21.07.2022 by Christina Strunz, Michael Düngfelder
60 años de NETZSCH-Geraetebau: NETZSCH como parte del proyecto NRG STORAGE
Sólo en la Unión Europea, alrededor del 50% del consumo de energía corresponde a la calefacción y refrigeración de edificios e industrias. Teniendo en cuenta el objetivo de la UE de ser neutra en emisiones de carbono para el año 2050, el sector de la calefacción y la refrigeración necesita urgentemente grandes avances en eficiencia energética, sostenibilidad de los edificios y reducción del consumo de combustibles fósiles. Al participar en el proyecto NRG-STORAGE, financiado por la UE, NETZSCH contribuye activamente a la consecución de este objetivo.
Como se describe en el artículo anterior, el HFM 446 Lambda Eco-Line es prácticamente indispensable cuando se trata de evaluar materiales aislantes. Los instrumentos funcionan a diario en las instalaciones de nuestros clientes de todo el mundo. Simultáneamente, los dispositivos HFM 446 de nuestro Laboratorio de Aplicaciones e instalaciones de I+D de NETZSCH no sólo tienen un impacto regional, sino también mundial, como se pone de relieve a continuación.
Sólo en la Unión Europea, alrededor del 50% del consumo de energía está relacionado con la calefacción y la refrigeración de los edificios y la industria. Representa el principal sector de uso final de la energía, por delante del transporte y la electricidad. Este fenómeno puede atribuirse a diversos factores, como el aumento de la población mundial, la mejora del nivel de vida y la aspiración cada vez más extendida de garantizar un confort térmico activo en los interiores. Para empeorar las cosas, sólo alrededor del 22% de la energía utilizada para calefacción y refrigeración puede asignarse a fuentes renovables, mientras que aproximadamente el 75% sigue generándose a partir de combustibles fósiles. Teniendo en cuenta el objetivo de la UE de alcanzar la neutralidad de carbono para el año 2050, el sector de la calefacción y la refrigeración necesita urgentemente grandes avances en eficiencia energética, sostenibilidad de los edificios y reducción del consumo de combustibles fósiles. [ 1],[2],[3]
Con su participación en el proyecto NRG-STORAGE, financiado por la UE, NETZSCH contribuye activamente a la consecución de este objetivo. En el marco del proyecto, el HFM 446 M se utiliza para apoyar el desarrollo de nuevos materiales aislantes para la construcción. Bajo la dirección de la Universidad Técnica de Darmstadt, trece socios europeos y uno argentino colaboran en el desarrollo de una espuma de cemento con materiales de cambio de fase (PCM) de origen biológico y partículas de óxido de grafeno.
Los requisitos de esta nueva espuma compuesta son tener un 25% más de capacidad de aislamiento, un 10% más de capacidad de almacenamiento de energía y un 10% más de estanqueidad al agua y al aire en comparación con los aislamientos de construcción convencionales. Además, tendrá que ser menos inflamable que las soluciones materiales actuales y reciclable.
El proyecto se subdivide en seis paquetes de trabajo. El primer paquete de trabajo se centra en la caracterización de todos los componentes individuales y a escala de pasta de cemento. Aquí, en NETZSCH, se determina el comportamiento térmico de los materiales individuales, por ejemplo, la capacidad de almacenamiento de calor de todos los componentes y los rangos de fusión de los PCM mediante diferentes métodos de medición como DSC(Calorimetría Diferencial de Barrido) y LFA(Análisis de Flash Láser), utilizando cantidades de muestra muy small de sólo unos pocos miligramos.
El segundo paquete de trabajo se ocupa de las primeras muestras de espuma de cemento. Estas muestras son más heterogéneas y de mayor tamaño. Por lo tanto, requieren un enfoque de medición diferente. En esta fase, entra en juego la Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica, principal seña de identidad de un material aislante. Nuestra tarea en NETZSCH consiste en medir especímenes de espuma compuesta en diferentes mezclas con nuestro HFM 446 M (Heat Flow Meter Series) utilizando muestras de 30 cm x 30 cm y 4 cm de grosor para conseguir su Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica, así como su Capacidad calorífica específica (cp)La capacidad calorífica es una magnitud física específica de un material, determinada por la cantidad de calor suministrada a la probeta, dividida por el aumento de temperatura resultante. La capacidad calorífica específica está relacionada con una unidad de masa de la muestra.capacidad calorífica específica, y compararlas con los resultados que obtuvimos anteriormente para los componentes individuales.
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A modo de ejemplo, en la figura 2 se muestran los resultados de Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica de cuatro muestras de espuma. Estas espumas tienen una porosidad del 80-90% y sus valores aumentan al aumentar las temperaturas dentro del intervalo de 0 a 40°C.
Las conductividades térmicas más elevadas de 0,075 a 0,085 W/(m-K) se obtuvieron en la espuma de referencia (sin PCM) con una DensidadLa densidad de masa se define como la relación entre la masa y el volumen. densidad bruta de 240 kg/m³ y se sitúan aproximadamente un 11% por encima de los resultados de la espuma de referencia con 220 kg/m³. Comparando la espuma de referencia 240 y la espuma con la misma DensidadLa densidad de masa se define como la relación entre la masa y el volumen. densidad bruta pero que contiene un 10% de PCM, la Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica disminuye en un 17%. Este efecto puede explicarse por la menor Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica del material en polvo que sustituye al hormigón de mayor conductividad. Las conductividades térmicas más bajas, entre 0,059 y 0,068 W/(m-K), se observaron en la muestra de espuma con un 20% de PCM, un 22% por debajo de la mezcla de referencia sin PCM. A pesar de que el efecto del PCM no es lineal, la Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica de la espuma de cemento disminuye al sustituir partes del hormigón por PCM. Sin embargo, la principal razón para añadir PCM es aumentar aún más la Capacidad calorífica específica (cp)La capacidad calorífica es una magnitud física específica de un material, determinada por la cantidad de calor suministrada a la probeta, dividida por el aumento de temperatura resultante. La capacidad calorífica específica está relacionada con una unidad de masa de la muestra.capacidad calorífica específica de la espuma compuesta y, por tanto, la capacidad de almacenamiento de energía del material aislante.
Sobre la base de estos resultados de HFM, se seleccionarán las mezclas de espuma más prometedoras para su ampliación en los paquetes de trabajo tercero y cuarto. En el paquete de trabajo tres, esta espuma aislante se añade a segmentos de pared que reproducen la aplicación final, lo que da lugar a tamaños de muestra aún mayores y más factores de influencia. Estas paredes (1,50 m x 1,50 m) se investigan para determinar la transmitancia térmica en un dispositivo denominado Hot Box (caja caliente) en condiciones controladas de temperatura y humedad. El método es similar al HFM.
En el cuarto paquete de trabajo, se seleccionan las espumas NRG de mejor rendimiento y más prometedoras y se controlan en "condiciones reales" en casas de demostración en Bulgaria y edificios modernizados en Alemania y España durante un periodo de tiempo más largo.
A lo largo de todos estos pasos de escalado hacia el producto final, el trabajo experimental se verifica mediante simulaciones numéricas.
Este proyecto comenzó en 2020 y está previsto que se prolongue hasta marzo de 2024. Le mantendremos informado
[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.