ΜΑΘΗΜΑ: Τεχνολογία ΤΑΞΗ: Γ γυμνασίου ΤΜΗΜΑ: 2ο ΈΤΟΣ: 2016-2017 ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: Γ.Μπικας ΈΡΕΥΝΑ ΤΩΝ ΘΕΡΜΟΜΟΝΩΤΙΚΏΝ ΥΛΙΚΩΝ (ΦΕΛΛΟΣ, ΦΕΛΙΖΟΛ, ΕΞΗΛΑΣΜΕΝΗ ΠΟΛΥΣΤΕΡΙΝΗ) ΜΕ ΣΚΟΠΟ ΤΗΝ ΕΥΡΕΣΗ ΤΗΣ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΤΟΥΣ.
ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ: Κεφάλαιο 1 ο : Εισαγωγή 1.1 Παρουσίαση του προβλήματος 1.2 Παρουσίαση του σκοπού της έρευνας 1.3 Παρουσίαση των κοινωνικών αναγκών που εξυπηρετεί η έρευνα 1.4 Γενικά στοιχεία βιβλιογραφική επισκόπηση 1.5 Διαμόρφωση της υπόθεσης της έρευνας Κεφάλαιο 2 ο : Ερευνητική Διαδικασία 2.1 Περιγραφή ερευνητικής μεθόδου (μεθοδολογία) 2.2 Μεταβλητές σταθερές ορισμοί 2.3 Όρια της έρευνας δείγμα πληθυσμού 2.4 Υλικά 2.5 Εργαλεία και όργανο μέτρησης 2.6 Αριθμός επαναλήψεων 2.7 Χρονική διάρκεια Κεφάλαιο 3 ο : Αποτελέσματα 3.1 Στατιστική επεξεργασία 3.2 Παρουσίαση και ανάλυση δεδομένων Κεφάλαιο 4 ο : Συμπεράσματα Προτάσεις για συμπληρωματική ερεύνα στο μέλλον από άλλους ερευνητές. Ευχαριστίες Βιβλιογραφία
1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1 Παρουσίαση του προβλήματος: Το θέμα που διαπραγματεύεται η μελέτη έχει σχέση με την θερμομόνωση. Στην έρευνά μας θα πειραματιστούμε με τα παρακάτω θερμομονωτικά υλικά: φελλός, Διογκωμένη πολυστερίνη(eps), Εξηλασμένη πολυστερίνη(xps). 1.2 Παρουσίαση σκοπού της έρευνας: Σκοπός της έρευνας μας είναι να δείξουμε και να συμβουλεύσουμε τον αγοραστή θερμομονωτικών υλικών ποιο από τα παρακάτω υλικά, με τα οποία πειραματιζόμαστε, είναι πιο αποτελεσματικά, να δείξουμε ποια από αυτά είναι ποιο οικονομικά και ποια τα πλεονεκτήματα τους. 1.3 Παρουσίαση των κοινωνικών αναγκών που εξυπηρετεί η έρευνα: Περιορίζει στο ελάχιστο τις ανταλλαγές θερμότητας μεταξύ εσωτερικού και εξωτερικού περιβάλλοντος και επιτυγχάνει ευχάριστο κλίμα με τη μικρότερη δυνατή κατανάλωση ενέργειας. Διατηρεί υψηλές εσωτερικές επιφανειακές θερμοκρασίες και αποτρέπει την εμφάνιση υγρασίας. Βοηθά στην προστασία του περιβάλλοντος, διότι μειώνεται αφενός η κατανάλωση των διαθέσιμων ενεργειακών πόρων και αφετέρου η ρύπανση από την παραγωγή καυσαερίων. Με τη θερμική προστασία ενός συνηθισμένου κτιρίου μπορεί να εξοικονομηθεί μέχρι και 45% της ενέργειας που απαιτείται για τη λειτουργία του. 1.4 Γενικά στοιχεία βιβλιογραφική επισκόπηση: Διογκωμένη πολυστερίνη: H Διογκωμένη πολυστερίνη (EPS - Expanded polystyrene), γνωστή στην Ελλάδα και σαν φελιζόλ, είναι ένα ελαφρύ, θερμομονωτικό υλικό το οποίο χρησιμοποιείται στην οικοδομή και σε άλλες εφαρμογές. Παράγεται από κόκκους πολυστυρολίου, οι οποίοι είναι θερμοπλαστικοί. Με τη διόγκωσή τους, οι κόκκοι μεγαλώνουν και γίνονται σφαιρίδια, τα οποία διογκώνονται περισσότερο και κολλούν μεταξύ τους. Η διογκωμένη πολυστερίνη παράγεται σε μεγάλα μπλοκ, τα οποία κόβονται σε πλάκες ή από καλούπια απευθείας στη
