بهبود کارایی حرارتی پوسته خارجی ساختمان با استفاده از مصالح کامپوزیت بی بافت طبیعی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد فناوری معماری، گروه تکنولوژی معماری، دانشکده معماری و هنر، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران

2 استادیار، گروه تکنولوژی معماری، دانشکده معماری و هنر، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران

چکیده

امروزه، ارتباط علم بیومیمیکری با رشته‌های مختلف ازجمله معماری گسترش‌یافته است. بررسی الگوها، سامانه‌ها و عناصر زیستی، راهکاری جهت ایجاد راه‌حل‌ برای رفع مشکلات زندگی انسان­هاست. پیله کرم ابریشم ساختاری زیستی دارد و کامپوزیتی طبیعی است که در طول زمان تکامل‌یافته و پاسخگوی مناسبی در برابر شرایط زیست‌محیطی برای کرم ابریشم است، خواص فیزیکی و مکانیکی بالایی در برابر تنش‌ها و عملکردی مناسب به‌عنوان عایق در برابر شرایط دمایی محیط دارد. درک روابط ساختار پیله­ی کرم ابریشم، الهام‌بخش ایجاد ساختارهای کامپوزیتی ازجمله بیوکامپوزیت‌هایی بی‌بافت با وزن کم و مقاومت بالا است. در پژوهش حاضر، با روش تحلیلی–توصیفی و استدلال منطقی تلاش می‌شود ضمن معرفی ساختار پیله­ی ابریشم، با بهره‌گیری از سریسین پیله ابریشم و الیاف طبیعی که به دلایل مختلف ازجمله سبکی، عدم آلودگی، فراوانی و کم‌هزینه بودن، می‌تواند جایگزینی مناسب برای الیاف مصنوع باشد، مصالحی به‌عنوان یک بیوکامپوزیت بی‌بافت، پیشنهاد گردد. این مصالح خاصیت بازیافت‌پذیری دارد‌ و از منظر پایداری و مصرف انرژی مناسب است و می­تواند به‌عنوان عایق رطوبتی و حرارتی مورداستفاده قرار گیرد. این عملکرد در پوسته­ی خارجی ساختمان و با استفاده از پلاگین تحلیل انرژی هانی بی و در محیط گرس‌هاپر، برای اقلیم گرم و خشک شهر کاشان، شبیه‌سازی و تحلیل‌شده است. نتایج نشان‌دهنده آن است که کامپوزیت بی‌بافت از الیاف طبیعی پیشنهادشده می‌تواند تا 12.7 درصد ‌به بهبود عملکرد حرارتی و کاهش انتقال حرارت بین فضای بیرون و درون ساختمان نسبت به زمانی که پوسته ساختمان بدون عایق حرارتی در نظر گرفته شود، کمک کند.

