21.07.2022 by Christina Strunz, Michael Düngfelder
60 år med NETZSCH-Geraetebau: NETZSCH som en del av NRG STORAGE-projektet
Enbart inom EU är cirka 50% av energiförbrukningen relaterad till uppvärmning och kylning av byggnader och industri. Med tanke på EU:s mål att bli koldioxidneutralt till år 2050 behöver värme- och kylsektorn snabbt göra stora framsteg när det gäller energieffektivitet, hållbara byggnader och minskad förbrukning av fossila bränslen. Genom att delta i det EU-finansierade projektet NRG-STORAGE bidrar NETZSCH aktivt till att uppnå detta mål.
Som beskrevs i föregående artikel är HFM 446 Lambda Eco-Line praktiskt taget oumbärlig när det gäller att utvärdera isoleringsmaterial. Samtidigt har HFM 446-enheterna i vårt applikationslaboratorium och våra FoU-lokaler på NETZSCH inte bara en regional utan även en global inverkan, vilket framgår av följande.
Enbart inom EU är cirka 50% av energiförbrukningen relaterad till uppvärmning och kylning av byggnader och industri. Det är den största sektorn för slutanvändning av energi, före transport och elektricitet. Detta fenomen kan tillskrivas olika utvecklingar som den växande världsbefolkningen, förbättrad levnadsstandard och den alltmer utbredda strävan att ständigt säkerställa en aktiv termisk komfort inomhus. Till råga på allt kan endast ca 22% av den energi som används för uppvärmning och kylning hänföras till förnybara källor, medan ca 75% fortfarande genereras från fossila bränslen. Med tanke på EU:s mål att bli koldioxidneutralt till år 2050 är värme- och kylsektorn i akut behov av stora framsteg inom energieffektivitet, hållbara byggnader och en minskad förbrukning av fossila bränslen. [1],[2],[3]
Genom att delta i det EU-finansierade projektet NRG-STORAGE bidrar NETZSCH aktivt till att uppnå detta mål. Inom ramen för projektet används HFM 446 M för att stödja utvecklingen av nya isoleringsmaterial för byggnader. Under projektledning av Technical University of Darmstadt samarbetar 13 partners från Europa och en från Argentina för att utveckla ett cementskum med inbäddade biobaserade fasändringsmaterial (PCM) och grafenoxidpartiklar.
Kraven på detta nya kompositskum är att det ska ha 25% högre isoleringsförmåga, 10% högre energilagringskapacitet och 10% högre vatten- och lufttäthet jämfört med konventionella byggnadsisoleringar. Dessutom måste det vara mindre brandfarligt än nuvarande materiallösningar och dessutom kunna återvinnas.
Projektet är indelat i sex arbetspaket. Det första arbetspaketet fokuserar på karakterisering av alla enskilda komponenter och på cementpastaskala. Här på NETZSCH bestäms det termiska beteendet hos de enskilda materialen, t.ex. värmelagringskapaciteten hos alla komponenter och smältintervallen för PCM:erna, via olika mätmetoder som DSC(Differential Scanning Calorimetry) och LFA(Laser Flash Analysis), med hjälp av mycket small små provmängder på bara några milligram.
Det andra arbetspaketet behandlar provkroppar av cementskum. Sådana prover är mer heterogena och har större provstorlek. Därför kräver de en annan mätmetod. I det här skedet kommer värmeledningsförmågan, som är det viktigaste kännetecknet för ett isoleringsmaterial, in i bilden. Vår uppgift på NETZSCH är att mäta kompositskumprover i olika blandningar med vår HFM 446 M (Heat Flow Meter Series) med prover på 30 cm x 30 cm och 4 cm i tjocklek för att uppnå deras Termisk konduktivitetVärmekonduktivitet (λ med enheten W/(m-K)) beskriver transporten av energi - i form av värme - genom en masskropp som ett resultat av en temperaturgradient (se fig. 1). Enligt termodynamikens andra huvudsats strömmar värme alltid i riktning mot den lägre temperaturen.värmeledningsförmåga, liksom Specifik värmekapacitet (cp)Värmekapacitet är en materialspecifik fysikalisk storhet som bestäms av den värmemängd som tillförs provkroppen, dividerat med den resulterande temperaturökningen. Den specifika värmekapaciteten är relaterad till en massa-enhet av provkroppen.specifik värmekapacitet, och jämföra dem med de resultat vi tidigare fått för de enskilda komponenterna.
Se videon på youtube:
Som ett exempel visas resultaten för värmeledningsförmågan för fyra skumprover i figur 2. Dessa skum har en porositet på 80-90% och deras värden stiger med ökande temperaturer inom intervallet 0 till 40°C.
De högsta värmeledningsförmågorna på 0,075 till 0,085 W/(m-K) erhölls på referensskummet (utan PCM) med en råTäthetMassdensiteten definieras som förhållandet mellan massa och volym. densitet på 240 kg/m³ och ligger ca 11% över resultaten för referensskummet med 220 kg/m³. Om man jämför referensskummet 240 och skummet med samma råTäthetMassdensiteten definieras som förhållandet mellan massa och volym. densitet men som innehåller 10% PCM, minskar värmeledningsförmågan med 17%. Denna effekt kan förklaras av den lägre värmeledningsförmågan hos pulvermaterialet som ersätter den mer ledande betongen. De lägsta värmeledningsförmågorna mellan 0,059 och 0,068 W/(m-K) observerades på skumprovet med 20% PCM, vilket var 22% lägre än referensblandningen utan PCM. Trots att effekten av PCM inte är linjär minskar cementskummets Termisk konduktivitetVärmekonduktivitet (λ med enheten W/(m-K)) beskriver transporten av energi - i form av värme - genom en masskropp som ett resultat av en temperaturgradient (se fig. 1). Enligt termodynamikens andra huvudsats strömmar värme alltid i riktning mot den lägre temperaturen.värmeledningsförmåga genom att delar av betongen ersätts med PCM. Det främsta skälet till att tillsätta PCM är dock att ytterligare öka den specifika värmekapaciteten hos kompositskummet och därmed isoleringsmaterialets energilagringskapacitet.
Baserat på dessa HFM-resultat kommer de mest lovande skumblandningarna sedan att väljas ut för uppskalning i arbetspaket tre och fyra. I arbetspaket tre läggs detta isoleringsskum till väggsegment som replikerar den slutliga tillämpningen, vilket resulterar i ännu större provstorlekar och fler påverkansfaktorer. Dessa väggar (1,50 m x 1,50 m) undersöks med avseende på värmetransmittans i en så kallad Hot Box-enhet under kontrollerade temperatur- och fuktighetsförhållanden. Metoden liknar HFM.
I arbetspaket fyra väljs de bäst presterande och mest lovande NRG-skummaterialen ut och övervakas under "verkliga förhållanden" i demohus i Bulgarien och eftermonterade byggnader i Tyskland och Spanien under en längre tidsperiod.
Under alla dessa steg i uppskalningen mot slutprodukten verifieras det experimentella arbetet med numeriska simuleringar.
Projektet startade 2020 och planeras pågå fram till mars 2024. Vi kommer att hålla er uppdaterade!
[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.