21.07.2022 by Christina Strunz, Michael Düngfelder
60 Tahun NETZSCH-Geraetebau: NETZSCH sebagai bagian dari proyek NRG STORAGE
Di Uni Eropa saja, sekitar 50% konsumsi energi terkait dengan pemanasan dan pendinginan bangunan dan industri. Mempertimbangkan target Uni Eropa untuk menjadi netral karbon pada tahun 2050, sektor pemanas dan pendingin sangat membutuhkan kemajuan besar dalam efisiensi energi, keberlanjutan bangunan, dan pengurangan konsumsi bahan bakar fosil. Dengan berpartisipasi dalam proyek NRG-STORAGE yang didanai Uni Eropa, NETZSCH secara aktif berkontribusi pada pencapaian target ini.
Seperti yang dijelaskan dalam artikel sebelumnya, HFM 446 Lambda Eco-Line hampir tak tergantikan dalam hal mengevaluasi bahan insulasi. Instrumen beroperasi setiap hari di lokasi pelanggan kami di seluruh dunia, dan secara bersamaan, perangkat HFM 446 di Laboratorium Aplikasi NETZSCH dan tempat R&D kami tidak hanya berdampak regional, tetapi juga berdampak global, seperti yang disoroti berikut ini.
Di Uni Eropa saja, sekitar 50% konsumsi energi terkait dengan pemanasan dan pendinginan bangunan dan industri. Ini merupakan sektor penggunaan akhir energi utama, di atas transportasi dan listrik. Fenomena ini dapat dikaitkan dengan berbagai perkembangan seperti pertumbuhan populasi dunia, peningkatan standar hidup, dan penyebaran aspirasi untuk terus memastikan kenyamanan termal dalam ruangan yang aktif. Lebih buruk lagi, hanya sekitar 22% energi yang digunakan untuk pemanasan dan pendinginan yang dapat dialihkan ke sumber energi terbarukan, sementara sekitar 75% masih dihasilkan dari bahan bakar fosil. Mempertimbangkan target Uni Eropa untuk menjadi netral karbon pada tahun 2050, sektor pemanas dan pendingin sangat membutuhkan kemajuan besar dalam efisiensi energi, keberlanjutan bangunan, dan pengurangan konsumsi bahan bakar fosil. [1],[2],[3]
Dengan berpartisipasi dalam proyek NRG-STORAGE yang didanai oleh Uni Eropa, NETZSCH secara aktif berkontribusi pada pencapaian target ini. Dalam kerangka proyek ini, HFM 446 M digunakan untuk mendukung pengembangan bahan insulasi bangunan baru. Di bawah manajemen proyek dari Technical University of Darmstadt, 13 mitra dari Eropa dan satu dari Argentina berkolaborasi untuk mengembangkan busa semen dengan bahan pengubah fasa (Phase Change Materials/PCM) berbasis bio dan partikel graphene-oksida.
Persyaratan busa komposit baru ini adalah memiliki kapasitas insulasi 25% lebih tinggi, kapasitas penyimpanan energi 10% lebih tinggi, dan kekedapan air dan udara 10% lebih tinggi dibandingkan dengan insulasi bangunan konvensional. Selain itu, busa ini juga harus lebih tidak mudah terbakar dibandingkan dengan solusi material yang ada saat ini serta dapat didaur ulang.
Proyek ini dibagi menjadi enam paket pekerjaan. Paket kerja pertama berfokus pada karakterisasi semua komponen tunggal dan pada skala pasta semen. Di sini, di NETZSCH, perilaku termal dari bahan tunggal, misalnya, kapasitas penyimpanan panas dari semua komponen dan rentang leleh untuk PCM ditentukan melalui metode pengukuran yang berbeda seperti DSC(Differential Scanning Calorimetry ) dan LFA(Laser Flash Analysis), dengan menggunakan jumlah sampel yang sangat small sedikit, yaitu hanya beberapa miligram.
