21.07.2022 by Christina Strunz, Michael Düngfelder
60 lat NETZSCH-Geraetebau: NETZSCH jako część projektu NRG STORAGE
W samej Unii Europejskiej około 50% zużycia energii związane jest z ogrzewaniem i chłodzeniem budynków i przemysłu. Biorąc pod uwagę cel UE, jakim jest osiągnięcie neutralności pod względem emisji dwutlenku węgla do 2050 r., sektor ogrzewania i chłodzenia pilnie potrzebuje znacznych postępów w zakresie efektywności energetycznej, zrównoważonego rozwoju budynków i ograniczenia zużycia paliw kopalnych. Uczestnicząc w finansowanym przez UE projekcie NRG-STORAGE, NETZSCH aktywnie przyczynia się do osiągnięcia tego celu.
Jak opisano w poprzednim artykule, HFM 446 Lambda Eco-Line jest praktycznie niezbędny do oceny materiałów izolacyjnych. Urządzenia HFM 446 pracują codziennie u naszych klientów na całym świecie. Jednocześnie urządzenia HFM 446 w naszym Laboratorium Aplikacji NETZSCH oraz w placówkach badawczo-rozwojowych mają nie tylko wpływ regionalny, ale także globalny, jak podkreślono poniżej.
W samej Unii Europejskiej około 50% zużycia energii związane jest z ogrzewaniem i chłodzeniem budynków i przemysłu. Stanowi to główny sektor końcowego wykorzystania energii, wyprzedzając transport i energię elektryczną. Zjawisko to można przypisać różnym zjawiskom, takim jak rosnąca liczba ludności na świecie, poprawa standardów życia i rozprzestrzeniające się dążenie do ciągłego zapewniania aktywnego komfortu cieplnego w pomieszczeniach. Co gorsza, tylko około 22% energii wykorzystywanej do ogrzewania i chłodzenia można przypisać do źródeł odnawialnych, podczas gdy około 75% jest nadal wytwarzane z paliw kopalnych. Biorąc pod uwagę cel UE, jakim jest osiągnięcie neutralności pod względem emisji dwutlenku węgla do 2050 r., sektor ogrzewania i chłodzenia pilnie potrzebuje znacznych postępów w zakresie efektywności energetycznej, zrównoważonego rozwoju budynków i ograniczenia zużycia paliw kopalnych. [1],[2],[3]
Uczestnicząc w finansowanym przez UE projekcie NRG-STORAGE, NETZSCH aktywnie przyczynia się do osiągnięcia tego celu. W ramach projektu HFM 446 M jest wykorzystywany do wspierania rozwoju nowych materiałów izolacyjnych dla budynków. Pod kierownictwem Uniwersytetu Technicznego w Darmstadt, 13 partnerów z Europy i jeden z Argentyny współpracują nad opracowaniem pianki cementowej z wbudowanymi bio-materiałami zmiennofazowymi (PCM) i cząsteczkami tlenku grafenu.
Wymagania stawiane nowej piance kompozytowej to o 25% wyższa zdolność izolacyjna, o 10% wyższa zdolność magazynowania energii oraz o 10% wyższa wodoszczelność i szczelność w porównaniu z konwencjonalnymi izolacjami budynków. Co więcej, pianka ta będzie musiała być mniej łatwopalna niż obecne rozwiązania materiałowe, a także nadawać się do recyklingu.
Projekt jest podzielony na sześć pakietów roboczych. Pierwszy pakiet koncentruje się na charakterystyce wszystkich pojedynczych komponentów w skali pasty cementowej. Tutaj, na stronie NETZSCH, zachowanie termiczne pojedynczych materiałów, na przykład zdolność magazynowania ciepła wszystkich składników i zakresy topnienia PCM są określane za pomocą różnych metod pomiarowych, takich jak DSC(różnicowa kalorymetria skaningowa) i LFA(laserowa analiza błyskowa), przy użyciu bardzo small ilości próbek wynoszących zaledwie kilka miligramów.
