Планування багатофакторного експерименту при дослідженні впливу вологовмісту теплоізоляційного матеріалу на його теплопровідність

Abstract

An analysis of domestic and foreign studies shows that improving the energy efficiency of the thermal insulation envelope of buildings is an essential way to implement the decarbonization program. To reduce heat loss through external enclosing structures, building materials with certain thermophysical, environmental, and economic characteristics are used. The thermal conductivity of thermal insulation materials changes under the influence of anthropogenic and natural climatic factors throughout the life cycle of buildings. A significant negative factor of thermal insulation materials is their hygroscopicity, which causes an increase in moisture content. As a result, the density of the thermal insulation material increases and, accordingly, the thermal resistance of the enclosing structures decreases. The lack of systematic research on the effect of the moisture content of thermal insulation materials on their thermal conductivity led to a search for the influence of determining factors on the target function, namely the thermal resistance of enclosing structures. To develop a methodology for conducting a field experimental study of the effect of the moisture content of thermal insulation material on its thermal conductivity, it is advisable to use the results of planning a multifactorial experiment. Mathematical planning of the experiment was carried out to identify the determining factors that characterize the physical properties of thermal insulation material for the target function. Response surfaces of the target function of thermal resistance and their confidence intervals depending on moisture content were constructed. A regression model was obtained for the response functions of parameters characterizing the thermophysical properties of thermal insulation material. The priority of the influence of thermal insulation material parameters on their thermal resistance was revealed. It was established that moisture content significantly affects the thermal conductivity of thermal insulation.

Аналіз вітчизняних та зарубіжних досліджень свідчить, що підвищення енергоефективності теплоізоляційної оболонки будівель є суттєвим шляхом з реалізації програми декарбонізації. Для зменшення тепловтрат через зовнішні огороджувальні конструкції використовують будівельні матеріали з певними теплофізичними, екологічними та економічними характеристиками. Теплопровідність теплоізоляційних матеріалів змінюється під впливом антропогенних та природно-кліматичних чинників протягом життєвого циклу будівель. Суттєвим негативним чинником теплоізоляційних матеріалів є їх гігроскопічність, яка є причиною збільшення вологовмісту. В результаті цього збільшується щільність теплоізоляційного матеріалу та відповідно зменшується термічний опір огороджувальних конструкцій. Відсутність системних досліджень впливу вологовмісту теплоізоляційних матеріалів на його теплопровідність зумовило до пошуку впливу визначальних чинників на цільову функцію, а саме термічний опір огороджувальних конструкцій. Для розроблення методики проведення натурного експериментального дослідження впливу вологовмісту теплоізоляційного матеріалу на його теплопровідність доцільно використовувати результати планування багатофакторного експерименту. Виконано математичне планування експерименту з метою виявлення визначальних чинників, що характеризують фізичні властивості теплоізоляційного матеріалу на цільову функцію. Побудовані поверхні відгуку цільової функції термічного опору та їх довірчі перерізи залежно від вологовмісту. Отримано регресію моделі для функцій відгуку параметрів, що характеризують теплофізичні властивості теплоізоляційного матеріалу. Виявлено пріоритетність впливу параметрів теплоізоляційних матеріалів на їх термічний опір. Встановлено, що вологовміст суттєво впливає на теплопровідність теплоізоляційного матеріалу, який використовується для підвищення енергоефективності огороджувальних конструкцій будівель.