21.07.2022 by Christina Strunz, Michael Düngfelder
60 χρόνια NETZSCH-Geraetebau: NETZSCH στο πλαίσιο του έργου NRG STORAGE
Μόνο στην Ευρωπαϊκή Ένωση, περίπου το 50% της κατανάλωσης ενέργειας σχετίζεται με τη θέρμανση και την ψύξη των κτιρίων και της βιομηχανίας. Λαμβάνοντας υπόψη τον στόχο της ΕΕ να καταστεί ουδέτερη ως προς τις εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα έως το 2050, ο τομέας της θέρμανσης και της ψύξης χρειάζεται επειγόντως σημαντικές προόδους στην ενεργειακή απόδοση, τη βιωσιμότητα των κτιρίων και τη μείωση της κατανάλωσης ορυκτών καυσίμων. Συμμετέχοντας στο χρηματοδοτούμενο από την ΕΕ έργο NRG-STORAGE, το NETZSCH συμβάλλει ενεργά στην επίτευξη αυτού του στόχου.
Όπως περιγράφηκε στο προηγούμενο άρθρο, το HFM 446 Lambda Eco-Line είναι σχεδόν απαραίτητο όταν πρόκειται για την αξιολόγηση μονωτικών υλικών. Τα όργανα λειτουργούν καθημερινά στις εγκαταστάσεις των πελατών μας σε όλο τον κόσμο. ταυτόχρονα, οι συσκευές HFM 446 στο εργαστήριο εφαρμογών NETZSCH και στις εγκαταστάσεις Ε&Α έχουν όχι μόνο περιφερειακό αντίκτυπο, αλλά και παγκόσμιο, όπως επισημαίνεται παρακάτω.
Μόνο στην Ευρωπαϊκή Ένωση, περίπου το 50% της κατανάλωσης ενέργειας σχετίζεται με τη θέρμανση και την ψύξη των κτιρίων και της βιομηχανίας. Αποτελεί τον κύριο τομέα τελικής χρήσης ενέργειας, μπροστά από τις μεταφορές και την ηλεκτρική ενέργεια. Το φαινόμενο αυτό μπορεί να αποδοθεί σε διάφορες εξελίξεις, όπως η αύξηση του παγκόσμιου πληθυσμού, η βελτίωση του βιοτικού επιπέδου και η εξαπλούμενη φιλοδοξία για συνεχή εξασφάλιση ενεργής θερμικής άνεσης στους εσωτερικούς χώρους. Για να γίνουν τα πράγματα χειρότερα, μόνο το 22% περίπου της ενέργειας που χρησιμοποιείται για θέρμανση και ψύξη μπορεί να αποδοθεί σε ανανεώσιμες πηγές, ενώ περίπου το 75% εξακολουθεί να παράγεται από ορυκτά καύσιμα. Λαμβάνοντας υπόψη τον στόχο της ΕΕ να καταστεί ουδέτερη ως προς τις εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα έως το 2050, ο τομέας της θέρμανσης και της ψύξης χρειάζεται επειγόντως σημαντικές προόδους στην ενεργειακή απόδοση, τη βιωσιμότητα των κτιρίων και τη μείωση της κατανάλωσης ορυκτών καυσίμων. [1],[2],[3]
Συμμετέχοντας στο χρηματοδοτούμενο από την ΕΕ έργο NRG-STORAGE, το NETZSCH συμβάλλει ενεργά στην επίτευξη αυτού του στόχου. Στο πλαίσιο του έργου, το HFM 446 M χρησιμοποιείται για την υποστήριξη της ανάπτυξης νέων υλικών μόνωσης κτιρίων. Υπό τη διεύθυνση του Τεχνικού Πανεπιστημίου του Darmstadt, 13 εταίροι από την Ευρώπη και ένας από την Αργεντινή συνεργάζονται για την ανάπτυξη ενός αφρού τσιμέντου με ενσωματωμένα υλικά αλλαγής φάσης (PCM) βιολογικής προέλευσης και σωματίδια οξειδίου του γραφενίου.
Οι απαιτήσεις αυτού του νέου σύνθετου αφρού είναι να έχει 25% υψηλότερη θερμομονωτική ικανότητα, 10% υψηλότερη ικανότητα αποθήκευσης ενέργειας και 10% υψηλότερη υδατοστεγανότητα και αεροστεγανότητα σε σύγκριση με τις συμβατικές μονώσεις κτιρίων. Επιπλέον, θα πρέπει να είναι λιγότερο εύφλεκτος από τις τρέχουσες υλικές λύσεις, καθώς και ανακυκλώσιμος.
Το έργο υποδιαιρείται σε έξι πακέτα εργασίας. Το πρώτο πακέτο εργασίας επικεντρώνεται στον χαρακτηρισμό όλων των επιμέρους συστατικών και σε κλίμακα πάστας τσιμέντου. Εδώ στο NETZSCH, η θερμική συμπεριφορά των μεμονωμένων υλικών, για παράδειγμα, η ικανότητα αποθήκευσης θερμότητας όλων των συστατικών και οι περιοχές τήξης για τα PCM προσδιορίζονται μέσω διαφόρων μεθόδων μέτρησης, όπως η DSC(Differential Scanning Calorimetry) και η LFA(Laser Flash Analysis), χρησιμοποιώντας πολύ small ποσότητες δειγμάτων λίγων μόνο χιλιοστογραμμαρίων.
