Printer Friendly

Analysis of thermal insulation from renewable resources/Siaudu naudojimo galimybiu termoizoliaciniu medziagu gamybai tyrimai.

1. Ivadas

Viena svarbiausiu priemoniu energetinei priklausomybei ir ismetamuju siltnamio efekta sukelianciu duju kiekiui mazinti yra suvartojamos energijos kiekio mazinimas ir energijos is atsinaujinanciuju istekliu vartojimas. Vartojant maziau energijos ir naudojant daugiau atsinaujinanciuju istekliu, dideja energijos tiekimo sauga, skatinama technologiju pletra, didinamas uzimtumas bei regionine pletra, ypac kaimo vietovese (Europos Parlamentas 2009). Europos Vadovu Taryba patvirtino ES tiksla--iki 2020 m. sumazinti ismetamu siltnamio efekta sukelianciu duju kieki 20 %, palyginti su 1990 m., ir uztikrinti, kad pasaulyje temperatura pakiltu maziau nei 2[degrees]C. Siam tikslui pasiekti butina didinti energijos vartojimo efektyvuma Bendrijoje.

2005 m. Lietuvoje isigaliojo statybos techninis reglamentas (STR 2.01.09:2005), kuriame nustatyti pastatu energinio naudingumo sertifikavimo reikalavimai. Pagrindine sio reglamento nuostata--efektyvus energijos istekliu naudojimas. Siuo metu pastatu eksploatacijai suvartojama daugiau nei 40 % bendru energijos istekliu visoje Europos Sajungoje (Mickaityte et al. 2008; European Union 2010). Didzioji dalis energijos istekliu suvartojama pastatams sildyti saltuoju metu laikotarpiu ir jiems vesinti siltuoju metu laikotarpiu.

Nuo 2020 m. visi statomi pastatai tures atitikti aukstus energijos taupymo standartus, o didziaja dali energijos "pasigaminti" is alternatyviu energijos saltiniu (Europos Parlamentas 2009).

Isskiriamo C[O.sub.2] kieki, o kartu ir energijos sanaudas galima gerokai sumazinti naudojant efektyvesne pastatu atitvaru silumine izoliacija. Mazai energijos vartojantys ir pasyvus pastatai Vokietijoje siuos teiginius jau patvirtino. Mazai energijos vartojantiems pastatams reikia maziau nei 60 kWh/([m.sup.2] metams), o pasyviems pastatams--apie 15 kWh/([m.sup.2] metams) (Beck et al. 2004). Nuostoliams sumazinti gyvenamuju pastatu atitvaru silumos izoliacijos sluoksnis siekia 30 cm ir daugiau. Irengti toki termoizoliacines medziagos sluoksni be siluminiu tilteliu praktiskai neimanoma. Pagal statybos techninio reglamento STR 2.01.09:2005 3 priede pateiktus nurodymus medziagos silumos laidumo koeficientas gali padideti daugiau nei du kartus del silumos nuostoliu per siluminius tiltelius. Be to, gaminant siuolaikines termoizoliacines medziagas--mineraline vata, putplascius--suvartojami dideli energijos kiekiai.

Gaminant termoizoliacines medziagas is atsinaujinanciuju istekliu--smulkinto popieriaus, linu, kamstienos, nendriu ir kt.--suvartojama kelis kartus maziau energijos. Tokiu medziagu silumos laidumo koeficientas yra apytiksliai 0,040 W/(mK) (Beck et al. 2004).

Del mazos kainos daugiausia demesio, gaminant termoizoliacines medziagas is atsinaujinanciuju istekliu, skiriama kvieciu, avizu, mieziu, ryziu ar miskantu siaudams. Is siu augalu Lietuvoje neauginami tik ryziai. Kiekvienais metais dideli kiekiai siu augalu siaudu tiesiog susmulkinami arba kompostuojami (Arlauskiene et al. 2009; Ahn et al. 2009).

Sio darbo tikslas--istirti termoizoliaciniu medziagu is atsinaujinanciuju istekliu--siaudu--silumos laidumo koeficienta ir siaudu naudojimo galimybes vakuuminiu termoizoliaciniu medziagu gamybai.

