versatile
Amandine voillat Bachelorarbeit Objektdesign 2022
Hochschule Luzern Design & Kunst Dokumentation Bachelorarbeit Objektdesign Versatile
Juni 2022 Mentorat: Florian Hauswirth Fachmentorat: Ursula Vogel
Mentorin schriftlich : Dagmar Steffen
Inhaltverzeichnis 4 6 8 12 16 18 28
Einleitung Konzept Obst und Gemüse Verdunstungskühlung Materialforschung Gestaltung und Formfindung Formfliesen
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Umsetzung Prototyp Fazit Dank Quellen- und Abbildungsverzechnis
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Einleitung
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Der Kühlschrank ist das einzige elektrische Gerät, das 24/7 eingeschaltet ist. Vor der Erfindung des Kühlschranks gewannen die Menschen natürliches Eis, um ihre Lebensmittel zu kühlen, später wurde es künstlich
erzeugt. Das Eis wurde mühsam in Kühlboxen oder Eisschränken aufbewahrt bis der Kühlschrank alles vereinfachte. Zunächst war er ein Lu-
xusgegenstand, später wurde er zu einem Alltagsgegenstand, der heute so selbstverständlich ist, dass man ihn fast vergisst. Der Kühlschrank ist
nicht nur energetisch problematisch, sondern auch hinsichtlich der verwendeten Materialien bei der Produktion und der Kühlgase.
Auf der Grundlage der Erkenntnisse der theoretischen Arbeit wurde ein
Projekt für Obst- und Gemüseaufbewahrung entwickelt. Die Forschungsfragen der Arbeit konzentrierten sich auf die traditionellen Techniken der
Aufbewahrung von Lebensmitteln vor der Einführung des Kühlschranks. Wie man diese Methoden wieder aufleben lassen könnte und wie sie an
unseren heutigen Lebensstil angepasst werden könnten. Für mich war es wichtig zu wissen, wie und warum diese alten Methoden zugunsten des
Kühlschranks aufgegeben wurden und welche nachhaltigen Alternativen es bereits gibt.
Die erste Phase der Produkteentwicklung konzentrierte sich auf die Bedürfnisse von Obst und Gemüse, die Kriterien für eine gut funktionierende Wasserverdunstungskühlung sowie eine Analyse von verschiedenen
Küchen. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen definierten dann die Form, die Ästhetik sowie die Funktion des Objekts.
ANALYSE VON KÜCHEN
VERDUNSTUNGSKÜHLUNG
FORM, FUNKTION UND ÄSTHETIK
BEDÜRFNISSE VON OBST UND GEMÜSE
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Konzept
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Versatile bietet eine nachhaltige Lösung, um Obst und Gemüse optimal aufzubewahren. Dieses vielseitige Objekt stellt den heutigen Kühlschrank aus ökologischer Sicht in Frage. Denn zur Kühlung nutzt das
Produkt ausschliesslich die stromlose Verdunstungskühlung. Mit Hilfe
von verschiedenen Gefässen können verschiedene Klimas erzeugt werden, um den Lebensmitteln eine individuelle Lagerung zu bieten. Bei der
Produktion werden Formfliesen aus Keramik angefertigt. Durch unterschiedliche Anordnungen der Fliesen kann eine Vielzahl von Geometrien gestaltet werden.
Mittels Versatile wird Obst und Gemüse mehr Beachtung geschenkt. Die
Zielgruppe für dieses Produkt sind Menschen, die wieder lernen wollen, ihre Lebensmittel zu pflegen und deren Wert zu schätzen; gleichzeitig
soll das Produkt an das moderne Leben angepasst sein. Die Gegenstände sind stapelbar und sorgen dafür, dass in der Küche kein Platz verschwendet wird.
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Obst und Gemüse
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Aufbewahrungsexperimente von Obst und Gemüse.
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KLIMAS FÜR OBST UND GEMÜSE
KÜHLGEFÄSS Das Kühlgefäss bietet durch die Kühlung durch Wasserverdunstung ein kühles und feuchtes Klima.
