Найти в Дзене
Большая Стройка

Исследование тепловых характеристик натуральных изоляционных материалов для низкотемпературных регионов

Энергетика всегда была главной опорой всех видов деятельности. Более одного миллиарда человек в развитых странах (около 20% населения мира) потребляют почти 60% от общего объема поставок энергии, а остальные жители развивающихся стран потребляют оставшиеся 40% от общего объема поставок энергии.

https://images.unsplash.com/photo-1524613032530-449a5d94c285?ixlib=rb-1.2.1&ixid=eyJhcHBfaWQiOjEyMDd9&auto=format&fit=crop&w=675&q=80
https://images.unsplash.com/photo-1524613032530-449a5d94c285?ixlib=rb-1.2.1&ixid=eyJhcHBfaWQiOjEyMDd9&auto=format&fit=crop&w=675&q=80

В Индии штат Джамму и Кашмир является одним из штатов, испытывающих дефицит энергии, и не имеет достаточных энергетических мощностей. Это влияет на темпы развития во всех отраслях экономики. За последние пять лет потребность государства в энергии ежегодно увеличивалась примерно на 5-6%.

По данным 18-го обследования электроэнергетики, в 2021-22 гг. потребность государства в электроэнергии составит 21 884 × 106 кВтч. Пиковый спрос в государстве вырос на 8% с 2011 по 2015 год. Хотя дефицит уменьшился с 28% до 23% с 2012 по 2015 год, штат Джамму и Кашмир не удовлетворяет спрос на электроэнергию в среднем по стране. Существует большой разрыв между потребностью в энергии и доступностью.

Государство Джамму и Кашмир имеет три различных климатических региона: субтропический регион Джамму, умеренную долину Кашмира и арктические холодные пустынные районы Ладаха. Климат Джамму варьируется от очень жаркого летом до 45 °C, в то время как январь - самый холодный месяц, когда минимальная температура опускается до точки замерзания. В долине царит умеренный климат. Лето приятное, но зима очень холодная и длительная, когда выпадает от умеренного до сильного снегопада.

Ладах переживает экстремальные климатические условия из-за своей высоты. Иногда минимальные температуры опускаются до -40 °C в период с декабря по февраль. Низкая температура окружающей среды зимой приводит к огромной потребности в энергии. Во время зимней сессии потребность в электроэнергии увеличивается за счет дополнительного использования отопительных приборов для обеспечения теплового комфорта в помещении. Внутреннее потребление является основным источником потребления электроэнергии в государстве со средним потреблением около 34%.

В холодных районах Джамму и Кашмира, таких как Ладах, потребность в энергии, в целом, удовлетворяется за счет древесины и ископаемого топлива (уголь, дизельные генераторы и т.д.). Эти виды топлива загрязняют окружающую среду, приводя к образованию парниковых газов в атмосфере и обезлесению.

Потребление ископаемого топлива вызывает озабоченность во всем мире, поскольку оно вызывает загрязнение воздуха, изменение климата, создает угрозу устойчивости в связи с выбросами парниковых газов и ухудшением состояния базы природных ресурсов (например, нефтяной кризис, дефицит топливной древесины и т.д.). Для достижения устойчивого развития региона необходимо повышение энергоэффективности и устранение взаимосвязи между экономическим ростом и потреблением энергии (особенно ископаемых видов топлива).

Для любого сокращения использования ископаемого топлива в зданиях наблюдается сокращение выбросов парниковых газов. Энергопотребление в зданиях также может быть снижено за счет использования изоляционных материалов в зданиях.

Таким образом, использование теплоизоляции является одной из лучших процедур, которая не только снижает выбросы парниковых газов, но и обеспечивает лучший тепловой комфорт по дешевой цене. Использование эффективной изоляции в зданиях будет иметь первостепенное значение, поскольку утечки тепла в зданиях или из них могут быть предотвращены. Это поможет снизить потребность в энергии для обеспечения теплового комфорта в зданиях. Потери энергии из здания зависят от характеристик ограждающей конструкции здания. Изоляция может уменьшить потери тепла в зимний период и прирост тепла в летний период.

Было проведено большое количество исследований по натуральным изоляционным материалам, применимым в этой области, относящейся к зданиям.

Как правило, синтетические материалы, такие как стекловолокно, минеральная вата, полиэстер и т.д., используются для тепло- и акустических целей в зданиях. Эти материалы носят количественный характер и оказывают серьезное вредное воздействие на здоровье и окружающую среду. В связи с этим возросло внимание к использованию природных материалов в качестве теплоизоляции.

Натуральные материалы становятся более подходящим выбором по сравнению с традиционными синтетическими материалами для применения в области тепло- и звукопоглощения. В настоящее время природные материалы считаются жизнеспособными материалами для изготовления звукопоглощающих панелей в строительном секторе при низких затратах.

Кроме того, эти натуральные изоляционные материалы обладают хорошими акустическими и теплоизоляционными свойствами, они не оказывают вредного воздействия на здоровье и окружающую среду и имеются в изобилии. Многие авторы исследовали звукопоглощающие свойства натуральных волокон и установили, что овечья шерсть обладает хорошими звукопоглощающими свойствами.

Овечья шерсть является одним из натуральных изоляционных материалов. Она обладает многими преимуществами, такими как простота в обращении без какой-либо потенциальной опасности для здоровья, простота повторного использования и способность к самотушению. Термические и акустические свойства овечьей ваты были оценены исследователями и сопоставлены со свойствами минеральной ваты.

