21.07.2022 by Christina Strunz, Michael Düngfelder
60 de ani de NETZSCH-Geraetebau: NETZSCH ca parte a proiectului NRG STORAGE
Numai în Uniunea Europeană, aproximativ 50% din consumul de energie este legat de încălzirea și răcirea clădirilor și a industriei. Având în vedere obiectivul UE de a deveni neutru din punct de vedere al emisiilor de carbon până în 2050, sectorul încălzirii și răcirii are nevoie urgentă de progrese majore în ceea ce privește eficiența energetică, durabilitatea clădirilor și reducerea consumului de combustibili fosili. Prin participarea la proiectul NRG-STORAGE, finanțat de UE, NETZSCH contribuie activ la atingerea acestui obiectiv.
Așa cum am descris în articolul precedent, HFM 446 Lambda Eco-Line este practic indispensabil atunci când vine vorba de evaluarea materialelor izolante. Instrumentele sunt utilizate zilnic în locațiile clienților noștri din întreaga lume. în același timp, dispozitivele HFM 446 din laboratorul nostru de aplicații NETZSCH și spațiile de cercetare și dezvoltare au nu numai un impact regional, ci și unul global, după cum se subliniază în cele ce urmează.
Numai în cadrul Uniunii Europene, aproximativ 50% din consumul de energie este legat de încălzirea și răcirea clădirilor și a industriei. Acesta reprezintă principalul sector de utilizare finală a energiei, înaintea transportului și a electricității. Acest fenomen poate fi atribuit diferitelor evoluții, cum ar fi creșterea populației mondiale, îmbunătățirea nivelului de trai și aspirația tot mai răspândită de a asigura în permanență un confort termic interior activ. Pentru a înrăutăți situația, doar aproximativ 22% din energia utilizată pentru încălzire și răcire poate fi atribuită surselor regenerabile, în timp ce aproximativ 75% este încă generată din combustibili fosili. Având în vedere obiectivul UE de a deveni neutru din punct de vedere al emisiilor de carbon până în 2050, sectorul încălzirii și răcirii are nevoie urgentă de progrese majore în ceea ce privește eficiența energetică, durabilitatea clădirilor și reducerea consumului de combustibili fosili. [1],[2],[3]
Prin participarea la proiectul NRG-STORAGE, finanțat de UE, NETZSCH contribuie activ la atingerea acestui obiectiv. În cadrul proiectului, HFM 446 M este utilizat pentru a sprijini dezvoltarea de noi materiale de izolare a clădirilor. Sub gestionarea proiectului de către Universitatea Tehnică din Darmstadt, 13 parteneri din Europa și unul din Argentina colaborează pentru a dezvolta o spumă de ciment cu materiale cu schimbare de fază (PCM) bio și particule de oxid de grafen încorporate.
Cerințele acestei noi spume compozite sunt să aibă o capacitate de izolare cu 25% mai mare, o capacitate de stocare a energiei cu 10% mai mare și o etanșeitate la apă și la aer cu 10% mai mare în comparație cu izolațiile convenționale pentru clădiri. În plus, va trebui să fie mai puțin inflamabilă decât soluțiile materiale actuale, precum și reciclabilă.
Proiectul este subdivizat în șase pachete de lucru. Primul pachet de lucru se concentrează pe caracterizarea tuturor componentelor individuale și la scara pastei de ciment. Aici, la NETZSCH, comportamentul termic al materialelor individuale, de exemplu, capacitatea de stocare a căldurii a tuturor componentelor și intervalele de Temperaturile și entalpiile de topireEntalpia de fuziune a unei substanțe, cunoscută și sub denumirea de căldură latentă, este o măsură a aportului de energie, de obicei căldură, care este necesară pentru a transforma o substanță din stare solidă în stare lichidă. Punctul de topire al unei substanțe este temperatura la care aceasta își schimbă starea din solid (cristalin) în lichid (topitură izotropică). topire pentru PCM-uri sunt determinate prin diferite metode de măsurare, cum ar fi DSC(Calorimetrie diferențială cu scanare) și LFA(Laser Flash Analysis), folosind cantități de probe foarte small de numai câteva miligrame.
Al doilea pachet de lucru se referă la primele eșantioane de spumă de ciment. Aceste probe sunt mai eterogene și au o dimensiune mai mare. Prin urmare, acestea necesită o abordare diferită a măsurătorilor. În această etapă, intră în joc conductivitatea termică, principala caracteristică a unui material izolant. Sarcina noastră la NETZSCH este de a măsura probele de spumă compozită în diferite amestecuri cu HFM 446 M (Heat Flow Meter Series) folosind eșantioane de 30 cm x 30 cm și 4 cm în grosime pentru a obține conductivitatea lor termică, precum și capacitatea termică specifică, și de a le compara cu rezultatele obținute anterior pentru componentele individuale.
Vedeți videoclipul pe youtube:
Ca exemplu, rezultatele conductivității termice pentru patru specimene de spumă sunt prezentate în figura 2. Aceste spume au o porozitate de 80-90%, iar valorile lor cresc odată cu creșterea temperaturii în intervalul de la 0 la 40°C.
Cele mai mari conductivități termice de 0,075 - 0,085 W/(m-K) au fost obținute pe spuma de referință (care nu conține PCM) cu o DensitateDensitatea masică este definită ca raportul dintre masă și volum. densitate brută de 240 kg/m³ și se situează cu aproximativ 11% peste rezultatele spumei de referință cu 220 kg/m³. Comparând spuma de referință 240 și spuma cu aceeași DensitateDensitatea masică este definită ca raportul dintre masă și volum. densitate brută, dar care conține 10% PCM, conductivitatea termică scade cu 17%. Acest efect poate fi explicat prin conductivitatea termică mai scăzută a materialului sub formă de pulbere care înlocuiește betonul cu conductivitate mai ridicată. Cele mai scăzute conductivități termice cuprinse între 0,059 și 0,068 W/(m-K) au fost observate la proba de spumă cu 20% PCM, aceasta fiind cu 22% mai mică decât amestecul de referință fără PCM. În ciuda faptului că efectul PCM nu este liniar, conductivitatea termică a spumei de ciment scade prin înlocuirea unor părți din beton cu PCM. Cu toate acestea, principalul motiv pentru adăugarea PCM este creșterea în continuare a capacității termice specifice a spumei compozite și, prin urmare, a capacității de stocare a energiei a materialului izolant.
Pe baza acestor rezultate HFM, cele mai promițătoare amestecuri de spumă vor fi apoi selectate pentru extinderea la scară largă în pachetele de lucru trei și patru. În cadrul pachetului de lucru trei, această spumă izolatoare este adăugată la segmente de perete care reproduc aplicația finală, ceea ce duce la dimensiuni și mai mari ale specimenelor și la mai mulți factori de influență. Acești pereți (1,50 m x 1,50 m) sunt studiați din punct de vedere al transmitanței termice într-un așa-numit dispozitiv Hot Box în condiții controlate de temperatură și umiditate. Metoda este similară cu HFM.
În cadrul pachetului de lucru patru, cele mai performante și mai promițătoare spume NRG sunt selectate și monitorizate în "condiții reale" în case demonstrative din Bulgaria și în clădiri modernizate din Germania și Spania pe o perioadă mai lungă de timp.
De-a lungul tuturor acestor etape de extindere spre produsul final, activitatea experimentală este verificată prin simulări numerice.
Acest proiect a început în 2020 și este planificat să se desfășoare până în martie 2024. Vă vom ține la curent!
[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.