Die angestrebte Temperatur liegt zwischen 10 und 14 °C. Dieser Behälter erfüllt die Bedürfnisse der folgenden Gemüsesorten:
_Gurke _Artischocken _Blumenkohl** _Karotten** _Peperoni _Lauch _Radieschen _Kohlen** _Aubergine _Knollensellerie _Brokkoli _Fenchel _Zucchini _Sellerie _Pastinaken _Salat
BELÜFTETES GEFÄSS Im dunklen, luftigen Behälter lassen sich folgende Gemüsesorten richtig lagern:
_Zwiebel _Kartoffel _Knoblauch _Süsskartoffel _Schalotte
Klimakterische Früchte (Äpfel, Birnen, Kiwis usw.) können einen positiven Einfluss auf Zwiebeln oder Knollen haben. Nach einem Test habe ich jedoch festgestellt, dass die positive Wirkung auf diese
Gemüsesorten leider nicht überzeugend ist. Die beste Lösung ist jedoch immer noch ein dunkler, luftiger Ort.
OFFENE SCHÜSSEL Diese Schüssel dient vor allem der Aufbewahrung von Obst. Es ist jedoch wichtig, klimakterische Früchte von anderen Früchten zu trennen. Diese Früchte geben nämlich Ethylen ab und lassen die
anderen Früchte schneller reifen. Ethylen kann bei zu engem Kontakt bestimmte Gemüsesorten beeinträchtigen. Diese Reaktion kann jedoch genutzt werden, um Früchte schneller reifen zu lassen. Dieses Gefäss eignet sich für die folgenden Früchte:
_Apfel* _Birne* _Kiwi* _Erdbeere _Zitrusfrüchte _Avocado*/** _Ananas _Mango
WASSERGEFÄSS Die mit Wasser gefüllte Schale dient zum einen der Kühlung durch Wasserverdunstung und zum anderen zur Aufbewahrung von frischen Kräutern wie Basilikum, Minze, Petersilie etc. Spargeln lassen sich ebenfalls gut im Wasser aufbewahren.
*klimakterisch
**sehr sensibel an Ethylen
OBST UND GEMÜSE IM KÜHLSCHRANK UND IM WASSER
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Verdunstungskühlung
VERDUNSTUNGSKÜHLUNG
Johachim Dohmann definiert in seinem Buch «Thermodynamik der Kälteanlage und Wärmepumpen» die Verdunstungskühlung folgendermassen: «Luft verfügt über ein gewisses Aufnahmevermögen für den Stoff Wasser. Im Kontakt zwischen flüssigem Wasser und Luft kann es zu einer
Verdampfung von Wasser kommen. Dieser Vorgang wird als Verdunstung
bezeichnet, die hierbei häufig auftretende Senkung der Temperatur als Verdunstungskühlung».1 Wenn Wasser verdunstet, nimmt es Energie aus der Umgebung auf und erzeugt so Kälte. Damit die Kühlung effektiv ist, braucht man ein poröses Material, in welchem das Wasser gespeichert
werden kann. Die warme Luft wird in Richtung des porösen Materials geleitet, wo sie in der Luft verdunstet, die Luftfeuchtigkeit ansteigen lässt und die Lufttemperatur senkt. Vier Kriterien wirken sich auf die Effizienz
der Verdunstung und damit auf die Kühlung aus: Die relative Luftfeuchtigkeit – wieviel Wasserdampf die Luft speichern kann –, die Lufttemperatur, die Luftzirkulation und die Grösse der Verdunstungsfläche.2
Durch mein Projekt kann ich die Porosität des Materials sowie die Größe der Oberfläche, auf der die Verdunstung stattfinden kann beeinflussen. Dazu habe ich mehrere Experimente durchgeführt, um zu verstehen,
welche Anforderungen mein Objekt erfüllen muss, damit die Kühlung durch die Wasserverdunstung funktioniert.
Die erste Phase meiner Forschung bestand darin, den traditionellen
«Pot-in-Pot» zu testen, der die Kühlung durch Wasserverdunstung nutzt.
