Τα βιώσιμα δομικά υλικά βελτιώνουν το κλίμα στους εσωτερικούς χώρους και ο ρόλος των αποβλήτων από λατομεία μαρμάρου

Τι σχέση έχει η κυκλική οικονομία, τα απόβλητα εξορύξεων και οι βιώσιμες κατασκευές; Πολιτικοί Μηχανικοί και Αρχιτέκτονες στη Ζυρίχη απέδειξαν ότι η μαρμαρόσκονη μπορεί να αξιοποιηθεί για τη δημιουργία ενός νέου δομικού υλικού που θα μειώνει την υγρασία σε εσωτερικούς τοίχους αν χρησιμοποιηθεί στην κατασκευή τοίχων και οροφών.

Είτε πρόκειται για την αίθουσα συνεδριάσεων ενός κτιρίου γραφείων, είτε για την αίθουσα εκθέσεων ενός μουσείου, ή για κάποιον χώρο αναμονής, ο συνωστισμός ατόμων κάνει γρήγορα τον αέρα πυκνό και δημιουργεί δυσφορία. Αυτό οφείλεται εν μέρει στην αυξημένη υγρασία. Τα συστήματα εξαερισμού χρησιμοποιούνται συνήθως σε κτίρια γραφείων και διοικητικών υπηρεσιών για την αφύγρανση των χώρων και την εξασφάλιση μιας άνετης ατμόσφαιρας. Ωστόσο, η μηχανική αφύγρανση λειτουργεί αξιόπιστα, αλλά καταναλώνει ενέργεια.

Οι ερευνητές στο Ομοσπονδιακό Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Ζυρίχης εξέτασαν τη χρήση βιώσιμων δομικών υλικών για την καλύτερη παθητική αφύγρανση εσωτερικών χώρων.

Με το παθητικό σύστημα η υγρασία αντί να απελευθερώνεται στο περιβάλλον από ένα μηχανικό σύστημα εξαερισμού, αποθηκεύεται προσωρινά στα βιώσιμα δομικά υλικά και απελευθερώνεται αργότερα όταν ο χώρος αερίζεται.

Η ομάδα μελέτησε τις επιδράσεις των υγροσκοπικών υλικών, τα οποία βοήθησαν την υψηλή υγρασία να απορροφηθεί από τους τοίχους και τις οροφές και να αποθηκευτεί προσωρινά εκεί.

«Η λύση μας είναι κατάλληλη για χώρους με μεγάλη κυκλοφορία, για τους οποίους τα ήδη υπάρχοντα συστήματα εξαερισμού δεν επαρκούν», εξήγησε ο Guillaume Habert, καθηγητής Βιώσιμων Κατασκευών, ο οποίος επέβλεψε το ερευνητικό έργο του ETH, όπως αναφέρεται σε σχετική ενημέρωση του Ινστιτούτου.

Βιώσιμα δομικά υλικά από την εξόρυξη μαρμάρου

Κατά την αναζήτηση κατάλληλων υγροσκοπικών υλικών, η ομάδα ακολούθησε την αρχή της κυκλικής οικονομίας ξεκινώντας με τα απόβλητα από λατομεία μαρμάρου.

Για τη μετατροπή της μαρμαρόσκονης σε στοιχείο του τοίχου και της οροφής που θα δεσμεύει την υγρασία χρειάστηκε ένα συνδετικό υλικό. Τον ρόλο αυτό ανέλαβαν τα γεωπολυμερή, μια κατηγορία υλικών που αποτελείται από μετακαολίνη (γνωστή από την παραγωγή πορσελάνης) και ένα αλκαλικό διάλυμα (πυριτικό κάλιο και νερό).

Το αλκαλικό διάλυμα ενεργοποιεί την μετακαολίνη και παρέχει ένα γεωπολυμερές συνδετικό υλικό που δεσμεύει τη μαρμαρόσκονη για να σχηματίσει στερεά, βιώσιμα δομικά υλικά. Το γεωπολυμερές συνδετικό υλικό είναι συγκρίσιμο με το τσιμέντο, αλλά εκπέμπει λιγότερο CO2 κατά την παραγωγή του.

