Bouwtechnieken en -materialen zijn voortdurend in ontwikkeling. In dit proces proberen sommige onderzoeksteams enkele van de meest urgente problemen op te lossen, zoals het bereiken van een hogere energie-efficiëntie of het integreren van functies zoals klimaatbeheersing of verlichting direct in de bouwelementen. Vooruitgang zoals beton dat elektriciteit opwekt en gebouwen analyseert , of zeer sterke bakstenen gemaakt van eieren, tillen de bouwtechnologie naar een hoger niveau.
Aerobrick Empa Omicron-stenen.
Onderzoekers van Empa, een interdisciplinair materiaalkundig onderzoeksinstituut in Zürich, Zwitserland, hebben nu Aerobrick onthuld, een nieuw type doorschijnende baksteen gevuld met silica-aerogel. Dit revolutionaire bouwmateriaal, dat uitgebreid wordt beschreven in het wetenschappelijke tijdschrift Journal of Building Engineering, dient hetzelfde doel als traditionele bakstenen, maar laat bovendien natuurlijk licht door naar binnen en biedt aanzienlijk betere isolatie en sterkte.
Het team onder leiding van ingenieurs Jannis Wernery en Michal Ganobjak presenteerde in 2017 al een eerste versie van Aerobrick, maar ze hebben het ontwerp, de samenstelling en het productieproces verbeterd om betere prestaties te bereiken. Het doel – het bouwen van volledig doorschijnende muren met effectieve thermische isolatie – is nu werkelijkheid. Deze nieuwe stenen zullen dus helpen besparen op verwarmingskosten, zonder dat er een extra isolatielaag op het metselwerk hoeft te worden aangebracht, en ook op elektriciteitskosten, door diffuus licht in alle soorten ruimtes te bieden.
Glas en aerogel
Wernery, Ganobjak en hun collega's van de afdeling Energiematerialen en -componenten voor de bouw bij Empa wilden een materiaal ontwikkelen dat recht deed aan de principes die de Romeinse architect Vitruvius essentieel achtte voor een gebouw: duurzaamheid, functionaliteit en schoonheid.
Om dit te bereiken, testten ze verschillende ontwerpen, formaten en combinaties, maar de belangrijkste ingrediënten bleven altijd hetzelfde: floatglas (gemaakt door gesmolten glas op een laag gesmolten tin te laten drijven om een uniforme dikte en een zeer vlak oppervlak te verkrijgen), epoxyhars en silica-aerogelkorrels. Al deze materialen werden geselecteerd vanwege hun hoge optische helderheid, waardoor een maximale hoeveelheid licht erdoorheen kon zonder dat het eindresultaat transparant was.
Na honderden computersimulaties kreeg het uiteindelijke ontwerp vorm met vier 12 mm dikke floatglaspanelen die met afstandhouders verbonden waren. De zij-, onder- en bovenvlakken waren afgedicht met een 1,5 mm dikke epoxylaag. De afstandhouders werden direct tussen de glaspanelen gefuseerd met behulp van siliconen mallen. Deze techniek maakte het mogelijk om het glas te verbinden en tegelijkertijd meerdere luchtkamers ertussen te creëren voor optimale thermische isolatie.
Prototype van Aerobrick-steen. Empa Omicrono.
Om de prestaties te verbeteren, werd in de afdichting van elk van de zes ontstane holtes een kleine opening gelaten: vier in de middelste laag van de baksteen en één in elke buitenste laag. Deze openingen werden gevuld met bindmiddelvrije aerogelkorrels en vervolgens afgedicht met transparante tape. De uiteindelijke afmetingen van de baksteen zijn 500 mm × 136 mm × 84 mm.
Nadat de eerste prototypes waren verkregen, concentreerde het onderzoeksteam zich op het testen van hun eigenschappen, zowel in computersimulaties als in het laboratorium. Onderworpen aan een hydraulische pers, vertoonde de Aerobrick een druksterkte van ongeveer 45 megapascal (MPa), superieur aan die van elke baksteen die momenteel op de markt is.
Wat de thermische geleidbaarheid betreft, overschreed de met aerogel gevulde glazen baksteen niet de 53 mW/(mK), de laagste gemeten waarde van alle beschikbare materialen. Bovendien laat het materiaal het grootste deel van het zichtbare lichtspectrum door. Dankzij de hoge prestaties en esthetische kwaliteiten zou dit materiaal een nieuw constructie-element voor gevels kunnen worden
Gebruiksvoorbeelden
Volgens onderzoekers zijn glazen bouwstenen van aerogel ideaal voor ruimtes die omwille van privacy, veiligheid of verstoring geen direct zicht naar buiten mogen hebben, maar waar wel diffuus daglicht naar binnen kan vallen. Het team benadrukt dat ze vooral nuttig zijn in kantoorgebouwen, bibliotheken, musea en andere openbare ruimtes.
Een van de Aerobrick-stenen in een industriële pers. Empa Omicrono.
Ze benadrukken ook de veelzijdigheid ervan in gebouwen waar maximale daglichtbenutting en ruimtebesparing essentieel zijn. Als voorbeeld noemen ze dichtbevolkte stedelijke wijken met hoogbouw en talloze appartementen – een beschrijving die van toepassing is op de centra van Madrid, Barcelona of elke andere grote stad. Bovendien benadrukken ze de voordelen die dit type verlichting kan hebben voor gebouwgebruikers en hun circadiane ritmes, verwijzend naar de fysieke, mentale en gedragsveranderingen die een 24-uurscyclus volgen en grotendeels worden gereguleerd door daglicht.
In dezelfde lijn, wat betreft gezonde circadiane ritmes, vallen ook plaatsen zoals ziekenhuizen en verpleeghuizen, maar ook dierentuinen, maneges en andere dierenfokkerijen onder deze categorie. Planten die geen direct zonlicht nodig hebben, kunnen ook enorm profiteren van kassen die met dit type baksteen zijn gebouwd.
Illustratie van een dragende muur gebouwd met Aerobrick. Empa Omicrono.
In afwachting van patentgoedkeuring en potentiële industriële partners zijn de managers van Aerobrick zeer trots op een oplossing die lichte, dunne en energiezuinige gevels mogelijk maakt: "Wij geloven dat met aerogel gevulde glazen bakstenen meer licht in gebouwen kunnen brengen via de gevel, terwijl ze tegelijkertijd de gezondheid verbeteren en helpen om energie te besparen die nodig is voor verlichting en verwarming.".
Bron: https://www.elespanol.com/omicrono/.
