氣凝膠材料在建筑節能領域用途廣泛

【門窗幕墻網】氣凝膠是一種納米多孔固體材料，主要成分為超微粒子。該材料具有比表面積大、孔隙率高、粒徑小等特點。氣凝膠也稱為固態煙或凍煙，是目前被人們視為最輕的固體材料。由于氣凝膠特殊的物理結構，使其有著很強的防火和隔熱性能，可廣泛應用于建筑領域，在建筑節能領域有較好的發展前景。

神奇的氣凝膠材料

隔熱、保溫、輕量化，氣凝膠材料滿足建筑節能要求，符合建筑輕量化發展趨勢。

20世紀90年代以來，氣凝膠在全球范圍內受到廣泛關注，各國在其研究上投入了大量的資金和人力。國內對氣凝膠的研究也積累了較多的研發經驗，為氣凝膠材料的推廣應用創造了有利條件。

氣凝膠可分為無機氣凝膠、有機氣凝膠和碳氣凝膠，其中無機氣凝膠是以有機金屬物質為原料，通過超臨界干燥法進行制備，最終形成的低密度非晶固態材料。無機氣凝膠具有多種形式，常見的有陶瓷粉末、多元氧化物氣凝膠、超細金屬、單元氧化物氣凝膠等。有機氣凝膠主要材料為甲醛和苯二酚，制備過程只是在無機氣凝膠制備工藝上略有由改進。碳氣凝膠主要是通過炭化熱固性有機氣凝膠獲得的一種納米碳材料，主要具有非晶態、輕質、多孔特征，這種材料具有很強的導電性。

氣凝膠材料擁有很多特性，對建筑節能應用而言，一個重要性能就是保溫。氣凝膠材料具有高孔隙率，傳熱功能較為突出。首先，氣凝膠材料具有低密度，熱傳播路徑在氣凝膠結構中較長，極大降低了熱傳播效率。其次，氣凝膠材料粒徑小，通常在20nm以下，這種粒徑會限制空氣分子在氣凝膠材料中的自由活動，降低了空氣的對流熱導率。導熱率極低的氣凝膠可以阻擋大部分紅外輻射，而熱輻射的波長也很低。因此，氣凝膠具有良好的隔熱效果。

氣凝膠材料密度在0.16～4.0kg/m3之間，遠低于其他材料密度，符合建筑輕量化發展趨勢。此外，氣凝膠材料還具有防火、隔聲、耐腐蝕等優勢。

氣凝膠在建筑節能領域的應用

將導熱系數低的氣凝膠添加到傳統的砂漿和混凝土中，可以有效提升材料性能。

氣凝膠保溫砂漿是以硅酸鹽水泥為膠凝劑，加入氣凝膠、SiO?、玻璃微珠制成的。玻璃珠的尺寸比氣凝膠顆粒大得多，可以填充到砂漿基質中，較小的氣凝膠顆粒將間隙進一步填充，使孔隙率盡可能減小，保溫砂漿的導熱系數也隨之下降，可以獲得預期的建筑保溫效果。將保溫砂漿應用于建筑外墻表面，砂漿越厚，內外溫差越大。由此可見，氣凝膠保溫砂漿可以將熱量阻隔，能夠提升建筑結構的整體保溫節能效果。在混凝土中加入氣凝膠后，明顯降低了混凝土的重量和導熱系數，但也會損害混凝土的機械強度，所以氣凝膠混凝土應避免在承重墻使用。

氣凝膠粉末可用于內墻涂料，作為結構隔熱措施的補充，不僅適用于建筑內墻的保溫，也適用于外墻、樓頂保溫。

內墻保溫是建筑保溫工程的一個重要內容，但往往也容易被忽視，內部熱量通過內壁擴散，并傳遞到外部。內墻的保溫需要達到最基本的保溫要求，還要具有防火功能，應選擇無污染材料。使用氣凝膠保溫板能夠提升保溫、隔聲效果，還能滿足承受400℃以上的防火需求。氣凝膠粉末可用于內墻涂料，作為結構隔熱措施的補充，不僅適用于建筑內墻的保溫，也適用于外墻、樓頂保溫。氣凝膠粉末產品主要材料為氣凝膠和納米SiO?，經過特殊工序制成，孔徑極小，能夠滿足保溫性能要求，可廣泛用于建筑保溫層中。

