توسعه و بهینه سازی پانل های ساختمانی مقاوم در برابر آتش و آکوستیک - ساختمان سبز ایرانیان

  • Home
  • توسعه و بهینه سازی پانل های ساختمانی مقاوم در برابر آتش و آکوستیک

نکات برجسته

  • •پانل های مقاوم در برابر آتش از جین بازیافتی برای جذب صدا.
  • •پانل های بهینه سازی شده مقادیر SAA و اشتعال پذیری 0.538 و 53.1 میلی متر در دقیقه را نشان می دهند.
  • •پانل های بهینه طراحی شده استحکام خمشی 0.93 مگاپاسکال را نشان می دهند.
  • •SAC کلی برای پانل های بهینه شده در روش اتاق طنین 0.75 است
  • •رفتار آکوستیک پانل ها در سالن کنفرانس توسط نرم افزار Odeon مورد بررسی قرار گرفت.

چکیده

در سال‌های اخیر، اتخاذ سیاست‌های سختگیرانه کنترل صدا و آگاهی روزافزون از اثرات مضر آلودگی صوتی، تقاضا برای مواد جاذب صدا در ساخت‌وساز را افزایش داده است، جایی که خواص ضد شعله نیز بسیار مهم است. این امر علاقه به توسعه و استفاده از مواد ساخت و ساز جاذب صدا بازیافتی جایگزین را برانگیخته است. سالانه، تولید جین تقریباً به 2.3 میلیون تن مصرف منسوجات کمک می کند که تنها 10 درصد از جین دور ریخته شده بازیافت می شود. 90 درصد باقی مانده در محل های دفن زباله یا سوزانده می شود که منجر به آلودگی خاک و آب می شود. این مطالعه با هدف طراحی، تولید و بهینه سازی پانل های فیبری ساخته شده از ضایعات جین دور ریخته شده برای جذب موثر صدا و خواص ضد حریق در هر دو صنعت ساختمان و خودروسازی انجام می شود. پارچه‌های جین دور ریخته‌شده از یک کارخانه دسته‌بندی زباله بازیابی شدند، دوباره به شکل الیاف پردازش شدند و برای تولید پانل‌هایی با ضخامت‌های مختلف (0.01-0.05 متر)، تراکم (80-140 کیلوگرم بر مترمربع)، و محتوای چسب (20-50٪) استفاده شدند. بر اساس روش سطح پاسخ (RSM) و روش طراحی D-Optimal. میانگین جذب صدا (SAA) و اشتعال پذیری (FA) پانل ها با استفاده از روش های اشتعال پذیری افقی و لوله امپدانس اندازه گیری شد. این مقادیر از 0.17 تا 0.6 برای SAA و 40-147 میلی متر در دقیقه برای FA متغیر بود. تأثیر متقابل پارامترهای ورودی بر روی SAA و FA پانل‌ها نیز مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت که منجر به توسعه مدل‌های درجه دوم و خطی برای پیش‌بینی مقادیر SAA و FA شد. شرایط بهینه برای به حداکثر رساندن SAA و به حداقل رساندن FA در ضخامت 0.027 متر، چگالی 140 کیلوگرم بر متر مکعب و محتوای رزین 43 درصد شناسایی شد. تحت این شرایط مشخص شده، SAA و FA مشاهده شده به ترتیب 0.538 و 53.1 میلی متر در دقیقه بودند که امیدوارکننده هستند. سپس یک پانل بهینه 3 متر × 3 متر تهیه شد و ضریب جذب صدا (SAC) آن با استفاده از روش اتاق طنین اندازه‌گیری شد. پانل های بهینه سازی شده SAC های امیدوارکننده ای را در محدوده فرکانس 63-6300 هرتز، به ویژه در باند فرکانس بحرانی داخلی 500-2000 هرتز نشان دادند. عملکرد پانل ها بیشتر با استفاده از نرم افزار ODEON در یک سالن چند منظوره در پنج سناریو مورد ارزیابی قرار گرفت و پیشرفت های قابل توجهی را در ویژگی های صوتی سالن آشکار کرد.