Οι ερευνητές κατάφεραν να κατασκευάσουν ένα πρωτότυπο ενός τοίχου και μίας οροφής διαστάσεων 20 × 20 cm και πάχους 4 cm. Η παραγωγή έγινε με τη χρήση τρισδιάστατης εκτύπωσης και τη συμμετοχή ομάδας υπό τον Benjamin Dillenburger, καθηγητή Ψηφιακών Κτιριακών Τεχνολογιών.

Κατά τη διαδικασία αυτή, η μαρμαρόσκονη εφαρμόζεται σε στρώσεις και συγκολλείται με το γεωπολυμερές συνδετικό υλικό. «Η διαδικασία αυτή επιτρέπει την αποτελεσματική παραγωγή βιώσιμων εξαρτημάτων σε μεγάλη ποικιλία σχημάτων», δήλωσε ο Dillenburger.

Τα συστατικά που ελέγχουν την υγρασία αυξάνουν την άνεση

Ο συνδυασμός γεωπολυμερούς και τρισδιάστατης εκτύπωσης για την παραγωγή μιας δεξαμενής υγρασίας αποτελεί μια καινοτόμο προσέγγιση για την παραγωγή βιώσιμων δομικών υλικών.

Στη συνέχεια με σειρά από προσομοιώσεις η ομάδα απέδειξε ότι τα βιώσιμα δομικά υλικά μπορούν να μειώσουν σημαντικά την υγρασία σε εσωτερικούς χώρους που χρησιμοποιούνται σε μεγάλο βαθμό.

Το σενάριο της προσομοίωσης θεώρησε ότι οι τοίχοι και η οροφή ενός αναγνωστηρίου που χρησιμοποιείται από 15 άτομα σε μια δημόσια βιβλιοθήκη στο Πόρτο της Πορτογαλίας είχαν επενδυθεί πλήρως με υγροσκοπικά υλικά. Εάν το αναγνωστήριο ήταν εξοπλισμένο με στοιχεία που δεσμεύουν την υγρασία, ο δείκτης δυσφορίας θα μπορούσε να μειωθεί κατά 75% σε σύγκριση με έναν συμβατικά βαμμένο τοίχο. Εάν χρησιμοποιούνταν εξαρτήματα πάχους 5 εκατοστών αντί για μόλις 4 εκατοστά, ο δείκτης δυσφορίας μειωνόταν έως και 85%.

Μια «πράσινη» εναλλακτική λύση στα συστήματα εξαερισμού

Τα υγροσκοπικά στοιχεία τοίχου και οροφής είναι φιλικά προς το περιβάλλον, καθώς προκαλούν σημαντικά χαμηλότερες εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου κατά τη διάρκεια ενός κύκλου ζωής 30 ετών σε σχέση με ένα σύστημα εξαερισμού που αφυγραίνει την ποιότητα του αέρα στον ίδιο βαθμό.

Στους υπολογισμούς προσομοίωσης, τα στοιχεία τοίχου και οροφής συγκρίθηκαν επίσης με τον πήλινο σοβά, ο οποίος χρησιμοποιείται από αρχαιοτάτων χρόνων και ρυθμίζει παθητικά την υγρασία του αέρα στους εσωτερικούς χώρους.

Αυτή η παλιά τεχνική αποδείχθηκε ακόμη πιο φιλική προς το κλίμα από τα υγροσκοπικά υλικά. Ωστόσο, ο γύψος έχει μικρότερη ικανότητα αποθήκευσης υδρατμών.

Η έρευνα δείχνει ότι ο συνδυασμός γεωπολυμερούς και τρισδιάστατης εκτύπωσης μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή στοιχείων τοίχου και οροφής επιτυγχάνοντας αποτελεσματική απομόνωση της υγρασίας.

Η τεχνολογία είναι έτοιμη να αναπτυχθεί περαιτέρω και να κλιμακωθεί για βιομηχανική παραγωγή.