Luận án tiến sĩ: Phát triển vật liệu cách nhiệt từ bã mía và ảnh hưởng của nhiệt độ, độ ẩm

Luận án tiến sĩ kỹ thuật nghiên cứu kỹ thuật gỗ và công nghiệp development of new insulation material from sugarcane bagasse and, phân tích chuyên sâu, xây dựng mô hình lý thuyết,

• Tác giả: Le Duong Hung Anh
• Người hướng dẫn: Dr. Zoltán Pásztory, Assoc. Professor
• Trường học: University of Sopron
• Chuyên ngành: Wood Sciences and Technologies
• Đề tài: Phát Triển Vật Liệu Cách Nhiệt Mới Từ Bã Mía Và Ảnh Hưởng Của Nhiệt Độ, Độ Ẩm
• Loại tài liệu: dissertation
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Sopron

Mục lục chi tiết

• DECLARATION
• Acknowledgements
• 1. CHAPTER I: PROBLEM STATEMENT, POTENTIALITY, GAPS
• 1.1. Energy consumption in the building sector
• 1.2. The use of thermal insulation materials
• 1.3. Natural fibrous insulation materials. Thermal conductivity coefficient
• 1.4. Factors influencing thermal conductivity of insulation materials
• 1.5. Research rationale and objectives
• 2. CHAPTER II: MATERIALS AND METHODS
• 2.1. Sugarcane bagasse fiber
• 2.2. Binderless coir fiber insulation boards
• 2.3. Binderless bagasse fiber insulation boards
• 2.4. Biocomposites and other samples
• 2.5. Determination of thermal conductivity coefficient
• 2.6. Examination of temperature-dependent thermal conductivity coefficient
• 2.7. Investigation of water absorption of natural fiber based insulation material
• 2.8. Determination of moisture-dependent thermal conductivity coefficient
• 2.9. Surface morphology and morphological analysis of binderless bagasse fiber insulation boards
• 2.10. Fourier transform infrared spectroscopy
• 2.11. Thermogravimetric analysis and the first derivative thermogravimetric
• 2.12. Numerical simulations of heat and moisture transfer in the multi-layered insulation materials
• 3. CHAPTER III: RESULTS AND DISCUSSION
• 3.1. Determination of thermal conductivity coefficient of insulation materials
• 3.2. Thermal conductivity of natural fiber reinforced polymer biocomposites
• 3.3. Thermal conductivity of cross-laminated coconut wood insulation panels
• 3.4. Thermal conductivity of binderless natural fiber-based insulation boards
• 3.5. Examination of temperature-dependent thermal conductivity coefficient
• 3.6. Temperature-dependent thermal conductivity of cross-laminated coconut wood panels
• 3.7. Temperature-dependent thermal conductivity of binderless coir fiber insulation boards
• 3.8. Temperature-dependent thermal conductivity of binderless bagasse fiber insulation boards
• 3.9. Investigation of water absorption of natural fiber insulation boards
• 3.10. Water absorption of binderless coir fiber insulation boards
• 3.11. Water absorption of binderless bagasse fiber insulation boards
• 3.12. Examination of relative humidity dependence of thermal conductivity
• 3.13. Relative humidity dependence of thermal conductivity of binderless coir fiber insulation boards
• 3.14. Relative humidity dependence of thermal conductivity of binderless bagasse fiber insulation boards
• 3.15. Surface morphology and morphological analysis of binderless bagasse fiber insulation boards
• 3.16. Fourier transform infrared spectroscopic study
• 3.17. Heat and moisture transfer through the multi-layered building insulation materials in stationary boundary conditions
• 3.18. Heat and moisture transfer through the multi-layered insulation materials in dynamic boundary conditions
• 4. CHAPTER IV: CONCLUSIONS AND FUTURE WORKS
• 5. CHAPTER V: NOVEL FINDINGS OF THE RESEARCH
• List of publications
• List of Figures
• List of Tables
• List of Abbreviations
• List of Notations
• Abstract

Tóm tắt

I. Giới thiệu về vật liệu cách nhiệt mới

Nghiên cứu phát triển vật liệu cách nhiệt từ bã mía đang được xem xét như một giải pháp bền vững cho ngành xây dựng. Vật liệu cách nhiệt sinh thái từ bã mía không chỉ giúp giảm thiểu lượng chất thải mà còn mang lại hiệu suất cách nhiệt cao. Nghiên cứu này tập trung vào việc xác định các yếu tố ảnh hưởng đến tính năng cách nhiệt của vật liệu, bao gồm nhiệt độ và độ ẩm. Theo một nghiên cứu gần đây, tính chất vật liệu cách nhiệt từ bã mía có thể được cải thiện đáng kể khi được xử lý đúng cách, làm cho nó trở thành một lựa chọn hấp dẫn trong việc xây dựng các công trình xanh.

1.1. Tầm quan trọng của vật liệu cách nhiệt

Vật liệu cách nhiệt đóng vai trò quan trọng trong việc tiết kiệm năng lượng cho các tòa nhà. Việc sử dụng vật liệu cách nhiệt hiệu quả có thể giảm thiểu chi phí năng lượng và cải thiện sự thoải mái của người sử dụng. Theo các nghiên cứu, tính năng cách nhiệt của bã mía cho thấy khả năng cách nhiệt cao, giúp giảm thiểu lượng năng lượng tiêu thụ trong xây dựng.

II. Phương pháp nghiên cứu và vật liệu

Nghiên cứu sử dụng bã mía như một nguyên liệu chính để phát triển vật liệu cách nhiệt. Các phương pháp chế biến bã mía thành vật liệu cách nhiệt không dùng chất kết dính đã được áp dụng. Các thử nghiệm được thực hiện để xác định hệ số dẫn nhiệt của các mẫu vật liệu dưới ảnh hưởng của nhiệt độ và độ ẩm. Kết quả cho thấy vật liệu cách nhiệt từ bã mía có hệ số dẫn nhiệt thấp, dao động từ 0.06 đến 0.07 W/(m·K), tùy thuộc vào điều kiện môi trường.

2.1. Đặc điểm của bã mía

Bã mía là một loại nguyên liệu tái chế có tiềm năng lớn trong việc phát triển vật liệu sinh thái. Chúng không chỉ dễ dàng thu gom mà còn có khả năng cách nhiệt tốt. Nghiên cứu cho thấy rằng việc xử lý nhiệt và độ ẩm có thể cải thiện đáng kể tính chất vật liệu cách nhiệt từ bã mía, làm cho chúng trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng trong xây dựng.

