Kötetlen szalmaszál halmazok mikro- és mikrostruktúrája módosításának hatása a hővezetésére

Effect of modification of micro- and microstructure of unbound straw fibre clusters on thermal conductivity

  • FENYVESI Olivér
  • CSANÁDY Dániel
Keywords: hőszigetelés, mikroszerkezet, makroszerkezet, környezettudatos epítőanyag, szalma, biológiailag lebomló

Abstract

In this paper, the effect of modifying the micro- and microstructure of straw-based thermal insulation material on thermal conductivity was investigated. In the natural state, most plant fibres can be only applied as thermal insulation as a kind of space-filling material, and their thermal parameters still lag behind those of artificial materials. In this way, natural plant fibres are relatively commonly used in prefabricated structures. The vast majority of thermal insulation materials, on the other hand, are installed in the case of retrofitting thermal insulation of existing buildings, where these fibres appear in a very small percentage. Due to the micro and macrostructure of straw from agricultural activities, after appropriate treatments, it is a suitable raw material for the production of thermal insulation.
Overall, the thermal conductivity measured after the application of different levels of fibre modifications was 17% lower than the initial state. The treated fibres can be panelled with a special modified silicate adhesive, making them suitable for subsequent use as facade thermal insulation. It is important that the thermal insulation remain environmentally friendly even after treatment, because no toxic material or polymers have to be used during the production.

Kivonat

Jelen cikkben egy szalma alapú hőszigetelő anyag mikro- és mikrostruktúrája módosításának hatását vizsgáltuk a hővezetésre. A növényi szálak többsége természetes állapotban csak valamilyen térkitöltő anyagként képes hőszigetelésként funkcionálni, továbbá hőtechnikai paraméterei így is elmaradnak a mesterséges anyagokétól. Ilyen módon előregyártott szerkezetben viszonylag elterjedten alkalmaznak természetes növényi szálakat. A hőszigetelő anyagok túlnyomó többsége viszont meglévő épületek utólagos hőszigetelése esetén kerül beépítésre, ahol ezen szálak nagyon kis százalékban jelennek meg. A mezőgazdasági tevékenységből származó szalma szerkezeti struktúrája miatt megfelelő kezelések után alkalmas alapanyag hőszigetelés gyártásához. A különböző szintű szálmodifikációk alkalmazása után mért hővezetési tényező összességében 17%-al volt alacsonyabb a kezdeti állapotnál. A kezelt szálakat egy speciális modifikált szilikát ragasztóval táblásítani is lehet, így alkalmassá válik utólagos homlokzati hőszigetelésnek. Fontos, hogy a termék a kezelés után is környezetbarát marad, mivel a kezelés során nem szükséges toxikus anyagokat és műanyagokat használni.

References

D. Ürge-Vorsatz, L. F. Cabeza, S. Serrano, C. Barreneche, and K. Petrichenko, “Heating and cooling energy trends and drivers in buildings,” Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2015.

F. Varriale and P. Jones, “Forecasting future demand for domestic thermal insulation in Wales,” Indoor Built Environ., 2016.

J. Bull, “Embodied Carbon of Insulation,” Embodied Carbon of Insulation", 2012. [Online]. Available: http://www.greenspec.co.uk/building-design/embodied-carbon-of-insulation/.

D. Bozsaky, “The historical development of thermal insulation materials,” Period. Polytech. Archit., 2010.

F. Asdrubali and Umberto Desideri, “Handbook of Energy efficiency in Buildings - A Life Cycle Approach,” Handbook of Energy efficiency in Buildings - A Life Cycle Approach. 2018.

C. Magwood, “Best Walls for Building a Home.,” Mother Earth News, 2016.

L. Aditya et al., “A review on insulation materials for energy conservation in buildings,” Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2017.

S. Vaitkus, R. Karpaviciute, S. Vejelis, and L. Lekunaite, “Development and research of thermal insulation materials from natural fibres,” in Key Engineering Materials, 2014.

I. Florea and D. L. Manea, “Analysis of Thermal Insulation Building Materials Based on Natural Fibers,” in Procedia Manufacturing, 2019.

C. Rojas, M. Cea, A. Iriarte, G. Valdés, R. Navia, and J. P. Cárdenas-R, “Thermal insulation materials based on agricultural residual wheat straw and corn husk biomass, for application in sustainable buildings,” Sustain. Mater. Technol., 2019.

S. Panyakaew and S. Fotios, “New thermal insulation boards made from coconut husk and bagasse,” Energy Build., 2011.

R. Gallegos-Ortega, T. Magaña-Guzmán, J. A. Reyes-López, and M. S. Romero-Hernández, “Thermal behavior of a straw bale building from data obtained in situ. A case in Northwestern México,” Build. Environ., 2017.

Nonconventional and Vernacular Construction Materials. 2016.

O. Douzane, G. Promis, J. M. Roucoult, A. D. Tran Le, and T. Langlet, “Hygrothermal performance of a straw bale building: In situ and laboratory investigations,” J. Build. Eng., 2016.

M. Bouasker, N. Belayachi, D. Hoxha, and M. Al-Mukhtar, “Physical characterization of natural straw fibers as aggregates for construction materials applications,” Materials (Basel)., 2014.

J. Vėjelienė, “PROCESSED STRAW AS EFFECTIVE THERMAL INSULATION FOR BUILDING ENVELOPE CONSTRUCTIONS,” Eng. Struct. Technol., 2012.

G. Han, J. Deng, S. Zhang, P. Bicho, and Q. Wu, “Effect of steam explosion treatment on characteristics of wheat straw,” Ind. Crops Prod., 2010.

D. P. Ferreira, J. Cruz, and R. Fangueiro, “Surface modification of natural fibers in polymer composites,” in Green Composites for Automotive Applications, 2018.

S. H. Ghaffar, M. Fan, and B. McVicar, “Interfacial properties with bonding and failure mechanisms of wheat straw node and internode,” Compos. Part A Appl. Sci. Manuf., 2017.

K. Gharagozloo-Hubmann, A. Boden, G. J. F. Czempiel, I. Firkowska, and S. Reich, “Filler geometry and interface resistance of carbon nanofibres: Key parameters in thermally conductive polymer composites,” Appl. Phys. Lett., 2013.

Published
2020-06-10