21.07.2022 by Christina Strunz, Michael Düngfelder
60 vuotta NETZSCH-Geraetebau: NETZSCH osana NRG STORAGE -hanketta
Pelkästään Euroopan unionissa noin 50 prosenttia energiankulutuksesta liittyy rakennusten ja teollisuuden lämmitykseen ja jäähdytykseen. Kun otetaan huomioon EU:n tavoite tulla hiilineutraaliksi vuoteen 2050 mennessä, lämmitys- ja jäähdytysalalla tarvitaan kiireesti merkittäviä edistysaskeleita energiatehokkuudessa, rakennusten kestävyydessä ja fossiilisten polttoaineiden kulutuksen vähentämisessä. Osallistumalla EU:n rahoittamaan NRG-STORAGE-hankkeeseen NETZSCH edistää aktiivisesti tämän tavoitteen saavuttamista.
Kuten edellisessä artikkelissa kuvattiin, HFM 446 Lambda Eco-Line on käytännössä välttämätön eristemateriaalien arvioinnissa. Laitteita käytetään päivittäin asiakkaidemme toimipaikoissa ympäri maailmaa. NETZSCH sovelluslaboratoriossamme ja tutkimus- ja kehitystoiminnan tiloissa olevilla HFM 446 -laitteilla on samanaikaisesti paitsi alueellinen myös maailmanlaajuinen vaikutus, kuten seuraavassa korostetaan.
Pelkästään Euroopan unionissa noin 50 prosenttia energiankulutuksesta liittyy rakennusten ja teollisuuden lämmitykseen ja jäähdytykseen. Se on tärkein energian loppukäytön sektori ennen liikennettä ja sähköä. Tämä ilmiö johtuu monista syistä, kuten maailman väestönkasvusta, elintason paranemisesta ja yleistyvästä pyrkimyksestä varmistaa jatkuvasti aktiivinen lämpöviihtyvyys sisätiloissa. Kaiken kukkuraksi vain noin 22 prosenttia lämmitykseen ja jäähdytykseen käytetystä energiasta on peräisin uusiutuvista energialähteistä, kun taas noin 75 prosenttia tuotetaan edelleen fossiilisista polttoaineista. Kun otetaan huomioon EU:n tavoite tulla hiilineutraaliksi vuoteen 2050 mennessä, lämmitys- ja jäähdytysalalla tarvitaan kiireesti merkittäviä edistysaskeleita energiatehokkuuden, rakennusten kestävyyden ja fossiilisten polttoaineiden kulutuksen vähentämisen alalla. [1],[2],[3]
Osallistumalla EU:n rahoittamaan NRG-STORAGE-hankkeeseen NETZSCH edistää aktiivisesti tämän tavoitteen saavuttamista. Hankkeen puitteissa HFM 446 M käytetään uusien rakennusten eristysmateriaalien kehittämisen tukemiseen. Darmstadtin teknillisen yliopiston johdolla 13 kumppania Euroopasta ja yksi Argentiinasta kehittävät yhteistyössä sementtivaahtoa, johon on upotettu biopohjaisia faasimuutosmateriaaleja (PCM) ja grafeenioksidihiukkasia.
.
Tämän uuden komposiittivaahdon vaatimukset ovat 25 prosenttia suurempi eristyskyky, 10 prosenttia suurempi energiavarastointikyky ja 10 prosenttia parempi vesi- ja ilmatiiviys verrattuna tavanomaisiin rakennuseristeisiin. Lisäksi sen on oltava vähemmän syttyvää kuin nykyiset materiaaliratkaisut ja kierrätettävää.
Hanke on jaettu kuuteen työpakettiin. Ensimmäisessä työpaketissa keskitytään kaikkien yksittäisten komponenttien karakterisointiin sementtimassan mittakaavassa. Tässä NETZSCH yksittäisten materiaalien lämpökäyttäytyminen, esimerkiksi kaikkien komponenttien lämmönvarastointikapasiteetti ja PCM:ien sulamisalueet määritetään erilaisilla mittausmenetelmillä, kuten DSC(Differential Scanning Calorimetry) ja LFA(Laser Flash Analysis), käyttäen hyvin small vain muutaman milligramman näytemääriä.
