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Transient moisture characteristics of spruce plywoodOsanyintola, Olalekan Fatai 22 December 2005
In this thesis, the moisture characteristics of spruce plywood are studied experimentally and numerically with special attention given to moisture storage and release as the indoor humidity changes diurnally. This is referred to as the moisture buffering capacity. Two test facilities (a glass jar facility and a transient moisture transfer facility) are used to measure the moisture accumulation and temperature and relative humidity profiles within spruce plywood. These measured data are used to determine the moisture buffering capacity of spruce plywood and validate a one-dimensional transient numerical model that can be used to calculate the transient heat and moisture transfer in spruce plywood. There is good agreement between the measured and simulated results over the range of test variables investigated. </p><p>This validated numerical model is used to investigate the effect of initial conditions, boundary conditions, thickness and humidity step change on the moisture buffering capacity. In addition, sensitivity studies are performed to investigate the effect of variations in material properties used in the numerical model. The properties that are considered in these sensitivity studies are the sorption isotherm, effective thermal conductivity, heat of sorption and effective diffusion coefficient. These studies show that the sorption isotherm has the greatest effect on the moisture buffering capacity, as well as the temperature and relative humidity profiles within spruce plywood. For example, a ± 10% change in sorption isotherm has a ± 7%, ± 6% and ± 10% effect on the moisture buffering capacity, and the relative temperature and relative humidity change, respectively. </p><p>This thesis also verifies the moisture diffusivity property for spruce plywood, which was developed by Olutimayin and Simonson (2005) to account for moisture storage in cellulose insulation for a single step change in humidity. It was found that for spruce plywood, the moisture penetration depth may be over predicted by an order of magnitude when moisture storage is neglected using a transient analytic solution which does not include moisture storage.
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Transient moisture characteristics of spruce plywoodOsanyintola, Olalekan Fatai 22 December 2005 (has links)
In this thesis, the moisture characteristics of spruce plywood are studied experimentally and numerically with special attention given to moisture storage and release as the indoor humidity changes diurnally. This is referred to as the moisture buffering capacity. Two test facilities (a glass jar facility and a transient moisture transfer facility) are used to measure the moisture accumulation and temperature and relative humidity profiles within spruce plywood. These measured data are used to determine the moisture buffering capacity of spruce plywood and validate a one-dimensional transient numerical model that can be used to calculate the transient heat and moisture transfer in spruce plywood. There is good agreement between the measured and simulated results over the range of test variables investigated. </p><p>This validated numerical model is used to investigate the effect of initial conditions, boundary conditions, thickness and humidity step change on the moisture buffering capacity. In addition, sensitivity studies are performed to investigate the effect of variations in material properties used in the numerical model. The properties that are considered in these sensitivity studies are the sorption isotherm, effective thermal conductivity, heat of sorption and effective diffusion coefficient. These studies show that the sorption isotherm has the greatest effect on the moisture buffering capacity, as well as the temperature and relative humidity profiles within spruce plywood. For example, a ± 10% change in sorption isotherm has a ± 7%, ± 6% and ± 10% effect on the moisture buffering capacity, and the relative temperature and relative humidity change, respectively. </p><p>This thesis also verifies the moisture diffusivity property for spruce plywood, which was developed by Olutimayin and Simonson (2005) to account for moisture storage in cellulose insulation for a single step change in humidity. It was found that for spruce plywood, the moisture penetration depth may be over predicted by an order of magnitude when moisture storage is neglected using a transient analytic solution which does not include moisture storage.
