21.07.2022 by Christina Strunz, Michael Düngfelder
60 عامًا من NETZSCH-Geraetebau: شركة NETZSCH كجزء من مشروع NRG STORAGE
داخل الاتحاد الأوروبي وحده، يرتبط حوالي 50% من استهلاك الطاقة في الاتحاد الأوروبي بالتدفئة والتبريد في المباني والصناعة. وبالنظر إلى هدف الاتحاد الأوروبي المتمثل في أن يصبح الاتحاد الأوروبي محايدًا للكربون بحلول عام 2050، يحتاج قطاع التدفئة والتبريد بشكل عاجل إلى تحقيق تقدم كبير في كفاءة الطاقة واستدامة المباني وتقليل استهلاك الوقود الأحفوري. ومن خلال المشاركة في مشروع NRG-STORAGE الممول من الاتحاد الأوروبي، تساهم NETZSCH بنشاط في تحقيق هذا الهدف.
كما هو موضح في المقالة السابقة، لا يمكن الاستغناء فعليًا عن جهاز HFM 446 Lambda Eco-Line عندما يتعلق الأمر بتقييم مواد العزل. يتم تشغيل الأجهزة يوميًا في مواقع عملائنا في جميع أنحاء العالم، وفي الوقت نفسه، فإن أجهزة HFM 446 في مختبر تطبيقات NETZSCH ومباني البحث والتطوير لدينا ليس لها تأثير إقليمي فحسب، بل لها تأثير عالمي أيضًا، كما هو موضح في ما يلي.
داخل الاتحاد الأوروبي وحده، يرتبط حوالي 50% من استهلاك الطاقة بالتدفئة والتبريد في المباني والصناعة. ويمثل قطاع الاستخدام النهائي الرئيسي للطاقة، قبل قطاعي النقل والكهرباء. ويمكن أن تُعزى هذه الظاهرة إلى تطورات مختلفة مثل تزايد عدد سكان العالم، وتحسن مستويات المعيشة، وانتشار التطلع إلى ضمان الراحة الحرارية النشطة داخل المباني باستمرار. ومما يزيد الطين بلة، أن حوالي 22% فقط من الطاقة المستخدمة في التدفئة والتبريد يمكن تخصيصها لمصادر الطاقة المتجددة، في حين أن حوالي 75% منها لا يزال يتم توليدها من الوقود الأحفوري. وبالنظر إلى هدف الاتحاد الأوروبي المتمثل في أن يصبح محايدًا للكربون بحلول عام 2050، يحتاج قطاع التدفئة والتبريد بشكل عاجل إلى تحقيق تقدم كبير في كفاءة الطاقة واستدامة المباني وتقليل استهلاك الوقود الأحفوري. [1],[2],[3]
من خلال المشاركة في مشروع NRG-STORAGE الممول من الاتحاد الأوروبي، تساهم NETZSCH بنشاط في تحقيق هذا الهدف. وفي إطار هذا المشروع، يُستخدم جهاز HFM 446 M لدعم تطوير مواد عزل المباني الجديدة. وتحت إدارة المشروع من قبل جامعة دارمشتات التقنية، يتعاون 13 شريكًا من أوروبا وشريك من الأرجنتين لتطوير رغوة أسمنتية مع مواد متغيرة الطور (PCM) ذات أساس حيوي وجزيئات أكسيد الجرافين.
وتتمثل متطلبات هذه الرغوة المركبة الجديدة في الحصول على قدرة عزل أعلى بنسبة 25% وقدرة أعلى على تخزين الطاقة بنسبة 10% وقدرة أعلى على تخزين الطاقة و10% من المياه وضيق الهواء مقارنةً بعوازل المباني التقليدية. وعلاوة على ذلك، يجب أن تكون أقل قابلية للاشتعال من حلول المواد الحالية بالإضافة إلى كونها قابلة لإعادة التدوير.
ينقسم المشروع إلى ست حزم عمل. تركز حزمة العمل الأولى على توصيف جميع المكونات المنفردة وعلى نطاق معجون الأسمنت. وهنا في NETZSCH، يتم تحديد السلوك الحراري للمواد المنفردة، على سبيل المثال، يتم تحديد سعة التخزين الحراري لجميع المكونات ونطاقات انصهار المواد ثنائية الفينيل متعدد الكلور من خلال طرق قياس مختلفة مثل DSC(المسح الحراري التفاضلي) و LFA(تحليل وميض الليزر)، باستخدام كميات عينات صغيرة جدًا من العينات لا تتجاوز بضعة مليغرامات فقط.
