苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）的科学家利用大理石废料制造出了环保型 3D 打印墙板，这种墙板可以被动地控制湿度，减少废气排放，提高繁忙室内区域的舒适度。
苏黎世联邦理工学院的一个研究小组开发出了一种新型湿气粘合材料。 如果将这种材料用于墙壁和天花板，就能降低室内湿度。 图片来源：Pietro Odaglia / Josef Kuster / ETH Zurich
无论是在办公室会议室、博物馆展厅，还是在政府办公室的等候区，人们聚集的地方往往会因为空气迅速变浓而导致空气质量明显下降。 造成这种影响的部分原因是湿度增加。 办公和行政楼宇通常采用通风系统来除湿，以保持舒适的氛围。 虽然机械除湿效果显著，但却会消耗大量能源，而且根据电力来源的不同，还会对环境造成负面影响。
鉴于这些挑战，ETH Zurich 的研究人员探索了一种被动式室内除湿的新方法。 在这种方法中，高湿度被吸收并暂时储存在由吸湿性、湿度结合材料制成的墙壁和天花板中。 这些材料不是依靠机械系统来排除湿气，而是自然吸收湿气，然后在通风过程中释放出来，提供了一种节能环保的替代方法。
"我们的解决方案适用于现有通风系统无法满足要求的高流量空间，"负责监督 ETH 研究项目的可持续建筑教授纪尧姆-哈伯特（Guillaume Habert）说。
哈伯特和他的研究团队遵循循环经济原则，寻找合适的吸湿材料。 起点是大理石采石场的细磨废料。 要将这种粉末变成具有防潮功能的墙壁和天花板部件，需要一种粘合剂。 这项工作由土工聚合物完成，土工聚合物是由偏高岭土（陶瓷生产中已知的材料）和碱性溶液（硅酸钾和水）组成的一类材料。
碱性溶液可激活偏高岭土，并提供一种土工聚合物粘合剂，将大理石粉粘合在一起，形成一种坚固的建筑材料。 这种土工聚合物粘合剂与水泥相当，但在生产过程中排放的二氧化碳更少。
在联邦理工学院的项目中，科学家们成功制作了一个墙壁和天花板部件的原型，尺寸为 20 × 20 厘米，厚度为 4 厘米。 数字建筑技术教授本杰明-迪伦伯格（Benjamin Dillenburger）领导的小组利用三维打印技术进行了生产。 在这一过程中，大理石粉末被分层涂抹，并由土工聚合物粘合剂（粘合剂喷射打印技术）粘合。他："这种工艺可以高效生产各种形状的部件。"
将土工聚合物与三维打印技术相结合，生产出一种湿气储存器，这是实现可持续建筑的一种创新方法。 建筑物理学家玛格达-波萨尼（Magda Posani）在苏黎世联邦理工学院领导了对这种材料吸湿特性的研究，最近在芬兰埃斯波的阿尔托大学担任教授。 该项目以材料学家维拉-沃尼（Vera Voney）的博士论文为基础，由高级研究助理科拉利-布鲁莫（Coralie Brumaud）和建筑师皮埃特罗-奥达利亚（Pietro Odaglia）指导。
波萨尼总结研究项目的主要成果时说："我们能够通过数值模拟证明，建筑构件能够显著降低使用率高的室内空间的湿度。"
在模拟过程中，假定葡萄牙波尔图市一家公共图书馆内供 15 人使用的阅览室的墙壁和天花板完全衬有吸湿成分。 Magda Posani 计算了这个虚拟阅览室一年中湿度超过舒适区（即相对湿度在 40% 至 60% 之间）的频率和程度。
由此，她计算出了一个不适指数，这个数字表示湿度过高或过低造成的舒适度损失。 如果阅览室安装了防潮组件，与传统的粉刷墙面相比，不适指数可降低 75%。 如果使用厚度为 5 厘米而非 4 厘米的组件，则不适指数可降低 85%。
吸湿性墙壁和天花板组件对气候友好，即在 30 年的使用周期内，其温室气体排放量大大低于除湿效果相同的通风系统。 在模拟计算中，墙壁和天花板组件还与自古以来一直使用的粘土灰泥进行了比较，后者也能被动地调节室内空间的空气湿度。 事实证明，这种古老的技术比吸湿组件对气候更加友好。 不过，石膏对水蒸气的储存能力较低。
ETH 的研究表明，土工聚合物与 3D 打印技术的结合可用于生产墙壁和天花板组件，从而实现有效的湿气缓冲。 经过这一概念验证后，原则上该技术可以进一步开发并按比例用于工业生产。 与此同时，研究工作仍在继续。 苏黎世联邦理工学院与都灵理工学院和阿尔托大学合作开展了一个项目，致力于生产温室气体排放量更低的墙壁和天花板组件。 因为有一点很清楚：如果瑞士想在 2050 年实现净零排放目标，就需要在建筑和使用过程中尽可能减少温室气体排放的建筑。
编译自/scitechdaily