21.07.2022 by Christina Strunz, Michael Düngfelder

60주년 NETZSCH-Geraetebau: NETZSCH NRG STORAGE 프로젝트의 일부입니다

유럽연합 내에서만 에너지 소비의 약 50%가 건물과 산업의 냉난방과 관련이 있습니다. 2050년까지 탄소 중립을 달성하려는 EU의 목표를 고려할 때, 냉난방 부문은 에너지 효율성, 건물 지속가능성, 화석 연료 소비 감축을 위한 획기적인 발전이 시급히 필요합니다. EU가 자금을 지원하는 NRG-STORAGE 프로젝트에 참여함으로써 NETZSCH 이 목표를 달성하는 데 적극적으로 기여하고 있습니다.

이전 기사에서 설명한 바와 같이, HFM 446 Lambda 에코 라인은 단열재 평가에 있어 사실상 필수 불가결한 장비입니다. 전 세계 고객 현장에서 매일 계측기가 작동하고 있으며, 동시에 NETZSCH 응용 실험실과 R&D 시설에 있는 HFM 446 장치는 다음에서 강조한 것처럼 지역적 영향뿐만 아니라 전 세계적으로도 영향을 미치고 있습니다.

유럽 연합 내에서만 에너지 소비의 약 50%가 건물 및 산업의 냉난방과 관련이 있습니다. 이는 운송 및 전력 부문을 앞서는 주요 에너지 최종 사용 부문입니다. 이러한 현상은 세계 인구 증가, 생활 수준 향상, 실내 온도를 지속적으로 쾌적하게 유지하려는 열망의 확산 등 다양한 발전에 기인한 것으로 볼 수 있습니다. 설상가상으로 냉난방에 사용되는 에너지의 약 22%만 재생 가능한 에너지원에 할당할 수 있고, 약 75%는 여전히 화석 연료에서 생산됩니다. 2050년까지 탄소 중립을 달성하겠다는 EU의 목표를 고려할 때, 냉난방 부문은 에너지 효율성, 건물 지속가능성, 화석 연료 소비 감소를 위한 획기적인 발전이 시급합니다. [1],[2],[3]

EU가 자금을 지원하는 NRG-STORAGE 프로젝트에 참여함으로써 NETZSCH 이 목표를 달성하는 데 적극적으로 기여하고 있습니다. 이 프로젝트의 틀 내에서 HFM 446 M은 새로운 건물 단열재 개발을 지원하는 데 사용됩니다. 다름슈타트 공과대학교의 프로젝트 관리 하에 유럽의 13개 파트너와 아르헨티나의 1개 파트너가 협력하여 바이오 기반 상변화 물질(PCM)과 산화 그래핀 입자가 내장된 시멘트 폼을 개발하고 있습니다(
).

이 새로운 복합 폼의 요구 사항은 기존 건물 단열재에 비해 단열 용량은 25%, 에너지 저장 용량은 10%, 방수 및 기밀성은 10% 더 높아야 한다는 것입니다. 또한 현재의 소재 솔루션보다 가연성이 낮고 재활용이 가능해야 합니다.
이 프로젝트는 6개의 작업 패키지로 세분화됩니다. 첫 번째 작업 패키지는 모든 단일 구성 요소와 시멘트 페이스트 규모의 특성화에 중점을 둡니다. NETZSCH 에서 단일 재료의 열 거동, 예를 들어 모든 구성 요소의 열 저장 용량과 PCM의 용융 범위는 몇 밀리그램에 불과한 매우 small 샘플 양을 사용하여 DSC(차등 주사 열량 측정) 및 LFA(레이저 플래시 분석)와 같은 다양한 측정 방법을 통해 결정됩니다.

그림 1: HFM을 통한 열전도도 측정을 위한 NRG 저장 프로젝트의 시멘트 폼 샘플.