مقدمه

سرعت بی‌وقفه رشد صنعتی و پیشرفت سریع فناوری در بخش‌های مختلف و مراکز شهری در پیشبرد پیشرفت اجتماعی و رشد اقتصادی بسیار مهم بوده است. این پیشرفت‌ها باعث بهبود در استانداردهای زندگی، مراقبت‌های بهداشتی و ارتباطات شده و سطوح بی‌سابقه‌ای از راحتی و کارایی را تقویت کرده‌اند. با این حال، گسترش بی امان، هنگامی که با رشد کنترل نشده جمعیت ترکیب می شود، چالش های زیست محیطی قابل توجهی را ایجاد کرده است. از جمله این موارد می توان به افزایش سطوح آلودگی صوتی و تولید رو به رشد زباله های شهری و صنعتی اشاره کرد. این مسائل نه تنها کیفیت زیست محیطی را کاهش می دهد، بلکه خطرات قابل توجهی برای سلامت عمومی و پایداری اکولوژیکی ایجاد می کند. بنابراین، نیروهای دوگانه گسترش فناوری و جمعیت‌شناختی، در حالی که موتورهای پیشرفت هستند، مدیریت هوشیارانه را برای کاهش اثرات نامطلوب زیست‌محیطی خود ضروری می‌سازند.
آلودگی صوتی به طور کلی به عنوان نفوذ صداهای ناخواسته و مزاحم تعریف می شود که می تواند بر سلامت جسمی و روانی افراد تأثیر منفی بگذارد [1]. هنگامی که به درستی مدیریت نمی شود، چنین صداهایی می تواند منجر به طیفی از پیامدهای سلامتی منفی شود. این اثرات نامطلوب شامل افزایش سطح آزار، کاهش توانایی های شنوایی، شروع وزوز گوش، اختلال در چرخه خواب طبیعی، افزایش فشار خون و افزایش خطر بیماری های قلبی عروقی است [[2]، [3]، [4]]. شناخت روزافزون عمومی از این اثرات مضر به طور قابل توجهی باعث افزایش آگاهی و نگرانی در مورد آلودگی صوتی در سال های اخیر شده است. این افزایش آگاهی، اجرای اقدامات کنترل نویز سخت‌گیرانه‌تر را هدایت کرده است، که به نوبه خود باعث توسعه و استفاده از مواد جذب صدا طراحی شده برای کاهش سطح سر و صدا شده است. اهمیت جذب صدا در ساختمان ها، به ویژه، به طور فزاینده ای مشهود شده است، زیرا نقش مهمی در به حداقل رساندن آلودگی صوتی داخلی دارد، بنابراین از سلامت و رفاه ساکنان محافظت می کند. مواد جاذب صوت موثر می توانند محیط های داخلی ساکت تر و راحت تری ایجاد کنند که هم در محیط های مسکونی و هم در محیط های تجاری ضروری است.
جاذب‌های صدا معمولاً متخلخل هستند و مکانیسم جذب صدا در محیط‌های متخلخل شامل تبدیل انرژی صوتی به گرما از طریق مقاومت اصطکاکی در حین حرکت امواج صوتی از طریق حفره‌ها و کانال‌های به هم پیوسته مواد است. یکی از انواع رایج مواد جاذب صدا متخلخل، ساختارهای فیبری هستند. مطالعات گسترده ای بر روی خواص جذب صوت مواد الیافی انجام شده است که نشان می دهد عواملی مانند ضخامت، چگالی، تخلخل جاذب و ظرافت الیاف عمیق ترین تأثیر را بر راندمان جذب صوت مواد دارند.