Результаты показывают, что изоляция из овечьей ваты обладает превосходными акустическими свойствами и сопоставима с другими распространенными теплоизоляционными материалами, например, минеральной ватой, каменной ватой. Кроме того, она более экологична и наносит меньше вреда здоровью по сравнению с минеральной ватой.

Картонлана (продукт на основе овечьей шерсти) обладает хорошими тепловыми и звукопоглощающими свойствами. Характеристики органических волокон (джут, лен и конопля) сопоставимы с широко используемыми традиционными изоляционными материалами. Джутовый флюс и конопля являются менее влагочувствительным материалом по сравнению с древесной шерстью и т.д.

Коэффициент звукопоглощения базальтовой панели сопоставим с панелью из минеральной ваты, но потери на пропускание выше, чем у панели из минеральной ваты. Теплопроводность базальтоволокна ниже, чем минеральной ваты, стекловолокна и т.д.

Belakroum и др. оценили звукопоглощающие свойства финикового волокна. Они обнаружили, что финиковое пальмовое волокно обладает хорошими тепловыми и акустическими свойствами. Оно обладает большей звукопоглощающей способностью на средних и высоких частотах.

Aksogan и др. провели обоснованные и термические исследования макулатуры газетной бумаги, бора цинка, стеблей тростника, перлита, вермикулита и штукатурки. Они обнаружили, что эти материалы могут быть использованы в целях ультразвуковой звукоизоляции и теплоизоляции.

Secchi и др. исследовали звукопоглощение изоляционного материала, изготовленного из переработанного картона. Их результаты показывают, что коэффициент звукопоглощения картонного материала должен быть выше, чем у обычных гипсовых амортизаторов.

Luamkanchanchanaphan и др. установили, что теплопроводность узколистного хвостового волокна ниже, чем у других клеточных и волокнистых материалов. Также было установлено, что узколистные хвостовые волокна обладают хорошими влагопоглощающими и механическими свойствами.

Patnaik и др. проводили исследования с отходами шерстяных волокон. Они обнаружили, что теплопроводность использованной ваты составляет 0,32 Вт/мК, что немного меньше, чем у утилизированных полиэфирных волокон.

Corscadden и др. определили технологию обработки изоляционных ват и исследовали тепловые характеристики изоляции ваты с точки зрения теплового сопротивления и стоимости изготовления, включая сырую овечью вату, стоимость электроэнергии и воды, используемой для чистки. Они обнаружили, что тепловые характеристики овечьей ваты сопоставимы с другими традиционными изоляционными материалами. Кроме того, материал из натурального волокна поглощает больше влаги воздуха, чем минеральная вата, что помогает обеспечить лучший тепловой комфорт в помещении.

Volf и др. исследовали сорбционные свойства изоляционного материала из натуральных волокон (соломенный тюк, льняные волокна), конопляные волокна, древесные волокна, обработанную овечью шерсть, необработанную овечью шерсть) и сравнили результаты с минеральной ватой. Они пришли к выводу, что минеральная вата поглощает меньше влаги, чем природные волокна. Природный материал поглощает больше влаги за счет сложной органической структуры.

https://images.unsplash.com/photo-1533415648777-407b626eb0fa?ixlib=rb-1.2.1&ixid=eyJhcHBfaWQiOjEyMDd9&auto=format&fit=crop&w=634&q=80
https://images.unsplash.com/photo-1533415648777-407b626eb0fa?ixlib=rb-1.2.1&ixid=eyJhcHBfaWQiOjEyMDd9&auto=format&fit=crop&w=634&q=80

Термическая деградация изоляционного материала является важным фактором устойчивости изоляционного материала для использования в строительстве. Рао и Гупта провели термогравиметрический анализ трех различных пород овечьей шерсти (Линкольн, Чокла и Меринос) и описали:

· Первая стадия разложения происходит при температуре ниже 300 °C, а потеря веса происходит от 5 до 20% из-за потери влаги.

· Вторая значительная деградация происходит при температуре от 300 до 400 °C, а потеря веса происходит при температуре от 20 до 50% из-за потери остатков боковых цепей. При температуре выше 400 °C потеря веса происходит в результате пиролитического разложения.

Было установлено, что похудение чаще наблюдается в шерсти Меринос по сравнению с двумя другими типами.

Zanini и др. проводили термогравиметрический анализ обработанной плазмой и необработанной шерсти/кашемира с использованием воздуха и азота в качестве инертного газа. Они обнаружили, что значительная потеря веса происходит в плазме крови и необработанной шерсти в диапазоне температур 200-400 °C.

В рамках различных исследований проводился термогравиметрический анализ и дифференциальная сканирующая калориметрия сырой шерсти, обработанной шерсти и композитных волокон из полипропиленовой шерсти. Во всех исследованиях наблюдались три процесса деградации.

Недавно Али и Алабулкарем исследовали поведение нового изоляционного материала на основе финиковых волокон пальмовых деревьев. Их результаты показывают, что теплопроводность волокон зависит от плотности и температуры. Результаты показывают, что значительное разложение волокон происходит при температуре от 232 °C до 475 °C с эндотермическим переходом волокон от 243 °C до 382 °C. Температура плавления волокон также наблюдается при температуре 369 °C.

Таким образом, экологически чистые строительные и экономически эффективные изоляционные материалы пользуются огромным спросом, так как имеют множество преимуществ, указанных выше.