کلیدواژه‌ها


[1] M. Bechthold, and J. C. Weaver, Materials science and architecture, Nature Reviews Materials, Vol. 12, No.2, pp. 1-19, 2017.
[2] F. Chen, D. Porter, and F. Vollrath, Silkworm cocoons inspire models for random fiber and particulate composites, The American Physical Society, Physical Review, Vol. 82, No. 4, pp. 041911, 2010.
[3] D. Gupta, A. Agrawal, and A. Rangi, Extraction and characterization of silk sericin, Indian Journal of Fibre & Textile Research (IJFTR), Vol. 39, No. 4, pp. 364-372, 2014.
[4] F. Chen, Silk cocoons as composites Doctoral dissertation, Oxford University, UK. , 2011.
[5] B. Blossman-Myer, and W. W. Burggren, The silk cocoon of the silkworm, Bombyx mori: Macro structure and its influence on Tran's mural diffusion of oxygen and water vapor, Comparative Biochemistry and Physiology Part A: Molecular & Integrative Physiology, Vol. 155, No. 2, pp.259-263, 2010.
[6] H. W. Kwak, J. Eom, S. Y. Cho, M. E. Lee, and H. J. Jin, High-toughness natural polymer nonwoven preforms inspired by silkworm cocoon structure, International journal of biological macromolecules, Vol. 127, pp. 146-152, 2019.
[7] A. Korjenic, J. Zach, and J. Hroudová, The use of insulating materials based on natural fibers in combination with plant facades in building constructions, Energy and Buildings, Vol. 116, pp. 45-58, 2016.
[8] J. Khedari, B. Suttisonk, N. Pratinthong, and J. Hirunlabh, New lightweight composite construction materials with low thermal conductivity, Cement and Concrete Composites, Vol. 23, No. 1, pp. 65-70, 2001.
[9] X. Jin, J. Zhang, W. Gao, J. Li, and X. Wang, Interfacial heat transfer through a natural protective fibrous architecture: a wild silkworm cocoon wall, Textile research journal, Vol. 85, No. 10, pp. 1035-1044, 2015.
[10] J. Zhang, J. Li, X. Jin, S. Du, J. Kaur, and X. Wang, Natural and highly protective composite structures–wild silkworm cocoons, Composites Communications, Vol. 4, pp. 1-4, 2017.
[11] F. Chen, D. Porter, and F. Vollrath, Silk cocoon (Bombyx mori): multi-layer structure and mechanical properties, Acta Biomaterialia, Vol. 7, No. 8, pp. 2620-2627, 2012.
[12] A. De Lima, S. Farias Neto, and W. Silva, Heat and mass transfer in porous materials with complex geometry: fundamentals and applications, In Heat and mass transfer in porous media ,Springer, Berlin, Heidelberg, pp. 161-185, 2012.
[13] D. C. C. Martínez, C. L. Zuluaga, A. Restrepo-Osorio, and C. Álvarez-López, Characterization of sericin obtained from cocoons and silk yarns, Procedia engineering, Vol.200, pp. 377-383, 2017.
[14] M. Mondal, K. Trivedy, and K. S. NIRMAL, The silk proteins, sericin and fibroin in silkworm, Bombyx mori Linn,a review,‏ 2007.
[15] M. Padamwar, and A. Pawar, Silk sericin and its applications: A review, 2004.
[16] T. Sen, and H. J. Reddy, Application of sisal, bamboo, coir and jute natural composites in structural upgradation, International Journal of Innovation, Management and Technology, Vol. 3, No. 2 , pp.186,‏2011.
[17] D. Gon, K. Das, P. Paul, and S. Maity, Jute composites as wood substitute, International Journal of Textile Science, Vol. 6, No. 1, pp. 84-93, 2012.
[18] P. V. Domke, and V. D. Mude, Natural fiber reinforced building materials, IOSR Journal of Mechanical and Civil Engineering, Vol. 12, No. 3, pp. 2320-2334, 2015.
[19]S. Rwawiire, B. Tomkova, J. Militky, L. Hes, and B. M. Kale, Acoustic and thermal properties of a cellulose nonwoven natural fabric (barkcloth), Applied acoustics, Vol. 116, pp. 177-183, 2017.
[20] E. Y. Nakanishi, M. R. Cabral, P. de Souza Gonçalves, V. dos Santos, and H. S. Junior, Formaldehyde-free particleboards using natural latex as the polymeric binder, Journal of Cleaner Production, Vol. 195, pp. 1259-1269, 2018.
[21] D. A. L. Silva, F. A. R. Lahr, L. D. Varanda, A. L. Christoforo, and A. R. Ometto, Environmental performance assessment of the melamine-urea-formaldehyde (MUF) re-sin manufacture: a case study in Brazil,  Journal of Cleaner Production, Vol. 96, pp. 299-307, 2015.
[22] T. Salthammer, S. Mentese, and R. Marutzky, Formaldehyde in the indoor environment, Chemical reviews, Vol. 110, No. 4, pp. 2536-2572, 2010.
[23] S. Pujari, A. Ramakrishna, and K. T. Balaram Padal, Investigations on thermal conductivities of jute and banana fiber reinforced epoxy composites, Journal of the Institution of Engineers (India): Series D, Vol. 98, No. 1, pp. 79-83,‏ 2017.