21.07.2022 by Christina Strunz, Michael Düngfelder
60 години NETZSCH-Geraetebau: NETZSCH като част от проекта NRG STORAGE
Само в Европейския съюз около 50% от потреблението на енергия е свързано с отопление и охлаждане на сгради и промишленост. Като се има предвид целта на ЕС да стане въглеродно неутрален до 2050 г., секторът на отоплението и охлаждането спешно се нуждае от значителен напредък в енергийната ефективност, устойчивостта на сградите и намаляване на потреблението на изкопаеми горива. С участието си във финансирания от ЕС проект NRG-STORAGE NETZSCH активно допринася за постигането на тази цел.
Както беше описано в предишната статия, HFM 446 Lambda Eco-Line е почти незаменим, когато става въпрос за оценка на изолационни материали. Уредите работят ежедневно в обектите на нашите клиенти в цял свят. едновременно с това устройствата HFM 446 в нашата лаборатория за приложения NETZSCH и помещенията за научноизследователска и развойна дейност имат не само регионално, но и глобално въздействие, както е подчертано по-долу.
Само в рамките на Европейския съюз около 50 % от потреблението на енергия е свързано с отоплението и охлаждането на сградите и промишлеността. То представлява основният сектор на крайно потребление на енергия, изпреварвайки транспорта и електричеството. Това явление може да се обясни с различни тенденции, като например нарастващото население на света, подобряването на стандарта на живот и разпространяващия се стремеж към постоянно осигуряване на активен топлинен комфорт в помещенията. Още по-лошото е, че само около 22 % от енергията, използвана за отопление и охлаждане, може да се отнесе към възобновяемите източници, докато около 75 % все още се произвеждат от изкопаеми горива. Като се има предвид целта на ЕС да стане въглеродно неутрален до 2050 г., секторът на отоплението и охлаждането спешно се нуждае от значителен напредък в енергийната ефективност, устойчивостта на сградите и намаляване на потреблението на изкопаеми горива. [1],[2],[3]
С участието си във финансирания от ЕС проект NRG-STORAGE NETZSCH активно допринася за постигането на тази цел. В рамките на проекта средствата от HFM 446 M се използват за подпомагане на разработването на нови строителни изолационни материали. Под ръководството на Техническия университет в Дармщат 13 партньори от Европа и един от Аржентина си сътрудничат за разработването на циментова пяна с вградени материали на био основа за промяна на фазата (PCM) и частици графен-оксид.
Изискванията към тази нова композитна пяна са да има 25% по-висок изолационен капацитет, 10% по-висок капацитет за акумулиране на енергия и 10% по-висока водо- и въздухонепроницаемост в сравнение с конвенционалните строителни изолации. Освен това тя ще трябва да бъде по-малко запалима от сегашните материални решения, както и да може да се рециклира.
Проектът е разделен на шест работни пакета. Първият работен пакет се фокусира върху характеризирането на всички отделни компоненти и в мащаба на циментовата паста. Тук, на NETZSCH, термичното поведение на отделните материали, например капацитетът за съхранение на топлина на всички компоненти и диапазоните на топене на PCMs, се определят чрез различни методи за измерване, като DSC(диференциална сканираща калориметрия) и LFA(лазерен флаш анализ), като се използват много small количества проби от само няколко милиграма.
Вторият работен пакет се занимава с първите образци от циментова пяна. Тези образци са по-хетерогенни и с по-голям размер. Поради това те изискват различен подход за измерване. На този етап в действие влиза коефициентът на топлопроводност, който е основният отличителен белег на един изолационен материал. Задачата ни на NETZSCH е да измерим образците от композитна пяна в различни смеси с нашия HFM 446 M (Heat Flow Meter Series), като използваме образци с размери 30 cm x 30 cm и дебелина 4 cm, за да постигнем тяхната топлопроводимост, както и специфичния топлинен капацитет, и да ги сравним с резултатите, които преди това получихме за отделните компоненти.
Вижте видеоклипа в youtube:
Като пример, резултатите за топлопроводимостта на четири образеца от пяна са показани на фигура 2. Тези пяни са с порьозност 80-90 % и стойностите им нарастват с увеличаване на температурата в диапазона от 0 до 40 °C.
Най-високите коефициенти на топлопроводност от 0,075 до 0,085 W/(m-K) са получени при еталонната пяна (несъдържаща PCM) с плътност 240 kg/m³ и са с около 11 % по-високи от резултатите на еталонната пяна с 220 kg/m³. В сравнение с еталонната пяна 240 и пяната със същата сурова плътност, но съдържаща 10 % PCM, коефициентът на топлопроводност намалява със 17 %. Този ефект може да се обясни с по-ниската топлопроводимост на прахообразния материал, който замества бетона с по-висока топлопроводимост. Най-ниската топлопроводимост между 0,059 и 0,068 W/(m-K) се наблюдава при образеца от пяна с 20% PCM, като тя е с 22% по-ниска от тази на референтната смес без PCM. Независимо от факта, че ефектът на PCM не е линеен, топлопроводността на циментовата пяна намалява при заместване на части от бетона с PCM. Основната причина за добавянето на PCM обаче е по-нататъшното увеличаване на специфичния топлинен капацитет на композитната пяна, а оттам и на капацитета за съхранение на енергия на изолационния материал.
Въз основа на тези резултати от HFM след това ще бъдат избрани най-обещаващите смеси от пяна за разширяване на мащаба в трети и четвърти работен пакет. В работен пакет три тази изолационна пяна се добавя към стенни сегменти, възпроизвеждащи крайното приложение, което води до още по-големи размери на образците и повече фактори на влияние. Тези стени (1,50 m x 1,50 m) се изследват за топлопреминаване в така нареченото устройство Hot Box при контролирани условия на температура и влажност. Методът е подобен на HFM.
В четвъртия работен пакет се избират най-добре представящите се и най-обещаващи NRG пяни, които се наблюдават в "реални условия" в демонстрационни къщи в България и модернизирани сгради в Германия и Испания за по-дълъг период от време.
По време на всички тези етапи на разширяване на мащаба към крайния продукт експерименталната работа се проверява чрез числени симулации.
Този проект започна през 2020 г. и е планиран да продължи до март 2024 г. Ще ви държим в течение!
[1] L. Pérez-Lombard, J. Ortiz, C. Pout, A review on buildings energy consumption information (Преглед на информацията за енергийното потребление на сградите), Energy and Buildings 40 (3) (2008) 394-398.
[2] N. Soares, J.J. Costa, A.R. Gaspar, P. Santos, Review of passive PCM latent heat thermal energy storage systems towards buildings' energy efficiency (Преглед на пасивните системи за съхранение на латентна топлина PCM към енергийната ефективност на сградите), Energy and Buildings 59 (2013) 82-103.