21.07.2022 by Christina Strunz, Michael Düngfelder
60 anni di NETZSCH-Geraetebau: NETZSCH come parte del progetto NRG STORAGE
Nella sola Unione Europea, circa il 50% del consumo energetico è legato al riscaldamento e al raffreddamento di edifici e industrie. Considerando l'obiettivo dell'UE di diventare neutrale dal punto di vista delle emissioni di carbonio entro il 2050, il settore del riscaldamento e del raffreddamento ha urgentemente bisogno di grandi progressi in termini di efficienza energetica, sostenibilità degli edifici e riduzione del consumo di combustibili fossili. Partecipando al progetto NRG-STORAGE, finanziato dall'UE, NETZSCH contribuisce attivamente al raggiungimento di questo obiettivo.
Come descritto nell'articolo precedente, l'HFM 446 Lambda Eco-Line è praticamente indispensabile quando si tratta di valutare i materiali isolanti. Gli strumenti sono in funzione ogni giorno presso i nostri clienti in tutto il mondo. Contemporaneamente, i dispositivi HFM 446 del nostro Laboratorio Applicazioni e delle nostre sedi di Ricerca e Sviluppo NETZSCH hanno un impatto non solo regionale ma anche globale, come evidenziato di seguito.
Nella sola Unione Europea, circa il 50% del consumo energetico è legato al riscaldamento e al raffreddamento di edifici e industrie. Rappresenta il principale settore di utilizzo finale dell'energia, prima dei trasporti e dell'elettricità. Questo fenomeno può essere attribuito a vari sviluppi, come l'aumento della popolazione mondiale, il miglioramento del tenore di vita e l'aspirazione sempre più diffusa a garantire un comfort termico interno attivo. Come se non bastasse, solo il 22% circa dell'energia utilizzata per il riscaldamento e il raffreddamento può essere attribuito a fonti rinnovabili, mentre circa il 75% è ancora generato da combustibili fossili. Considerando l'obiettivo dell'UE di diventare neutrale dal punto di vista delle emissioni di carbonio entro il 2050, il settore del riscaldamento e del raffreddamento ha urgentemente bisogno di importanti progressi nell'efficienza energetica, nella sostenibilità degli edifici e nella riduzione del consumo di combustibili fossili. [1],[2],[3]
Partecipando al progetto NRG-STORAGE, finanziato dall'UE, NETZSCH contribuisce attivamente al raggiungimento di questo obiettivo. Nell'ambito del progetto, l'HFM 446 M viene utilizzato per sostenere lo sviluppo di nuovi materiali isolanti per l'edilizia. Sotto la direzione del progetto dell'Università Tecnica di Darmstadt, 13 partner europei e uno argentino stanno collaborando allo sviluppo di una schiuma di cemento con incorporati materiali a cambiamento di fase (PCM) a base biologica e particelle di ossido di grafene.
I requisiti di questa nuova schiuma composita sono una capacità di isolamento superiore del 25%, una capacità di accumulo energetico superiore del 10% e un'impermeabilità all'acqua e all'aria superiore del 10% rispetto agli isolanti edilizi convenzionali. Inoltre, dovrà essere meno infiammabile delle attuali soluzioni materiali e riciclabile.
Il progetto è suddiviso in sei pacchetti di lavoro. Il primo pacchetto di lavoro si concentra sulla caratterizzazione di tutti i singoli componenti e sulla scala della pasta di cemento. Su NETZSCH, il comportamento termico dei singoli materiali, ad esempio la capacità di accumulo di calore di tutti i componenti e gli intervalli diTemperature di fusione ed entalpieL'entalpia di fusione di una sostanza, nota anche come calore latente, è una misura dell'apporto di energia, tipicamente calore, necessario per convertire una sostanza dallo stato solido a quello liquido. Il punto di fusione di una sostanza è la temperatura alla quale essa cambia stato da solido (cristallino) a liquido (fusione isotropa). fusione dei PCM, sono determinati con diversi metodi di misurazione, come la DSC(Calorimetria Differenziale a Scansione) e la LFA(Analisi Laser Flash), utilizzando quantità di campione molto small di pochi milligrammi.