Drugi pakiet roboczy dotyczy pierwszych próbek pianki cementowej. Takie próbki są bardziej niejednorodne i larger pod względem wielkości. Dlatego wymagają innego podejścia pomiarowego. Na tym etapie w grę wchodzi Przewodność cieplnaPrzewodność cieplna (λ z jednostką W/(m-K)) opisuje transport energii - w postaci ciepła - przez ciało o masie w wyniku gradientu temperatury (patrz rys. 1). Zgodnie z drugą zasadą termodynamiki, ciepło zawsze przepływa w kierunku niższej temperatury.przewodność cieplna, główna cecha charakterystyczna materiału izolacyjnego. Naszym zadaniem na stronie NETZSCH jest zmierzenie próbek pianki kompozytowej w różnych mieszaninach za pomocą naszego miernika HFM 446 M (seria mierników przepływu ciepła) przy użyciu próbek o wymiarach 30 cm x 30 cm i grubości 4 cm, aby uzyskać ich przewodność cieplną, a także pojemność cieplną właściwą i porównać je z wynikami, które wcześniej uzyskaliśmy dla pojedynczych składników.
Zobacz wideo na youtube:
Jako przykład, wyniki przewodności cieplnej dla czterech próbek pianki pokazano na rysunku 2. Pianki te mają porowatość 80-90%, a ich wartości rosną wraz ze wzrostem temperatury w zakresie od 0 do 40°C.
Najwyższe przewodności cieplne wynoszące od 0,075 do 0,085 W/(m-K) uzyskano dla pianki referencyjnej (niezawierającej PCM) o gęstości surowej 240 kg/m³ i są one o około 11% wyższe od wyników pianki referencyjnej o gęstości 220 kg/m³. Porównując piankę referencyjną 240 i piankę o tej samej gęstości surowej, ale zawierającą 10% PCM, Przewodność cieplnaPrzewodność cieplna (λ z jednostką W/(m-K)) opisuje transport energii - w postaci ciepła - przez ciało o masie w wyniku gradientu temperatury (patrz rys. 1). Zgodnie z drugą zasadą termodynamiki, ciepło zawsze przepływa w kierunku niższej temperatury.przewodność cieplna spada o 17%. Efekt ten można wyjaśnić niższą przewodnością cieplną materiału proszkowego, który zastępuje beton o wyższej przewodności. Najniższe przewodności cieplne w zakresie od 0,059 do 0,068 W/(m-K) zaobserwowano w przypadku próbki pianki z 20% PCM, czyli o 22% poniżej mieszanki referencyjnej bez PCM. Pomimo faktu, że wpływ PCM nie jest liniowy, Przewodność cieplnaPrzewodność cieplna (λ z jednostką W/(m-K)) opisuje transport energii - w postaci ciepła - przez ciało o masie w wyniku gradientu temperatury (patrz rys. 1). Zgodnie z drugą zasadą termodynamiki, ciepło zawsze przepływa w kierunku niższej temperatury.przewodność cieplna pianki cementowej zmniejsza się poprzez zastąpienie części betonu PCM. Jednak głównym powodem dodania PCM jest dalsze zwiększenie pojemności cieplnej właściwej pianki kompozytowej, a tym samym zdolności magazynowania energii przez materiał izolacyjny.
W oparciu o te wyniki HFM, najbardziej obiecujące mieszanki piankowe zostaną następnie selectedytowane w celu zwiększenia skali w trzecim i czwartym pakiecie roboczym. W trzecim pakiecie roboczym pianka izolacyjna jest dodawana do segmentów ścian replikujących ostateczne zastosowanie, co skutkuje jeszcze większymi rozmiarami próbek i większą liczbą czynników wpływających. Ściany te (1,50 m x 1,50 m) są badane pod kątem przenikalności cieplnej w tak zwanym urządzeniu Hot Box w kontrolowanych warunkach temperatury i wilgotności. Metoda jest podobna do metody HFM.
W czwartym pakiecie roboczym najlepsze i najbardziej obiecujące pianki NRG są selectedytowane i monitorowane w "rzeczywistych warunkach" w domach demonstracyjnych w Bułgarii i modernizowanych budynkach w Niemczech i Hiszpanii przez dłuższy okres czasu.
Na wszystkich tych etapach skalowania w kierunku produktu końcowego prace eksperymentalne są weryfikowane za pomocą symulacji numerycznych.
arcProjekt rozpoczął się w 2020 roku i ma trwać do 2024 roku. Będziemy informować na bieżąco!
[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.