III. Kết quả và thảo luận

Kết quả từ các thử nghiệm cho thấy vật liệu cách nhiệt từ bã mía có hiệu suất cao trong việc cách nhiệt, đặc biệt là khi độ ẩm môi trường tăng lên. Hiệu suất cách nhiệt của các mẫu vật liệu được kiểm tra cho thấy rằng, với độ ẩm từ 33% đến 96%, hệ số dẫn nhiệt của bã mía duy trì ở mức thấp, điều này chứng tỏ khả năng cách nhiệt tốt của chúng trong điều kiện ẩm ướt. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng tác động của nhiệt độ đến tính chất vật liệu là rất quan trọng, và cần được xem xét trong quá trình phát triển vật liệu mới.

3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ và độ ẩm

Nghiên cứu cho thấy rằng nhiệt độ có ảnh hưởng trực tiếp đến tính năng cách nhiệt của vật liệu cách nhiệt. Khi nhiệt độ tăng, hệ số dẫn nhiệt của vật liệu cũng có xu hướng tăng theo. Điều này chỉ ra rằng cần có những biện pháp kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm trong quá trình sử dụng để đảm bảo hiệu suất cách nhiệt tối ưu. Các kết quả này không chỉ có giá trị trong nghiên cứu mà còn có ứng dụng thực tiễn trong thiết kế và xây dựng.

IV. Kết luận và hướng phát triển

Nghiên cứu về vật liệu cách nhiệt từ bã mía cho thấy tiềm năng lớn trong việc phát triển các giải pháp xây dựng bền vững. Những kết quả đạt được không chỉ góp phần vào việc giảm thiểu lượng chất thải mà còn giúp tiết kiệm năng lượng trong các công trình xây dựng. Hướng phát triển tiếp theo nên tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình sản xuất và thử nghiệm thêm các ứng dụng thực tiễn của vật liệu sinh thái này trong xây dựng.

4.1. Đề xuất nghiên cứu trong tương lai

Để nâng cao hiệu suất của vật liệu cách nhiệt từ bã mía, cần thực hiện các nghiên cứu sâu hơn về các phương pháp chế biến và tính chất của vật liệu. Việc ứng dụng công nghệ hiện đại trong sản xuất và thử nghiệm sẽ giúp tối ưu hóa tính năng cách nhiệt và mở rộng khả năng ứng dụng của vật liệu trong ngành xây dựng.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Công trình nghiên cứu thuộc luận án tiến sĩ của tác giả Le Duong Hung Anh, thực hiện tại Trường Tiến sĩ Khoa học và Công nghệ Gỗ József Cziráki, Khoa Kỹ thuật Gỗ và Công nghiệp Sáng tạo, Đại học Sopron (Hungary, 2023) dưới sự hướng dẫn của TS. Zoltán Pásztory. Luận án thuộc chuyên ngành Khoa học và Công nghệ Gỗ (chương trình Vật liệu và Công nghệ Gỗ), giải quyết bài toán phát triển vật liệu cách nhiệt mới từ phế phụ phẩm nông nghiệp và đánh giá sự biến thiên của hệ số dẫn nhiệt theo nhiệt độ và độ ẩm.

Trong bối cảnh tiêu thụ năng lượng toàn cầu, ngành xây dựng chiếm khoảng 40% tổng năng lượng tiêu thụ, phát thải 1/3 tổng lượng khí nhà kính và sử dụng 25% lượng nước toàn cầu theo Chỉ thị 2010/31/EU của Nghị viện Châu Âu. Dự báo của Cơ quan Thông tin Năng lượng (EIA, 2018) chỉ ra nhu cầu năng lượng xây dựng sẽ tăng 64% vào năm 2040. Việc sử dụng vật liệu cách nhiệt truyền thống gốc dầu mỏ (EPS, XPS, PUR) hoặc sợi khoáng (bông thủy tinh, bông đá) tuy phổ biến nhưng tiêu tốn năng lượng sản xuất cao và tiềm ẩn rủi ro phát thải hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) khi sử dụng keo chứa formaldehyde. Khoảng trống nghiên cứu được luận án chỉ ra gồm:

1. Thiếu các tổng hợp hệ thống và dữ liệu định lượng về mức độ phụ thuộc của hệ số dẫn nhiệt vào đồng thời nhiệt độ vận hành và độ ẩm tương đối của môi trường.
2. Các công bố chủ yếu đánh giá hệ số dẫn nhiệt ở điều kiện tiêu chuẩn phòng thí nghiệm (khoảng 23,8 °C và độ ẩm tương đối 50 ± 10%), chưa phản ánh sát thực tế biến động khí hậu thực tế.
3. Hầu hết vật liệu cách nhiệt sợi tự nhiên hiện hành đều phối trộn chất kết dính tổng hợp; việc phát triển tấm cách nhiệt hoàn toàn không dùng chất kết dính (binderless) từ bã mía chưa được khảo sát toàn diện về đặc tính dẫn nhiệt - ẩm.

Mục tiêu nghiên cứu của luận án được xác định cụ thể qua 6 nội dung:

1. Chế tạo vật liệu cách nhiệt không dùng chất kết dính từ nguồn sợi tự nhiên (sợi bã mía và sợi xơ dừa).
2. Xác định hệ số dẫn nhiệt của vật liệu sợi tự nhiên và sự biến thiên của các giá trị này theo nhiệt độ và độ ẩm tương đối.
3. Khảo nghiệm thực nghiệm khả năng hút nước của vật liệu theo các mức độ ẩm tương đối khác nhau.
4. Kiểm tra thực nghiệm ảnh hưởng đồng thời của nhiệt độ và độ ẩm đến hệ số dẫn nhiệt của tấm cách nhiệt không dùng keo.
5. Phân tích đặc tính cấu trúc và nhiệt phổ của vật liệu sợi tự nhiên bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM), quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) và phân tích nhiệt trọng lượng (TGA/DTG).
6. Mô phỏng số quá trình truyền nhiệt và ẩm qua kết cấu cách nhiệt nhiều lớp ứng dụng làm tường ngoài công trình.

Đối tượng nghiên cứu bao gồm sợi bã mía (Saccharum officinarum L.), sợi xơ dừa (Cocos nucifera L.), tấm cách nhiệt tự liên kết từ bã mía (BBIB), tấm cách nhiệt xơ dừa không keo (BCIB), vật liệu composite sợi rơm rạ/năng lượng sậy gia cường keo phenol formaldehyde (REPC), composite sợi xơ dừa gia cường keo phenol formaldehyde (CFPC) và tấm gỗ dừa ghép khối chéo (CTCP). Phạm vi thực nghiệm bao trùm dải nhiệt độ từ -10 °C đến 50 °C và dải độ ẩm tương đối từ 15% đến 96%, cùng mô hình mô phỏng truyền nhiệt - ẩm trong điều kiện mùa hè và mùa đông.

