Самал Сулейменова 
Исследователи из ETH Zurich изучили использование устойчивых строительных материалов для обеспечения более эффективной пассивной дегидратации внутренних помещений.
Вместо того чтобы выбрасывать влагу в окружающую среду через механическую вентиляционную систему, влага временно хранится в устойчивых строительных материалах и позже выделяется при проветривании помещения.
Исследователи изучили влияние гигроскопичных материалов, которые способствовали поглощению высокой влажности стенами и потолками, временно храня ее там.
“Наше решение подходит для помещений с высокой проходимостью, для которых уже существующие системы вентиляции недостаточны,” объяснил Гийом Хаберт, профессор устойчивого строительства, курировавший исследовательский проект ETH.
Устойчивые строительные материалы из добычи мрамора.
Команда следовала принципу циркулярной экономики в поисках подходящих гигроскопичных материалов. Отправной точкой стало мелко измельченное сырье из мраморных карьеров.
Для превращения этого порошка в влагосвязывающие компоненты для стен и потолков требуется связующее. Эту задачу выполняет геополимер — класс материалов, состоящий из метакаолина (известного по производству фарфора) и щелочного раствора (кремния и воды).
Щелочной раствор активирует метакаолин и предоставляет геополимерное связующее, которое связывает мраморный порошок, формируя твердые, устойчивые строительные материалы. Геополимерное связующее сопоставимо с цементом, но выделяет меньше CO2 в процессе производства.
Исследователи смогли создать прототип компонента стен и потолков размером 20 × 20 см и толщиной 4 см. Производство проводилось с использованием 3D-печати в группе под руководством Бенжамена Дилленбургера, профессора цифровых строительных технологий.
В этом процессе мраморный порошок наносится слоями и склеивается геополимерным связующим (технология печати с использованием связующего).
“Этот процесс позволяет эффективно производить устойчивые компоненты в самых разных формах,” сказал Дилленбургер.
Компоненты, контролирующие влагу, увеличивают комфорт.
Сочетание геополимера и 3D-печати для производства влагосборника является инновационным подходом к созданию устойчивых строительных материалов.
Строительный физик Магда Посани руководила исследованием гигроскопичных свойств материала в ETH Zurich. Проект основан на докторских диссертациях ученого-материаловеда Веры Воуней, курируемой старшим научным сотрудником Коралли Брумо и архитектором Пьетро Одалия, которые разработали материал и 3D-принтер в ETH.
Посани заявила: “Мы смогли продемонстрировать с помощью численных симуляций, что устойчивые строительные материалы могут значительно снизить влажность в сильно загруженных внутренних помещениях.”
Для симуляции предполагалось, что стены и потолок читального зала, используемого 15 людьми в публичной библиотеке в Порту, были полностью обшиты гигроскопичными компонентами.
Посани рассчитала, как часто и насколько сильно влажность превышала комфортную зону, такую как 40-60% относительной влажности в этом виртуальном читальном зале в течение года.
Отсюда она рассчитала индекс дискомфорта — показатель, который выражает потерю комфорта, вызванную чрезмерно высокой или низкой влажностью. Если читальный зал будет оборудован влагосвязывающими компонентами, индекс дискомфорта можно будет снизить на 75% по сравнению с обычной окрашенной стеной. Если будут использованы компоненты толщиной 5 см вместо всего 4 см, индекс дискомфорта упадет до 85%.
Экологически чистая альтернатива вентиляционным системам.
Гигроскопичные компоненты стен и потолков являются экологически чистыми, так как они приводят к значительно меньшим выбросам парниковых газов за 30-летний жизненный цикл по сравнению с вентиляционной системой, которая дегидратирует качество воздуха в такой же степени.
В симуляционных расчетах также сравнивали стеновые и потолочные компоненты с глиняной штукатуркой, которая используется с древних времен и пассивно регулирует влажность воздуха в помещениях.
Эта старая техника оказалась даже более экологически чистой, чем гигроскопичные материалы. Однако штукатурка имеет более низкую емкость для хранения водяного пар.
Исследование показывает, что сочетание геополимера и 3D-печати может быть использовано для производства стеновых и потолочных компонентов для эффективного буферизации влаги.
Благодаря этому доказательству концепции, технология готова к дальнейшей разработке и масштабированию для промышленного производства.
