3D-AM Thermally Smart Composites for Highly Sustainable and Energy Efficient Building Design and Retrofitting

3D-AM 热智能复合材料用于高度可持续和节能的建筑设计和改造

基本信息

  • 批准号:
    RGPIN-2022-03808
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 3.13万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2022-01-01 至 2023-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Reducing energy-related CO2 emissions from the construction sector is critical to curbing the unprecedented recent increase in the global mean abundance of carbon dioxide. According to the 2020 Global Status Report for Buildings and Construction, the sector accounts for almost 38% of energy- and process-related CO2 emissions worldwide. In particular, cement production and energy use in construction and its operational phases, and the disposal of demolition waste after the service life cycle, are the major sources of emission related to the building sector. Despite the severe environmental impact, almost all construction projects still rely on decades-old - and unstainable -- methods of construction and retrofitting, which need to be updated with novel methodologies to advance the construction industry toward greater sustainability. To eliminate the environmental impact of cementitious concretes and limit the energy use of buildings while properly recycling construction and demolition wastes (CDW), this research proposes to develop novel, thermally-smart, eco-friendly and energy-saving CDW-based geopolymer composites that can be easily used as structural and insulation/retrofitting materials in new and existing buildings via three-dimensional additive manufacturing (3D-AM) processing techniques. It is expected they will have the advantages of phase change materials (PCMs) in terms of enhanced storage capacity, be completely stable and PCM leak-proof, be optimally designed with conductive fillers for maximizing their thermal conductivity and have high mechanical and durability performance. Further, they will be based entirely on CDW materials through their maximized inclusion as binders, aggregates and hardeners. Hence, the resulting thermally smart composites will be optimized for the 3D printing process by fulfilling the required rheological, thixotropic, mechanical and printability properties of additive manufacturing. The targeted geopolymer composites will be developed to suit any building design and retrofitting application through reinforced building envelope walls and retrofitting/coating techniques. The final performance assessment of these innovative systems will be undertaken on laboratory-scale prototypes under various hot and cold environments to ensure that the targeted thermal performances are achieved. Also, sustainability and cost effectiveness will be ensured from material synthesis to the final application of the developed composites by performing environmental and cost assessment analyses throughout the planned tasks. The outcome of the proposed research will be to greatly reduce energy consumption by the building sector in Canada and around the world, and to find practical, ecological solutions for the mass recycling of landfilled CDW materials. Such energy savings are expected to be a significant advancement toward decarbonizing the construction industry and reducing global CO2 emissions and related climate change impact.
减少建筑部门与能源有关的二氧化碳排放量对于遏制全球二氧化碳平均丰度最近前所未有的增长至关重要。根据《2020年全球建筑现状报告》,建筑业占全球能源和工艺相关二氧化碳排放量的近38%。特别是,建筑及其运营阶段的水泥生产和能源使用,以及在使用寿命周期结束后对拆除废物的处置,是建筑部门的主要排放源。尽管对环境造成了严重影响,但几乎所有的建筑项目仍然依赖于几十年前的建筑和改造方法,这些方法需要更新,采用新的方法来推动建筑业实现更大的可持续性。为了消除水泥混凝土对环境的影响,并限制建筑物的能源使用,同时适当回收建筑和拆除废物(CDW),本研究提出开发新型,热智能,环保节能的CDW基地质聚合物复合材料,可通过三维增材制造(3D-AM)轻松用作新建和现有建筑物的结构和隔热/翻新材料加工技术预计它们将具有相变材料(PCM)在增强的存储容量方面的优点,完全稳定且PCM防漏,最佳地设计有导电填料以最大化其热导率,并且具有高机械和耐久性性能。此外,它们将完全基于CDW材料,通过最大限度地将其作为粘合剂,骨料和硬化剂。因此,所得到的热智能复合材料将通过满足增材制造所需的流变、触变、机械和可印刷性特性而针对3D打印工艺进行优化。将开发有针对性的地质聚合物复合材料,以适应任何建筑设计和改造应用,通过加强建筑围护墙和改造/涂层技术。这些创新系统的最终性能评估将在各种冷热环境下对实验室规模的原型进行,以确保实现目标热性能。此外,通过在整个计划任务中进行环境和成本评估分析,将确保从材料合成到开发的复合材料的最终应用的可持续性和成本效益。拟议研究的结果将大大减少加拿大和世界各地建筑部门的能源消耗,并为大规模回收填埋的CDW材料找到实用的生态解决方案。预计这种节能将是建筑业脱碳和减少全球二氧化碳排放及相关气候变化影响的重大进步。

项目成果

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Lachemi, Mohamed其他文献

Effect of metakaolin and silica fume on the durability of self-consolidating concrete
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Novel Green Concrete Components for Modular Construction
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  • 资助金额:
    $ 3.13万
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  • 批准号:
    RGPIN-2017-04725
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  • 资助金额:
    $ 3.13万
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  • 批准号:
    RGPIN-2017-04725
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 3.13万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
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  • 资助金额:
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  • 批准号:
    205026-2012
  • 财政年份:
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  • 资助金额:
    $ 3.13万
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    205026-2012
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    $ 3.13万
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AM-RAMP2、3系による血管および癌関連線維芽細胞の制御と癌転移抑制法の開発
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  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 3.13万
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