2. Siaudai ir ju naudojimas

Siaudai--sausi iskultu javu (rugiu, kvieciu, mieziu, avizu ir kt.) stiebai. Siaudu sudetis yra tokia: celiulioze - 35-45 %, neazotine ekstrakcine medziaga - 38-39 %, baltymai 2-6 %, riebalai - 1,2-2,0 %, mineralines medziagos - 3-8 %, vanduo - 15 %. Siaudai gali buti naudojami palaidi, palaidi ir smulkinti, presuoti, suristi arba kaip kitu statybiniu medziagu sudedamoji dalis.

Siaudus kaip statybine medziaga zmones pradejo naudoti seniai, kai tik pradejo statyti bustus. Tai labai patvari, lanksti, geru termoizoliaciniu savybiu medziaga. Be to, tai vietine atsinaujinancioji medziaga. Nesuristi i rysulius siaudai naudojami ir siais laikais stogu, sienu ar grindu konstrukcijoms. Statant nama is molio ar plukiant asla, siaudai dedami kaip armuojamieji priedai ir kaip termoizoliacine medziaga.

Namu is presuotu siaudu rysuliu statybos pradzia siejama su presavimo masinos isradimu. XIX a. pabaigoje naujakuriai, atsikele gyventi i Siaures Amerikos zemyno stepiu teritorija (dabartineje Nebraskos valstijoje), susidure su aktualia problema--siose vietovese truko medienos ir kitu statybiniu medziagu bustui statyti. Gamtines salygos buvo palankios grudinems kulturoms auginti ir siaudams gaminti.

Sis laikotarpis sutapo su nauju technologiju paieskomis. XIX a. pabaigoje Jungtinese Valstijose atsirado pirmosios presavimo masinos, o neilgai trukus Nebraskoje is siaudu bloku, tarsi is labai dideliu plytu, pradeti statyti pirmieji pastatai, dvarai ir kt.

Pirmieji pastatai del medienos trukumo buvo statomi be karkaso. Si statybos technologija placiai taikyta iki 1930 m. Vienas is tokiu namu, pastatytas 1903 m. Nebraskoje, yra islikes iki musu dienu ir iki siol naudojamas pagal paskirti.

Tuo laikotarpiu is presuotu siaudu rysuliu buvo statomi ivairios paskirties pastatai: gyvenamieji namai, parduotuves, mokyklos, dvarai, taip pat zemes ukio paskirties pastatai--tvartai, sandeliuoti skirti statiniai.

Nuo 1940 m. tokia statyba sustojo. Taip ivyko del sparciai augancios statybiniu medziagu ir chemijos pramones. 8-ojo desimtmecio pradzioje susibure bendraminciai nutare siekti bendro tikslo--grizti prie tradicines ekologiskos ir pigios statybos technologijos. Dabartiniu metu is siaudu daznai gaminami presuoti blokai arba plokstes (Gailius, Vejelis 2009). Panasias plokstes galima gaminti ir is sieno ar ivairiu zoliu, rapso seklu, linu atlieku, cukrasvendriu atlieku, palmiu, vandens hiacintu, bambuko, riesutu lukstu, saulegrazu lukstu, ryziu siaudu, manijoko (Cassava), medienos ar medienos atlieku.

Siaudai silumos izoliacijai naudojami daugiau kaip 100 metu, taciau ju savybes labai mazai istirtos. Pagrindine siu tyrimu stokos priezastis--labai skirtingas siaudu tankis. Skirtinguose literaturos saltiniuose nurodytas siaudu tankis kinta nuo 15 kg/[m.sup.3] iki 400 kg/[m.sup.3] (McCabe, 1993; Andersen, Munch-An-dersen 2001; Kazragis, 2005; Commins 1998). Esant tokiam tankiui, siaudu silumos laidumo koeficientas kinta nuo 0,035 W/(mK) iki 0,130 W/(mK) (Beck et al. 2004; Gailius, Vejelis 2009). Taciau atskiruose literaturos saltiniuose nurodytus tyrimu rezultatus sudetinga lyginti, nes bandymai atlikti skirtingomis temperaturos ir dregnio salygomis. Taip pat gali buti skirtingos augalu augimo ir siaudu gaminimo salygos.

