Schneiden

Bei einem Spaziergang über den Pratt-Campus im vergangenen Semester ist Paul Loupe, BArch '23, aufgefallen, wie viel Wind in Brooklyn herrscht. Sam Joslyn, BArch '23, hat beobachtet, wie praktisch jedes Gebäude mit irgendeiner Form der erneuerbaren Energieerzeugung ausgestattet werden kann.

Beide Studenten waren an einem ehrgeizigen Forschungsprojekt beteiligt, das die Grenzen der Windkraft erforschte. Unter der Leitung der außerordentlichen Professorin für Architektur Karen Bausman zielt das NYC Future Perfect-Projekt darauf ab, leichte, flexible und modulare Strukturen zu entwickeln, die durch in ihre Fassaden eingebaute Windkraftanlagen angetrieben werden. Bausman hofft, dass die Bauwerke als Alternativen zu bestehenden Promenaden, Piers und anderen statischen Bauwerken entlang der Küste New Yorks dienen können, da sie einem höheren Meeresspiegel und sich verschlimmernden Stürmen besser standhalten, bei Bedarf verlegt werden können und autark sind. Bei erfolgreicher Umsetzung könnten die Strukturen eine globale Reichweite haben, die Fähigkeit zur Erzeugung erneuerbarer Energie in netzunabhängigen Kontexten beschleunigen und Gemeinden in die Lage versetzen, Energieunabhängigkeit ohne fossile Brennstoffe zu erlangen.

„Die Bauwerke werden in den fünf Bezirken verteilt, um New Yorks Initiative zur Wiederbelebung des Hafenviertels umzusetzen. Sie sollen Erholung, Konzessionen und mehr unterstützen“, sagte Bausman, der die Forschung der School of Architecture zum Thema grünes Energiedesign leitet. „Die Studenten, die an dem Projekt arbeiten, sammeln praktische Erfahrungen mit einigen der anspruchsvollsten verfügbaren Ingenieurs- und Architekturtechnologien.“

Derzeit verfolgt der Bereich der Windenergie einen Kurs: „Größer ist besser“ und investiert in riesige Offshore-Windkraftanlagen. Bausmans Projekt geht in die andere Richtung mit kleineren Strukturen, die in mehr Kontexte integriert werden können.

Die breite potenzielle Nutzung der Entwürfe unterstützt den NYC Comprehensive Waterfront Plan, der darauf abzielt, den Zugang zu Uferstandorten in den nächsten Jahren erheblich zu erweitern und deren Widerstandsfähigkeit zu verbessern, wobei ein besonderer Schwerpunkt auf historisch unterversorgten Gemeinden liegt. Bausmans Firma Karen Bausman + Associates hat an unzähligen Projekten im gesamten New Yorker Raum gearbeitet und ist auf nachhaltige und gerechte Ufergestaltungen spezialisiert.

In den letzten drei Jahren haben Pratt-Studenten und -Absolventen, die im Rahmen eines wettbewerbsorientierten Bewerbungsverfahrens ausgewählt wurden, eine wichtige Rolle in der Anfangsphase des NYC Future Perfect-Projekts gespielt. Von Anfang an hatten die Studenten Zugang zum Wind Power NYC Archive, das Bausman mit Maria Sieira, Professorin für Architektur und Städtebau an der Pratt SoA, und mit Unterstützung der Pratt Institute Libraries und der School of Information erstellt hatte.

„Die zusammengestellten Materialien im Zusammenhang mit grüner Energie in der Region New York City, einschließlich der Wasserstraßen im Tri-State-Gebiet, die die Umsetzung von Offshore-Windparks vor der Küste der Stadt dokumentieren, sind eine Aufzeichnung, die als Ressource dient, auch für meine Forschung.“ Assistenten, von denen jeder zu Beginn jedes Semesters in das Archiv eingeführt wird“, sagte sie.

Loupe und Joslyn haben auf studentischen Arbeiten aus früheren Semestern aufgebaut. Unter der kontinuierlichen Anleitung von Bausman konnten sie die Simulationen der vorgeschlagenen Strukturen verfeinern und erweitern und mithilfe von Workshops in den PI-FAB-Einrichtungen von Higgins Hall reale Modelle erstellen.

Alle zwei Wochen berieten sich die Studenten mit Branchenexperten, darunter dem renommierten Ingenieurbüro Thornton Tomasetti über dessen Forschungs- und Entwicklungsinkubator für Ideen CORE. Sie arbeiteten in erster Linie mit dem Windkraftexperten Jeroen Janssen zusammen, der sie zu den komplexen Mechanismen der Windinfrastruktur beriet und ihnen dabei half, Kenntnisse in der fortschrittlichen Engineering-Software SimScale zu erwerben. Dieses Programm ermöglichte es dem Team, anspruchsvolle Modelle der vorgeschlagenen Strukturen zu simulieren und sie anhand realer Faktoren wie Wandschubspannung, Wirbelkraft, Geschwindigkeit, Reibungsgeschwindigkeit, Turbulenz, Gesamtdruck, mittleres Alter der Flüssigkeit und mehr zu testen.