Paket pekerjaan kedua berkaitan dengan spesimen busa semen pertama. Sampel tersebut lebih heterogen dan lebih besar dalam ukuran sampel. Oleh karena itu, mereka memerlukan pendekatan pengukuran yang berbeda. Pada tahap ini, Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal, ciri utama bahan insulasi, ikut berperan. Tugas kami di NETZSCH adalah mengukur spesimen busa komposit dalam campuran yang berbeda dengan HFM 446 M (Seri Pengukur Aliran Panas) kami menggunakan sampel berukuran 30 cm x 30 cm dan ketebalan 4 cm untuk mencapai Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal, serta kapasitas panas spesifiknya, dan membandingkannya dengan hasil yang sebelumnya kami peroleh untuk komponen tunggal.
Lihat videonya di youtube:
Sebagai contoh, hasil Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal untuk empat spesimen busa ditunjukkan pada Gambar 2. Busa-busa ini memiliki porositas 80-90% dan nilainya meningkat dengan meningkatnya suhu dalam kisaran 0 hingga 40°C.
Konduktivitas termal tertinggi sebesar 0,075 hingga 0,085 W/(m-K) diperoleh pada busa Referensi (tidak mengandung PCM) yang memiliki kerapatan baku 240 kg/m³ dan berada sekitar 11% di atas hasil busa Referensi dengan 220 kg/m³. Membandingkan busa Referensi 240 dan busa dengan densitas mentah yang sama tetapi mengandung 10% PCM, konduktivitas termal menurun 17%. Efek ini dapat dijelaskan oleh konduktivitas termal yang lebih rendah dari bahan serbuk yang menggantikan beton dengan konduktivitas yang lebih tinggi. Konduktivitas termal terendah antara 0,059 dan 0,068 W/(m-K) diamati pada spesimen busa dengan 20% PCM, yaitu 22% di bawah campuran referensi tanpa PCM. Terlepas dari kenyataan bahwa efek PCM tidak linier, konduktivitas termal busa semen menurun dengan mengganti bagian beton dengan PCM. Namun, alasan utama untuk menambahkan PCM adalah untuk lebih meningkatkan Kapasitas Panas Spesifik (cp)Kapasitas panas adalah kuantitas fisik spesifik material, ditentukan oleh jumlah panas yang disuplai ke spesimen, dibagi dengan kenaikan suhu yang dihasilkan. Kapasitas panas spesifik terkait dengan satuan massa spesimen. kapasitas panas spesifik busa komposit, dan dengan demikian kapasitas penyimpanan energi dari bahan isolasi.
Berdasarkan hasil HFM ini, campuran busa yang paling menjanjikan kemudian akan dipilih untuk peningkatan pada paket pekerjaan tiga dan empat. Pada paket kerja tiga, busa insulasi ini ditambahkan ke segmen dinding yang mereplikasi aplikasi akhir, yang menghasilkan ukuran spesimen yang lebih besar dan lebih banyak faktor yang mempengaruhi. Dinding-dinding ini (1,50 m x 1,50 m) diselidiki untuk mengetahui transmitansi termal di dalam alat yang disebut Hot Box dalam kondisi suhu dan kelembaban yang terkendali. Metode ini mirip dengan HFM.
Pada paket kerja empat, busa NRG dengan kinerja terbaik dan paling menjanjikan dipilih dan dipantau dalam "kondisi dunia nyata" di rumah-rumah percontohan di Bulgaria dan bangunan-bangunan yang telah dipasang di Jerman dan Spanyol dalam jangka waktu yang lebih lama.
Sepanjang semua langkah peningkatan skala menuju produk akhir ini, pekerjaan eksperimental diverifikasi dengan simulasi numerik.
Proyek ini dimulai pada tahun 2020 dan direncanakan akan berjalan hingga Maret 2024. Kami akan terus mengabari Anda!
[1] L. Pérez-Lombard, J. Ortiz, C. Pout, Sebuah tinjauan tentang informasi konsumsi energi bangunan, Energy and Buildings 40 (3) (2008) 394-398.
[2] N. Soares, J.J. Costa, A.R. Gaspar, P. Santos, Tinjauan sistem penyimpanan energi panas laten PCM pasif terhadap efisiensi energi bangunan, Energi dan Bangunan 59 (2013) 82-103.