---

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Luận án phân loại vật liệu cách nhiệt công trình thành 4 nhóm chính:

• Vật liệu vô cơ (Inorganic): Chiếm khoảng 60% thị phần, gồm bông thủy tinh, bông đá, bông xỉ. Nhóm này có hệ số dẫn nhiệt trung bình 0,03–0,04 W/(m·K), chịu nhiệt cao nhưng có thể gây kích ứng da và đường hô hấp.
• Vật liệu hữu cơ (Organic): Chiếm 27% thị phần, gồm các polyme gốc hóa thạch như expanded polystyrene (EPS, 0,033 W/(m·K)), extruded polystyrene (XPS), polyurethane (PUR), polyisocyanurate (PIR) và các sợi thực vật tự nhiên.
• Vật liệu kết hợp (Combined): Tấm thạch cao, tấm sợi gỗ (350–600 kg/m³, λ = 0,09 W/(m·K)), bê tông nhẹ.
• Vật liệu công nghệ mới (Advanced): Tấm cách nhiệt chân không (VIPs, λ = 0,004–0,014 W/(m·K)), aerogel (0,013–0,018 W/(m·K)), tấm chứa khí (GFPs) và vật liệu chuyển pha (PCM).

Tác giả đã điểm lại các nghiên cứu thực nghiệm nền tảng về các yếu tố tác động đến hệ số dẫn nhiệt:

• Ảnh hưởng của nhiệt độ: Abdou và Budaiwi (2005, 2013) xác lập quan hệ tuyến tính tăng giữa nhiệt độ (4–43 °C) và hệ số dẫn nhiệt của bông đá, bông khoáng và sợi thủy tinh. Gnip và cộng sự (2012) tính toán hàm tương quan λ-T của EPS từ 0 °C đến 50 °C. Khoukhi và cộng sự (2014, 2020) chứng minh sự tăng tuyến tính λ theo nhiệt độ trên các mẫu polystyrene và polyethylene. Koru (2016) đo đạc các vật liệu xốp ô kín trong dải -10 °C đến 50 °C. Đối với sợi tự nhiên, Manohar và cộng sự (2006) đo xơ dừa và bã mía ở 24 °C cho thấy λ dao động từ 0,049 W/(m·K); Srivaro và cộng sự (2018) khảo nghiệm trên gỗ cao su; Liu và cộng sự (2017) khảo nghiệm aerogel silica từ 280 K đến 1080 K; Tenpierik và Cauberg (2007) ghi nhận VIPs tăng 45% giá trị λ khi nhiệt độ tăng từ 2 °C lên 50 °C.
• Ảnh hưởng của độ ẩm: Lakatos (2019) và Jerman và cộng sự (2013) chỉ ra sự gia tăng nhanh của λ trên bông khoáng khi độ ẩm tăng. Gusyachkin và cộng sự (2019) ghi nhận λ của bông đá tăng 312,8% khi độ ẩm tăng 13,6%. Boukhattem và cộng sự (2017) nghiên cứu tấm sợi chà là không keo (λ khô = 0,033 W/(m·K)). Rahim và cộng sự (2015) ghi nhận mức tăng tuyến tính của λ theo độ ẩm trên bê tông sinh học từ gai dầu, đay, lanh.
• Ảnh hưởng của khối lượng thể tích: Khoukhi và Tahat (2014, 2015) chỉ ra với vật liệu xốp, khối lượng thể tích tăng giúp giảm kích thước lỗ xốp và hạn chế bức xạ/đối lưu khí, đưa λ về giá trị cực tiểu trước khi tăng trở lại do truyền nhiệt qua pha rắn chiếm ưu thế. Sekino (1999) và Balčiūnas và cộng sự (2016) cũng lượng hóa tương quan giữa mật độ và độ dẫn nhiệt của sợi cellulose và composite gai dầu.

Vị trí của luận án được xác lập thông qua việc đi sâu vào vật liệu sợi bã mía hoàn toàn không dùng chất kết dính, thiết lập bộ dữ liệu thực nghiệm toàn diện về λ phụ thuộc nhiệt độ (-10 °C đến 50 °C) và độ ẩm (33% đến 96%), kết hợp phân tích vi cấu trúc và mô phỏng số truyền nhiệt - ẩm đa lớp.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và tiêu chuẩn áp dụng

• Định luật dẫn nhiệt Fourier cho trạng thái dừng một chiều: $q = -\lambda \cdot \frac{dT}{dx}$, trong đó $q$ là mật độ dòng nhiệt (W/m²), $dT/dx$ là gradient nhiệt độ (K/m).
• Tiêu chuẩn DIN 4108 quy định các vật liệu có $\lambda < 0,1\text{ W/(m}\cdot\text{K)}$ được xếp vào nhóm vật liệu cách nhiệt công trình.
• Tiêu chuẩn đo lường: EN 12667:2002 và ISO 8301:1991/Amd 1:2002 đối với phương pháp tấm đo dòng nhiệt (Heat Flow Meter - HFM); ISO 12574:2021 xác định đặc tính hấp phụ ẩm của vật liệu và sản phẩm xây dựng.
• Cơ chế tự liên kết (self-bonding) của lignocellulose: Sự hoạt hóa bề mặt sợi thông qua hình thành liên kết hydro và tính kết dính tự thân của lignin và hemicellulose dưới tác động của quá trình thủy nhiệt và sấy khô.

Nguyên liệu và đặc tính vật lý - hóa học

Nguyên liệu sợi tự nhiên sử dụng trong nghiên cứu được phân tích thành phần hóa học và cơ lý tính theo bảng số liệu sau:

Thành phần & Tính chất	Đơn vị	Sợi xơ dừa (Cocos nucifera L.)	Sợi bã mía (Saccharum officinarum L.)
Cellulose	%	36 – 43	40 – 50
Hemicellulose	%	20	25 – 30
Lignin	%	41 – 45	20 – 25
Hàm lượng tro (Ash)	%	—	2,25
Độ ẩm ban đầu	%	13,68	—
Khối lượng riêng	g/cm³	1,15 – 1,5	—
Độ bền kéo (Tensile strength)	MPa	105 – 175	20 – 50
Mô đun đàn hồi Young	GPa	4 – 6	2,95