تتعامل حزمة العمل الثانية مع عينات الرغوة الأسمنتية الأولى. هذه العينات غير متجانسة أكثر وأكبر في حجم العينة. ولذلك، فإنها تتطلب نهج قياس مختلف. في هذه المرحلة، يأتي دور الموصلية الحرارية، وهي السمة المميزة الرئيسية لمادة العزل. وتتمثل مهمتنا في NETZSCH في قياس عينات الرغوة المركبة في خلائط مختلفة باستخدام HFM 446 M (سلسلة مقياس التدفق الحراري) باستخدام عينات بحجم 30 سم × 30 سم وسمك 4 سم لمعرفة الموصلية الحرارية لها، وكذلك السعة الحرارية النوعية، ومقارنتها بالنتائج التي حصلنا عليها سابقًا للمكونات المفردة.
شاهد الفيديو على يوتيوب:
وكمثال على ذلك، تظهر نتائج التوصيل الحراري لأربع عينات من الرغوة في الشكل 2. وتبلغ مسامية هذه الرغاوي 80-90% وترتفع قيمها بزيادة درجات الحرارة في نطاق 0 إلى 40 درجة مئوية.
تم الحصول على أعلى الموصلية الحرارية من 0.075 إلى 0.085 واط/(م-ك) على الرغوة المرجعية (لا تحتوي على PCM) التي تتميز بكثافة خام 240 كجم/م³، وهي أعلى بنسبة 11% تقريبًا من نتائج الرغوة المرجعية ذات الكثافة 220 كجم/م³. بالمقارنة بين الرغوة المرجعية 240 والرغوة بنفس الكثافة الخام ولكن تحتوي على 10% من PCM، تنخفض الموصلية الحرارية بنسبة 17%. يمكن تفسير هذا التأثير من خلال انخفاض الموصلية الحرارية لمادة المسحوق التي تحل محل الخرسانة الأعلى توصيلًا. وقد لوحظت أقل موصلية حرارية بين 0.059 و0.068 واط/(م-ك) في العينة الرغوية التي تحتوي على 20% من PCM، أي أقل بنسبة 22% من الخليط المرجعي بدون PCM. على الرغم من حقيقة أن تأثير PCM ليس خطيًا، إلا أن الموصلية الحرارية للرغوة الأسمنتية تنخفض عن طريق استبدال أجزاء من الخرسانة بمتعدد الكلور. ومع ذلك، فإن السبب الرئيسي لإضافة PCM هو زيادة السعة الحرارية النوعية للرغوة المركبة، وبالتالي زيادة سعة تخزين الطاقة لمادة العزل.
استنادًا إلى نتائج HFM هذه، سيتم بعد ذلك اختيار أكثر الخلائط الرغوية الواعدة لتوسيع نطاقها في حزمة العمل الثالثة والرابعة. في حزمة العمل الثالثة، تتم إضافة هذه الرغوة العازلة إلى شرائح الجدران التي تحاكي التطبيق النهائي، مما ينتج عنه أحجام عينات أكبر وعوامل تأثير أكثر. يتم فحص هذه الجدران (1.50 م × 1.50 م) من أجل النفاذية الحرارية فيما يسمى بجهاز الصندوق الساخن تحت ظروف درجة حرارة ورطوبة مضبوطة. الطريقة مشابهة لطريقة HFM.
في حزمة العمل الرابعة، يتم اختيار أفضل الرغاوي ذات الرغاوي غير القابلة للتحلل الواعدة والأكثر أداءً ومراقبتها في ظل "ظروف العالم الحقيقي" في المنازل التجريبية في بلغاريا والمباني المعدلة في ألمانيا وإسبانيا على مدى فترة زمنية أطول.
خلال جميع خطوات التوسيع هذه نحو المنتج النهائي، يتم التحقق من العمل التجريبي من خلال المحاكاة العددية.
بدأ هذا المشروع في عام 2020 ومن المخطط أن يستمر حتى مارس 2024. سنبقيك على اطلاع دائم!
[1] L. Pérez-Lombard, J. Ortiz, C. Pout, مراجعة حول معلومات استهلاك الطاقة في المباني، الطاقة والمباني 40 (3) (2008) 394-398.
[2] N. Soares، J.J. Costa، A.R. Gaspar، P. Santos، مراجعة أنظمة تخزين الطاقة الحرارية الحرارية الكامنة للحرارة PCM السلبية نحو كفاءة الطاقة في المباني، الطاقة والمباني 59 (2013) 82-103.