Ich versuchte, ihn zu optimieren, indem ich andere Materialien als Sand verwendete. Ich dachte über poröse Materialien für weitere Tests nach. Poröser Beton hätte eine Lösung gewesen sein können, aber trotz einer hohen Wasseraufnahme kühlte das Material nicht.
1
Dohmann, 2016, S.171
2
Odesola & Onwuka, 2009, S. 935f
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ERSTE EXPERIMENTE
Pot-in-Pot mit Sand und Wasser
Mit Kohle und Wasser
Tonkugeln und Wasser
Geschlossenes Glas im Wasser
ERSTE EXPERIMENTE
Nur Wasser
Porenbeton im Wasser
Geschlossenes Glas und Porenbeton im
Lehmziegel im Wasser
Wasser
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Materialforschung
ZUSAMMENARBEIT MIT DANIELA GERNER
Meine Mitstudentin Daniela Gerner und ich waren auf der Suche nach
Materialien mit ähnlichen Eigenschaften für unsere jeweiligen Projekte.
Deshalb beschlossen wir, die Untersuchungen von verschiedenen Tonarten gemeinsam durchzuführen. Unser Ziel war es, verschiedene Tonarten sowie deren Fähigkeit Wasser zu absorbieren, zu testen. Wir fügten Fremdmaterialien wie Zellulose, Sägemehl, Reis, Pflanzen, Körner und
Heu hinzu, um das Material poröser zu machen. Weitere Einzelheiten finden Sie in den Unterlagen im Anhang (QR-Code).
Nach den Ergebnissen der Experimente fiel meine Wahl auf den Steingutton U19CH, der bereits von Grund auf eine hohe Porosität besitzt. Dank
der Schamotte hat er nur eine gesamte Schwindung von 5,5%. Durch die
Zugabe von 3% Zellulose wurde der Steingutton nach dem Brennen geschmeidiger zum verarbeiten und poröser.
Dieser Ton ist auch für das Brennen bei hohen Temperaturen geeignet.
Außerdem gefielen mir die organische Ästhetik und die Farbe des Tones.
DOKUMENTATION MATERIALFORSCHUNG
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Gestaltung und Formfindung
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REFERENZPROJEKTE
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1. Michel Charlot, 2017 4. Fold, Kai Linke, 2017
2. Working Tile, Max Lamb, 2022 5. Cooling Bricks, Helene Laupe, 2021
3. Rombini, R. & E. Bouroullec, 2015 6. Tabletop Bistrobar, crisp id, 2021
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FORMFINDUNG
KÜCHENANALYSE
Nach einem Interview mit David Spielhofer von OREA AG hatte ich einen
besseren Überblick, wie Küchen genormt sind und nach welchen Standards sie gestaltet werden und welche Trends existieren. Wir haben auch
über verschiedene Probleme in den Küchen gesprochen, eines der grössten ist der Platz. Die Abmessungen der Arbeitsflächen sind oft ähnlich. Die Tiefen variieren zwischen 50 und 60 cm. Die Breite der Schubladen
(20- 40- 60- oder 120cm) definiert oft die unterschiedlichen Flächen der Arbeitsplatte. Nachdem ich mehrere Küchen vermessen und analysiert
hatte, konnte ich die Maße meines Produkts besser definieren. Die Analyse der Einkäufe von Obst und Gemüse für mehrere Tage beeinflusste
ebenfalls die Größe und die Form des Objekts. Einige Obst- und Gemüsesorten werden in Paketen mit mehreren Stücken verkauft, was folglich die Größe einiger Behälter definiert.
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ERSTE MODELLE
ERSTE MODELLE
Zweck dieses Modelles waren erste Versuche mit dem Volumen, um definieren zu können, welche Maße das Objekt haben soll. Ich habe auch verschiedene Zubehörteile getestet, z.B. ein Gitter welches die Belüftung von Knollen, Zwiebeln, Knoblauch und Schalotten ermöglicht.