Il secondo pacchetto di lavoro riguarda i primi campioni di schiuma di cemento. Tali campioni sono più eterogenei e larger nella dimensione del campione. Pertanto, richiedono un approccio di misurazione diverso. In questa fase entra in gioco la Conduttività termicaLa conducibilità termica (λ con unità di misura W/(m-K)) descrive il trasporto di energia - sotto forma di calore - attraverso un corpo di massa come risultato di un gradiente di temperatura (vedi fig. 1). Secondo la seconda legge della termodinamica, il calore fluisce sempre nella direzione della temperatura più bassa.conduttività termica, il principale segno distintivo di un materiale isolante. Il nostro compito all'indirizzo NETZSCH è quello di misurare i campioni di schiuma composita in diverse miscele con il nostro HFM 446 M (Heat Flow Meter Series) utilizzando campioni di 30 cm x 30 cm e 4 cm di spessore per ottenere la loro Conduttività termicaLa conducibilità termica (λ con unità di misura W/(m-K)) descrive il trasporto di energia - sotto forma di calore - attraverso un corpo di massa come risultato di un gradiente di temperatura (vedi fig. 1). Secondo la seconda legge della termodinamica, il calore fluisce sempre nella direzione della temperatura più bassa.conduttività termica, nonché laCapacità termica specifica (cp)La capacità termica è una grandezza fisica specifica del materiale, determinata dalla quantità di calore fornita al campione, divisa per l'aumento di temperatura risultante. La capacità termica specifica è correlata all'unità di massa del campione. capacità termica specifica, e confrontarli con i risultati precedentemente ottenuti per i singoli componenti.
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A titolo di esempio, nella Figura 2 sono riportati i risultati della conducibilità termica di quattro campioni di schiuma. Queste schiume hanno una porosità dell'80-90% e i loro valori aumentano con l'aumentare della temperatura nell'intervallo tra 0 e 40°C.
Le conducibilità termiche più elevate, comprese tra 0,075 e 0,085 W/(m-K), sono state ottenute sulla schiuma di riferimento (non contenente PCM) con una densità grezza di 240 kg/m³ e sono circa l'11% superiori ai risultati della schiuma di riferimento con 220 kg/m³. Confrontando la schiuma di riferimento 240 e la schiuma con la stessa densità grezza ma contenente il 10% di PCM, la Conduttività termicaLa conducibilità termica (λ con unità di misura W/(m-K)) descrive il trasporto di energia - sotto forma di calore - attraverso un corpo di massa come risultato di un gradiente di temperatura (vedi fig. 1). Secondo la seconda legge della termodinamica, il calore fluisce sempre nella direzione della temperatura più bassa.conduttività termica diminuisce del 17%. Questo effetto può essere spiegato dalla minore conducibilità termica del materiale in polvere che sostituisce il calcestruzzo a più alta conducibilità. Le conducibilità termiche più basse, comprese tra 0,059 e 0,068 W/(m-K), sono state osservate sul campione di schiuma con il 20% di PCM, il 22% in meno rispetto alla miscela di riferimento senza PCM. Nonostante l'effetto del PCM non sia lineare, la Conduttività termicaLa conducibilità termica (λ con unità di misura W/(m-K)) descrive il trasporto di energia - sotto forma di calore - attraverso un corpo di massa come risultato di un gradiente di temperatura (vedi fig. 1). Secondo la seconda legge della termodinamica, il calore fluisce sempre nella direzione della temperatura più bassa.conduttività termica della schiuma di cemento diminuisce sostituendo parti del calcestruzzo con PCM. Tuttavia, la ragione principale dell'aggiunta di PCM è quella di aumentare ulteriormente laCapacità termica specifica (cp)La capacità termica è una grandezza fisica specifica del materiale, determinata dalla quantità di calore fornita al campione, divisa per l'aumento di temperatura risultante. La capacità termica specifica è correlata all'unità di massa del campione. capacità termica specifica della schiuma composita, e quindi la capacità di accumulo di energia del materiale isolante.
Sulla base dei risultati dell'HFM, le miscele di schiuma più promettenti saranno poi selectper l'aumento di scala nel terzo e quarto pacchetto di lavoro. Nel terzo pacchetto di lavoro, la schiuma isolante viene aggiunta a segmenti di parete che riproducono l'applicazione finale, il che comporta campioni di dimensioni ancora maggiori e più fattori di influenza. Queste pareti (1,50 m x 1,50 m) vengono analizzate per la trasmittanza termica in un cosiddetto dispositivo Hot Box in condizioni di temperatura e umidità controllate. Il metodo è simile all'HFM.
Nel quarto pacchetto di lavoro, le schiume NRG più performanti e più promettenti sono state selecte monitorate in "condizioni reali" in case dimostrative in Bulgaria e in edifici riadattati in Germania e Spagna per un periodo di tempo più lungo.
In tutte queste fasi di scale-up verso il prodotto finale, il lavoro sperimentale è verificato da simulazioni numeriche.
arcIl progetto è iniziato nel 2020 e si concluderà nel 2024. Vi terremo aggiornati!
[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.