در حال حاضر، مواد جاذب صدا فیبری ساخته شده از الیاف معدنی و مصنوعی به طور گسترده برای برنامه های کاربردی کنترل نویز استفاده می شود. الیاف معدنی مانند فایبرگلاس [5] و پشم سنگ [6] به دلیل عملکرد صوتی عالی، مقرون به صرفه بودن، و خواص غیر قابل احتراق ارزش ویژه ای دارند و آنها را برای تنظیماتی که مقاومت در برابر آتش بسیار مهم است، ایده آل می کند. از سوی دیگر، الیاف مصنوعی مانند پلی استر [7،8] و پلی پروپیلن [9]، در حالی که در جذب صدا نیز موثر بوده و اغلب همه کاره تر و مقرون به صرفه تر هستند، سطح غیر قابل احتراق یکسانی را ارائه نمی دهند. علیرغم این مزایا، مطالعات اخیر نگرانی های زیست محیطی و بهداشتی قابل توجهی را در ارتباط با این مواد فیبری نشان داده اند [[10]، [11]، [12]، [13]، [14]). فرآیندهای تولید این مواد به طور قابل توجهی انرژی بر هستند و منجر به انتشار قابل توجهی CO 2 می شوند . در پاسخ به این مسائل، تحقیقات گسترده ای به سمت یافتن جایگزین های پایدار، از جمله استفاده از الیاف طبیعی مانند کنف [15]، جوت [16]، لوفا [17]، نخل زباله [18]، ذرت، پوسته [19] هدایت شده است. الیاف چوب [20]، سیزال [21] و کناف [22] و الیاف حیوانی مانند پشم [23]، پر مرغ [24]، و همچنین مواد زائد بازیافتی مانند ضایعات قهوه [25]، ماسک های دور ریخته شده صورت [26]، منسوجات نبافته بازیافت شده [27]، خاکستر بادی [28] و ضایعات فیبر کربن [29]. در حالی که الیاف طبیعی به دلیل زیست تخریب پذیری، ردپای کربن کم و کاهش خطرات سلامتی، جایگزین های امیدوارکننده ای را ارائه می دهند، پذیرش گسترده آن ها به دلیل محدودیت در دسترس بودن و مسائلی مانند حساسیت به رشد قارچ ها و خطرات آتش سوزی مانع می شود. در نتیجه، استفاده از مواد بازیافتی، چه طبیعی و چه مصنوعی، گزینه مناسب تری برای تولید جاذب های صوتی پایدار ارائه می دهد.
صنایع پوشاک و پوشاک از طریق مشارکت در تجارت، اشتغال، سرمایه‌گذاری و تولید درآمد، نقش مهمی در رشد اقتصادی جهانی دارند. با این حال، این صنایع نیز به دلیل مسائل دوگانه مازاد تولید و مصرف بیش از حد، با چالش‌ها و زیان‌های قابل‌توجهی مواجه هستند که فرهنگ فراگیر «پرتاب» را تداوم می‌بخشد [30،31]. بر اساس گزارش بنیاد الن مک آرتور، صنعت نساجی جهانی در سال 2017 دارای ردپای زیست محیطی قابل توجهی بود و سالانه 1.2 میلیارد تن گازهای گلخانه ای تولید کرد و سالانه 93 میلیارد متر مکعب آب مصرف کرد. به طور خاص، برای تولید پنبه، نیاز به منابع سرسام آور است، به 4600 لیتر آب به ازای هر کیلوگرم فیبر، در کنار ورودی سالانه 8 میلیون تن کود، 0.2 میلیون تن آفت کش، 42 میلیون تن مواد شیمیایی و 1 میلیون تن مواد رنگی نیاز است. [32]. اثرات زیست‌محیطی با کمبود فزاینده منابع آب تشدید می‌شود، که باعث شده است بسیاری از کشورهای تولیدکننده پنبه، مناطق اختصاص داده شده به کشت پنبه را کاهش دهند. این تلاقی استفاده زیاد از منابع و کاهش ظرفیت تولید بر نیاز فوری به شیوه‌های پایدارتر در بخش‌های پوشاک و نساجی تاکید می‌کند [33].
