3.2.1.Độ dày của tấm thảm xơ dừa
Độ dày của tấm vật liệu được thực hiện trên 5 mẫu, mỗi mẫu đo ở 4 vị trí khác nhau theo tiêu chuẩn (ASTM C303-10)
Dùng 2 tấm kim loại mỏng đặt trên 2 bề mặt của tấm vật liệu, sử dụng thước kẹp đểđo chiều dày giữa 2 tấm kim loại sau đó trừđi độ dày của 2 tấm kim loại (dkl= 1,53 mm) ta có độ dày của tấm vật liệu như bảng sau:
TẠ THỊ THÚY DIỄM Trang 51 KHĨA 2012B
Bảng 3.2. Thơng số đo độ dày các mẫu
Vị trí đo Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 3 Mẫu 4 Mẫu 5 1 13,97 11,87 10,67 12,53 11,97 2 13,27 10,97 11,58 12,18 12.06 3 12,47 10,87 11,67 11,85 11,73 4 12,67 11,77 11,27 12,11 11,69 Độ dày trung bình (mm) 13,09 11,37 11,30 12,16 11.80 11,95 Sai lệch % so vớigiá trị TB 9,58 -4,85 -5,46 1,82 -1,23 Nhận xét:
Độ dày trung bình của tấm xơ dừa là d = 11,95 mm. Độ đồng đều về độ dày của sản phẩm nằm trong khoảng -5,46÷ 9,58% cho thấy chúng tương đối đồng nhất.
3.2.2.Khối lượng thể tích của tấm thảm xơ dừa
Kết quả thí nghiệm khối lượng thể tích của vật liệu như bảng bên dưới:
Bảng 3.3.Thông số khối lượng thể tích
Mẫu 1 2 3 4 5 TB
G (g) 24,6934 23,5018 22,8786 23,5861 23,7952
γ (kg/m3) 103,319 98,333 95,726 98,687 99,562 99,126
TẠ THỊ THÚY DIỄM Trang 52 KHÓA 2012B
So sánh với khối lượng thể tích của các tấm vật liệu cách nhiệt là bông thủy tinh và bơng khống thơng dụng có trên thị trường Việt Nam (40-120 kg/m3) có thể thấy khối lượng thể tích của tấm xơ dừa nằm ở nửa sau của dải vật liệu này.
3.2.3.Khối lượng riêng của xơ dừa
Bằng phương pháp PICNOMETR đã xác định được các tham số khối lượng trung gian và từ đó tính ra được khối lượng riêng trung bình của xơ dừa như giới thiệu trong bảng 3.2
Bảng 3.4. Thông số khối lượng riêng
Mẫu 1 2 3 TB
G = mk= mb+m - mb 6,6533 4,7426 5,2133 m2 =mb+n+m 153,1126 151,4297 151,9862 m1=mb+n 151,2025 150,1369 150,4267 Khối lượng riêng
(g/cm3) 1,4027 1,3747 1,4268 1,4014 Sai lệch với γTB (%) 0.09 -1.91 1.81
Nhận xét:
Nhìn vào bảng trên có thể thấy, xơ dừa trong mẫu nghiên cứu có khối lượng riêng là 1,4014 g/cm3. Độ sai lệch của các mẫu với giá trị trung bình < 1,81% chứng tỏ mẫu có cấu trúc khá đồng đều.
