研究人员表明：3D打印房屋更节能

时间：2022-08-12 10:55 来源：中国3D打印网作者：admin 阅读：次

中国3D打印网8月12日讯，德黑兰大学的研究人员开发了一种新型混凝土，可以3D打印到房屋中，产生的二氧化碳排放量比目前的建筑少 400 倍。在模拟的家庭 3D 打印中，研究小组发现，使用与隔热和相变材料 (PCM) 混合的活性氧化镁可以降低其能源使用和环境影响。如果在更广泛的范围内部署，工程师们表示，这种材料可以帮助 3D 打印成为解决住房短缺和气候变化问题的更具吸引力的工具。

该团队的 DesignBuilder 3D 打印房屋模型。图片来自德黑兰大学。
建筑业的碳排放
        根据欧盟委员会的研究，传统建造的建筑物占欧盟产生的所有二氧化碳排放量的 36%。当然，由于人口增长，经济适用房建设是必要的，但更可持续地建设这些住房正迅速成为研究的热门话题。这些研究通常围绕减少建筑物的冷却和加热负荷展开。
        这样做被认为对于提高房屋建造过程的可持续性至关重要，因为它可以帮助降低与建造和供暖相关的燃料需求。先前的研究发现，提高此类建筑物热性能的一种方法是使用 PCM 进行 3D 打印，能够吸收特定范围内的热量并管理内部温度。
       然而，德黑兰团队表示，这些 PCM 已被证明能够“提高热容量”，但它们的机械性能可能会下降，从而阻碍其最终用途应用的潜力。工程师们还声称，将地聚合物网络注入水泥中的其他材料在环境方面取得了不同程度的成功，其中一些仍然具有较高的二氧化碳排放量。

正在运行的混凝土 3D 打印机。照片来自汉密尔顿实验室。
3D打印房更可持续
为了确定 3D 打印房的最佳水泥配方，该团队研究了模拟建筑的性能，通过氧化镁 (RMC) 和硫铝酸钙 (CSA) 水泥实现。通过 DesignBuilder 软件进行的测试，证明两者都能够快速设置并显示出较高的初始强度水平，但 RMC 的抗压强度更高，为 60 MPa。在分析这种虚拟两层建筑的可持续性时，研究人员选择对其进行从运输到材料和电力使用的全生命周期评估 (LCA)。事实证明，LCA 的结果表明，他们的两种水泥配方的生态影响都低于传统的波特兰水泥，而 CSA 的能耗高于 RMC。
为了使他们的材料更有效地控制内部温度，工程师后来在混合物中添加了氯化钙。添加该化合物使混合物能够被 3D 打印到混凝土中，当它们达到熔点或冰点时，能够吸收和释放热量。在模拟中用泡沫补充 RMC 也增强了这种效果，优化了建筑物的绝缘。最终，人们发现镁的存在会增加房屋墙壁的致癌毒性，但带有绝缘材料的 3D 打印 RMC 对生态的影响最小。因此，该团队得出结论，3D 打印可以“极大地帮助降低未来建筑的能源消耗”，即使他们的 RMC 仍然非常耗水并且存在需要解决的毒性问题。

研究人员的 LCA 结果。图片来自德黑兰大学。
AM 在自建筑行业中的潜力

正在进行大量研究以优化混凝土 3D 打印建筑的热效率，特别是在建筑材料领域。例如，德克萨斯 A&M 大学的研究人员开发了 3D 打印相变材料，可用于建造能够被动内部温度调节的房屋。过去，Microlight3D 还获得了欧盟的支持，以开发用于建造“自冷”建筑的混凝土。作为未来和新兴技术 (FET) 计划的一部分，该公司与五所欧洲大学合作，旨在设计一种能够对抗城市热岛现象的微结构材料。

在其他地方，斯威本科技大学和河北科技大学的团队采取了不同的方法来使房屋建筑更加环保。通过开发一种由建筑垃圾制成的 3D 打印材料，工程师们希望减少增材制造建筑的二氧化碳排放以及该技术对自然资源的依赖。

(责任编辑：admin)

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