جین به عنوان یکی از رایج ترین و پرکاربردترین پارچه ها در سراسر جهان است که عمدتاً از 100٪ پنبه تشکیل شده است. شکل 1 صادرکننده پیشرو جین در سال 2020 را نشان می دهد و توزیع جغرافیایی تولید جین را برجسته می کند. تولید و مصرف جین بسیار زیاد است، به طوری که ارزش بازار جهانی تقریباً 27 میلیارد دلار در سال 2020 است و پیش بینی ها حاکی از آن است که تا سال 2030 به 95 میلیارد دلار می رسد [34]. این گسترش عمدتاً ناشی از افزایش تقاضا برای پوشاک غیر رسمی و مقرون به صرفه بودن و ماندگاری شلوار جین است. با این حال، این رشد هزینه زیست محیطی قابل توجهی دارد [35].
سالانه تولید جین تقریباً 2.3 میلیون تن منسوجات مصرف می کند که تنها 10 درصد از جین دور ریخته شده بازیافت می شود. 90 درصد باقیمانده در محل های دفن زباله یا از طریق سوزاندن دفع می شود که منجر به آلودگی خاک و آب با مواد خطرناک و انتشار متان و سایر گازهای مضر در طی تجزیه می شود (شکل 2). همانطور که توسط آژانس حفاظت از محیط زیست (EPA) ذکر شده است، تقریباً 6٪ از کل فضای دفن زباله را تشکیل می دهد [36،37]. این وضعیت بر نیاز فوری به استراتژی‌های مؤثر و راه‌حل‌های پایدار برای رسیدگی به مشکل رو به رشد زباله‌های جین تاکید می‌کند. یک راه حل امیدوارکننده مستلزم بازیافت پارچه جین دور ریخته شده به پنل های فیبری است که می توانند برای کاربردهای مختلف مانند پانل های جذب صدا دوباره استفاده شوند. این رویکرد نه تنها یک روش پایدار برای به حداقل رساندن ضایعات جین و ردپای اکولوژیکی مرتبط با آن ارائه می‌کند، بلکه از ویژگی‌های صوتی جین بازیافتی برای کاهش آلودگی صوتی و ایجاد محیط‌های زندگی سالم‌تر و راحت‌تر استفاده می‌کند. بررسی این کاربردهای نوآورانه برای جین بازیافتی می تواند چالش های حیاتی مدیریت زباله در صنعت نساجی را برطرف کند و راه را برای آینده ای پایدارتر و سازگار با محیط زیست هموار کند. با این حال، یکی از مشکلات مهم جین اشتعال پذیری آن است که کاربرد آن را در زمینه های مختلف از جمله ساختمان ها و کاربردهای خودرو محدود می کند. بنابراین، هدف کار حاضر بهبود خواص ضد شعله جین برای گسترش کاربردهای بالقوه آن و افزایش ایمنی و عملکرد آن در محیط‌های متنوع است.
سازماندهی بقیه مقاله به شرح زیر است: بخش 2 روش های آزمایشی، جزئیات مواد مورد استفاده و آماده سازی پانل ها را پوشش می دهد. این بخش همچنین در مورد اندازه گیری ویژگی های فیزیکی، مورفولوژیکی، صوتی، مکانیکی و مقاوم در برابر شعله پانل ها بحث می کند. بخش 3 طرح تجربی و تجزیه و تحلیل آماری به کار گرفته شده در این مطالعه را ارائه می کند. بخش 4 بر ارائه و بحث در مورد نتایج تمرکز دارد. در نهایت، بخش 5 مقاله را به پایان می‌رساند و یافته‌های اصلی و پیامدهای تحقیق را خلاصه می‌کند.