Toinen työpaketti käsittelee ensimmäisiä sementtivaahtokappaleita. Tällaiset näytteet ovat heterogeenisempia ja näytekooltaan suurempia. Siksi ne vaativat erilaista mittaustapaa. Tässä vaiheessa mukaan tulee LämmönjohtavuusLämmönjohtavuus (λ, yksikkö W/(m-K)) kuvaa lämmön muodossa olevan energian kulkeutumista massakappaleen läpi lämpötilagradientin vaikutuksesta (ks. kuva 1). Termodynamiikan toisen lain mukaan lämpö virtaa aina alemman lämpötilan suuntaan.lämmönjohtavuus, joka on eristemateriaalin tärkein tunnusmerkki. Tehtävämme osoitteessa NETZSCH on mitata komposiittivaahtonäytteitä eri seoksissa HFM 446 M -mittarillamme (Heat Flow Meter Series) käyttäen 30 cm x 30 cm:n kokoisia ja 4 cm:n paksuisia näytteitä, jotta saamme selville niiden lämmönjohtavuuden sekä ominaislämpökapasiteetin, ja verrata niitä tuloksiin, jotka saimme aiemmin yksittäisistä komponenteista.
Katso video youtubesta:
Esimerkkinä kuvassa 2 on esitetty neljän vaahtomuovikappaleen lämmönjohtavuuden tulokset. Näiden vaahtomuovien huokoisuus on 80-90 prosenttia, ja niiden arvot nousevat lämpötilan noustessa välillä 0-40 °C.
Suurimmat lämmönjohtavuudet, 0,075-0,085 W/(m-K), saatiin vertailuvaahdolla (joka ei sisällä PCM:ää), jonka raakatiheys oli 240 kg/m³, ja ne olivat noin 11 % korkeammat kuin vertailuvaahdolla, jonka TiheysMassatiheys määritellään massan ja tilavuuden suhteena. tiheys oli 220 kg/m³. Verrattaessa vertailuvaahtoa 240 ja vaahtoa, jonka raakatiheys on sama mutta joka sisältää 10 % PCM:ää, LämmönjohtavuusLämmönjohtavuus (λ, yksikkö W/(m-K)) kuvaa lämmön muodossa olevan energian kulkeutumista massakappaleen läpi lämpötilagradientin vaikutuksesta (ks. kuva 1). Termodynamiikan toisen lain mukaan lämpö virtaa aina alemman lämpötilan suuntaan.lämmönjohtavuus laskee 17 %. Tämä vaikutus voidaan selittää jauhemaisen materiaalin alhaisemmalla lämmönjohtavuudella, joka korvaa paremmin johtavan betonin. Alhaisimmat lämmönjohtavuudet välillä 0,059-0,068 W/(m-K) havaittiin vaahtomuovikappaleessa, jossa oli 20 % PCM:ää, mikä on 22 % vähemmän kuin vertailuseoksessa, jossa ei ollut PCM:ää. Huolimatta siitä, että PCM:n vaikutus ei ole lineaarinen, sementtivaahdon LämmönjohtavuusLämmönjohtavuus (λ, yksikkö W/(m-K)) kuvaa lämmön muodossa olevan energian kulkeutumista massakappaleen läpi lämpötilagradientin vaikutuksesta (ks. kuva 1). Termodynamiikan toisen lain mukaan lämpö virtaa aina alemman lämpötilan suuntaan.lämmönjohtavuus pienenee, kun osa betonista korvataan PCM:llä. Tärkein syy PCM:n lisäämiseen on kuitenkin se, että komposiittivaahdon ominaislämpökapasiteettia ja siten eristysmateriaalin energiavarastointikapasiteettia voidaan kasvattaa entisestään.
Näiden HFM-tulosten perusteella valitaan lupaavimmat vaahtosekoitukset työpaketeissa kolme ja neljä toteutettavia mittakaavamuutoksia varten. Työpaketissa kolme tämä eristevaahto lisätään seinäsegmentteihin, jotka jäljittelevät lopullista käyttökohtaa, mikä johtaa vielä suurempiin näytekokoihin ja useampiin vaikutustekijöihin. Näiden seinien (1,50 m x 1,50 m) lämmönläpäisevyyttä tutkitaan niin sanotussa Hot Box -laitteessa valvotuissa lämpötila- ja kosteusolosuhteissa. Menetelmä on samanlainen kuin HFM.
Työpaketissa neljä valitaan parhaiten toimivat ja lupaavimmat NRG-vaahdot ja niitä seurataan "todellisissa olosuhteissa" esittelytaloissa Bulgariassa ja jälkiasennetuissa rakennuksissa Saksassa ja Espanjassa pidemmän ajanjakson ajan.
Kaikissa näissä lopputuotteen valmistuksen vaiheissa kokeellinen työ varmennetaan numeerisilla simulaatioilla.
Hanke alkoi vuonna 2020, ja sen on tarkoitus kestää maaliskuuhun 2024. Pidämme teidät ajan tasalla!
[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.