Die kleinen Schalen könnten auch an einem anderen Ort als in der Küche
aufgestellt werden, z. B. auf dem Tisch als Obstschale. Die untere Schale ist mit Wasser gefüllt und ermöglicht somit die Verdunstungskühlung für den großen Behälter.
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FORMFINDUNG IM CAD
FORMFINDUNG IM CAD
Um das Produkt in der Produktion flexibler zu gestalten, hatte ich die Idee mit Fliesen zu arbeiten. Mein Ziel war es, mehrere Formfliesen zu entwerfen, die dann die Möglichkeit bieten,
mehrere verschiedene Geometrien zu erstellen. Somit kann die Grösse der einzelnen Gefässe an die Bedürfnisse und den Platz in der Küche angepasst werden. Im CAD habe ich verschiedene Radien und die Art und Weise, wie die verschiedenen Behälter gestapelt werden.
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MODELLE
INTEGRATION IN EINER KÜCHE
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Formfliesen
RECHERCHE STRUKTUR
Für eine bessere Verdunstungskühlung benötigt das Objekt eine größere Oberfläche, auf der die Verdunstung stattfinden kann. Deshalb wollte ich die Oberflächen der Fliesen mit einer Struktur gestalten. Dafür habe ich Matrizen gelasert, um die verschiedenen Strukturen zu testen.
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TESTS DER FLIESEN MIT MODELLIERTON
KAPILLARWIRKUNG MIT DEM U19CH TON Die folgenden Formfliesen wurden bei 1020°C gebrannt, der niedrigstsmöglichen Temperatur für den U19CH-Ton. Durch den
Kapillaritätseffekt nahm die Keramik aufgrund ihrer hohen Porosität Wasser auf.
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FORMFLIESEN Nachdem der Test mit der Struktur funktioniert hatte, war der nächste Schritt, die einzelnen Formfliesen im CAD zu entwerfen.
Ziel war es, mit den verschiedenen Formfliesen mehrere unterschiedliche Objekte herstellen zu können. Ich habe also 8 Formfliesen entworfen, die das Objekt in seiner Zusammenstellung modular machen.
Einheit : mm
FORMFLIESEN
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MÖGLICHE GESTALTUNGSVARIANTE
MÖGLICHE GESTALTUNGSVARIANTE
Anschließend gestaltete ich spielerisch im CAD die verschiedenen Gefässe, welche ich für den Prototyp herstellen wollte. Ich
entschied mich für ein Konzept aus vier verschiedenen Behäl-
tern: ein Wassergefäss, ein Kühlgefäss, ein belüftetes Gefäss und eine offene Schüssel.
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AUSGEWÄHLTE VARIANTE FÜR DEN PROTOTYP
OFFENE SCHÜSSEL
BELÜFTETES GEFÄSS
KÜHLGEFÄSS
WASSERGEFÄSS
PASSENDES GEFÄSS
APFEL, BIRNE, KIWI, ZITRUSFRÜCHTE, AVOCADO, BANANE, EXOTISCHE FRÜCHTE
ZWIEBEL, KARTOFFEL, SÜSSKARTOFFEL, KNOBLAUCH, SCHALOTTE
KAROTTEN, LAUCH, PEPERONI, AUBERGINE, ZUCCHINI, SELLERIE, KNOLLENSELLERIE, BROKKOLI, BLUMENKOHL, RADIESCHEN, KOHL, PASTINAKEN, KOHLEN, FENCHEL, SALLAD GURKE, ARTISCHOCKEN
FRISCHE KRÄUTER, SPARGEL
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FORMFLIESEN AUS DER 3D DRUCKER
Zunächst druckte ich jede Formfliese in 3D mit einer Vergrößerung von 5,5 %, weil die Keramik beim Trocknen und Brennen schwindet..
GESTALTUNG DER STRUKTUR
Die Verbindung zwischen diesen beiden
Diese zweite Version hat mich sowohl von
habe ich das Design überarbeitet, um es
die Produktion viel mehr überzeugt.