قطعات بخش

مواد

جین دور انداخته شده پس از مصرف از یک مرکز تفکیک زباله بازیابی شد. این پارچه ها از الیاف 100 درصد پنبه ساخته شده اند. علاوه بر این، به عنوان یک طرح جایگزین، می توان از ضایعات لبه برش پارچه جین نیز استفاده کرد. رزین نوولاک به صورت پودر به عنوان چسبنده برای چسباندن الیاف و تولید پانل ها استفاده شد. این رزین همچنین ذاتاً دارای خواص ضد شعله است. مشخصات رزین به تفصیل در جدول 1 آمده است.
در این جدول جریان در دمای 125 درجه سانتیگراد به جریان پذیری یا

طراحی آزمایش و تجزیه و تحلیل آماری

آزمایش‌ها طراحی شد و اثرات متغیرهای مستقل با استفاده از روش سطح پاسخ (RSM) همراه با روش طراحی D-Optimal ارزیابی شد. این تکنیک مستلزم ساخت یک مدل ریاضی برای نشان دادن رابطه بین چندین پارامتر مستقل و پارامتر پاسخ است. روش طراحی D-Optimal یک تکنیک طراحی آزمایشی پیشرفته است که زیرمجموعه ای از آموزنده ترین اجراهای آزمایشی را برای تخمین پارامترهای مدل انتخاب می کند.

خواص مورفولوژیکی

تصاویر FE-SEM از الیاف جین زباله خرد شده در شکل 13a نشان داده شده است. مقداری فیبریلاسیون، که منجر به تقسیم الیاف به فیبرهای کوچکتر می شود، مشهود است، که ناشی از تنش مکانیکی تجربه شده در طول فرآیند خرد کردن است. الیاف همچنین چین و چروک های طبیعی و ترک های سطحی را نشان می دهند که به فرآیند خشک شدن و ویژگی های ساختاری ذاتی پنبه نسبت داده می شود. علاوه بر این، الیاف پیچش های طبیعی به نام پیچش را نشان می دهند. این پیچش ها باعث افزایش فیبر می شوند

نتیجه گیری

این مطالعه طراحی، ساخت و بهینه سازی موفق پانل های فیبری ساخته شده از جین دور ریخته شده را برای کاربردهای صوتی در صنایع ساختمان و خودرو نشان می دهد. نتایج بر پتانسیل زباله‌های جین بازیافتی به عنوان یک ماده مؤثر برای کاربردهای صوتی، کمک به شیوه‌های ساختمانی پایدار و ارائه راه‌حلی برای مسائل زیست‌محیطی مرتبط با زباله‌های نساجی تأکید می‌کند. یافته های اصلی تحقیق به شرح زیر خلاصه می شود.

  • 1.
    این

بیانیه مشارکت نویسنده CRediT

پویا حسنی: اعتبارسنجی، نرم افزار، بررسی، تحلیل رسمی، گردآوری داده ها، مفهوم سازی. پرهام سلطانی: نگارش – بررسی و ویرایش، نگارش – پیش‌نویس اصلی، نظارت، نرم‌افزار، منابع، روش‌شناسی، جذب سرمایه، تحلیل رسمی، مفهوم‌سازی. ابراهیم تابان: اعتبارسنجی، نظارت، نرم افزار، بررسی، مفهوم سازی. سمیه امین‌نسب: نرم‌افزار، بررسی، گردآوری داده‌ها.

اعلام هوش مصنوعی مولد و فناوری‌های به کمک هوش مصنوعی در فرآیند نوشتن

در طول آماده سازی برخی از بخش های این اثر، نویسندگان از ChatGPT-3.5 (OpenAI) به منظور بهبود خوانایی و زبان استفاده کردند. پس از استفاده از این ابزار، نویسندگان مطالب را در صورت نیاز بررسی و ویرایش کرده و مسئولیت کامل محتوای مقاله منتشر شده را بر عهده می گیرند.

اعلامیه منافع رقابتی

نویسندگان اعلام می کنند که هیچ منافع مالی رقیب یا روابط شخصی شناخته شده ای ندارند که به نظر می رسد بر کار گزارش شده در این مقاله تأثیر بگذارد.

تصدیق

این کار بر اساس تحقیقاتی است که توسط بنیاد ملی علوم ایران ( INSF ) تحت پروژه شماره 4015673 تامین شده است .

منابع (70)

Leave A Comment