Quy trình chế tạo mẫu thực nghiệm

1. Tấm sợi dừa không dùng keo (BCIB): Sợi dừa thu gom tại Việt Nam, rửa sạch chất bẩn, phơi nắng 2 ngày, sấy tủ 70 °C trong 24 giờ. Sợi được xếp lớp thủ công vào khuôn 250 mm × 250 mm và ép thành các tấm có chiều dày định mức 30, 40, và 50 mm. Quanh mẫu có khung giữ bằng polystyrene để cố định dòng nhiệt một chiều.
2. Tấm sợi bã mía không dùng keo (BBIB): Bã mía sấy khô 70 °C trong 24 giờ, nghiền tách sợi, sàng phân loại hạt (kích thước mắt sàng 0,2 mm đến 2,0 mm). Sợi được ngâm nước, xử lý thủy động lực học và nghiền ướt với khoảng cách đĩa nghiền điều chỉnh từ 5 mm xuống 0,1 mm để đạt độ sệt 3–9%. Hỗn hợp được đổ vào khuôn tròn đường kính 50 cm, thoát nước tự nhiên bằng trọng lực qua đêm, sau đó sấy ở 70 °C đến khối lượng không đổi, chà nhám bề mặt và cắt thành kích thước thử nghiệm 250 × 250 mm với chiều dày 20, 25 và 30 mm.
3. Các mẫu đối chứng và composite:
   • Composite rơm rạ/sậy gia cường keo phenol formaldehyde (REPC): Kích thước 400 × 400 × 12 mm³, ép nóng. Mẫu REPC-a gồm 54% rơm lúa, 36% sợi sậy, 10% keo PF, khối lượng thể tích 725,4 kg/m³.
   • Composite xơ dừa gia cường keo phenol formaldehyde (CFPC): Kích thước 400 × 400 × 8 mm³. Mẫu CFPC-a gồm 80% sợi dừa ngắn, 10% sợi dừa dài, 10% keo PF, khối lượng thể tích 453,6 kg/m³.
   • Tấm gỗ dừa ghép khối chéo (CTCP): Kích thước 200 × 200 × 60 mm³, ghép 3 lớp (mỗi lớp 20 mm) bằng keo melamine formaldehyde (cung cấp bởi Đại học Walailak, Thái Lan).

Thiết bị và kỹ thuật phân tích

• Thiết bị đo dẫn nhiệt: Hệ thống tấm đo dòng nhiệt (HFM) với cảm biến kích thước 120 mm × 120 mm, độ chính xác dòng nhiệt 0,1 W/m². Thử nghiệm duy trì độ chênh nhiệt độ cố định $\Delta T = 10\text{ K}$ giữa bản nóng và bản lạnh qua 11 mức nhiệt độ trung bình từ -10 °C đến 50 °C (bước tăng 5 °C).
• Thử nghiệm hút ẩm: Thực hiện theo ISO 12574:2021 qua buồng khí hậu ở 5 mức RH (15%, 40%, 60%, 80%, 95%) và phương pháp bình hút ẩm dùng dung dịch muối bão hòa tương ứng các mức RH (33%, 57%, 75%, 96%).
• Hình thái vi cấu trúc: Kính hiển vi kỹ thuật số Targano FHD và kính hiển vi điện tử quét SEM Hitachi S-3400N tại các độ phóng đại 100× và 450×.
• Phổ hồng ngoại và phân tích nhiệt: Máy quang phổ FTIR FT/IR-6300; hệ thống phân tích nhiệt trọng lượng TGA và vi phân nhiệt trọng lượng DTG.
• Mô phỏng số: Thiết lập mô hình tường ba lớp (OSB - Tấm sợi cellulose - OSB) ở các chiều dày lớp cách nhiệt 50, 120, 150, 200 mm trong điều kiện biên tĩnh và biên động (dữ liệu nhiệt ẩm thực tế mùa hè và mùa đông).

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương I: Tổng quan vấn đề nghiên cứu, tiềm năng và khoảng trống tri thức (Problem statement, Potentiality, Gaps)

Chương này phân tích bức tranh tổng thể về tiêu thụ năng lượng công trình, vai trò của lớp cách nhiệt và các nhóm vật liệu hiện hành. Tác giả tổng hợp các công trình quốc tế để chứng minh hệ số dẫn nhiệt $\lambda$ chịu sự chi phối mang tính hệ thống của bốn yếu tố vĩ mô: nhiệt độ trung bình, hàm lượng ẩm, khối lượng thể tích và chiều dày lớp vật liệu.

Bảng tổng hợp từ các nghiên cứu trước cho thấy quan hệ giữa $\lambda$ và nhiệt độ ($T$) tuân theo hàm tuyến tính $\lambda = a \cdot T + b$ (ví dụ: bông khoáng có $\lambda = 1,0 \times 10^{-4} T + 0,034$; EPS có $\lambda = 1,4 \times 10^{-4} T + 0,034$; VIPs có $\lambda = 4 \times 10^{-4} T + 0,004$). Đối với độ ẩm, sự thâm nhập của nước ($\lambda_{\text{nước}} \approx 0,6\text{ W/(m}\cdot\text{K)}$, gấp hơn 20 lần không khí tĩnh) làm tăng mạnh $\lambda$ của vật liệu xốp mở. Về khối lượng thể tích, đồ thị tương quan dạng chữ U hoặc phi tuyến, tại đó tồn tại khoảng mật độ tối ưu (thường từ 20 đến 140 kg/m³) giúp triệt tiêu đối lưu và giảm bức xạ mà không làm tăng quá mức tỷ phần truyền nhiệt qua pha rắn.

Chương II: Vật liệu và phương pháp nghiên cứu (Materials and Methods)

Chương II mô tả chi tiết nguồn gốc nguyên liệu, quy trình tạo mẫu thực nghiệm và các giao thức kiểm chuẩn đo lường. Điểm trọng tâm là phương pháp tạo tấm ướt không dùng keo cho bã mía dựa trên quá trình phân rã sợi thủy động lực học kết hợp ép định hình và sấy khô, tận dụng liên kết hydro giữa các chuỗi polymer sinh học. Chương này cũng thiết lập ma trận thử nghiệm đo hệ số dẫn nhiệt ở 11 mốc nhiệt độ trung bình (-10, -5, 0, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50 °C) và các mốc độ ẩm môi trường có kiểm soát.

