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From fiber to wall: PHYSical approach of hygrothermal transfers in BIO-based construction MATerials

Projektbeschreibung

Interne physikalische Prozesse bei biobasierten Baustoffen

Biobasierte Baustoffe wie Holz, Hanf und Zellulose reduzieren die Kohlenstoffemissionen und erhöhen den Komfort, da sie die Feuchtigkeit regulieren. Ihre Wirksamkeit beruht auf dem Zusammenspiel von Wasser und Wärmeübertragung. Allerdings mangelt es in den Bewertungen oftmals an detaillierten physikalischen Informationen. Das ERC-finanzierte Projekt PHYSBIOMAT zielt darauf ab, die internen physikalischen Prozesse von biobasierten Baustoffen zu erforschen, wobei die Sorptionsdynamik, Wasserdiffusion und Faserkonfiguration im Blickpunkt steht. Im Rahmen des Projekts wird ein umfassendes Modell von hygrothermischen Phänomenen entwickelt und auf maßstabsgetreue Baustoffe ausgeweitet. Mittels nichtinvasiver, zeitaufgelöster Magnetresonanztomographie (MRT) sollen der Feuchtigkeitsgehalt und die zeitaufgelöste Temperaturverteilung gemessen werden. Darüber hinaus wird im Rahmen des Projekts eine quelloffene Software entwickelt, mit der die hygrothermischen Eigenschaften und die Leistung auf der Grundlage von Stoffeigenschaften und Umweltbedingungen vorhergesagt werden können.

Ziel

Bio-based construction materials are air-fiber systems, such as wood, hemp, cellulose, flax, etc., possibly coated with a mineral paste. They represent a promising solution for carbon emission reduction, due to their low production cost and their partial or full recyclability. Moreover, they bring more comfort to the occupants thanks to their moisture-buffering capacity, and they require less energy for heating or cooling. These qualities are obtained through exchanges between water vapor and “bound water”, i.e. water absorbed in the solid structure, combined with heat transfers. Consequently, understanding and predicting water and heat (hygrothermal) transfers in such materials is essential to selecting them appropriately, adjusting their conditions of use, and designing innovative materials. However, the current analysis of their performance is generally based on limited evaluations at a global scale or via macroscopic models lacking physical information.
My idea is instead to open the black box and start from the fiber scale, to explicitly describe the internal physical processes at this scale, including sorption dynamics, bound water diffusion, fiber configuration, etc., and then to progressively complete and extend this approach to full-scale materials. This can be used to build for the first time a generic description, understanding, and modelling, of hygrothermal phenomena in bio-based construction materials. This physical description will be supported and enriched by several experimental innovations. Notably, internal measurements of the spatial distribution of moisture content and temperature in time will be obtained from non-invasive time-resolved magnetic resonance imaging (MRI), which can be used to validate the models and determine diffusion properties in an unequivocal way. Finally, I will develop an open-source software predicting hygrothermal characteristics and performance based on material characteristics and history of ambient conditions.

Wissenschaftliches Gebiet (EuroSciVoc)

Schlüsselbegriffe

Programm/Programme

Thema/Themen

Finanzierungsplan

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

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Aufforderung zur Vorschlagseinreichung

(öffnet in neuem Fenster) ERC-2022-ADG

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Gastgebende Einrichtung

UNIVERSITE GUSTAVE EIFFEL
Netto-EU-Beitrag
€ 2 500 000,00
Adresse
5 BOULEVARD DESCARTES CAMPUS DE MARNE-LA-VALLE
77454 MARNE-LA-VALLEE
Frankreich
Region
Ile-de-France Ile-de-France Paris
Aktivitätstyp
Higher or Secondary Education Establishments
Links
Gesamtkosten
€ 2 500 000,00

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