μορφή του καλουπιού, όπως κιβώτια, δίσκοι για σπορόφυτα κα. Το όνομα ΦΕΛΙΖΟΛ προέρχεται από την 1η γνωστή εταιρεία στην Ελλάδα που το παρήγαγε η οποία πωλούσε μονωτικά από φελλό. Η επιστημονικά σωστή ορολογία είναι Διογκωμένο Πολυστυρένιο γιατί η α' ύλη του EPS παράγεται με τον πολυμερισμό του στυρενίου, αλλά έχει επικρατήσει μέχρι σήμερα το όνομα πολυστερίνη. Εξηλασμένη πολυστερίνη: Η εξηλασμένη πολυστερίνη (XPS - Extruded polystyrene) είναι ελαφρύ, θερμομονωτικό υλικό με βάση την πολυστερίνη. Παράγεται σε πλάκες με την μέθοδο της εξέλασης και έχει μονωτικές ιδιότητες λόγω παγίδευσης αερίου σε κλειστές κυψελίδες. Ένα κύριο χαρακτηριστικό της είναι οι κλειστοί πόροι και η έλλειψη απορρόφησης νερού, κάτι που κάνει την εξηλασμένη πολυστερίνη κατάλληλη για εφαρμογές σε υψηλή υγρασία. Η παραγωγή της εξηλασμένης πολυστερίνης γίνεται με εξέλαση, κατά τη διάρκεια της οποίας γίνεται πολυμερισμός της θερμοπλαστικής πολυστερίνης. Σημαντικό μέρος του προϊόντος αποτελεί προωθητικό αέριο με χαμηλό συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας, το οποίο προσφέρει και επιβραδυντική επίδραση στη φωτιά. Φελλός: Ο φελλός είναι ένα υλικό που λαμβάνεται από το εξωτερικό τμήμα του φλοιού της Δρυός της φελλοφόρου (Quercus suber). Το πάχος του φελλού στο συγκεκριμένο δεντρο μπορεί να φτάσει τα 70 εκατοστά. Καλλιεργείται εκτενώς στην Ισπανία. [1]Χαρακτηρίζεται από μικρό βάρος, ελαστικότητα, στεγανότητα, χημική αδράνεια και αντοχή. Οι ιδιότητες αυτές αποδίδονται στο κύριο συστατικό του φελλού, της σουβερίνης. Η σουβερίνη, γνωστή και ως φελλίνη, είναι ένα φυσικό πολυμερές που αποτελείται από εστέρες της γλυκερόλης με καρβοξυλικά οξέα, δικαρβοξυλικά οξέα, υδροξυοξέα, και κιναμμωμικά οξέα. Είναι αδιάλυτη σε όλους τους οργανικούς διαλύτες και στο νερό, γι'αυτό και προτιμάται για την παρασκευή πωμάτων για φιάλες οινοπνευματωδών ποτών. Η χρήση του φελλού στην εμφιάλωση είναι η πιο γνωστή, αλλά και η κύρια χρήση του υλικού. Χρησιμοποιείται ακόμη ως ακουστική και θερμική μόνωση σε διαμερίσματα, σε κάθε επιφάνεια (ταβάνι, πάτωμα, τοίχους) και για την κατασκευή πινάκων ανακοινώσεων. Από φελλό αποτελείται και το μπαλάκι που χρησιμοποιείται στο μπάντμιντον.
1.5 Διαμόρφωση της υπόθεσης της έρευνας: Προτού κάνουμε το πείραμα με τα θερμομονωτικά υλικά υποθέτουμε πως πιο αποτελεσματικό υλικό θα είναι η εξηλασμένη πολυστερίνη. 2. Ερευνητική διαδικασία 2.1 Περιγραφή ερευνητικής μεθόδου (μεθοδολογία) Με τα παρακάτω βήματα περιγράφουμε την ολική διαδικασία του πειράματος: 1. Αγοράσαμε 3 μεταλλικά δοχεία (συμπυκνωμένου γάλακτος). 2. Τα τυλίξαμε: το 1 ο με διογκωμένη πολυστερίνη, το 2 ο με εξηλασμένη πολυστερίνη, και το 3 ο με φελλό. 3. Τα γεμίσαμε με καυτό νερό, ώστε να δούμε πιο από τα 3 θα έχει μεγαλύτερη απώλεια θερμότητας. 4. Μετρήσαμε την θερμοκρασία του νερού σε κάθε δοχείο, κάθε 10 λεπτά για 1-1:30 ώρα. 5. Τέλος, μετά από την εκτέλεση του πειράματος, συλλέξαμε τα αποτελέσματα του πειράματος και τα συγκεντρώσαμε όλα μαζί. 2.2 Μεταβλητές - σταθερές - ορισμοί Ανεξάρτητη Μεταβλητή: Νερό Εξαρτημένη Μεταβλητή: Απώλεια θερμότητας Ελεγχόμενη Μεταβλητή: Θερμομονωτικά υλικά Σταθερά: Σύνολο δοχείων Ορισμοί: Ανεξάρτητη μεταβλητή: Ο όρος ανεξάρτητη μεταβλητή ουσιαστικά είναι ένας μαθηματικός όρος διάκρισης μεταβλητών που έχει ευρύτητα χρήσης στην επιστημονική πειραματική έρευνα και κυρίως στη στατιστική. Γενικά ως ανεξάρτητη μεταβλητή χαρακτηρίζεται κάθε είδους ερεθισμός που προέρχεται από το περιβάλλον (οπτικός, ακουστικός, αφής, γεύσης κλπ.), καθώς και κάθε έννοια υπόθεσης που εισέρχεται σε ερευνητικό πεδίο, εξ ου και το μεγάλο πλήθος συνώνυμων όρων με τους οποίους απαντάται όπως π.χ. μεταβλητή ερεθισμού, μεταβλητή υπόθεσης, μεταβλητή εισαγωγής, πειραματική μεταβλητή, μεταβλητή έκθεσης, δραστική μεταβλητή, ή και πρόβλεψης, παλινδρόμησης, ελεγχόμενη κ.ά.
