21.07.2022 by Christina Strunz, Michael Düngfelder
60 år med NETZSCH-Geraetebau: NETZSCH som en del af NRG STORAGE-projektet
Alene i EU er omkring 50 % af energiforbruget relateret til opvarmning og afkøling af bygninger og industri. I betragtning af EU's mål om at blive CO2-neutral i 2050 har varme- og kølingssektoren et presserende behov for store fremskridt inden for energieffektivitet, bæredygtighed i bygninger og en reduktion af forbruget af fossile brændstoffer. Ved at deltage i det EU-finansierede NRG-STORAGE-projekt bidrager NETZSCH aktivt til opfyldelsen af dette mål.
Som beskrevet i den forrige artikel er HFM 446 Lambda Eco-Line stort set uundværlig, når det drejer sig om at evaluere isoleringsmaterialer. Instrumenterne er dagligt i drift hos vores kunder over hele verden, og samtidig har HFM 446-enhederne i vores NETZSCH applikationslaboratorium og F&U-lokaler ikke kun en regional, men også en global indvirkning, som det fremgår af det følgende.
Alene i EU er omkring 50 % af energiforbruget relateret til opvarmning og afkøling af bygninger og industri. Det er den vigtigste sektor for slutanvendelse af energi, foran transport og elektricitet. Dette fænomen kan tilskrives forskellige udviklinger som f.eks. den voksende verdensbefolkning, bedre levestandarder og det stigende ønske om konstant at sikre aktiv indendørs termisk komfort. For at gøre ondt værre kan kun ca. 22 % af den energi, der bruges til opvarmning og køling, henføres til vedvarende energikilder, mens ca. 75 % stadig genereres af fossile brændstoffer. I betragtning af EU's mål om at blive CO2-neutral i 2050 har varme- og kølingssektoren et presserende behov for store fremskridt inden for energieffektivitet, bæredygtighed i bygninger og en reduktion af forbruget af fossile brændstoffer. [1],[2],[3]
Ved at deltage i det EU-finansierede NRG-STORAGE-projekt bidrager NETZSCH aktivt til opfyldelsen af dette mål. Inden for rammerne af projektet bruges HFM 446 M til at støtte udviklingen af nye bygningsisoleringsmaterialer. Under projektledelse af det tekniske universitet i Darmstadt samarbejder 13 partnere fra Europa og en fra Argentina om at udvikle et cementskum med indlejrede biobaserede faseændringsmaterialer (PCM) og grafenoxidpartikler.
Kravene til dette nye kompositskum er, at det skal have 25 % højere isoleringsevne, 10 % højere energilagringskapacitet og 10 % højere vand- og lufttæthed sammenlignet med konventionel bygningsisolering. Desuden skal det være mindre brandfarligt end de nuværende materialeløsninger og kunne genbruges.
Projektet er inddelt i seks arbejdspakker. Den første arbejdspakke fokuserer på karakterisering af alle enkeltkomponenter og på cementpastaskala. Her på NETZSCH bestemmes de enkelte materialers termiske opførsel, for eksempel varmelagringskapaciteten for alle komponenter og smelteområderne for PCM'erne, via forskellige målemetoder som DSC(Differential Scanning Calorimetry) og LFA(Laser Flash Analysis), ved hjælp af meget small prøvemængder på kun nogle få milligram.
Den anden arbejdspakke beskæftiger sig med de første cementskumprøver. Sådanne prøver er mere heterogene og større i prøvestørrelse. Derfor kræver de en anden målemetode. På dette tidspunkt kommer varmeledningsevnen, som er det vigtigste kendetegn for et isoleringsmateriale, i spil. Vores opgave på NETZSCH er at måle prøver af kompositskum i forskellige blandinger med vores HFM 446 M (Heat Flow Meter Series) ved hjælp af prøver på 30 cm x 30 cm og 4 cm i tykkelse for at opnå deres Termisk ledningsevneVarmeledningsevne (λ med enheden W/(m-K)) beskriver transporten af energi - i form af varme - gennem et masselegeme som følge af en temperaturgradient (se fig. 1). Ifølge termodynamikkens anden lov strømmer varmen altid i retning af den laveste temperatur.varmeledningsevne samt specifikke varmekapacitet og sammenligne dem med de resultater, vi tidligere har opnået for de enkelte komponenter.
Se videoen på youtube:
Som eksempel er resultaterne af varmeledningsevnen for fire skumprøver vist i figur 2. Disse skum har en porøsitet på 80-90 %, og deres værdier stiger med stigende temperaturer inden for området 0 til 40 °C.
De højeste varmeledningsevner på 0,075 til 0,085 W/(m-K) blev opnået på referenceskummet (uden PCM) med en rådensitet på 240 kg/m³ og ligger ca. 11 % over resultaterne for referenceskummet med 220 kg/m³. Hvis man sammenligner referenceskummet 240 og skummet med samme rådensitet, men som indeholder 10 % PCM, falder varmeledningsevnen med 17 %. Denne effekt kan forklares med den lavere Termisk ledningsevneVarmeledningsevne (λ med enheden W/(m-K)) beskriver transporten af energi - i form af varme - gennem et masselegeme som følge af en temperaturgradient (se fig. 1). Ifølge termodynamikkens anden lov strømmer varmen altid i retning af den laveste temperatur.varmeledningsevne i pulvermaterialet, som erstatter den mere ledende beton. De laveste varmeledningsevner mellem 0,059 og 0,068 W/(m-K) blev observeret på skumprøven med 20 % PCM, hvilket er 22 % under referenceblandingen uden PCM. På trods af at effekten af PCM ikke er lineær, falder cementskummets Termisk ledningsevneVarmeledningsevne (λ med enheden W/(m-K)) beskriver transporten af energi - i form af varme - gennem et masselegeme som følge af en temperaturgradient (se fig. 1). Ifølge termodynamikkens anden lov strømmer varmen altid i retning af den laveste temperatur.varmeledningsevne ved at erstatte dele af betonen med PCM. Hovedårsagen til at tilsætte PCM er dog at øge kompositskummets specifikke varmekapacitet yderligere og dermed isoleringsmaterialets energilagringskapacitet.
Baseret på disse HFM-resultater vil de mest lovende skumblandinger derefter blive udvalgt til opskalering i arbejdspakke tre og fire. I arbejdspakke tre tilføjes dette isoleringsskum til vægsegmenter, der replikerer den endelige anvendelse, hvilket resulterer i endnu større prøvestørrelser og flere indflydelsesfaktorer. Disse vægge (1,50 m x 1,50 m) undersøges for varmetransmission i en såkaldt Hot Box-enhed under kontrollerede temperatur- og fugtighedsforhold. Metoden svarer til HFM.
I arbejdspakke fire udvælges de bedst fungerende og mest lovende NRG-skum og overvåges under "virkelige forhold" i demohuse i Bulgarien og eftermonterede bygninger i Tyskland og Spanien over en længere periode.
Gennem alle disse trin i opskaleringen til det endelige produkt verificeres det eksperimentelle arbejde ved hjælp af numeriske simuleringer.
Dette projekt startede i 2020 og er planlagt til at løbe frem til marts 2024. Vi holder dig opdateret!
[1] L. Pérez-Lombard, J. Ortiz, C. Pout, A review on buildings energy consumption information, 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, Energy and Buildings 59 (2013) 82-103.