Το δεύτερο πακέτο εργασίας αφορά τα πρώτα δοκίμια αφρού τσιμέντου. Τέτοια δείγματα είναι πιο ετερογενή και larger σε μέγεθος δείγματος. Ως εκ τούτου, απαιτούν διαφορετική προσέγγιση μέτρησης. Σε αυτό το στάδιο μπαίνει στο παιχνίδι η θερμική αγωγιμότητα, το κύριο χαρακτηριστικό γνώρισμα ενός μονωτικού υλικού. Το έργο μας στο NETZSCH είναι να μετρήσουμε δείγματα σύνθετου αφρού σε διάφορα μίγματα με το HFM 446 M (Heat Flow Meter Series) χρησιμοποιώντας δείγματα 30 cm x 30 cm και πάχους 4 cm για να επιτύχουμε τη θερμική αγωγιμότητα, καθώς και την ειδική θερμοχωρητικότητα, και να τα συγκρίνουμε με τα αποτελέσματα που λάβαμε προηγουμένως για τα μεμονωμένα συστατικά.
Δείτε το βίντεο στο youtube:
Ως παράδειγμα, τα αποτελέσματα της θερμικής αγωγιμότητας για τέσσερα δοκίμια αφρού παρουσιάζονται στο Σχήμα 2. Αυτοί οι αφροί έχουν πορώδες 80-90% και οι τιμές τους αυξάνονται με την αύξηση των θερμοκρασιών στο εύρος από 0 έως 40°C.
Οι υψηλότερες θερμικές αγωγιμότητες από 0,075 έως 0,085 W/(m-K) ελήφθησαν στον αφρό αναφοράς (που δεν περιέχει PCM) με ακατέργαστη πυκνότητα 240 kg/m³ και βρίσκονται περίπου 11% πάνω από τα αποτελέσματα του αφρού αναφοράς με 220 kg/m³. Συγκρίνοντας τον αφρό αναφοράς 240 και τον αφρό με την ίδια ακατέργαστη πυκνότητα αλλά με 10% PCM, η θερμική αγωγιμότητα μειώνεται κατά 17%. Το αποτέλεσμα αυτό μπορεί να εξηγηθεί από τη χαμηλότερη θερμική αγωγιμότητα του υλικού σε σκόνη που αντικαθιστά το σκυρόδεμα με την υψηλότερη αγωγιμότητα. Οι χαμηλότερες θερμικές αγωγιμότητες μεταξύ 0,059 και 0,068 W/(m-K) παρατηρήθηκαν στο δοκίμιο αφρού με 20% PCM, το οποίο είναι 22% κάτω από το μίγμα αναφοράς χωρίς PCM. Παρά το γεγονός ότι η επίδραση του PCM δεν είναι γραμμική, η θερμική αγωγιμότητα του αφρού τσιμέντου μειώνεται με την αντικατάσταση τμημάτων του σκυροδέματος με PCM. Ωστόσο, ο κύριος λόγος για την προσθήκη PCM είναι η περαιτέρω αύξηση της ειδικής θερμοχωρητικότητας του σύνθετου αφρού και, συνεπώς, της ικανότητας αποθήκευσης ενέργειας του μονωτικού υλικού.
Με βάση αυτά τα αποτελέσματα HFM, τα πιο υποσχόμενα μίγματα αφρού θα selectστη συνέχεια για την κλιμάκωση στο τρίτο και τέταρτο πακέτο εργασίας. Στο πακέτο εργασίας τρία, αυτός ο μονωτικός αφρός προστίθεται σε τμήματα τοίχων που αναπαράγουν την τελική εφαρμογή, γεγονός που οδηγεί σε ακόμη μεγαλύτερα μεγέθη δοκιμίων και περισσότερους παράγοντες επιρροής. Αυτοί οι τοίχοι (1,50m x 1,50m) διερευνώνται για τη θερμική διαπερατότητα σε μια λεγόμενη συσκευή Hot Box υπό ελεγχόμενες συνθήκες θερμοκρασίας και υγρασίας. Η μέθοδος είναι παρόμοια με την HFM.
Στο τέταρτο πακέτο εργασίας, οι αφροί NRG με τις καλύτερες επιδόσεις και τις περισσότερες υποσχέσεις selectκαι παρακολουθούνται σε "πραγματικές συνθήκες" σε κατοικίες επίδειξης στη Βουλγαρία και σε ανακαινισμένα κτίρια στη Γερμανία και την Ισπανία για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα.
Σε όλα αυτά τα στάδια κλιμάκωσης προς το τελικό προϊόν, οι πειραματικές εργασίες επαληθεύονται με αριθμητικές προσομοιώσεις.
Το έργο αυτό ξεκίνησε το 2020 και προβλέπεται να διαρκέσει έως το Μarch 2024. Θα σας κρατάμε ενήμερους!
[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.