Teilen hat mir nicht gefallen, deshalb schlüssiger zu gestalten.
der Form als auch von der Einfachheit für
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Umsetzung
GIPSFORMEN, 3D DRUCK UND MDF-SCHABLONE
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HERSTELLUNG DER GIPSFORMEN
Bei den Formfliesen mit der Struktur habe ich die Form direkt als Negativ gedruckt. Ich habe mich für die Technik des Überformen entschieden, um die Formfliesen herzustellen. Bei dieser Technik wird der Ton in eine Negativform gepresst und lederhart aus der Form genommen. Mithilfe der 3D-gedruckten Teile erstellte ich die
Negativformen aus Gips. Um die Dicke den Formfliesen bei dem Pressen besser handhaben zu können, habe ich MDF-Schablonen mit dem Laser ausgeschnitten.
TONMISCHUNG
Ich fügte 3 Gewichtsprozent Zellulose zum Ton hinzu. Durch das Vermischen der Zellulose mit Wasser und einem Stabmixer konnte ich eine weiche Masse herstellen, die sich leicht verarbeiten ließ.
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IN DIE FORM PRESSEN
Die MDF-Keile haben mir geholfen, eine ziemlich gleichmäßige Dicke zu erreichen.
3D-DRUCK NEGATIVFORMEN
Nach dem ich den Ton in die Form gepresst habe,
legte ich sie zum Trocknen auf eine Gips-Gegenform.
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LUFTTROCKNUNG
GLASUR
Das unterste Gefäss muss wasserdicht sein, weil es als Wasserschale dient. Nach einem ersten erfolgreichen Test mit einer Glasur bei niedriger Temperatur emaillierte ich die verschiedenen Formfliesen.
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FARBTEST MIT MÖRTEL
Zuerst wollte ich den Mörtel einfärben, dazu habe Pigmente in den Mörtel
gemischt. Ich bemerkte allerdings, dass die Masse beim Trocknen spröder wurde. Schließlich entschied ich mich für das natürliche Grau des Mörtels, auch um die rohe Ästhetik in meinem Projekt beizubehalten.
VERBINDUNG MIT MÖRTEL
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Prototyp
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Fazit
61 Wenn man die Funktionen von Versatile richtig nutzt, kann dieses Objekt eine gute Ergänzung zum Kühlschrank sein um das Obst und Gemüse aufzubewahren. Visuell bin ich mit der Ästhetik des Objekts sowie dem organischen und rohen Aussehen zufrieden. Seine Griffigkeit, die Proportionen und die Integration in eine Küche sind ästhetisch.
Der Kühlbehälter ist einige Grade kühler als die Raumtemperatur. Die Wirkung der Kühlung durch Wasserverdunstung ist unterschiedlich, da sie von mehreren Parametern beeinflusst
wird, wie z. B. der Lufttemperatur, der Luftzirkulation, der relativen Luftfeuchtigkeit und der
Größe der Verdunstungsfläche. In meinem Projekt habe ich ein sehr poröses Material verwendet und die Größe der Verdunstungsfläche mithilfe einer Struktur vergrößert. Dieser
Behälter müsste nun mehrere Tage in verschiedenen Umgebungen getestet werden, um seine Wirksamkeit zu vergleichen und die Anforderungen für eine gute Kühlung durch Wasserverdunstung besser anzupassen. Für die Weiterentwicklung des Projektes könnte ich
auch dickere Kacheln testen. Je dicker die Keramik ist, desto länger dauert es, bis sie sich mit Wasser vollsaugt, aber umso länger speichert sie auch die Kühle.
Ein anderer Aspekt, welcher weiterentwickelt werden könnte ist die Verbindung der einzelnen Fliessen. Das Konzept der Modularität könnte erweitetert werden durch die Art und
Weise, wie die Teile miteinander verbunden sind. Eine Möglichkeit wäre, Verbindungen oder
Teile zu entwickeln, die es den Verbraucherinnen und Verbrauchern ermöglicht, die Schüsseln selbst zusammenzubauen. Eine andere Lösung wäre, um das Hinzufügen eines anderen Materials wie Mörtel zu vermeiden, die Teile mit Schlicker zusammenzukleben. Sobald die Fliesen lederhart getrocknet sind werden sie verbunden. Der Gegenstand hätte also zum Zeitpunkt des Brennens bereits seine finale Form.