Chương III: Kết quả và thảo luận (Results and Discussion)

Chương III trình bày toàn bộ số liệu thực nghiệm và kết quả phân tích:

1. Hệ số dẫn nhiệt của các vật liệu nghiên cứu

Các số liệu thực nghiệm về hệ số dẫn nhiệt và nhiệt trở của các mẫu composite và tấm sợi không keo được tổng hợp chi tiết:

Nhóm mẫu	Ký hiệu mẫu	Chiều dày $d$ (mm)	Khối lượng thể tích $\rho$ (kg/m³)	Hệ số dẫn nhiệt $\lambda$ (W/(m·K))	Nhiệt trở $R$ ((m²·K)/W)
Composite xơ dừa - keo PF	CFPC-a	8	453,6	0,078 – 0,082	0,098 – 0,103
Composite rơm/sậy - keo PF	REPC-a	12	725,4	0,095 – 0,105	0,114 – 0,126
Gỗ dừa ghép khối chéo	CTCP	60	450 – 600	0,102 – 0,125	0,480 – 0,588
Tấm xơ dừa không keo	BCIB	30 – 50	80 – 150	0,066 – 0,085	0,455 – 0,588
Tấm bã mía không keo	BBIB	20 – 30	95 – 180	0,046 – 0,060	0,435 – 0,652

2. Sự phụ thuộc của hệ số dẫn nhiệt vào nhiệt độ và độ ẩm

• Theo nhiệt độ: Khi nhiệt độ trung bình tăng từ -10 °C lên 50 °C, giá trị $\lambda$ của tấm bã mía không keo (BBIB) tăng từ 16% đến 20%, tương thích với quy chuẩn của vật liệu tham chiếu chuẩn Châu Âu. Tấm xơ dừa không keo (BCIB) ghi nhận giá trị $\lambda$ từ 0,066 W/(m·K) tại nhiệt độ thấp lên các mức cao hơn ở 50 °C. Tương quan $\lambda - T$ biểu diễn xuất sắc qua hàm tuyến tính bậc nhất.
• Theo độ ẩm tương đối: Giá trị $\lambda$ của tấm BCIB dao động trong khoảng 0,066–0,107 W/(m·K) khi độ ẩm tương đối tăng từ 16,5% lên 90%. Đối với tấm BBIB, giá trị $\lambda$ nằm trong khoảng 0,046–0,069 W/(m·K) khi RH tăng từ 33% lên 96%. Đường cong hấp phụ ẩm của cả hai loại vật liệu sợi tự nhiên tăng nhẹ ở dải RH < 75% và tăng vọt tại ngưỡng bão hòa RH > 75%.

Hàm tương quan thực nghiệm theo nhiệt độ và độ ẩm:
- Tấm BBIB theo nhiệt độ:   λ(T) = a·T + b (tỷ lệ tăng 16 - 20% trên dải -10 °C đến 50 °C)
- Tấm BBIB theo độ ẩm RH:   λ(RH) = 0,046 W/(m·K) [tại 33% RH] --> 0,069 W/(m·K) [tại 96% RH]
- Tấm BCIB theo độ ẩm RH:   λ(RH) = 0,066 W/(m·K) [tại 16,5% RH] --> 0,107 W/(m·K) [tại 90% RH]

3. Cấu trúc vi mô và phân tích phổ

• Ảnh SEM: Bề mặt tấm bã mía không keo cho thấy sự đan kết dày đặc của các bó sợi mịn và các mảng hạt bã mía bám dính cơ học, tạo thành mạng lưới vi xốp giữ khí tĩnh.
• Phổ FTIR: Xuất hiện các dải hấp thụ đặc trưng của nhóm hydroxyl (-OH) tại số sóng ~3340 cm⁻¹, liên kết C-H tại ~2900 cm⁻¹, nhóm carbonyl (C=O) của hemicellulose tại ~1730 cm⁻¹ và vòng thơm lignin tại ~1510 cm⁻¹, chứng minh sự tồn tại nguyên vẹn của các liên kết hóa học tự nhiên sau quá trình ép sấy.
• Phân tích TGA/DTG: Quá trình phân hủy nhiệt diễn ra qua 3 giai đoạn: mất nước tự do (<100 °C), phân hủy hemicellulose và cellulose (220–380 °C) và phân hủy lignin kéo dài đến trên 500 °C. Tấm BBIB thể hiện độ ổn định nhiệt tương đương sợi thô ban đầu.

4. Kết quả mô phỏng số kết cấu tường nhiều lớp

Mô phỏng truyền nhiệt và ẩm qua vách tường cấu tạo từ OSB và tấm sợi cellulose cho thấy:

• Hệ số truyền nhiệt tổng thể ($U$) giảm rõ rệt khi tăng chiều dày lớp cách nhiệt từ 50 mm lên 200 mm.
• Khả năng tích trữ ẩm (Moisture Storage Capacity - MSC) và mật độ dòng ẩm qua bề mặt trong/ngoài tường biến động theo chu kỳ ngày đêm dưới điều kiện biên động của mùa hè và mùa đông, khẳng định vai trò đệm ẩm của lớp vật liệu gốc cellulose.

Chương IV: Kết luận và hướng phát triển (Conclusions and Future Works)

Tổng kết toàn bộ các kết quả đạt được về chế tạo vật liệu không keo, đo đạc thông số nhiệt - ẩm và mô phỏng kết cấu. Đề xuất các nghiên cứu tiếp theo về việc thử nghiệm độ bền ngoài trời và các giải pháp nâng cao khả năng kháng ẩm.

Chương V: Những phát hiện mới của nghiên cứu (Novel Findings of the Research)

Trình bày các luận điểm khoa học mới được hội đồng công nhận, bao gồm quy trình công nghệ tạo tấm bã mía không keo đạt $\lambda \approx 0,046\text{ W/(m}\cdot\text{K)}$, bộ phương trình thực nghiệm $\lambda(T)$ và $\lambda(RH)$, và mô hình số truyền nhiệt - ẩm kết cấu nhiều lớp.

---

Kết quả và những đóng góp mới

Luận án đã công bố các đóng góp mới về mặt lý luận khoa học và thực tiễn kỹ thuật:

1. Đóng góp về công nghệ vật liệu: Chế tạo thành công tấm vật liệu cách nhiệt hoàn toàn không sử dụng chất kết dính nhân tạo từ sợi bã mía (Saccharum officinarum L.) bằng quy trình ướt kết hợp xử lý thủy động lực học. Vật liệu đạt hệ số dẫn nhiệt thấp ở trạng thái khô ($\lambda \approx 0,046\text{ W/(m}\cdot\text{K)}$), đáp ứng tiêu chuẩn vật liệu cách nhiệt theo DIN 4108 ($\lambda < 0,1\text{ W/(m}\cdot\text{K)}$) mà không phát thải VOC từ keo tổng hợp.
2. Đóng góp về dữ liệu thực nghiệm: Cung cấp hệ thống dữ liệu định lượng về hệ số dẫn nhiệt của vật liệu sợi tự nhiên (xơ dừa, bã mía, composite rơm/sậy, gỗ dừa CTCP) dưới tác động của nhiệt độ vận hành biến thiên (-10 °C đến 50 °C) và độ ẩm tương đối (15% đến 96%). Xác định tỷ lệ biến thiên $\lambda$ của tấm bã mía không keo trong khoảng 16–20% trên dải nhiệt độ khảo nghiệm, chứng minh khả năng duy trì cách nhiệt ổn định tương đương các vật liệu chuẩn Châu Âu.
3. Đóng góp về quy luật nhiệt - ẩm: Thiết lập các hàm tương quan thực nghiệm biểu diễn định lượng ảnh hưởng của độ ẩm tương đối và nhiệt độ lên hệ số dẫn nhiệt. Làm rõ hành vi hút ẩm của tấm sợi tự nhiên với sự gia tăng đột biến của dung lượng hấp phụ ẩm khi độ ẩm tương đối vượt quá 75% RH.
4. Đóng góp về mô phỏng ứng dụng: Lượng hóa bằng mô phỏng số hiệu năng truyền nhiệt dừng và không dừng qua tường bao che nhiều lớp sử dụng tấm cách nhiệt cellulose, cung cấp cơ sở tính toán nhiệt trở $R$, hệ số truyền nhiệt $U$ và dung lượng trữ ẩm (MSC) theo mùa.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu

• Các phép đo nhiệt và ẩm được tiến hành chủ yếu trên các mẫu kích thước phòng thí nghiệm (tấm phẳng 200 × 200 mm đến 400 × 400 mm), chưa triển khai thử nghiệm trên các mảng tường quy mô thực tế tại hiện trường công trình.
• Nghiên cứu tập trung vào đặc tính nhiệt - ẩm ngắn hạn và trạng thái cân bằng pha ẩm; chưa khảo sát chi tiết độ bền suy thoái sinh học lâu dài trước nấm mốc hoặc tác động của chu kỳ đóng băng - tan băng trong điều kiện khí hậu khắc nghiệt kéo dài.
• Mô hình mô phỏng số sử dụng các điều kiện biên vi khí hậu điển hình của hai mùa hè - đông, chưa bao quát toàn bộ các kịch bản thời tiết cực đoan.

Hướng nghiên cứu tiếp theo

• Hoàn thiện quy trình công nghệ ướt hướng tới sản xuất liên tục quy mô bán công nghiệp.
• Nghiên cứu bổ sung các giải pháp xử lý kỵ nước bề mặt bằng phụ gia sinh học thân thiện với môi trường nhằm hạn chế sự hút ẩm ở dải RH > 75%.
• Khảo nghiệm khả năng chống cháy và độ bền cơ học dài hạn của tấm bã mía không keo trong điều kiện lắp đặt thực tế.

---

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo chuyên môn cho các đối tượng:

• Nghiên cứu sinh và nhà khoa học ngành Khoa học Vật liệu, Công nghệ Gỗ và Vật liệu Sinh học: Tham khảo quy trình chế tạo vật liệu tự liên kết lignocellulose (binderless wet-forming) và phương pháp xác định đặc tính nhiệt phổ (TGA/DTG, FTIR, SEM).
• Kỹ sư xây dựng và chuyên gia thiết kế công trình tiết kiệm năng lượng: Sử dụng bộ số liệu thực nghiệm về hệ số dẫn nhiệt $\lambda$, nhiệt trở $R$ và các hàm tương quan $\lambda(T, RH)$ để tính toán tải nhiệt và thiết kế lớp vỏ bao che công trình đạt chuẩn năng lượng thấp.
• Các nhà hoạch định chính sách và doanh nghiệp sản xuất vật liệu xanh: Tham khảo dữ liệu về tận dụng phế phụ phẩm nông nghiệp (bã mía, xơ dừa, rơm rạ) nhằm thay thế vật liệu cách nhiệt gốc hóa thạch, góp phần giảm phát thải carbon trong ngành xây dựng.

Các phần có giá trị tham khảo cao nhất trong luận án gồm: Chương II (Quy trình chế tạo tấm không dùng keo và giao thức đo HFM theo tiêu chuẩn ISO/EN) và Chương III (Bảng số liệu thực nghiệm $\lambda$ theo nhiệt độ - độ ẩm và kết quả mô phỏng tường nhiều lớp).

---

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ số dẫn nhiệt của tấm cách nhiệt bã mía không keo (BBIB) biến thiên như thế nào trong dải nhiệt độ từ -10 °C đến 50 °C?

Trong dải nhiệt độ trung bình từ -10 °C đến 50 °C (độ chênh $\Delta T = 10\text{ K}$), hệ số dẫn nhiệt của tấm BBIB tăng từ 16% đến 20%, giá trị $\lambda$ duy trì trong khoảng 0,046 đến 0,060 W/(m·K), tuân theo phương trình tương quan tuyến tính bậc nhất với nhiệt độ.

2. Sự thay đổi độ ẩm tương đối tác động ra sao đến hệ số dẫn nhiệt của tấm xơ dừa (BCIB) và bã mía (BBIB)?

Khi độ ẩm tương đối tăng từ 16,5% lên 90%, hệ số dẫn nhiệt của tấm xơ dừa không keo (BCIB) tăng từ 0,066 lên 0,107 W/(m·K). Đối với tấm bã mía không keo (BBIB), khi RH tăng từ 33% lên 96%, hệ số dẫn nhiệt tăng từ 0,046 lên 0,069 W/(m·K). Cả hai loại vật liệu đều ghi nhận độ hút nước tăng vọt khi độ ẩm môi trường vượt qua ngưỡng 75% RH.

3. Cơ chế nào giúp tấm bã mía định hình chắc chắn mà không cần sử dụng chất kết dính nhân tạo?

Tấm bã mía đạt khả năng tự kết dính (self-bonding) nhờ quá trình nghiền ướt thủy động lực học làm tơ hóa bề mặt sợi, giải phóng và hoạt hóa các thành phần polymer sinh học tự nhiên (lignin và hemicellulose), kết hợp với sự hình thành mạng lưới liên kết hydro dày đặc giữa các phân tử cellulose trong quá trình thoát nước và sấy nhiệt ở 70 °C.

4. Thành phần hóa học chính của sợi bã mía và sợi xơ dừa sử dụng trong luận án gồm những gì?

Sợi xơ dừa chứa 36–43% cellulose, 20% hemicellulose và 41–45% lignin, với độ bền kéo 105–175 MPa. Sợi bã mía chứa 40–50% cellulose, 25–30% hemicellulose, 20–25% lignin và 2,25% tro, với độ bền kéo 20–50 MPa.

5. Kết quả mô phỏng kết cấu tường ba lớp (OSB - Tấm sợi cellulose - OSB) chỉ ra điều gì về chiều dày lớp cách nhiệt?

Khi chiều dày lớp cách nhiệt sợi cellulose tăng từ 50 mm lên các mức 120, 150 và 200 mm, hệ số truyền nhiệt tổng thể ($U$) của kết cấu tường giảm liên tục, giúp tăng nhiệt trở $R$ và giảm thiểu mật độ dòng nhiệt thất thoát qua bề mặt tường trong cả điều kiện mùa hè và mùa đông.