3.2.4. Độ rỗng của tấm xơ dừa
Dựa vào khối lượng riêng và khối lượng thểtích đã biết của vật liệu ta tính được độ rỗng của tấm xơ dừa như bảng sau:
TẠ THỊ THÚY DIỄM Trang 53 KHĨA 2012B Bảng 3.5. Thơng sốđộ rỗng Mẫu 1 2 3 TB Khối lượng riêng (g/cm3) 1.4014 1.4014 1.4014 Khối lượng thể tích (kg/m3) 103,319 98,333 95,726 r (%) 92,63 92,98 93,17 92,93 Sai lệch so với rTB (%) -0.32 0.05 0.26 Nhận xét: Từ kết quảtính tốn độ rỗng ở bảng 3.5 ta thấy rằng, tấm xơ dừa có độ rỗng rất cao. Đặc biệt mẫu khối lượng thể tích 95,726 kg/m3có độ rỗng đến 93,17 %. Giá trịđộ rỗng tỷ lệ nghịch với khối lượng thể tích. Độ sai lệch độ rỗng của các mẫu với giá trị trung bình < 0,32% chứng tỏ mẫu có cấu trúc khá đồng đều.
3.3. Mối quan hệ của hệ số cách nhiệt với độ dày của thảm xơ dừa
Việc đo hệ số dẫn nhiệt của tấm xơ dừa được thực hiện với 4 phương án độ dày từ 1 lớp đến 4 lớp, tương ứng với độ dày làm trịn là 12÷ 48 mm. Kết quả đo được thể hiện trên bảng 3.6.
TẠ THỊ THÚY DIỄM Trang 54 KHÓA 2012B Bảng 3.6. Độ dẫn nhiệt của các mẫu có độ dày khác nhau mẫu tại 43 oC
Số lớp Độ dày (mm) λ (W/mK) Lần đo 1 Lần 2 Lần 3 TB của 3 lần đo Sai khác với λtb (%) 1 11,95 0.0558 0.0560 0.0574 0,0564 -0,2 2 23,9 0.0549 0.0550 0.0554 0,0551 -2,5 3 35,85 0.0556 0.0553 0.0560 0,0558 0,4 4 47,8 0.0548 0.0552 0.0550 0,0550 -2,7
Hệ số dẫn nhiệt trung bình của cả 4 phương
án độ dày λ tb (W/mK) 0,0556
Nhận xét:
Kết quả đo trên bảng 3.6 cho thấy khơng có sự biến động đáng kể về độ lớn của hệ số dẫn nhiệt λ khi độ dày của tấm mẫu thay đổi từ 2 đến 4 lần. Hệ số dẫn nhiệt cả 4 phương án độ dày gần như chỉ có sai khác ở con số phần vạn. Cụ thể chúng có giá trị nằm trong khoảng rất hẹp là 0,0550÷0,0564 (W/mK) có thể so sánh với các loại vật liệu cách nhiệt khác ví dụ như tấm cách nhiệt xơ gỗ (0,04-0,09 W/mK) và cao hơn hệ số dẫn nhiệt của vật liệu bơng khống (0.036 W/mK) là 1,55 lần (0.056/0.036). Nếu so sánh giá trị λ của từng phương án độ dày với giá trị trung bình chung của cả bốn phương án λtb = 0,0556 (W/mK) thì sự sai khác tương đối của chúng đều nhỏ hơn ±2,7% là các sai số thông thường trong phép đo độ dẫn nhiệt. Điều này có thể được giải thích là trong cả 4 phương án đo hệ số λ, do cấu trúc của các mẫu không bị làm thay đổi (khối lượng thể tích khơng đổi) do đó cơ
TẠ THỊ THÚY DIỄM Trang 55 KHÓA 2012B
chế truyền nhiệt trong chúng cũng khơng có thay đổi nào đáng kể. Sự khác biệt ≤ 2,7 % một phần cịn có thể do sự khơng đồng nhất của vật liệu được chế tạo trên các vị trí khác nhau của mẫu.
Từ các lập luận trên có thể kết luận rằng sự thay đổi chiều dày mẫu đo cách nhiệt không làm thay đổi đáng kể hệ số dẫn nhiệt của nó.
3.4.Hệ số cách nhiệtcủa thảm xơ dừa
Hệ số cách nhiệt của tấm vật liệu cách nhiệt (R) đặc trưng cho sự cản trở truyền nhiệt và phụ thuộc vào độ dày và hệ số dẫn nhiệt của nó.
