21.07.2022 by Christina Strunz, Michael Düngfelder
60 лет NETZSCH-Geraetebau: NETZSCH в рамках проекта NRG STORAGE
Только в Европейском союзе около 50% энергопотребления приходится на отопление и охлаждение зданий и промышленности. Учитывая цель ЕС стать углеродно-нейтральным к 2050 году, сектор отопления и охлаждения срочно нуждается в значительных достижениях в области энергоэффективности, устойчивости зданий и сокращения потребления ископаемого топлива. Участвуя в финансируемом ЕС проекте NRG-STORAGE, компания NETZSCH вносит активный вклад в достижение этой цели.
Как уже говорилось в предыдущей статье, HFM 446 Lambda Eco-Line практически незаменим при оценке изоляционных материалов. Приборы ежедневно работают на объектах наших клиентов по всему миру. Одновременно приборы HFM 446 в нашей лаборатории NETZSCH и научно-исследовательских центрах оказывают не только региональное, но и глобальное влияние, о чем свидетельствует следующее.
Только в Европейском Союзе около 50 % потребляемой энергии приходится на отопление и охлаждение зданий и промышленности. Это основной сектор конечного потребления энергии, опережающий транспорт и электроэнергию. Это явление можно объяснить различными факторами, такими как рост населения планеты, повышение уровня жизни и распространяющееся стремление постоянно обеспечивать активный тепловой комфорт внутри помещений. Что еще хуже, только около 22 % энергии, используемой для отопления и охлаждения, может быть отнесено к возобновляемым источникам, в то время как около 75 % по-прежнему вырабатывается из ископаемого топлива. Учитывая цель ЕС стать углеродно-нейтральным к 2050 году, сектор отопления и охлаждения срочно нуждается в значительных достижениях в области энергоэффективности, устойчивости зданий и сокращении потребления ископаемого топлива. [1],[2],[3]
Участвуя в финансируемом ЕС проекте NRG-STORAGE, компания NETZSCH вносит активный вклад в достижение этой цели. В рамках проекта HFM 446 M используется для поддержки разработки новых строительных изоляционных материалов. Под руководством Технического университета Дармштадта 13 партнеров из Европы и один из Аргентины сотрудничают в разработке цементной пены со встроенными биоматериалами для изменения фазы (PCM) и частицами оксида графена.
Требования к новой композитной пене заключаются в том, что она должна обладать на 25 % более высокой теплоизоляционной способностью, на 10 % более высокой способностью аккумулировать энергию и на 10 % более высокой водо- и воздухонепроницаемостью по сравнению с обычными строительными изоляционными материалами. Кроме того, она должна быть менее воспламеняемой, чем существующие материалы, а также пригодной для вторичной переработки.
Проект разделен на шесть рабочих пакетов. Первый пакет работ направлен на определение характеристик всех отдельных компонентов в масштабе цементной пасты. Здесь, на сайте NETZSCH, тепловое поведение отдельных материалов, например, теплоаккумулирующая способность всех компонентов и диапазоны плавления ПКМ определяются с помощью различных методов измерения, таких как ДСК(дифференциальная сканирующая калориметрия) и ЛФА(лазерный анализ вспышки), с использованием очень small количества образцов - всего несколько миллиграммов.
Во втором пакете работ рассматриваются первые образцы цементной пены. Такие образцы более неоднородны и larger по размеру. Поэтому они требуют другого подхода к измерениям. На этом этапе в игру вступает теплопроводность - основной признак изоляционного материала. Наша задача на сайте NETZSCH - измерить образцы композитной пены в различных смесях с помощью прибора HFM 446 M (серия тепловых расходомеров) на образцах размером 30 см х 30 см и толщиной 4 см, чтобы получить их теплопроводность, а также удельную теплоемкость и сравнить их с результатами, полученными ранее для отдельных компонентов.
Смотрите видео на youtube:
В качестве примера на рис. 2 показаны результаты теплопроводности для четырех образцов пенопласта. Эти пенопласты имеют пористость 80-90%, и их значения увеличиваются при повышении температуры в диапазоне от 0 до 40°C.
Самые высокие показатели теплопроводности от 0,075 до 0,085 Вт/(м-К) были получены на эталонном пенопласте (не содержащем ПКМ) с плотностью сырья 240 кг/м³ и примерно на 11% превышают результаты эталонного пенопласта с плотностью 220 кг/м³. При сравнении эталонной пены 240 и пены с той же сырой плотностью, но содержащей 10% ПКМ, теплопроводность уменьшается на 17%. Этот эффект можно объяснить более низкой теплопроводностью порошкового материала, который заменяет более высокопроводящий бетон. Самая низкая теплопроводность от 0,059 до 0,068 Вт/(м-К) наблюдалась у образца пены с 20% ПКМ, что на 22% ниже, чем у эталонной смеси без ПКМ. Несмотря на то, что влияние ПКМ не является линейным, теплопроводность цементной пены уменьшается при замене части бетона на ПКМ. Однако основной причиной добавления ПКМ является дальнейшее увеличение удельной теплоемкости композитной пены и, таким образом, способности изоляционного материала аккумулировать энергию.
На основе результатов HFM наиболее перспективные пенные смеси будут отобраны на сайте selectдля масштабирования в рамках третьего и четвертого рабочих пакетов. В третьем пакете работ изоляционная пена добавляется в сегменты стен, воспроизводящие конечное применение, что приводит к еще большему размеру образцов и большему количеству факторов влияния. Эти стены (1,50 м x 1,50 м) исследуются на теплопроводность в так называемом " горячем боксе " при контролируемых условиях температуры и влажности. Метод аналогичен методу HFM.
В рамках четвертого рабочего пакета наиболее эффективные и перспективные пенопласты NRG selectисследуются и контролируются в "реальных условиях" в демонстрационных домах в Болгарии и модернизированных зданиях в Германии и Испании в течение длительного периода времени.
На всех этих этапах расширения масштаба до конечного продукта экспериментальные работы проверяются с помощью численного моделирования.
arcПроект стартовал в 2020 году и рассчитан до 2024 года. Мы будем держать вас в курсе событий!
[1] L. Pérez-Lombard, J. Ortiz, C. Pout, Обзор информации об энергопотреблении зданий, Energy and Buildings 40 (3) (2008) 394-398.
[2] Н. Соарес, Ж.Ж. Коста, А.Р. Гаспар, П. Сантос, Обзор пассивных систем аккумулирования тепловой энергии PCM на скрытом теплоносителе для повышения энергоэффективности зданий, Энергия и здания 59 (2013) 82-103.