3. Bandymu metodika

Bandymams naudoti mieziu siaudai, kuriu tankis kito nuo 50 kg/[m.sup.3] iki 140 kg/[m.sup.3]. Siaudu stiebeliu skersmuo buvo nuo 1 mm iki 5 mm. Si medziaga pasirinkta del geros jos strukturos: smulkios poros, horizontaliai paruostu siaudu yra mazas silumos laidis del konvekcijos. Horizontaliai orientuoti siaudai buvo sudeti i is anksto paruostus metalizuotus maisus (1 pav.).

Metalizuoti maisai pagaminti is daugiasluoksnes pleveles, kurios vidinis sluoksnis padarytas is polietileno. Vidiniai pleveles pavirsiai krastuose buvo uzlydomi.

Bandymai atlikti dviem etapais. Pirmame etape ismatuoti orasausiu siaudu silumos laidumo koeficientai normaliomis laboratorinemis salygomis, esant vidutinei bandinio temperaturai 10[degrees]C (2 pav.).

Antrame etape siaudai uzsandarinti i dujoms nelaidzia plevele, kurioje imontuotas ventilis. Oras is bandiniu per ventili buvo issiurbtas prijungtu vakuuminiu siurbliu (3 pav.).

[FIGURE 1 OMITTED]

[FIGURE 2 OMITTED]

[FIGURE 3 OMITTED]

Vakuumuotu bandiniu silumos laidumo koeficientas buvo nustatomas esant 0,1 kPa vakuumo dydziui. Silumos laidumo bandymams naudoti 500x500 mm ilgio ir plocio bandiniai. Bandiniu storis sudare nuo 120 mm iki 40 mm. Nustatyta, kad bandiniu storis mazejo kiekviena karta juos apspaudziant ir didinant tanki kartotino silumos laidumo matavimams.

Silumos laidumo koeficiento matavimai atlikti naudojant silumos laidumo matavimo prietaisa EP500 (Vokietija). Matavimo prietaiso ribos--nuo 0,5000 W/(mK) iki 0,0050 W/(mK), matavimu tikslumas--0,0001 (W/mK). Matavimo prietaisas sujungtas su kompiuteriu. Visi matavimu parametrai--matavimu temperatura, matavimu tikslumas, bandiniu apspaudimas arba storis--valdomi kompiuteriu.

4. Bandymu rezultatai

Ismatuoti orasausiu siaudu silumos laidumo duomenys pateikti 4 pav.

Didejant siaudu tankiui nuo 50 kg/[m.sup.3] silumos laidumo koeficientas gerokai dideja: siaudu tankiui padidejus du kartus, silumos laidumo koeficientas padideja 1,4-1,9 karto. Silumos laidumo koeficientas labiau dideja, kai tankis yra nuo 100 kg/[m.sup.3] iki 140 kg/[m.sup.3]. Literaturos saltiniuose nurodyta, kad pastatu atitvaroms gali buti naudojami siaudai, kuriu tankis--nuo 15 kg/[m.sup.3], taciau reikia atsizvelgti i ju suslugima eksploatuojant ir i ilgalaiki apkrovos, jei ji veikia atitvaroje, poveiki.

Tolesniems bandymams paruosti vakuumuotu siaudu bandiniai. Principine bandinio schema pateikta 5 pav.

Vakuumetru buvo reguliuojamas vakuumo dydis bandinyje. Bandiniui vakuumuoti naudotos pleveles duomenys pateikti 1 lenteleje.

[FIGURE 4 OMITTED]

[FIGURE 5 OMITTED]

Silumos laidumo matavimo irenginiu nustatytas vakuumuotu bandiniu silumos laidumo koeficientas esant 0,1 kPa vakuumo dydziui. Bandymu rezultatai pateikti 2 lenteleje.

