Kinetikus alakemlékező ötvözetek: motor nélküli homlokzati önállóság
A kinetikus homlokzatok régóta lenyűgözik azokat az építészeket, akik reagáló épülethatároló szerkezetekre törekszenek. A legtöbb mechanikus kinetikus burkolat azonban – a motoros lamelláktól a lamellás nyílásokig – súlyos karbantartási terhet jelent: a motoros szervók beragadnak, az elektromos vezérlővezetékek tengeri sós levegőben elöregednek, az érzékelő mikrokontrollereknek pedig folyamatos áramellátásra és szoftveres karbantartásra van szükségük. Az alakemlékező ötvözetek (SMA-k) kiküszöbölik a hibára hajlamos elektromechanikus láncot, mivel a működtetést közvetlenül a fém kristályszerkezetébe ágyazzák be.
A szilárd fázisú martenzites fázisátalakulás
Az építészeti SMA-k alapvető intermetallikus vegyülete a Nitinol (nikkel és titán közel ekvatomos ötvözete, Ni-Ti). Alacsonyabb hőmérsékleten a Nitinol alakítható, kis szimmetriájú, egyhajlású kristályrácsban, az úgynevezett martenzit fázisban van. Ebben az állapotban az ötvözet mechanikai feszültség hatására deformálható anélkül, hogy maradandó képlékeny folyást szenvedne.
Amikor a napfény eléri a homlokzatot, és a fémet egy előre beállított átalakulási küszöb fölé melegíti (építészeti éghajlatra jellemzően 24 °C és 38 °C között), az atomok egy merev, nagyon rendezett köbös szerkezetbe ugranak át, amelyet austenit fázisnak neveznek. Ez az azonnali atomi átrendeződés óriási mechanikai visszaállító feszültséget fejt ki – akár 600 MPa-ig –, amely motor vagy egyetlen wattnyi elektromos energia nélkül emeli a nehéz üvegcserepeket, hajlítja az árnyékolólamellákat vagy nyitja a szellőzőcsatornákat.
Hőbimetall lemezrétegek
Az intermetallikus Nitinol mellett az építészek hőbimetallokat is használnak: olyan rétegelt lemezeket, amelyek két, erősen eltérő hőtágulási együtthatójú fémet kötnek össze (például austenites rozsdamentes acélt hidegen hegesztve alacsony tágulású nikkel-vas ötvözethez, mint az Invar). Ahogy a napi napsugárzás felmelegíti az épülethatároló szerkezetet, az egyik oldal sokkal gyorsabban tágul, mint a másik, így a lemez előre kiszámítható görbületbe kényszerül.
Működési előnyök a szervómotoros rendszerekkel szemben
• Nulla járulékos energiaigény: Teljes egészében a környezeti termodinamikai gradiensek és a napsugárzási energia hajtja.
• Kivételes fáradási ellenállás: A Nitinol mechanikai romlás nélkül több millió átalakulási ciklust képes végrehajtani.
• Hibabiztos biomimetikus viselkedés: Amikor felhőzet takarja el a napot, a lehűlés algoritmikus logika nélkül természetes elernyedést idéz elő.
Esettanulmányok: Bloom és adaptív épülethatároló burkolatok
Doris Sung építész úttörő installációja, a Bloom bemutatta, hogyan alkothat 14 000 egyedi hőbimetall elemből álló önműködő, öárnyékoló baldachin, amely a felületi hőmérséklet emelkedésekor kinyílik, hogy kiengedje a forró levegőt, a hűvös éjszakai órákban pedig áthatolhatatlan időjárásálló védőburkolattá záródik. A kereskedelmi toronyépítészetben a Fraunhofer Gépszerszámgyártási és Hajtogatási Technológiai Intézet kutatói passzív, SMA-val működtetett homlokzati szellőzőklappokat fejlesztettek ki, amelyek megakadályozzák a túlzott túlmelegedést a nagy sűrűségű, üvegezett felhőkarcolókban.