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Towards a realistic estimation of the walls moisture buffering in an occupied room / Vers une estimation réaliste de l’effet de tampon hygrique des parois d’un local occupéBui, Rudy 30 November 2018 (has links)
De nos jours, l'humidité dans les bâtiments est une problématique majeure car elle impacte simultanément la consommation énergétique, le confort des occupants, ainsi que les risques de moisissures dans l'envelope du bâtiment. Les matériaux de construction ont la capacité d'absorber et de libérer de grandes quantités de vapeur d'eau et peuvent par conséquent amortir les variations d'humidité relative intérieure. Cette proporiété est appelée tampon hygrique. Elle est liée aux échanges de vapeur d'eau entre l'air intérieur et les parois, à la ventilation, et aux sources de vapeur. Cet effet a été précédemment mis en évidence à l'échelle du matériau et de la paroi par des expériences de laboratoire et des modèles numériques. Cependant, peu de modèles décrivent de manière réaliste les sources intérieures dues à la présence et aux activités des occupants. Dans ce travail, un modèle hygrothermique à l'échelle de la pièce a été développé en Python afin d'investiguer l'influence du scénario d'occupation, et l'impact du tampon hygrique des parois sur l'air intérieur. Ce modèle regroupe les transferts couplés d'énergie et de masse dans les parois, ainsi que les sources intérieures décrites par un système de conditionnement d'air et par la présence et les activités des occupants. Ce dernier étant modélisé de manière stochastique par un modèle implémenté dans une plateforme nommée No-MASS. Des indicateurs de performance sur les besoins énergétiques, le confort hygrique intérieur, et les risques liés aux moisissures dans les parois ont été définis pour quantifier la performance hygrothermique d'une pièce. La sensibilité des indicateurs de performance vis-à-vis du scénario d'occupation a été évaluée en simulant des scénarios stochastique, déterministe et constant. Les résultats ont montré une influence marginale du scénario à l'échelle de l'année. [...} / Humidity in buildings has nowadays become a major concern as it impacts simultaneously the energy consumption, the occupants' comfort and the moisture related risks in the buildings envelope. Buildings materials have the ability to absorb and release large amounts of moisture and therefore they may dampen the indoor relative humidity variations. This is called the moisture buffering capacity. It depends on the vapour exchanges between the air and the walls, the ventilation and the indoor moisture sources. This property was previously highlighted at material and wall scales through laboratory experiments and numerical models. However, few models describe the indoor sources due to the occupants' presence and activities in a realistic way. In this work, a hygrothermal room model was developed in Python to investigate the influence of the occupancy scenario and of the impact of the walls moisture buffering on indoor air balance. This model regroups the coupled heat and mass transfer in the walls, as well as the indoor sources depicted by the air-conditioning system and the occupants' presence and activities. The numerical modelling of the latter relies on a stochastic occupancy model implemented in a platform called No-MASS. Performance indicators on the energy demand, the indoor hygric comfort and the moisture related risks in the walls were defined to quantify the hygothermal performance of a room. The sensitivity of the performance indicators towards the occupancy scenario was assessed by simulating a stochastic occupancy scenario, a deterministic one and a constant one. Results showed a marginal influence of the scenario at year scale. However, at smaller time scales (seasonal or monthly), their impact on the indoor relative humidity dampening was not negligible, mainly due to the consideration of a seasonal effect for the stochastic scenario. [...]
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Étude du comportement hygro- mécanique de la terre crue hyper-compactée pour la construction durable / Hygro-mechanical characterisation of hypercompacted earth for sustainable constructionBruno, Agostino Walter 28 October 2016 (has links)
Cette étude vise à contribuer au développement d’un produit de construction à faible impact environnemental utilisant la terre crue. Pour cela, le comportement hygro-mécanique de la terre crue compressée à haute pression par une technique novatrice mise au point dans ce projet a été caractérisé. De plus, plusieurs méthodes de stabilisation ont été évaluées afin d’améliorer la durabilité de ce matériau, notamment vis-à-vis de l’érosion induite par l’eau. Une vaste campagne d’essais expérimentaux a été menée sur ces matériaux stabilisés ou non, à deux échelles différentes : les caractérisations des échantillons cylindriques (petite échelle) ont tout d’abord permis de sélectionner la formulation optimale. Par la suite, les tests menés à grande échelle sur les briques de terre compressée ont contribué à développer un produit pour la construction. Une nouvelle technique de fabrication basée sur l’application d’une contrainte de compactage très élevée (hyper-compactage) a été mise au point. Son objectif principal est d’augmenter la densité du matériau afin d’améliorer ses performances