在熱水器的儲水箱、集熱器、管道等部位應用氣凝膠材料，熱損失較以往可減少30%以下。

氣凝膠材料在屋頂太陽能集熱器中的應用由來已久，主要用于太陽能熱水器的保溫裝置中，使太陽能利用效率有效提高，更具實用性，能夠滿足人們的生活需求。在熱水器的儲水箱、集熱器、管道等部位應用氣凝膠材料，與普通材質的太陽能熱水器相比，能夠增加至少1倍的集熱效率，熱損失較以往可減少30%以下。

氣凝膠氈疏水性、隔熱性特征顯著，可以提高管道保溫效果，是一種理想的保溫材料。管道可以用氣凝膠氈包裹，作為保溫結構的主要保溫層，金屬保護層作為第二道保溫措施，可以對氣凝膠保溫層起到保護作用。在包裹多層氣凝膠氈時，可采用交錯重疊法來增強保溫性能。氣凝膠氈抗拉強度、柔韌性和抗壓性較好，保溫層施工較為簡單。此外，氣凝膠氈的疏水性使其導熱系數在使用過程中幾乎保持不變，氣凝膠保溫結構與傳統保溫結構相比，更有節能價值。

使用氣凝膠玻璃可以提高保溫效果，使太陽輻射影響減小，滿足人們的使用需求。

氣凝膠玻璃通常以中空、真空和夾層等形式降低玻璃的傳熱系數，而且能夠提升降噪能力。氣凝膠玻璃的節能效果明顯，在夏熱冬冷地區，氣凝膠玻璃在夏季可以削弱太陽輻射，減少約20%的熱損失。而在冬季，氣凝膠玻璃能阻擋約40%的室內熱空氣，具有良好的節能價值。盡管窗戶只占建筑圍護結構的一小部分，但能耗約占總能耗25%，主要原因是建筑窗戶沒有起到保溫作用，內部熱量往往通過窗戶擴散到室外。在夏季，陽光直接通過窗戶照射到室內，導致室內溫度升高。而使用氣凝膠玻璃可以提高保溫效果，使太陽輻射影響減小，滿足人們的使用需求。氣凝膠玻璃與普通玻璃相比具有較高的透光率，對室內采光沒有太大影響?，F階段，氣凝膠玻璃主要有兩種類型，一種為夾層玻璃，另一種為鍍膜玻璃。夾層玻璃對于氣凝膠的消耗較多，相應的成本較高。相比之下，使用鍍膜玻璃的價格遠低于夾層玻璃，并且保溫性能良好，可達88%透光率，不會對室內采光造成影響。

氣凝膠隔熱保溫材料是A級不燃材料，可用于建筑防火結構。

氣凝膠混凝土復合墻體是一種輕質保溫墻體材料，由氣凝膠填充和改性輕質骨料制成。在膨脹珍珠巖中填充氣凝膠填充，可以制備氣凝膠膨脹珍珠巖，并將其用作輕質骨料，形成一種新型隔熱材料。氣凝膠膨脹珍珠巖具有4.39MPa抗壓強度，導熱系數為0.062W/（m·K）。氣凝膠結構主要是多孔網絡，可以在鋼結構表面覆蓋氣凝膠隔熱復合材料，延長受灼燒時間，而不產生有毒物質。同時，氣凝膠材料可以阻礙火勢的蔓延，是A級不燃材料，可以用于建筑防火結構。

氣凝膠具有優良的性能，但純凈氣凝膠材料強度較低，應進一步加強復合氣凝膠材料的研發，將氣凝膠材料與其他材料合理結合，有效增強材料使用性能，彌補氣凝膠材料的不足。同時，還要進一步降低氣凝膠的制備和使用成本，才能在建筑市場占據更大的份額，切實提高氣凝膠材料的綜合效益。

本文原載于《中國建材報》4月18日11版