Merevolusi kenyamanan dalam ruangan: para peneliti mengembangkan dinding cetak 3D yang secara pasif melawan kelembaban dan perubahan iklim
Ilmuwan ETH Zurich menciptakan panel dinding yang ramah lingkungan, cetak 3D dari limbah marmer yang secara pasif mengontrol kelembaban, memotong emisi dan meningkatkan kenyamanan di daerah dalam ruangan yang sibuk.
Baik di ruang pertemuan kantor, ruang pameran museum, atau ruang tunggu kantor pemerintah, ruang di mana orang berkumpul sering mengalami penurunan kualitas udara yang nyata karena udara dengan cepat menjadi tebal. Efek ini sebagian disebabkan oleh peningkatan kelembaban. Sistem ventilasi di gedung kantor dan administrasi umumnya digunakan untuk mengurangi ruang -ruang ini dan mempertahankan suasana yang nyaman. Sementara dehumidifikasi mekanis efektif, ia mengkonsumsi energi yang signifikan dan, tergantung pada sumber listrik, dapat berdampak negatif terhadap lingkungan.
Mengingat tantangan -tantangan ini, para peneliti di ETH Zurich mengeksplorasi pendekatan baru untuk dehumidifikasi dalam ruangan pasif. Dalam metode ini, kelembaban tinggi diserap dan disimpan sementara di dinding dan langit-langit yang terbuat dari bahan higroskopis, pengikatan kelembaban. Alih-alih mengandalkan sistem mekanis untuk menghilangkan kelembaban, bahan-bahan ini secara alami menyerap kelembaban dan kemudian melepaskannya selama ventilasi, menawarkan alternatif yang hemat energi dan ramah lingkungan.
“Solusi kami cocok untuk ruang lalu lintas tinggi yang sudah ada di tempatnya tidak cukup,” kata Guillaume Habert, Profesor untuk Konstruksi Berkelanjutan, yang mengawasi proyek penelitian ETH.
Bahan limbah dari penggalian marmer
Habert dan tim penelitinya mengikuti prinsip ekonomi melingkar dalam pencarian mereka untuk bahan higroskopis yang sesuai. Titik awalnya adalah limbah yang ditumbuk dari tambang marmer. Diperlukan pengikat untuk mengubah bubuk ini menjadi komponen dan komponen langit-langit yang mengikat kelembaban. Tugas ini dilakukan oleh geopolimer, kelas bahan yang terdiri dari metakaolin (dikenal dari produksi porselen) dan larutan alkali (kalium silikat dan air).
Larutan alkali mengaktifkan metakaolin dan menyediakan pengikat geopolimer yang mengikat bubuk marmer untuk membentuk bahan bangunan yang kokoh. Pengikat geopolimer sebanding dengan semen tetapi memancarkan lebih sedikit co2 Selama produksinya.
Dalam proyek ETH, para ilmuwan berhasil menghasilkan prototipe komponen dinding dan langit -langit yang berukuran 20 × 20 cm dan ketebalan 4 cm. Produksi dilakukan dengan menggunakan pencetakan 3D dalam kelompok yang dipimpin oleh Benjamin Dillenburger, Profesor untuk Digital Building Technologies. Dalam proses ini, bubuk marmer diterapkan dalam lapisan dan dilem oleh pengikat geopolimer (teknologi pencetakan jet binder). “Proses ini memungkinkan produksi komponen yang efisien dalam berbagai bentuk,” kata Benjamin Dillenburger.
Komponen pengontrol kelembaban meningkatkan kenyamanan
Menggabungkan pencetakan geopolimer dan 3D untuk menghasilkan reservoir kelembaban adalah pendekatan inovatif untuk konstruksi berkelanjutan. Membangun fisikawan Magda Posani memimpin studi tentang sifat higroskopis material di ETH Zurich sebelum baru -baru ini mengambil jabatan profesor di Universitas Aalto di Espoo, Finlandia. Proyek ini didasarkan pada tesis doktoral ilmuwan material Vera Voney, yang diawasi oleh rekan peneliti senior Coralie Brumaud dan arsitek Pietro Odaglia, yang mengembangkan materi dan mesin cetak 3D di ETH.
“Kami dapat menunjukkan dengan simulasi numerik bahwa komponen bangunan dapat secara signifikan mengurangi kelembaban di ruang dalam ruangan yang sangat digunakan,” kata Posani, merangkum hasil utama dari proyek penelitian.
Untuk simulasi, diasumsikan bahwa dinding dan langit -langit ruang baca yang digunakan oleh 15 orang di perpustakaan umum di Oporto, Portugal telah sepenuhnya dilapisi dengan komponen higroskopis. Magda Posani menghitung seberapa sering dan sejauh mana kelembaban melebihi zona nyaman, yaitu kelembaban relatif 40 hingga 60 persen di ruang baca virtual ini selama setahun.
Dari sini, ia menghitung indeks ketidaknyamanan, angka yang mengekspresikan hilangnya kenyamanan yang disebabkan oleh kelembaban yang terlalu tinggi atau rendah. Jika ruang baca dilengkapi dengan komponen pengikat kelembaban, indeks ketidaknyamanan dapat dikurangi sebesar 75 persen dibandingkan dengan dinding yang dicat konvensional. Jika komponen digunakan yang setebal 5 cm, bukan hanya 4 cm, indeks ketidaknyamanan turun sebanyak 85 persen.
Lebih ramah iklim daripada sistem ventilasi
Komponen dinding dan langit-langit higroskopis ramah iklim, yaitu mereka menyebabkan emisi gas rumah kaca secara signifikan lebih rendah selama siklus hidup 30 tahun daripada sistem ventilasi yang mengalami dehumidifikasi kualitas udara pada tingkat yang sama. Dalam perhitungan simulasi, komponen dinding dan langit -langit juga dibandingkan dengan plester tanah liat yang telah digunakan sejak dahulu kala dan juga secara pasif mengatur kelembaban udara di ruang dalam ruangan. Teknik lama ini terbukti lebih ramah iklim daripada komponen higroskopis. Namun, plester memiliki kapasitas penyimpanan yang lebih rendah untuk uap air.
Penelitian di ETH telah menunjukkan bahwa kombinasi geopolimer dan pencetakan 3D dapat digunakan untuk menghasilkan komponen dinding dan langit -langit untuk buffering kelembaban yang efisien. Setelah bukti konsep ini, teknologi ini, pada prinsipnya, siap untuk dikembangkan dan diskalakan lebih lanjut untuk pembuatan industri. Pada saat yang sama, penelitian berlanjut. Dalam sebuah proyek dengan Turin Polytechnic dan Aalto University, ETH Zurich bekerja untuk memproduksi komponen dinding dan langit -langit dengan emisi gas rumah kaca yang lebih rendah. Karena satu hal yang jelas: jika Swiss ingin mencapai target nol bersih pada tahun 2050, ia membutuhkan bangunan yang menyebabkan emisi gas rumah kaca sesedikit mungkin selama konstruksi dan penggunaan.
Reference: “Low-carbon indoor humidity regulation via 3D-printed superhygroscopic building components” by Magda Posani, Vera Voney, Pietro Odaglia, Yi Du, Anastasija Komkova, Coralie Brumaud, Benjamin Dillenburger and Guillaume Habert, 10 January 2025, Komunikasi Alam.
Doi: 10.1038/s41467-024-54944-1