Εξαρτημένη μεταβλητή: Όλες τις άλλες μεταβλητές που μπορεί να επηρεάζουν εκτός από μία της οποίας και εξετάζουμε τη συμπεριφορά επί της κυρίας, στη περίπτωση αυτή λέμε ότι εξετάζουμε μια εξαρτώμενη ή εξαρτημένη μεταβλητή που μπορεί να μεταβάλλεται σε κάθε μεταβολή της ανεξάρτητης. Ελεγχόμενη μεταβλητή: Είναι η μεταβλητή που μπορεί να επηρεάσει την εξαρτημένη, διατηρείται όμως σταθερή από τον ερευνητή, ώστε να μελετηθεί με αξιοπιστία η επίδραση της ανεξάρτητης μεταβλητής. 2.3 Όρια της έρευνας δείγμα πληθυσμού Τα χρονικά όρια του πειράματος διήρκησαν 1,5 ώρα και η διάρκεια της γραπτής εργασίας 5-6 ώρες. Χρησιμοποιήσαμε περίπου 25 ευρώ για όλη την έρευνα. 2.4 Υλικά Τα υλικά που χρησιμοποιήσαμε για το πείραμά μας είναι τα εξής: Υλικά Κόστος 1. Μεταλλικά δοχεία (3) 2,28 2. Φελλός 1,00 3. Εξηλασμένη πολυστερίνη 2,00 4. Διογκωμένη πολυστερίνη 2,24 5. Νερό 0,00 2.5 Εργαλεία και όργανα μέτρησης Τα εργαλεία και τα όργανα μέτρησης που χρησιμοποιήσαμε για την κατασκευή και για το πείραμα είναι τα εξής: Εργαλεία και όργανα μέτρησης 1. Γυαλόχαρτο 2. Λίμα 3. Θερμόμετρο 2.6 Αριθμός Επαναλήψεων Θα επαναλάβουμε 3 φορές τις μετρήσεις για μεγαλύτερη σιγουριά.
2.7 Χρονική διάρκεια Για όλη τη διάρκεια της έρευνας χρειαστήκαμε 7 ώρες. 3. Αποτελέσματα 3.1 Στατιστική επεξεργασία Αρχικά κολλήσαμε τα μονωτικά υλικά πάνω στα δοχεία, έπειτα προσθέσαμε το καυτό νερό και στα τρία και τέλος, κάθε 10 μετρούσαμε την θερμοκρασία κάθε δοχείου που μέσα είχε καυτό νερό και τα συγκρίναμε μεταξύ τους. 3.2 Παρουσίαση και ανάλυση δεδομένων Τα αποτελέσματα του πειράματος: 120 100 80 60 40 ΦΕΛΛΟΣ ΦΕΛΙΖΟΛ EPS 20 0 0' 10' 20' 30' 40' 50' 60' ΦΕΛΛΟΣ ΦΕΛΙΖΟΛ EPS 0 99.5C 99.5C 99.5C 10 81.9C 88.5C 89.8C 20 76.2C 84.1C 86.1C 30 72C 80.3C 82.4C 40 67.4C 76.6C 79.8C 50 63.6C 73.4C 76.7C 60 60.5 70.7C 74.5C
Φωτογραφίες από την διαδικασία του πειράματος:
4. Συμπεράσματα Από το πείραμα που κάναμε συμπεραίνουμε ότι η Εξηλασμένη Πολυστερίνη (EPS) είναι το πιο αποτελεσματικό θερμομονωτικό υλικό, από τα τρία υλικά που εξετάσαμε, καταφέρνοντας να διατηρήσει την μεγαλύτερη θερμοκρασία σε όλη τη διάρκεια του πειράματος. Ευχαριστίες: Για την έρευνά μας, μας βοήθησε ο καθηγητής τεχνολογίας, κ. Γεώργιος Μπίκας. Βιβλιογραφία: 1.Βικιπαίδεια.