두 번째 작업 패키지는 첫 번째 시멘트 폼 시료를 다룹니다. 이러한 샘플은 더 이질적이고 샘플 크기가 더 큽니다. 따라서 다른 측정 접근 방식이 필요합니다. 이 단계에서는 단열재의 주요 특징인 열전도도가 중요한 역할을 합니다. 헨켈( NETZSCH )에서는 열전도율과 비열용량을 측정하기 위해 30cm x 30cm, 두께 4cm의 샘플을 사용하여 HFM 446 M(열유량계 시리즈)으로 다양한 혼합물의 복합 폼 시편을 측정하고, 이를 이전에 단일 구성 요소에서 얻은 결과와 비교하는 작업을 수행합니다.

YouTube에서 동영상을 확인하세요:

동영상을 시청하시려면 마케팅 쿠키 사용에 동의해주십시오.

설명

예를 들어, 4개의 폼 시료에 대한 열전도도 결과는 그림 2에 나와 있습니다. 이 폼의 다공성은 80~90%이며 0~40°C 범위 내에서 온도가 높아질수록 값이 상승합니다.

그림 2: HFM 446을 통한 시멘트 폼 시편 및 기준 폼의 열전도도 측정 Medium

0.075~0.085W/(m-K)의 가장 높은 열전도율은 원재료 밀도가 240kg/m³인 레퍼런스 폼(PCM 미포함)에서 얻었으며 220kg/m³인 레퍼런스 폼의 결과보다 약 11% 더 높았습니다. 레퍼런스 폼 240과 원시 밀도는 같지만 PCM이 10% 함유된 폼을 비교하면 열전도율이 17% 감소합니다. 이 효과는 열전도율이 높은 콘크리트를 대체하는 분말 재료의 열전도율이 낮기 때문으로 설명할 수 있습니다. 0.059~0.068W/(m-K) 사이의 가장 낮은 열전도도는 20% PCM이 포함된 폼 시편에서 관찰되었으며, 이는 PCM이 없는 기준 혼합물보다 22% 낮은 수치입니다. PCM의 효과가 선형적이지 않다는 사실에도 불구하고 콘크리트의 일부를 PCM으로 대체하면 시멘트 폼의 열전도도가 감소합니다. 그러나 PCM을 첨가하는 주된 이유는 복합 폼의 비열 용량을 더욱 증가시켜 단열재의 에너지 저장 용량을 높이기 위해서입니다.

이러한 HFM 결과를 바탕으로 가장 유망한 폼 혼합물이 작업 패키지 3과 4에서 스케일 업을 위해 선택됩니다. 작업 패키지 3에서는 이 단열 폼을 최종 적용을 복제하는 벽 세그먼트에 추가하여 시편 크기와 영향 요인을 훨씬 더 크게 만듭니다. 이 벽(1.50m x 1.50m)은 온도와 습도가 제어된 조건에서 소위 핫박스 장치에서 열 투과율을 조사합니다. 이 방법은 HFM과 유사합니다.


작업 패키지 4에서는 불가리아의 데모 하우스와 독일과 스페인의 개조된 건물에서 가장 성능이 우수하고 가장 유망한 NRG 폼을 선정하여 장기간에 걸쳐 '실제 조건'에서 모니터링합니다.

최종 제품을 향한 이러한 모든 단계의 스케일업 과정에서 실험 작업은 수치 시뮬레이션을 통해 검증됩니다.

이 프로젝트는 2020년에 시작되어 2024년 3월까지 진행될 예정입니다. 계속 업데이트해 드리겠습니다!

[1] L. Pérez-Lombard, J. Ortiz, C. Pout, 건물 에너지 소비 정보에 대한 검토, 에너지 및 건물 40 (3) (2008) 394-398.

[2] N. Soares, J.J. Costa, A.R. Gaspar, P. Santos, 건물 에너지 효율을 위한 패시브 PCM 잠열 열 에너지 저장 시스템 검토, Energy and Buildings 59 (2013) 82-103.

[3]난방 및 냉방 | 에너지 (europa.eu)