Bände über die Fähigkeiten unserer Studenten, die größten Probleme der Ingenieurwissenschaften anzugehen“, sagte er. „Das innovative Konzept dieses Teams könnte dazu beitragen, das Versprechen einzulösen, Gebäude wirklich nachhaltig zu machen.“

Kommunikationsspezialist, Ira A. Fulton Schools of Engineering

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