„In unseren Architekturkursen wird uns beigebracht, sicherzustellen, dass sich ein Gebäude nicht bewegt, aber in diesem Fall ist das Gegenteil der Fall“, sagte Joslyn. „Wir versuchen, die Dinge so effizient wie möglich zu gestalten. Es war eine andere Denkweise, an die wir uns gewöhnen mussten. Der Versuch, etwas so Kompliziertes wie die numerische Strömungsmechanik so zu verstehen, dass man diese Simulationen durchführen kann, war definitiv eine Lernkurve.“

Während sich die Studierenden im Laufe des Semesters mit SimScale vertraut machten, verbesserten sie ihre Fähigkeit, Skripte zu schreiben und funktionale Simulationen zu erstellen. Nach Dutzenden von Iterationen und umfangreichen Workshops kamen sie auf funktionsfähige Klingen- und Wandpaneelmodelle.

„Die Zusammenarbeit mit Jeroen war sehr ermutigend, denn oft dachten wir: ‚Ja, wir wissen nicht wirklich, wie wir das machen sollen.‘ Und er sagte: „Oh, ich weiß es auch nicht.“ Und wir haben festgestellt, dass jeder diese Probleme mit sehr wenig Wissen angeht“, sagte Loupe. „Diese Art der Interaktion mit einem Fachmann war auf jeden Fall wertvoll, weil sie uns den Prozess von jemandem zeigte, der tatsächlich in diesem Bereich arbeitet, und wie sehr man das Rad jedes Mal neu erfinden muss.“

„Vieles davon war unsererseits Versuch und Irrtum“, sagte er. „Wir kamen einer Lösung sehr nahe, aber da wir nicht die gleiche Erfahrung mit der Software hatten wie Jeroen, sprang er ein und half uns herauszufinden, wie wir es richtig machen können.“ Er war super zugänglich und super hilfsbereit. Wir haben viel gelernt, als wir mit jemandem zusammengearbeitet haben, der sich so gut auskennt.“

Loupe arbeitet seit mehr als drei Jahren im PI-FAB von Pratt, wo er Studenten- und Dozentenprojekte in einer Reihe von Fachgebieten unterstützt. Er konnte sein Verständnis der Fertigungsmaschinen und -techniken der Anlage, von der Robotik bis zur Holzbearbeitung, nutzen, um die SimScale-Daten durch physische Modellierung und Prototyping zum Leben zu erwecken.

Das Team erstellte Proof-of-Concept-Modelle der geplanten Turbinenschaufeln aus Pappe und 3D-gedruckte Kleinversionen der Krümmungsdynamik der Schaufeln, indem es dem Design von Flugzeugflügeln folgte: rund auf der einen Seite und flach auf der anderen. Sie schrieben auch Skripte für die CNC-Fräsmaschine (Computer Numerical Control), um Wandpaneele aus Schaumstoff „flip-mill“ zu machen. Die Maschine würde dünne Schichten der Platte herstellen, das Objekt umdrehen und dann auf der anderen Seite schichten. Sie testeten verschiedene Dicken, um herauszufinden, welche Größe den Wind am effizientesten in die Wandpaneele ein- und austreten lässt.

Loupe und Joslyn stellten die architektonischen Fassaden von Windkraftanlagen am 10. März während des Pratt Research Open House in den Brooklyn Navy Yards der Öffentlichkeit vor, zusammen mit Dutzenden anderer hochmoderner Forschungsprojekte. Sie diskutierten ihre Arbeit auch in einer Podiumsdiskussion im Rahmen des Studierendenkolloquiums ARCH 563a.

Wenn das Herbstsemester näher rückt, werden Loupe und Joslyn sich mit Bausman abstimmen, um dabei zu helfen, die nächste Gruppe von Forschungsassistenten in dem zu schulen, was sie gelernt haben, um eine reibungslose Fortsetzung des Projekts sicherzustellen. Beide sagten, dass das Projekt ihre Denkweise über Architektur und die zentrale Rolle, die dieser Bereich beim Aufbau einer nachhaltigeren Zukunft spielen wird, beeinflusst hat.

Bausman verbringt unterdessen den Sommer damit, „mit führenden Ingenieuren zusammenzuarbeiten, um eine durch Windkraftanlagen angetriebene architektonische Infrastruktur zu entwickeln, einschließlich des Baus von Prototypen für die Integration in die New Yorker Uferpromenade.“

„Ich werde in den nächsten Jahren auch Lehrpläne entwickeln, um die architektonischen, städtebaulichen, landschaftlichen, gestalterischen und soziokulturellen Aspekte zu untersuchen, die mit der Implementierung der Offshore-Windenergie-Infrastruktur in New York City verbunden sind“, sagte sie.