Dieses Projekt war riskant, da ich einige technische Entscheidungen ausschließlich auf theoretisches Wissen stützte, ohne sie, vor der Herstellung des Prototyps wirklich testen
zu können. Die Kühlung durch Wasserverdunstung ist ein sehr komplexes Thema, welches mehrere Parameter erfordert, damit die Kühlung funktioniert. Die Arbeit mit Keramik ist zeitaufwendig und erfordert Organisation, da der Prozess mehrere Schritte umfasst. Die
Gefahr, dass die Keramikteile beschädigt werden könnten besteht bei vielen Schritten. Darüber hinaus ist das Thema der Konservierung von Obst und Gemüse heikel, da es sich um lebende und empfindliche Produkte mit sehr spezifischen Bedürfnissen handelt.
Trotz der Schwierigkeiten, auf die ich gestoßen bin, bin ich mit dem Ergebnis dieses Prototyps zufrieden, da er mein Konzept und die Idee, die ich vermitteln wollte, gut veranschaulicht. Außerdem konnte ich durch dieses spannende Projekt meine Kenntnisse in einigen Bereichen vertiefen.
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Dank PRAKTISCHE ARBEIT _Florian Hauswirth (Mentor)
_Ursula Vogel (Fachmentorin) _Laura Buob
_Marvin Ruland _Lionel Beutler
_Daniela Gerner _Leah Martz
_Zita Fahrländer
_René Odermatt _Nadia Müller
_Isabelle Hertzeisen
SCHRIFTLICHE ARBEIT _Dagmar Steffen (Mentorin) _Laura Imhof
FILM UND BILDER: _Annik Vanal
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Quellen- und Abbildungsverzeichnis QUELLEN Dohmann 2016:
Joachim Dohmann, Thermodynamik der Kälteanlagen und Wärmepumpen: Grundlagen und Anwen-
dungen der Kältetechnik, Berlin, Heidelberg: Springer Berlin, Heidelberg, 2016. Odesola und Onyebuchi 2009:
Isaac F. Odesola and Onwuka Onyebuchi, “A Review of Porous Evaporative Cooling for the Preserva-
tion of Fruits and Vegetables”. Pacific Journal of Science and Technology, Vol.10, Nr 2 (2009), S. 935941. https://www.researchgate.net/publication/228406788_A_Review_of_Porous_Evaporative_Cooling_for_the_Preservation_of_Fruits_and_Vegetables, abgerufen am 13.06.2022
ABBILDUNGEN Abb. 1: Michel Charlot, 2017,
https://www.instagram.com/p/BSKW28lA7eC/?hl=fr, abgerufen am 13.06.2022
Abb. 2: Working Tile, Max Lamb, Tajimi Custom Tile, 2022
https://www.dezeen.com/2020/11/05/max-lamb-3d-tiles-tajimi-custom-tiles/, abgerufen am 13.06.2022
Abb. 3: Rombini, Ronan & Erwan Bouroullec, Mutina, 2015
https://www.mutina.it/en/collection/rombini-by-ronan-erwan-bouroullec, abgerufen am 13.06.2022 Abb. 4: Fold, Kai Linke, 2017,
http://www.kailinke.com/en/news/:fold_oven, abgerufen am 13.06.2022 Abb. 5: Cooling Bricks, Helene Laupe, 2021
https://distributeddesign.eu/talent/cooling-bricks/, abgerufen am 13.06.2022 Abb. 6: Tabletop Bistrobar, crisp id, 2021
https://www.schweizerkulturpreise.ch/awards/fr/home/design/design-archiv/design-2020/sda2020/crisp-id.html, abgerufen am 13.06.2022