Denna avhandling utforskar optimering av termisk effektivitet i 3D-printade väggar, med användning av olika material och vägggeometrier. Totalt tillverkades 25 väggar med murbruk i fyra olika geometrier: ram, sicksack, tre håligheter och S-geometri. De ursprungliga planerna inkluderade experimenterande med en rad olika fyllnadsmaterial såsom geopolymer (GP), geopolymerskum (GPF) med olika koncentrationer av aluminium (Al) pulver (0,25 %, 0,5 %, 0,75 % och 1 %), geopolymer innehållande fasändringsmaterial (GPPCM), geopolymerskum med fasändringsmaterial (GPPCMF) med varierande Al-pulverkoncentrationer, samt polyuretanskum (PUF). På grund av tidsbegränsningar inleddes studien med ramväggsgeometrin och sex typer av fyllnadsmaterial: murbruk, GP, GPF med 1 % Al-pulver, GPPCM, GPPCMF med 1 % Al-pulver och PUF. Materialkarakterisering utfördes för varje fyllnadsmaterial och inkluderade densitet, termisk konduktivitet och specifik värmekapacitet för att stödja simuleringar. Även om praktiska experiment i en specialbyggd termisk kammare var planerade för att simulera externa temperaturvariationer från 17°C till 32°C, resulterade tekniska utmaningar i att enbart simuleringstekniker användes med COMSOL Multiphysics-programvaran. Separata simuleringsmodeller utvecklades för varje vägggeometri för att utvärdera termisk prestanda, där ena sidan hölls vid en konstant rumstemperatur på 22°C och den andra sidan sattes till externa temperaturförhållanden, båda tilldelade som konvektion. Energiförluster kvantifierades med formeln 𝑄 = ∑(ℎ𝑟𝑜𝑜𝑚𝐴∆𝑇𝑖) ∆𝑡𝑖 och jämfördes mot en referens med väggar fyllda enbart med murbruk. Analysen visade att ram-, sicksack- och tre hålighets-geometrierna uppvisade bättre termisk prestanda när de fylldes med GPPCM. Däremot visade GPPCMF med 0,25 % Al-pulver sämst termisk prestanda på grund av sin högsta termiska diffusivitet bland de PCM-baserade materialen som testades. Noterbart är att S-geometriväggen fylld med luft och PUF uppnådde bäst termisk prestanda av alla fall, kännetecknad av minimal energiförlust. Detta berodde på en sandwich-struktur med låg konduktivitet och lämplig värmekapacitet tack vare murbruket mellan lagren. Dessa resultat ger lovande insikter för framtida forskning om utveckling av byggmaterial som förbättrar energieffektiviteten i arkitektoniska tillämpningar.

This thesis explores the optimization of thermal efficiency in 3D-printed walls, employing a variety of materials and wall geometries. A total of 25 walls were fabricated using mortar in four distinct geometries: frame, zigzag, three-void, and S-geometry. Initial plans included experimenting with a wide range of infill materials such as geopolymer (GP), geopolymer foam (GPF) with different concentrations of aluminum (Al) powder (0.25%, 0.5%, 0.75%, and 1%), geopolymer incorporating phase change materials (GPPCM), geopolymer foam incorporating phase change materials (GPPCMF) with varying Al powder concentrations, and polyurethane foam (PUF). Due to time constraints, the study was initiated with the frame wall geometry using six types of infills: mortar, GP, GPF with 1% Al powder, GPPCM, GPPCMF with 1% Al powder, and PUF. Material characterizations were conducted for each infill, assessing density, thermal conductivity, and specific heat capacity to support simulation inputs. Although practical experiments in a custom-built thermal chamber were planned to simulate external temperature variations from 17°C to 32°C, technical challenges resulted in the exclusive use of simulation techniques with COMSOL Multiphysics software. Separate simulation models were developed for each wall geometry to evaluate thermal performance, with one side maintained at a constant room temperature of 22°C and the other side was set to the external temperature conditions, both assigned as convection. Energy losses were quantified using the formula 𝑄 = ∑(ℎ𝑟𝑜𝑜𝑚𝐴∆𝑇𝑖) ∆𝑡𝑖 and compared against a baseline of walls filled solely with mortar. The analysis highlighted that the frame, zigzag and three-void geometries exhibited superior thermal performance when filled with GPPCM. In contrast, GPPCMF with 0.25% Al powder demonstrated the poorest thermal performance due to having the highest thermal diffusivity among the PCM-based materials tested. Notably, the S-geometry wall filled with air and PUF achieved the best thermal performance among all cases, characterized by minimal energy loss. This was due to a sandwich structure with low conductivity and proper heat capacity due to having mortar in between. These findings provide promising insights into future research directions for developing building materials that enhance energy efficiency in architectural applications.