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的3D打印墙板，这种墙板可以被动地控制湿度，从而减少排放，提高繁忙室内区域的舒适度。

无论是在办公室会议室、博物馆展厅，还是政府机构的等候区，随着空气迅速变得浑浊，人们聚集的空间往往会出现空气质量明显下降的情况。这一影响部分是由于湿度增加所致。办公室和行政大楼通常会使用通风系统来为这些空间除湿并保持舒适氛围。虽然机械除湿效果显著，但会消耗大量能源，而且根据电力来源的不同，还可能对环境产生负面影响。

鉴于这些挑战，苏黎世联邦理工学院的研究人员探索了一种新的室内被动除湿方法。该方法使用吸湿且保水的材料制成墙壁和天花板，用于吸收并暂时储存高湿度。这些材料无需依赖机械系统除湿，而是自然吸收湿度，并在通风过程中将其释放，从而提供了一种节能且环保的替代方案。

“我们的解决方案适用于人流量大且现有通风系统不足以满足需求的场所，”可持续建筑学教授吉洛姆·哈伯特说道，他负责监督苏黎世联邦理工学院的研究项目。

大理石开采产生的废料

哈伯特及其研究团队在寻找合适的吸湿材料时遵循了循环经济的原则。他们的起点是大理石采石场产生的精细研磨废料。要将这些粉末转化为具有吸湿功能的墙壁和天花板组件，需要一种粘合剂。这一任务是由地质聚合物完成的，这是一类由偏高岭土（瓷器生产中已知的材料）和碱性溶液（硅酸钾和水）组成的材料。

碱性溶液能激发偏高岭土并产生一种地质聚合物粘合剂，这种粘合剂可将大理石粉粘结起来，形成一种固体建筑材料。地质聚合物粘合剂与水泥相当，但在生产过程中其二氧化碳排放量较低。

在苏黎世联邦理工学院的项目中，科学家们成功制作了一个20×20厘米、厚4厘米的墙壁和天花板构件的原型。该构件由数字建筑技术教授本杰明·迪伦伯格 (Benjamin Dillenburger) 带领的团队使用3D打印技术制造而成。在这个过程中，大理石粉末分层涂覆，并通过地聚合物粘合剂（粘合剂喷射打印技术）进行粘合。“该工艺能够以高效的方式生产各种形状的构件，”本杰明·迪伦伯格表示。

控湿组件提高了舒适度

将地质聚合物与3D打印技术相结合以建造蓄水池，是一种建筑可持续发展的创新方法。建筑物理学家玛格达·波萨尼（Magda Posani）曾在苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）领导对该材料吸湿性能的研究，最近她于芬兰埃斯波的阿尔托大学（Aalto University）担任教授。该项目基于材料科学家维拉·沃尼（Vera Voney）的博士论文，由高级研究助理科拉莉·布鲁莫（Coralie Brumaud）和建筑师皮特罗·奥达利亚（Pietro Odaglia）监督，他们二人在苏黎世联邦理工学院开发了该材料和3D打印机。

波萨尼在总结该研究项目的主要成果时说：“通过数值模拟，我们能够证明建筑构件可以显著降低使用频繁的室内空间的湿度。”

在此次模拟中，我们假设位于葡萄牙波尔图的一家公共图书馆内有一间可供 15 人使用的阅览室，其墙壁和天花板完全采用吸湿材料装修。玛格达·波萨尼计算了在一年之中，该虚拟阅览室的湿度超出舒适区间（即 40% 至 60% 的相对湿度）的频率和程度。

据此，她计算出不适指数，该数值表示由于湿度过高或过低导致舒适度降低的程度。如果阅览室安装了调湿组件，与传统涂料墙面相比，不适指数可降低75%。如果使用的是5厘米厚的组件而不是4厘米厚的组件，不适指数可降低多达85%。

比通风系统更环保

吸湿墙壁和天花板部件符合气候友好型要求，即在其30年的生命周期内，其温室气体排放量明显低于将空气质量除湿到同等程度的通风系统。在模拟计算中，还将墙壁和天花板部件与自古以来就使用的可调节室内空气湿度的粘土灰泥进行了比较。事实证明，这种古老的技术比吸湿部件更加符合气候友好型要求。然而，粘土灰泥的水蒸气储存能力较低。

苏黎世联邦理工学院（ETH）的研究表明，地质聚合物与3D打印技术的结合可用于生产具有高效湿度调节功能的墙体和天花板构件。在概念验证成功后，该技术原则上已具备进一步开发和扩大规模以用于工业化生产的条件。同时，研究仍在继续。在与都灵理工大学和阿尔托大学合作的一个项目中，苏黎世联邦理工学院正致力于生产温室气体排放量更低的墙体和天花板构件。因为有一点是明确的：如果瑞士希望在2050年实现净零排放目标，就需要建造在施工和使用过程中产生尽可能少温室气体排放的建筑。

参考文献：《通过3D打印的超吸湿建筑构件实现室内低碳湿度调节》，作者：Magda Posani、Vera Voney、Pietro Odaglia、杜轶、Anastasija Komkova、Coralie Brumaud、Benjamin Dillenburger、Guillaume Habert，发表于2025年1月10日，《自然-通讯》。DOI：10.1038/s41467-024-54944-1