Date of Award

11-2020

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science (MS)

Department

Architectural Engineering

First Advisor

Dr. Maatouk Khoukhi

Second Advisor

Dr. Ahmed Hassan

Third Advisor

Dr. Young Ki Kim

Abstract

The building sector is moving towards energy-efficient design "low energy consumption". The development of bio-based thermal insulation materials contributes strongly to this approach. The implantation of these materials in the new designed buildings will have an excellent impact in reducing the energy consumption and subsequently saving the non-renewable resources depletion and in decreasing the waste generation.

In this research, the energy performance of a new bio-insulation material prepared from rice will be evaluated. Focusing on its physical and thermal properties such as thermal conductivity and fire reaction evaluation. The developed insulation sample has been made by heating a fixed quantity of rice grains in a sealed chamber at high applied temperature and pressure to have the maximum expansion of the grains.

Initially, a set of screening experiments were carried out to reveal the best rice type and the direction of the optimal domain of the other parameters. In terms of puffing ability, the short grains showed a superior performance at different levels. Thus, the material optimization has been continued using the short rice grain.

The three major factors which affect the puffing ability and thermal conductivity of the insulation sample material production were sample weight, temperature, and moisture ratio. These factors were operated in the range of 15-18 g, 260-270ºC and 12- 15% respectively. Using Response surface Methodology (RSM) in Minitab 17.0 application, a total of 15 runs for optimizing the three individual parameters in the central composite design (CCD) were undertaken to estimate the minimum ratio of the required response. The best-characterized sample was 12 mm in thickness with an 8×8 cm cycle shape, 0.04971 W/(m.K) thermal conductivity value, and V1 fire reaction classification.

A comparison between the developed bio-based insulation material and the common insulation material used in the UAE building sector mainly polystyrene was introduced. The new bio-based insulation material component gives a big distinction as it is cheap with huge commercialization potential, environmentally friendly, magnificent stability under fire, no toxic gas emission, and similar thermal performance of the common insulation materials. These advantages make our developed bio-based insulation material a strong competitor in the thermal insulation market.

Comments

يتجه قطاع البناء نحو التصميم الموفر للطاقة "استهلاك منخفض للطاقة". يساهم تطوير مواد العزل الحراري القائمة على أساس حيوي بقوة في هذا النهج. توفير هذه المواد في تصميم المباني الجديدة سيكون له تأثير ممتاز في تقليل استهلاك الطاقة وبالتالي في توفير استنفاد الموارد غير المتجددة وتقليل توليد النفايات.

في هذا البحث، سيتم تقييم أداء الطاقة لمادة العزل الحيوي الجديدة المحضرة من الأرز عن طريق التركيز على خواصه الفيزيائية والحرارية مثل التوصيل الحراري وتقييم تفاعل المادة مع الحريق. تم تطوير عينة العزل عن طريق تسخين كمية ثابتة من حبوب الأرز في غرفة محكمة الغلق عند درجة حرارة وضغط مرتفع للحصول على أقصى انتفاخ للحبو ب.

في البداية، تم إجراء مجموعة من تجارب الفرز للكشف عن أفضل أنواع الأرز وات جاه المجال الأمثل للمعاملا ت الأخرى. فيما يتعلق بقدرة النفخ، أظهرت الحبوب القصيرة أداءً فائقًا على مستويات مختلفة بما في ذلك نسبة النفخ وسمك العينة وشكل العينة الدائري ونعومة السطح. وبالتالي، فقد استمر تحسين وتقييم مادة العزل المصنعة باستخدام حبة الأرز القصيرة.

العوامل الثلاثة الرئيسية التي تؤثر على قدرة النفخ والتوصيل الحراري لإنتاج مادة عينة العزل هي وزن العينة ودرجة الحرارة ونسبة الرطوبة. تم تشغيل هذه العوامل في حدود 15-18 جرام، 260-270 درجة مئوية و 12- 15 % على التوالي. باستخدام منهجية سطح الاستجابة ( RSM ) في تطبيق 17.0 Minitab , تم إجراء 15 عملية لتحسين المعلمات الفردية الثلاثة في التصميم المركب المركزي ( CCD ) لتقدير الحد الأدنى لنسبة الاستجابة المطلوبة. كانت العينة الأكثر تميزًا بسمك 12 مم بشكل دائري 8×8 سم، وقيمة التوصيل الحراري 0.04971 W/(m.K) , وتصنيف تف اعل النار1 V .

تم تقديم مقارنة بين مادة العزل الحيوية المطورة ومواد العزل الشائعة المستخدمة في قطاع البناء في دولة الإمارات العربية المتحدة بشكل رئيسي من البولسترين. يمتاز مكون مادة العزل الحيوي الجديد بمميزات كثيره أهمها بأنه رخي ص التكلفة مع إمكانات تجارية ضخمة، وصديق للبيئة، وثبات جي د تحت النار، ولا يوجد انبعاث للغازات السامة، والأداء الحراري المماثل لمواد العزل الشائعة. تجعل هذه المزايا مادة العزل الحيوية المطورة منافسًا قويًا في سوق العزل الحراري.

Download

Share

COinS