21.07.2022 by Christina Strunz, Michael Düngfelder
60 anos de NETZSCH-Geraetebau: NETZSCH como parte do projeto NRG STORAGE
Somente na União Europeia, cerca de 50% do consumo de energia está relacionado ao aquecimento e à refrigeração de edifícios e da indústria. Considerando a meta da UE de se tornar neutra em carbono até 2050, o setor de aquecimento e resfriamento precisa urgentemente de grandes avanços na eficiência energética, na sustentabilidade dos edifícios e na redução do consumo de combustíveis fósseis. Ao participar do projeto NRG-STORAGE, financiado pela UE, o site NETZSCH está contribuindo ativamente para o alcance dessa meta.
Conforme descrito no artigo anterior, o HFM 446 Lambda Eco-Line é praticamente indispensável quando se trata de avaliar materiais de isolamento. Os instrumentos estão em operação diariamente nas instalações de nossos clientes em todo o mundo. Simultaneamente, os dispositivos HFM 446 em nosso Laboratório de Aplicações NETZSCH e nas instalações de P&D têm um impacto não apenas regional, mas também global, conforme destacado a seguir.
Somente na União Europeia, cerca de 50% do consumo de energia está relacionado ao aquecimento e ao resfriamento de edifícios e da indústria. Ele representa o principal setor de uso final de energia, à frente do transporte e da eletricidade. Esse fenômeno pode ser atribuído a vários desenvolvimentos, como o aumento da população mundial, a melhoria dos padrões de vida e a crescente aspiração de garantir constantemente o conforto térmico interno ativo. Para piorar a situação, apenas cerca de 22% da energia usada para aquecimento e resfriamento pode ser atribuída a fontes renováveis, enquanto aproximadamente 75% ainda é gerada por combustíveis fósseis. Considerando a meta da UE de se tornar neutra em carbono até o ano de 2050, o setor de aquecimento e resfriamento precisa urgentemente de grandes avanços na eficiência energética, na sustentabilidade dos edifícios e na redução do consumo de combustíveis fósseis. [1],[2],[3]
Ao participar do projeto NRG-STORAGE, financiado pela UE, o site NETZSCH está contribuindo ativamente para o alcance dessa meta. Dentro da estrutura do projeto, o HFM 446 M é usado para apoiar o desenvolvimento de novos materiais de isolamento para construção. Sob o gerenciamento do projeto da Universidade Técnica de Darmstadt, 13 parceiros da Europa e um da Argentina estão colaborando para desenvolver uma espuma de cimento com materiais de mudança de fase (PCM) de base biológica incorporados e partículas de óxido de grafeno.
Os requisitos dessa nova espuma composta são ter uma capacidade de isolamento 25% maior, uma capacidade de armazenamento de energia 10% maior e uma estanqueidade à água e ao ar 10% maior em comparação com os isolamentos convencionais de edifícios. Além disso, ela precisará ser menos inflamável do que as soluções de materiais atuais, além de ser reciclável.
O projeto está subdividido em seis pacotes de trabalho. O primeiro pacote de trabalho concentra-se na caracterização de todos os componentes individuais e em escala de pasta de cimento. Aqui em NETZSCH, o comportamento térmico dos materiais individuais, por exemplo, a capacidade de armazenamento de calor de todos os componentes e as faixas de Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). fusão dos PCMs são determinados por meio de diferentes métodos de medição, como DSC(Calorimetria Exploratória Diferencial) e LFA(Análise de Flash a Laser), usando quantidades de amostra muito small pequenas, de apenas alguns miligramas.
O segundo pacote de trabalho trata dos primeiros espécimes de espuma de cimento. Essas amostras são mais heterogêneas e larger em tamanho de amostra. Portanto, elas exigem uma abordagem de medição diferente. Nesse estágio, a Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica, a principal marca registrada de um material de isolamento, entra em jogo. Nossa tarefa em NETZSCH é medir espécimes de espuma composta em diferentes misturas com nosso HFM 446 M (Heat Flow Meter Series) usando amostras de 30 cm x 30 cm e 4 cm de espessura para obter sua Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica, bem como a capacidade de calor específica, e compará-las com os resultados que obtivemos anteriormente para os componentes individuais.
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Como exemplo, os resultados da Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica de quatro espécimes de espuma são mostrados na Figura 2. Essas espumas têm uma porosidade de 80-90% e seus valores aumentam com o aumento das temperaturas na faixa de 0 a 40°C.
As condutividades térmicas mais altas, de 0,075 a 0,085 W/(m-K), foram obtidas na espuma de referência (sem PCM) com DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade bruta de 240 kg/m³ e estão aproximadamente 11% acima dos resultados da espuma de referência com 220 kg/m³. Comparando a espuma de referência 240 e a espuma com a mesma DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade bruta, mas contendo 10% de PCM, a Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica diminui em 17%. Esse efeito pode ser explicado pela menor Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica do material em pó que substitui o concreto de maior condutividade. As condutividades térmicas mais baixas, entre 0,059 e 0,068 W/(m-K), foram observadas no corpo de prova de espuma com 20% de PCM, 22% abaixo da mistura de referência sem PCM. Apesar do fato de o efeito do PCM não ser linear, a Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica da espuma de cimento diminui com a substituição de partes do concreto por PCM. No entanto, o principal motivo para adicionar PCM é aumentar ainda mais a capacidade de calor específica da espuma composta e, portanto, a capacidade de armazenamento de energia do material de isolamento.
Com base nesses resultados de HFM, as misturas de espuma mais promissoras serão então selected para o aumento de escala no pacote de trabalho três e quatro. No pacote de trabalho três, essa espuma de isolamento é adicionada a segmentos de parede que reproduzem a aplicação final, o que resulta em tamanhos de amostra ainda maiores e mais fatores de influência. Essas paredes (1,50 m x 1,50 m) são investigadas quanto à transmitância térmica em um dispositivo chamado Hot Box sob condições controladas de temperatura e umidade. O método é semelhante ao HFM.
No pacote de trabalho quatro, as espumas NRG de melhor desempenho e mais promissoras são selected e monitoradas em "condições reais" em casas de demonstração na Bulgária e em edifícios reformados na Alemanha e na Espanha por um período mais longo.
Ao longo de todas essas etapas de aumento de escala em direção ao produto final, o trabalho experimental é verificado por simulações numéricas.
Esse projeto começou em 2020 e está planejado para ser executado até March 2024. Nós o manteremos atualizado!
[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.