Vakuumuotu siaudu tankis buvo 95 kg/[m.sup.3] ir 120 kg/[m.sup.3]. 50-70 kg/[m.sup.3] tankio bandiniuose po vakuumavimo proceso vyko matmenu pokyciai, todel tolesniems bandymams tokie bandiniai nenaudoti. Pirmuoju atveju silumos laidumo koeficientas po vakuumavimo sumazejo 7,9 karto, o antruoju--8,5 karto. Isreiskus si dydi silumine varza gaunama, kad termoizoliacinio sluoksnio, reikalingo dabartiniu atitvariniu sienu izoliacijai, t. y. gauti silumine varza R = 5,0 [m.sup.2]K/W, storis iekia tik 3,55 cm. Taip pat toks termoizoliacinis sluoksnis apsaugotas nuo dregmes ir duju poveikio, uzsidegimo. Mazejant medziagos silumos laidumui vakuumuojant, gereja ir medziagos garso izoliacines savybes (Cauberg, Tenpieric 2007).

5. Isvados

Maziausias silumos laidumas yra siaudu, kuriu tankis--5070 kg/[m.sup.3]. Esant tokiam tankiui, silumos laidumo koeficientas kinta nuo 0,041 W/(mK) iki 0,048 W/(mK). Didejant siaudu tankiui nuo 50 kg/[m.sup.3] iki 140 kg/[m.sup.3], ju silumos laidumo koeficientas padideja 2,2 karto.

Vakuumuojamu siaudu silumos laiduma galima sumazinti iki 8,5 karto. Toki silumos laidumo sumazejima lemia sumazejes silumos perdavimas konvekcijos budu, nes medziagos viduje sumazeja oro molekuliu kiekis.

Vakuumuotu termoizoliaciniu medziagu gamybai naudojamu siaudu tankis turetu buti 90-120 kg/[m.sup.3]. Tokio tankio konstrukcijoje nevyksta matmenu pokyciai del didelio slegiu skirtumo. Kai siaudu tankis didesnis nei 90120 kg/[m.sup.3], silumos laidumo koeficientas gali padideti del silumos perdavimo laidumu per kietaji medziagos karkasa.

Termoizoliaciniu medziagu is atsinaujinanciuju istekliu tyrimus butina testi, siekiant parinkti ar pagaminti patikima ir mazai laidzia silumai medziaga, kurios gamybai reikia nedideliu energijos sanaudu.

doi: 10.3846/skt.2010.09

Literatura

Ahn, H. K.; Sauer, T. J.; Richard, T. L.; Glanville, T. D. 2009. Determination of thermal properties of composting bulking materials, Bioresource Technology 100: 3974-3981. doi:10.1016/j.biortech.2008.11.056

Andersen, B. M.; Munch-Andersen, J. 2001. Halmballer og Muslinger som Isoleringsmaterialer. Report 2001.

Arlauskiene, A.; Maiksteniene, S.; Slepetiene, A. 2009. Tarpiniu paseliu ir siaudu itaka vasariniu mieziu mitybai azotu bei dirvozemio humuso sudeciai [The effect of catch crops and straw on spring barley nitrogen nutrition and soil humus composition], zemdirbyste [Agriculture] 96(2): 53-70.

Beck, A.; Heinemann, U.; Reidinger, M.; Fricke, J. 2004. Thermal transport in straw insulation, Journal of Thermal Envelope and Building Science 27(3): 227-234.

Cauberg, H.; Tenpieric, M. 2007. Sound reduction of vacuum insulation based sandwich panels, in Proc. of the 8th International Vacuum Insulation Symposium, ZAE-Bayern/UniWue, Wurzburg, September 18-19, 2007, 1-8.

Commins, T. 1998. R-value of straw bales lower than previously reported. California Energy Commision.

Europos Parlamentas. Ekologiskesnio Europos Parlamento link [interaktyvus], [ziureta 2010 m. sausio 25 d.]. Prieiga per interneta: <http://www.europarl.europa.eu>.

European Union. Energy Security & Transatlantic Cooperation [interaktyvus], [ziureta 2010 m. vasario 28 d.]. Prieiga per interneta: <www.eurunion.org>.

Fricke, J.; Schwab, H.; Heinemann, U. 2006. Vacuum insulation panels--exciting thermal properties and most challenging applications, International Journal of Thermophysics 27(4): 1123-1139. doi:10.1007/s10765-006-0106-6

Gailius, A.; Vejelis, S. 2009. Termoizoliacines medziagos ir ju gaminiai [Thermal insulating materials and their products]: vadovelis. Vilnius: Technika. 247 p.

