ENHANCING THE THERMAL INSULATION OF CONCRETE AND MASONRY HOLLOW CONCRETE BRICKS EXPERIMENTALLY AND ANALYTICALLY. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF ENHANCING_THE_THERMAL_INSULATION_OF_CONCRETE_AND_MASONRY_HOLLOW_CONCRETE_BRICKS_EXPERIMENTALLY_AND_ANALYTICALLY.pdf Download (4MB) | Preview

Arabic Abstract

اصبح الحفاظ على الطاقه قضية مهمه حالياً في مختلف انحاء العالم، ولذلك فُرضت الكثير من القوانين والأنظمة لتقليل وتنظيم الاستهلاك الكهربائي الذي من خلاله سيتم توفير بلايين الدولارات التي يمكن استخدامها في استثمارات أخرى. ويمكن تقليل الطلب على الكهرباء في المملكة العربية السعودية بمعدل 5 الى 10%، والتي تعادل توفير ما يقارب 1.5 الى 3 بليون دولار خلال العشرين عاماً القادمة بالاضافة الى توفير ربع بليون دولار كل عام من خلال الترشيد في استخدام التكييف فقط. لتلك الأسباب، كان الهدف من هذا البحث هو تقليل استخدام التكييف في المباني عن طريق تقليل انتقال الحرارة من البيئة الخارجية الى السطوح الداخلية للجدران والاسطح. تم استخدام بعض المواد العازلة في الخلطات الخرسانية لانتاج خرسانة عاية عازلة وطوب (بُلك) بناء مجوف عازل للحرارة، حيث يمكن استخدام الخرسانة العادية كعازل للاسقف لتقليل الانتقال الحراري عن طريق السقف، بينما طوب البناء المجوف يكمن استخدامه في بناء الجدران مما سيقلل درجة الحرارة الداخلية للجدران مقارنة بالطوب العادي. وقد تمّ عمل برنامج محاكاة باستخدام الاباكس لتحديد افضل ابعاد وترتيب للفتحات التي تم تصميمها للطوب المجوف ومن ثم مقارنتها بالطوب المجوف المتوفر في السوق. كانت نتائج التلحليل واعدة، حيث اثبتت مقاومة عالية للحراره في الطوب المجوف الذي تم تصميمه مقارنة بالطوب المتوفر في السوق وذلك بمقدار 4.5 ͦم مع العلم بأن كل درجة مئوية تعادل توفير 6% من الاستهلاك الكهربائي حسبما اثبتت بعض الأبحاث. كما اثبتت التجارب في هذا البحث ان الطوب المجوف الذي تم انتاجه في المختبر ( التصميم الجديد و بدون أي مواد عازله) افضل بـ 70% من الطوب المتوفر في السوق. كما تم استخدام مواد عازلة في الخلطات الخرسانية لطوب البناء مثل البيرلايت والمطاط والبلاستيك والتي كان لها تاثير كبير في زيادة المقاومة الحرارية التي تصل الى 33%. وكانت جميع أنواع الطوب العازل للحرارة متوافق مع متطلبات المواصفات الامريكية ((ASTM C 129 من حيث القوة التي تزيد عن3.45 MPa والامتصاص وتم تصنيف الطوب بانه متوسط وخفيف الوزن حسب متطلبات الكثافة في هذه المواصفات. كما تفيد النتائج بان الموصلية الحرارية قد نقصت في الخرسانة العادية بنسبة تصل الى 40% وبالمثل نقصت القوة مع زيادة محتوى المواد العازله (المطاط والبلاستيك) وكذلك عزم الانحناء بمقدار 40% وعلى النقيض تحسنت مرونة الخرسانة باضافه مادتي المطاط واللبلاستيك.

English Abstract

Saving energy has recently become a critical issue around the world and, hence, many policies have been implemented to reduce and control the consumption of electricity. Therefore, billions of dollars could be saved if these policies are well applied. In Saudi Arabia, the predicted demand for electricity could be reduced by 5 to 10%, which is equivalent approximately to a saving of $1.5 to 3.0 billions over the next 20 years. Further, the returns of reducing the demand for air conditioning only are around $0.25 billion each year. The aim of this research was to reduce the air conditioning demand in buildings through minimizing the heat flow from outdoor environment to interior building envelopes (walls and roofs). Hence, some insulation materials were used in the concrete mixtures to produce normal concrete and hollow concrete blocks for roofs and walls, respectively, to reduce their thermal conductivity. The normal concrete could be cast as screed concrete on roofs to decrease the thermal flux through roofs in the top floor of buildings. Similarly, the hollow concrete bricks would significantly contribute in reducing the interior surface temperature of the walls as compared with normal hollow bricks. Further, finite element modelling (FEM) was developed to find out the optimum geometry of cavities layout of bricks in order to reduce the thermal flow of heat and the results would be compared with that of hollow bricks in the market. Results of the simulation were promising and indicating that the new designed “optimum” geometry of hollow bricks was much better than the market hollow bricks, from thermal point of view with a reduction of about 4.5°C of room temperature (as proved by a study in UAE that reducing 1°C could save up to 6% of electricity consumption). Experimentally, the optimum design of hollow brick improved the thermal insulation by as high as 70% compared with other designs of hollow bricks including the market hollow bricks. Further, the thermal resistance of concrete and masonry bricks with the insulation materials (perlite, rubber and polyethylene) was enticing and significant, which could reach up to 33%. However, the newly developed optimum design of concrete brick with and without the insulation materials satisfied the ASTM C 129 requirements for non-load bearing walls in terms of strength and absorption and was considered as medium weight (without insulation material) and as lightweight (with insulation materials). Therefore, it is recommended that these optimum designed bricks were utilized by the construction industry. Results of this comprehensive investigation indicate that the thermal conductivity reduced by about 40%. Similarly, the strength of normal concrete decreased with increasing the content of the insulation materials (rubber and polyethylene) with a maximum value of 90%, while the flexural strength was reduced with about 40%. Further, the addition of rubber and polyethylene in concrete improved the ductility behavior.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Civil Engineering > Structural Engineering Mechanical
Department:	College of Design and Built Environment > Civil and Environmental Engineering
Committee Advisor:	Al-Amoudi, Omer
Committee Members:	Al-Osta, Mohammed and Ben Mansour, Rached
Depositing User:	AHMED AL-TAMIMI (g201406100)
Date Deposited:	14 Jan 2018 05:46
Last Modified:	31 Dec 2020 08:50
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140588