mécaniques. Les échantillons compactés par la méthode proposée présentent une densité sèche d’environ 2320 kg/m3, ce qui représente la valeur la plus élevée jamais enregistrée dans la littérature pour une terre non stabilisée. Les effets de la contrainte de compactage sur la microstructure du matériau ont été analysés par intrusion au mercure et adsorption d’azote liquide. Les résultats montrent que l’augmentation de la contrainte de compactage réduit la porosité du matériau, majoritairement les grands pores inter-agrégats. Cependant, le compactage mécanique influence peu les petits pores intra-agrégats. L'approfondissement de la caractérisation des propriétés microstructurales des échantillons stabilisés constitue un développement intéressant de ce travail. La résistance et la rigidité des échantillons non stabilisés et stabilisés ont été mesurées. Ces essais mécaniques confirment que la méthode d'hyper-compactage permet d’améliorer grandement la réponse mécanique du matériau par rapport aux techniques de fabrication existantes. Ainsi, les briques réalisées présentent une résistance en compression comparable à celle-là des matériaux traditionnels de construction (e.g. terre stabilisée et briques en terre cuite). Pour compléter cette étude, des essais mécaniques à l’échelle paroi sont à mener. Le comportement hygroscopique des échantillons stabilisés et non stabilisés a été analysé par la mesure du paramètre MBV (i.e. Moisture Buffering Value), qui traduit la capacité d’échange avec la vapeur d’eau. Il s'avère que la terre non stabilisée possède une excellente capacité à absorber et relarguer l’humidité ambiante. Cette capacité est, par contre, réduite pour les échantillons stabilisés testés dans le cadre de cette étude. La caractérisation du comportement thermique de la terre compressée à haute pression ainsi que l’analyse expérimentale des transferts thermo-hygroscopiques à l’échelle paroi représentent deux compléments d'étude afin de préciser le comportement hygroscopique d'un mur à base de terre crue. Enfin, la durabilité par rapport à l’érosion induite par l’eau des briques stabilisées et non stabilisées a été estimée à travers les essais d’immersion, de succion et de contact qui sont prévus par la norme DIN 18945 (2013). Les briques stabilisées montrent une meilleure résistance à l’eau par rapport aux briques non stabilisées. Toutefois, des études supplémentaires sont nécessaires pour améliorer les méthodes de stabilisation garantissant la durabilité dans le cas d'applications structurelles exposées aux intempéries, tout en maintenant de bonnes performances hygro-mécaniques et un faible impact environnemental. / The present work explores the hygro-mechanical behaviour of a raw earth material and investigates different stabilisation techniques to improve the durability of the material against water erosion. An extensive campaign of laboratory tests was performed on both unstabilised and stabilised materials at two different scales: small cylindrical samples and large bricks. An innovative manufacturing method based on the application of very high compaction pressures (hypercompaction) was proposed. Also, the compaction load was maintained constant for a sufficient period of time to allow soil consolidation. The main objective was to increase material density, thus improving mechanical performance. Samples compacted with the proposed method exhibited a dry density of about 2320 kg/m3, which is the highest value registered in the literature for an unstabilised earthen material. The effect of the compaction pressure on the material fabric was assessed by means of mercury intrusion porosimetry and nitrogen adsorption tests. Results showed that the increase of compaction pressure reduced material porosity with major effects on large inter-aggregate pores. On the contrary, small intra-aggregate pores were not affected by the mechanical compaction. Mechanical tests were then performed to measure stiffness and strength of both unstabilised and stabilised samples. These tests demonstrated that hypercompaction can largely improve the mechanical response of the material over conventional manufacturing methods. Hypercompacted bricks showed a compressive strength comparable with that of traditional building materials, such as stabilised compressed earth and fired bricks. The hygroscopic behaviour of both unstabilised and stabilised samples was investigated. The capacity of the samples to absorb/release water vapour was assessed by measuring their moisture buffering value (MBV). Results showed that unstabilised earth has an excellent capacity to buffer ambient humidity. This capacity was significantly reduced by the different stabilisation techniques tested in the present work. Finally, the durability against water erosion of both unstabilised and stabilised bricks was assessed by performing different tests prescribed by the norm DIN 18945 (2013). Stabilised bricks exhibited a higher resistance against water erosion compared to unstabilised bricks. Still, these materials cannot be adopted for structural applications exposed to natural weathering as indicated by the norm DIN 18945 (2013). Therefore, further investigation is required to identify novel stabilisation methods that can balance the needs of sustainability, durability, moisture buffering and mechanical performance.
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