Hệ số cách nhiệt của tấm xơ dừa mẫu tính tốn được giới thiệu trong bảng 3.7.
Bảng 3.7. Hệ số cách nhiệt của tấm xơ dừa mẫu có chiều dày khác nhau
Số lớp Độ dày (mm) λ (W/mK) R (m2K/W) 1 11,95 0,0564 0,2119 2 23,9 0,0551 0,4338 3 35,85 0,0558 0,6425 4 47,8 0,055 0,8691
TẠ THỊ THÚY DIỄM Trang 56 KHÓA 2012B
Mối quan hệ giữa hệ số cách nhiệt và độ dày tấm vật liệu
0,2119 0,4338 0,6425 0,8691 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 11,95 23,9 35,85 47,8 Độ dày (mm) H ệ s ố c ác h n hi ệt R (m 2K /W ) Hệ số cách nhiệt
Hình 3.6. Quan hệ giữa hệ số cách nhiệt và độ dày của tấm xơ dừa.
Nhận xét:
Hệ số cách nhiệt của các tấm mẫu đồng nhất có quan hệ đồng biến với độ dày tấm cách nhiệt. Khi λ không đổi thì nó có quan hệ tuyến tính với độ dày như được biểu diễn trên biểu đồ hình 3.6. Nếu so sánh tấm cách nhiệt xơ dừa mẫu với tấm cách nhiệt từ bơng khống có hệ số λ =0,036 thì để đạt được cùng một hệ số cách nhiệt thì độ dày tấm xơ dừa cần lớn hơn độ dày tấm bơng khống một tỷ lệ là 1.55 lần.
TẠ THỊ THÚY DIỄM Trang 57 KHÓA 2012B 3.5.Kết luận chương 3
Vật liệu xơ dừa nghiên cứu có dạng tấm khổ rộng 1m, dài theo đặt hàng, được cung cấp ở dạng cuộn, do Công ty cổ phần Trà Bắc của Việt Nam sản xuất có khối lượng thể tích là: 99,13 kg/m3 và khối lượng riêng là: 1,4014 g/cm3, có độ dày hình học là 11,95 mm (làm tròn là 12 mm), chiều dài xơ trung bình là: 10,8 ÷ 17,5 mm, đường kính xơ trung bình là: 100-200 µm.
Tấm xơ dừa có đặc tính dẫn nhiệt thấp hơn 0,1 W/mK nên phù hợp cho ứng dụng làm tấm vật liệu cách nhiệt. Khi đo hệ số dẫn nhiệt ở 43oC với độ dày tấm là 12mm có λ = 0,0564 W/mK, với độ dày 24 mm có λ = 0,0551 W/mK, với độ dày 36 mm có λ = 0,0558 W/mK và ở độ dày 48 mm có λ = 0,0550 W/mK. Như vậy tấm xơ dừa này có thể so sánh tương đương với tấm cách nhiệt thông dụng từ xơ gỗ (λ: 0,04-0,09 W/mK).
Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy rằng hệ số dẫn nhiệt hầu như không bị ảnh hưởng của độ dày tấm vật liệu khi cấu trúc của nó khơng bị thay đổi. Sự khác biệt ởđây chỉ là ≤ 2,7%.
Tấm xơ dừa do Việt Nam sản xuất có độ dày hình học nhỏ hơn mức thông thường (50mm) cho vật liệu cách nhiệt trong xây dựng là do bị hạn chế của công nghệ sản xuất, nhưng nếu chập nhiều lớp lại với nhau vẫn có được tấm vật liệu cách nhiệt có cấu trúc đồng nhất, độ dày và hệ số cách nhiệt (R) đủ lớn theo yêu cầu cách nhiệt của nhiều ứng dụng trong xây dựng.