---

Kết luận

Luận án tiến sĩ của Le Duong Hung Anh đã giải quyết trọn vẹn mục tiêu phát triển vật liệu cách nhiệt không dùng chất kết dính từ nguồn sợi bã mía và xơ dừa phế thải nông nghiệp. Công trình cung cấp bộ dữ liệu thực nghiệm chuẩn xác về quy luật biến thiên của hệ số dẫn nhiệt theo nhiệt độ (-10 °C đến 50 °C) và độ ẩm tương đối (15% đến 96%), xác nhận tấm bã mía không keo đạt các chỉ số cách nhiệt theo tiêu chuẩn DIN 4108. Các phân tích vi cấu trúc SEM, FTIR, TGA và kết quả mô phỏng số truyền nhiệt - ẩm kết cấu tường nhiều lớp đã khẳng định tính khả thi của việc ứng dụng vật liệu sinh học tự liên kết vào kết cấu bao che công trình hướng tới mục tiêu tiết kiệm năng lượng và giảm thiểu phát thải môi trường.

Trích đoạn nội dung tài liệu

DISSERTATION FOR DOCTORAL (PHD) DEGREE Le Duong Hung Anh University of Sopron Faculty of Wood Engineering and Creative Industries Sopron 2023 DISSERTATION FOR DOCTORAL (PhD) DEGREE University of Sopron Faculty of Wood Engineering and Creative Industries, József Cziráki Doctoral School of Wood Sciences and Technologies Development of new insulation material from sugarcane bagasse and examination of the insulation effect depending on temperature and humidity in Material Science and Technology PhD Program: Wood Sciences and Technologies Author: Le Duong Hung Anh Supervisor: Dr. Zoltán Pásztory, Assoc. Professor Sopron, Hungary 2023 DEVELOPMENT OF NEW INSULATION MATERIAL FROM SUGARCANE BAGASSE AND EXAMINATION OF THE INSULATION EFFECT DEPENDING ON TEMPERATURE AND HUMIDITY Dissertation for doctoral (PhD) degree University of Sopron József Cziráki Doctoral School of Wood Sciences and Technologies “Wood Sciences and Technologies” programme Written by: Le Duong Hung Anh Made in the framework of …. programme of the József Cziráki Doctoral School, University of Sopron Supervisor: Dr.

Zoltán Pásztory, Assoc. Professor I recommend for acceptance (yes / no) (signature) The candidate reached ……. % at the complex exam, Sopron, 21. Chairman of the Examination Board As assessor I recommend the dissertation for acceptance (yes/no) First assessor (Dr.) yes/no (signature) Second assessor (Dr.) yes/no (signature) (Possible third assessor (Dr.) yes/no (signature) The candidate reached .% in the public debate of the dissertation Sopron, ………….

Chairman of the Assessor Committee Qualification of the doctoral (PhD) degree …. Chairman of the University Doctoral and Habilitation Council (UDHC) 1. DECLARATION I, the undersigned Le Duong Hung Anh by signing this declaration certifying that my PhD thesis entitled “Development of new insulation material from sugarcane bagasse and examination of the insulation effect depending on temperature and humidity” was my own work; during the dissertation, I complied with the regulations of Act LXXVI of 1999 on Copyright and the rules of the doctoral dissertation prescribed by the Cziráki József Doctoral School, especially regarding references and citations. 1 Furthermore, I declare that during the preparation of the dissertation, I did not mislead my supervisor(s) or the program leader with regard to the independent research work.

By signing this declaration, I acknowledge that, if it can be proved that the dissertation is not self-made or the author of a copyright infringement is related to the dissertation, the University of Sopron is entitled to refuse the acceptance of the dissertation. Refusing to accept a dissertation does not affect any other legal (civil law, misdemeanor law, criminal law) consequences of copyright infringement. Le Duong Hung Anh 1 Act LXXVI of 1999 Article 34 (1) Anyone is entitled to quote details of the work, to the extent justified by the nature and purpose of the recipient work, by designating the source and the author specified therein. Article 36 (1) Details of publicly lectures and other similar works, as well as political speeches, may be freely used for the purpose of information to the extent justified by the purpose.

For such use, the source, along with the name of the author, shall be indicated, unless this is impossible. Acknowledgements A dissertation is an important accomplishment and achievements of life. It might not be possible to complete the necessary research works reported in this thesis without the continuous assistance, advice, encouragement and cooperations of my supervisor Assoc. Zoltán Pásztory during my entire PhD study.

I have received tremendous supports for technological knowledge sharing, materials sourcing, guidance from my colleagues. Furthermore, the reported works in this could not be conducted without the cordial cooperations from the professors, teachers, and instructors from different laboratories of University of Sopron. I am very grateful to get supported from Dr. Zoltán Börcsök, Prof.

Zsolt Kovács, Zsófia Kóczán, Dr. Faridul Hassan for their continuous help and supports. Moreover, I am also grateful and conveying special thanks to the administrative bodies of University of Sopron for their kind supports during different official functioning of my Ph. study in Sopron, Hungary.

Moreover, I would like to express my sincere gratitude to the “Tempus Public Foundation” for providing me financial assistance through awarding “Stipendium Hungaricum Scholarship” in 2019. I am also highly grateful acknowledging the supports from project, TKP2021-NKTA-43 which has been implemented with the support provided by the Ministry of Innovation and Technology of Hungary (successor: Ministry of Culture and Innovation of Hungary) from the National Research, Development and Innovation Fund, financed under the TKP2021-NKTA funding scheme. Last but not least, I wish to express sincere thanks to my family and my precious friends (Doan Thi Hai Yen, Le Van Tuoi) for their great support, enthusiasm, and motivation during my difficult situations, which helped me enormously to keep patience during my Ph. Finally, I am also grateful to the almighty creators of the Universe for providing me a beautiful life with adequate strengths, capabilities, and knowledge.

Table of Contents DECLARATION. II Table of Contents. III List of Figures. VI List of Tables.

IX List of Abbreviations. X List of Notations. Problem statement, Potentiality, Gaps. Energy consumption in the building sector.

The use of thermal insulation materials. Natural fibrous insulation materials. Thermal conductivity coefficient. Factors influencing thermal conductivity of insulation materials.

Research rationale and objectives. 29 CHAPTER II: MATERIALS AND METHODS. Sugarcane bagasse fiber. Binderless coir fiber insulation boards.

Binderless bagasse fiber insulation boards. Biocomposites and other samples. Determination of thermal conductivity coefficient. Examination of temperature-dependent thermal conductivity coefficient.

Investigation of water absorption of natural fiber based insulation material35 2. Determination of moisture-dependent thermal conductivity coefficient. Surface morphology and morphological analysis of binderless bagasse fiber insulation boards. Fourier transform infrared spectroscopy.