Garas, G.; Allam, M.; El Dessuky, R. 2009. Straw bale construction as an economic environmental building alternative--A case study, ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences 4(9): 54-59.

Kazragis, A. 2005. Minimization of atmosphere pollution by utilizing cellulose waste, Journal of Environmental Engineering and Landscape Management 13(2): 81-90.

McCabe, J. 1993. Thermal resistivity of straw bales for construction: Diploma thesis. University of Arizona, Tucson, Arizona.

Mickaityte, A.; Zavadskas, E., K.; Kaklauskas, A.; Tupenaite, L. 2008. The concept model of sustainable buildings refurbishment, International Journal of Strategic Property Management 12: 53-68. doi:10.3846/1648-715X.2008.12.53-68

STR 2.01.09:2005 Pastatu energinis naudingumas. Energinio naudingumo sertifikavimas. Vilnius, 2005.

Sadauskiene, J.; Buska, A.; Burlingis, A.; Bliudzius, R.; Gailius, A. 2009. The effect of vertical air gaps to thermal transmittance of horizontal thermal insulating layer, Journal of Civil Engineering and Management 15(3): 309-315. doi:10.3846/13923730.2009.15.309-315

Jolanta Vejeliene (1), Albinas Gailius (2), Sigitas Vejelis (3)

Jolanta VEJELIENE. Ph.D. student at the Dept of Building Materials, Vilnius Gediminas Technical University (VGTU). Research interests: thermal insulation materials, vacuum insulation, renewable materials.

Albinas GAILIUS. Doctor, Professor at the Dept of Building Materials, Vilnius Gediminas Technical University (VGTU). Research interests: theoretical and experimental investigations of structure and properties of building materials, recycling and reuse of wastes in production of building materials in sustainable development context, durability, quality assurance and control of composite materials.

Sigitas VEJELIS. Doctor, lecturer at the Dept of Building Materials, senior research worker at Research Institute of Thermal Insulation, Vilnius Gediminas Technical University (VGTU). Research interests: building materials, thermal insulation materials, their production, properties, application, evaluation of conformity, energy-efficiency of buildings.

Vilniaus Gedimino technikos universitetas, Sauletekio al. 11, LT-10223 Vilnius, Lietuva El. pastas: (1) jolanta.vejeliene@vgtu.lt; (2) albinas.gailius@yahoo.com; (3) sigitas.vejelis@termo.vgtu.lt

Iteikta 2010 03 02; priimta 2010 03 22
1 lentele. Barjerines pleveles sudetis

Table 1. Composition of barrier coat

 Sluoksnio Medziaga Storis,
numeris (nuo (zymejimas) [micro]m
 isorines
 puses)

 1 Polietilenas (PE) 80

 2 Polietileno 20
 tereftalatas
 (PET)

 3 Aliuminio folija 10

 4 Polietileno 20
 tereftalatas
 (PET)
 Bendras 130

Table 2. Comparison of thermal conductivity measured in
laboratory conditions and in evacuated environment

 Bandinio Silumos Silumos
 tankis, laidumo laidumo
kg/[m.sup.3] koeficientas koeficientas
 normaliomis po vakuumavimo,
 laboratorin?mis W/(mK)
 salygomis,
 W/(mK)

95 0,0562 0,0071
120 0,0741 0,0087
COPYRIGHT 2010 Vilnius Gediminas Technical University
No portion of this article can be reproduced without the express written permission from the copyright holder.
Copyright 2010 Gale, Cengage Learning. All rights reserved.

Article Details
Printer friendly Cite/link Email Feedback
Author:Vejeliene, Jolanta; Gailius, Albinas; Vejelis, Sigitas
Publication:Engineering Structures and Technologies
Article Type:Report
Geographic Code:4EXLT
Date:Jun 1, 2010
Words:2113
Previous Article:Analysis of deflections up to failure of composite steel fiber-reinforced concrete slabs/Plieniniu plausu armuotu kompozitiniu plienbetoniniu...
Next Article:Reinforcement characteristics of prestressed concrete beams with fiber-reinforced polymer (FRP) tendons/Lenkiamuju is anksto itemptu gelzbetoniniu...
Topics:

Terms of use | Privacy policy | Copyright © 2021 Farlex, Inc. | Feedback | For webmasters |