TẠ THỊ THÚY DIỄM Trang 58 KHÓA 2012B KẾT LUẬN CHUNG
Xơ dừa là loại xơ tự nhiên, sẵn có và rẻ tiền ở Việt Nam. Thảm xơ dừa do Việt Nam sản xuất có khảnăng cách nhiệt tốt như các vật liệu cách nhiệt tiêu chuẩn khác, nên nó có thể thay thế một phần cho các tấm cách nhiệt từ nguyên liệu vơ cơ ít thân thiện mơi trường và đang phải nhập khẩu.
Luận văn đã tìm ta được mối quan hệ giữa hệ số dẫn nhiệt và hệ số cách nhiệt với độ dày của tấm vật liệu.
Kết quả của luận văn là một tài liệu tham khảo cho người sử dụng và nhà sản xuất tấm xơ dừa dùng làm vật liệu cách nhiệt.
Luận văn đã đóng góp phần nhỏ bé vào việc nghiên cứu tính cách nhiệt của vật liệu nói chung và tấm xơ dừa của Việt Nam nói riêng.
Hướng Nghiên cứu tiếp theo
Nếu có được cơ hội học tập và nghiên cứu trong tương lai, học viên sẽ tiếp tục nghiên cứu mối quan hệ giữa hệ số dẫn nhiệt với các yếu tố ảnh hưởng khác như khối lượng riêng, độ rỗng của vật liệu .
TẠ THỊ THÚY DIỄM Trang 59 KHÓA 2012B TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Ayugi Gertrude; Thermal properties of selected materials for thermal insulation available in Uganda; Department of Physics; Makerere University; Reg.no: 2009/HD13/15595U.
2. IHS BRE Press, November 2011; Willoughby Road, Bracknell RG12 8FB; ISBN 978-1-84806-224-5
3. Jiří Zach, Jiří Brožovský, Jitka Hroudová; Research and development of thermal-insulating materials based on natural fibres; 2010
4. Krishpersad Manohar;Experimental Investigation of Building Thermal Insulation from Agricultural By-products; Dept. of Mechanical and Manufacturing; The University of the West Indies; 2012
5. Krishpersad Manohar; Dale Ramlakhan; Gurmohan Kochhar; Subhas Haldar; Biodegradable fibrous thermal insulation; Dept. of Mechanical and Manufacturing; The University of the West Indies; ISSN 1678-5878 vol.28 no.1 2006
6. Quelle: ECOBIS 2000 - Ökologisches Baustoffinformationszentrum des Bundesministeriums für Verkehr, Bau- und Wohnungs-wesens und der Bayerischen Architektenkammer/
7. Robert R Franck; Bast and other plant fibres; Woodhead Publishing Limited in association with The Textile Institute Abington Hall, Abington Cambridge CB16AH England, 2005
8. Nguyễn Bốn; Hoàng Ngọc Đồng; Giáo trình “Kỹ thuật nhiệt”; Nhà xuất bản giáo dục –1999.
9. Tạ Bá Hưng, Phùng Minh Lai (2006). Tiêu thụ năng lượng đến năm
2050. Trung tâm thông tin khoa học và công nghệ quốc gia
10. Phan Quốc Phú; Nghiên cứu tái sử dụng lignin từ dịch đen nhà máy giấy chế tạo vật liệu composit; Đại học Bách Khoa HCM; 2011
TẠ THỊ THÚY DIỄM Trang 60 KHÓA 2012B 11. http://www.cachnhiet.net/trang/49.html 12. http://www.daemmt-besser.de 13. http://www.luanvan.net.vn/luan-van/luan-van-tinh-chat-co-ban-cua- vat-lieu-xay-dung-48731/ 14. http://www.vi.wikipedia.org/wiki/Trao_%C4%91%E1%BB%95i_nhi %E1%BB%87t 15. http://www.timtailieu.vn/tai-lieu/bai-giang-trao-doi-nhiet-doi-luu- 23670/ 16. http:// www.vi.wikipedia.org/wiki/ Độ_dẫn_nhiệt 17. http://www.wattpad.com/2376912-de-cuong-vat-lieu-xay-dung-p2