21.07.2022 by Christina Strunz, Michael Düngfelder

60 ans de NETZSCH-Geraetebau : NETZSCH dans le cadre du projet NRG STORAGE

Dans la seule Union européenne, environ 50 % de la consommation d'énergie est liée au chauffage et au refroidissement des bâtiments et de l'industrie. Compte tenu de l'objectif de l'UE de devenir neutre en carbone d'ici 2050, le secteur du chauffage et du refroidissement a besoin de toute urgence d'avancées majeures en matière d'efficacité énergétique, de durabilité des bâtiments et de réduction de la consommation de combustibles fossiles. En participant au projet NRG-STORAGE financé par l'UE, NETZSCH contribue activement à la réalisation de cet objectif.

Comme décrit dans l'article précédent, le HFM 446 Lambda Eco-Line est pratiquement indispensable lorsqu'il s'agit d'évaluer les matériaux d'isolation. Simultanément, les appareils HFM 446 de notre laboratoire d'applications NETZSCH et de nos locaux de R&D ont un impact non seulement régional, mais aussi mondial, comme le montre ce qui suit.

Dans la seule Union européenne, environ 50 % de la consommation d'énergie est liée au chauffage et à la climatisation des bâtiments et de l'industrie. Il s'agit du principal secteur d'utilisation finale de l'énergie, devant les transports et l'électricité. Ce phénomène peut être attribué à diverses évolutions telles que l'accroissement de la population mondiale, l'amélioration des niveaux de vie et l'aspiration croissante à assurer en permanence un confort thermique intérieur actif. Pour ne rien arranger, seuls 22 % environ de l'énergie utilisée pour le chauffage et le refroidissement peuvent être attribués à des sources renouvelables, tandis qu'environ 75 % sont encore produits à partir de combustibles fossiles. Compte tenu de l'objectif de l'UE de devenir neutre en carbone d'ici 2050, le secteur du chauffage et du refroidissement a besoin de toute urgence d'avancées majeures en matière d'efficacité énergétique, de durabilité des bâtiments et de réduction de la consommation de combustibles fossiles. [1],[2],[3]

En participant au projet NRG-STORAGE financé par l'UE, NETZSCH contribue activement à la réalisation de cet objectif. Dans le cadre du projet, le HFM 446 M est utilisé pour soutenir le développement de nouveaux matériaux d'isolation des bâtiments. Sous la direction de l'Université technique de Darmstadt, 13 partenaires européens et un partenaire argentin collaborent au développement d'une mousse de ciment dans laquelle sont intégrés des matériaux à changement de phase (PCM) d'origine biologique et des particules d'oxyde de graphène.

Cette nouvelle mousse composite doit avoir une capacité d'isolation supérieure de 25 %, une capacité de stockage d'énergie supérieure de 10 % et une étanchéité à l'eau et à l'air supérieure de 10 % par rapport aux isolants de construction conventionnels. En outre, elle devra être moins inflammable que les solutions matérielles actuelles et être recyclable.
Le projet est divisé en six modules de travail. Le premier groupe de travail se concentre sur la caractérisation de tous les composants individuels et à l'échelle de la pâte de ciment. Sur le site NETZSCH, le comportement thermique des matériaux individuels, par exemple la capacité de stockage de la chaleur de tous les composants et les plages de Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope). fusion des MCP, est déterminé par différentes méthodes de mesure telles que la DSC(Differential Scanning Calorimetry) et la LFA(Laser Flash Analysis), en utilisant des quantités d'échantillons très small de quelques milligrammes seulement.

Figure 1 : Échantillons de mousse de ciment du projet de stockage NRG pour la détermination de la conductivité thermique au moyen du HFM.

La deuxième série de travaux porte sur les échantillons de mousse de ciment de première Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope). fusion. Ces échantillons sont plus hétérogènes et de plus grande taille. Ils nécessitent donc une approche de mesure différente. À ce stade, la conductivité thermique, principale caractéristique d'un matériau isolant, entre en jeu. Notre tâche sur NETZSCH est de mesurer des échantillons de mousse composite dans différents mélanges avec notre HFM 446 M (Heat Flow Meter Series) en utilisant des échantillons de 30 cm x 30 cm et de 4 cm d'épaisseur pour obtenir leur conductivité thermique, ainsi que leur Capacité thermique spécifique (cp)La capacité thermique est une grandeur physique spécifique au matériau, déterminée par la quantité de chaleur fournie à l'échantillon, divisée par l'augmentation de température qui en résulte. La capacité thermique spécifique est liée à une unité de masse de l'échantillon.capacité thermique spécifique, et de les comparer aux résultats que nous avons obtenus précédemment pour les composants individuels.

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Description

À titre d'exemple, les résultats de la conductivité thermique pour quatre échantillons de mousse sont présentés dans la figure 2. Ces mousses ont une porosité de 80-90% et leurs valeurs augmentent en fonction de la température entre 0 et 40°C.

Figure 2 : Mesures de la conductivité thermique sur des échantillons de mousse de ciment et des mousses de référence au moyen du HFM 446 Medium

Les conductivités thermiques les plus élevées de 0,075 à 0,085 W/(m-K) ont été obtenues sur la mousse de référence (ne contenant pas de MCP) d'une densité brute de 240 kg/m³ et se situent environ 11 % au-dessus des résultats de la mousse de référence de 220 kg/m³. Si l'on compare la mousse de référence 240 et la mousse de même densité brute mais contenant 10% de MCP, la conductivité thermique diminue de 17%. Cet effet peut s'expliquer par la conductivité thermique plus faible du matériau en poudre qui remplace le béton plus conducteur. Les conductivités thermiques les plus faibles, comprises entre 0,059 et 0,068 W/(m-K), ont été observées sur l'échantillon de mousse contenant 20 % de MCP, soit 22 % de moins que le mélange de référence sans MCP. Bien que l'effet du MCP ne soit pas linéaire, la conductivité thermique de la mousse de ciment diminue en remplaçant des parties du béton par du MCP. Cependant, la raison principale de l'ajout de MCP est d'augmenter la Capacité thermique spécifique (cp)La capacité thermique est une grandeur physique spécifique au matériau, déterminée par la quantité de chaleur fournie à l'échantillon, divisée par l'augmentation de température qui en résulte. La capacité thermique spécifique est liée à une unité de masse de l'échantillon.capacité thermique spécifique de la mousse composite, et donc la capacité de stockage d'énergie du matériau d'isolation.

Sur la base de ces résultats HFM, les mélanges de mousse les plus prometteurs seront ensuite sélectionnés pour la mise à l'échelle dans les modules de travail trois et quatre. Dans le troisième volet, cette mousse isolante est ajoutée à des segments de mur reproduisant l'application finale, ce qui donne des échantillons encore plus grands et davantage de facteurs d'influence. Ces murs (1,50 m x 1,50 m) font l'objet d'une étude de transmission thermique dans un dispositif appelé " boîte chaude ", dans des conditions de température et d'humidité contrôlées. La méthode est similaire à la HFM.


Dans le quatrième module de travail, les mousses NRG les plus performantes et les plus prometteuses sont sélectionnées et contrôlées dans des "conditions réelles" dans des maisons de démonstration en Bulgarie et des bâtiments rénovés en Allemagne et en Espagne sur une période plus longue.

Tout au long de ces étapes de mise à l'échelle vers le produit final, le travail expérimental est vérifié par des simulations numériques.

Ce projet a débuté en 2020 et devrait se poursuivre jusqu'en mars 2024. Nous vous tiendrons au courant !

[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.

[3]Chauffage et refroidissement | Énergie (europa.eu)