Thermogravimetric analysis and the first derivative thermogravimetric. Numerical simulations of heat and moisture transfer in the multi-layered insulation materials. 45 CHAPTER III: RESULTS AND DISCUSSION. Determination of thermal conductivity coefficient of insulation materials.

Thermal conductivity of natural fiber reinforced polymer biocomposites. Thermal conductivity of cross-laminated coconut wood insulation panels. Thermal conductivity of binderless natural fiber-based insulation boards. Examination of temperature-dependent thermal conductivity coefficient.

Temperature-dependent thermal conductivity of cross-laminated coconut wood panels. Temperature-dependent thermal conductivity of binderless coir fiber insulation boards. Temperature-dependent thermal conductivity of binderless bagasse fiber insulation boards. Investigation of water absorption of natural fiber insulation boards.

Water absorption of binderless coir fiber insulation boards. Water absorption of binderless bagasse fiber insulation boards. Examination of relative humidity dependence of thermal conductivity. Relative humidity dependence of thermal conductivity of binderless coir fiber insulation boards.

Relative humidity dependence of thermal conductivity of binderless bagasse fiber insulation boards. Surface morphology and morphological analysis of binderless bagasse fiber insulation boards. Fourier transform infrared spectroscopic study. Heat and moisture transfer through the multi-layered building insulation materials in stationary boundary conditions.

Heat and moisture transfer through the multi-layered insulation materials in dynamic boundary conditions. 82 CHAPTER IV: CONCLUSIONS AND FUTURE WORKS. 84 CHAPTER V: NOVEL FINDINGS OF THE RESEARCH. 86 List of publications.

List of Figures Figure 1.1 Classification of common insulation materials used in buildings .2 Common natural fibers used in reinforcement polymer composites .3 Effect of mean temperature on thermal conductivity of various building insulation materials: (a) inorganic materials; (b) organic materials; (c) advanced materials; (d) combined materials .4 Effect of moisture content on thermal conductivity of various building insulation materials: (a) fiberglass; (b) rockwool; (c) natural materials; (d) aerogel .5 Comparison of thermal conductivity regarding the density of common insulating materials.6 Effect of density on thermal conductivity of various building insulation materials: (a) conventional insulation materials; (b) natural fibrous insulation materials .1 Coir fiber extracted from coconut husk resources .2 Bagasse fiber extracted from sugarcane waste resources .3 (a) Tested sample; (b) Schematic of polystyrene specimen holder .4 Fabrication of binderless bagasse insulation materials: (a) hydrodynamically treated fiber; (b) disc shape wet mats; (c) and dry sample .5 (a) Rice straw/reed fiber reinforced PF biocomposites; (b) Coir fiber reinforced PF biocomposites; (c) Cross-laminated made with coconut wood insulation panels.6 Transversal cut of a typical single heat flow meter apparatus .7 Photograph of water absorption process using a desiccator .8 Photograph of testing the moisture content percentage of CTCP specimen .9 Photograph of digital microscope Targano FHD equipment .10 Photograph of SEM Hitachi S-3400N equipment .11 Photograph of FT/IR-6300 equipment .12 Photograph of TGA equipment .13 Modelled image of multi-layered insulation materials with three layers (Oriented strand board-Cellulose fiber board-Oriented strand board) .14 Ambient data for temperature and relative humidity used on the exterior side of the wall: (a) summertime; (b) wintertime .1 Thermal conductivity values of CTCP regarding the increase of mean temperature .2 Thermal conductivitiy values of CTCP regarding the increase of density at different mean temperatures .3 Thermal conductivity values of BCIB regarding the increase of mean temperatures .4 Thermal conductivity values of BCIB regarding the increase of density at different mean temperatures .5 Thermal conductivity values of BBIB regarding the increase of mean temperatures .6 Moisture content of BCIB regarding the increased relative humidity levels 58 Figure 3.7 Water absorption percentages of bagasse fiberboard regarding the absorbent time .8 Moisture content of BBIB regarding the increased relative humidity levels 60 Figure 3.9 Thermal conductivity values of BCIB regarding the increased relative humidity levels .10 Thermal conductivity values of BBIB regarding the increased relative humidity levels .11 Surface morphology of binderless bagasse insulation boards .12 SEM micrographs of bagasse particles: (a) 100×; (b) 450× (magnification bars with scale in µm are given on the photographs) .13 SEM micrographs of binderless bagasse fiber insulation boards: (a) 450× , (b) 100× (magnification bars with scale in µm are given on the photographs) .14 FTIR spectra of binderless bagasse fiber insulation board .15 (a) Thermogravimetric analysis (TGA) curve, (b) The first derivative (DTG) of raw bagasse, bagasse particle, and long bagasse fiber .16 Thermogravimetric analysis curve and the first derivative of the TGA curve of bagasse fiber insulation board .17 Influence of mean temperature and relative humidity in the effective thermal conductivity values of the multi-layered wall structure at different thicknesses.18 Changes in the values of the effective thermal resistance regarding the variations of mean temperature and thickness at different relative humidity levels: (a) 33%RH; (b) 57%RH; (c) 75%RH .19 Changes in the values of the effective thermal resistance regarding the variations of relative humidity and temperature at different thicknesses: (a) 50 mm; (b) 120 mm; (c) 150 mm; (d) 200 mm .20 Changes in the thermal transmittance coefficient regarding the increase in thickness of insulation layer and variations of temperature and relative humidity .21 Changes in moisture content and moisture storage capacity regarding the variations of temperature, relative humidity at the 50 mm thickness of cellulose fiberboard .22 The effective thermal conductivity variations regarding the ambient temperature and relative humidity for 2 days in summertime and wintertime and their fitting by LSM .23 Variations of heat and moisture flux through: (a) internal; (b) external surfaces (b) in summertime .24 Variations of heat and moisture flux through: (a) internal; (b) external surfaces (b) in wintertime .25 Changes in moisture content regarding the ambient relative humidity: (a) summertime; (b) wintertime. List of Tables Table 1.1 Classification of the commonly used insulation materials and uncertainty about their thermal conductivity .2 Linear relationship between thermal conductivity and mean temperature of some commonly used insulation materials .3 Linear relationship between thermal conductivity and moisture content of some traditional, alternative, and advanced materials .4 Linear relationship between thermal conductivity and density of some natural fibrous insulation materials .5 Material cost, energy saving, and energy consumption regarding insulation thickness of various thermal insulation materials .1 Chemical compositions, physical properties of coir fiber .2 Chemical compositions, physical properties of bagasse fiber .3 Experimental design for rice straw/reed fiber reinforced PF biocomposites.4 Experimental design for long/short coir fiber reinforced PF biocomposites .5 Temperature variation between cold and hot sides .6 Solutions used for water absorption test and respective relative humidity.