氣凝膠在建築管道保溫節能領域應用方法及效果

氣凝膠不同於我們傳統思維中的“膠”,它是一種固體物質形態,目前更輕的矽建築節能要求的提高,倒逼企業對傳統管道保溫材料進行技術創新或研發新型高效的保溫材料,氣凝膠作為世界公認的更好的管道保溫材料,在建築節能領域掀起瞭一場全新的變革。

1.氣凝膠在節能門窗的應用

氣凝膠在節能門窗的應用
氣凝膠在節能門窗的應用

就目前典型的建築圍護結構而言,通過門窗損失的熱量約占建築總的熱量損失的40%~50%,並且隨著人們居住環境的提高,門窗面積還要不斷增加,節能玻璃的應用對整個建築節能將起到重要的作用。氣凝膠節能玻璃相對真空玻璃、夾層玻璃等傳統節能玻璃有著諸多優點。

科學傢通過仿真模擬,將其制備的真空氣凝膠玻璃替換三層充氬氣中空玻璃安裝於建築門窗上。其模擬實例為處在丹麥氣候的居民住宅,其中兩棟符合丹麥保溫建築標準,另兩棟復合丹麥節能建築標準(房屋取暖耗能<15kwh/m2/a)。通過計算房屋的年取暖耗能量來比較兩種玻璃的節能性能。普通居民住房相對中空玻璃氣凝膠玻璃年節能量為1180kwh/a,約19%,而在節能住宅中這一數字是700kwh/a,占到瞭總耗能的34%。真空氣凝膠玻璃不僅更節能也有非常不錯的視覺效果。

2.氣凝膠在建築管道中的使用

氣凝膠在建築管道中的使用
氣凝膠在建築管道中的使用

氣凝膠氈具有超高隔熱性和疏水性等優點,是一種理想的管道保溫材料。下圖是氣凝膠氈管道保溫層的結構,緊貼管道前一層的為卷繞管道的氣凝膠保溫氈,該層為保溫結構的主要保溫層,外層為金屬保護層和綁帶,提供瞭機械和戶外風吹日曬雨淋的防護,如果卷繞多層氣凝膠氈可采用錯位搭接方式提高保溫性能。

氣凝膠氈有較好的柔性與抗拉、抗壓強度,施工方便快捷,另外氣凝膠氈的整體疏水性使其在整個使用周期導熱系數幾乎沒有變化。與傳統管道保溫材料相比,氣凝膠保溫結構保溫性能明顯好於其他材料。根據美國阿斯彭公司的估算,平均每公裡的高溫蒸汽管道在使用中僅能耗一項就可以帶來250萬美元的節省,而在建築供熱管道保溫材料改造中,理想情況下一年左右即可以節省下改造所投入的成本。

3.氣凝膠板在墻壁和屋頂中的使用

氣凝膠板在墻壁和屋頂中的使用
氣凝膠板在墻壁和屋頂中的使用

傳統的墻壁和屋頂保溫材料分為無機材料和有機材料,占據保溫材料市場80%的有機保溫材料聚苯泡沫板防火阻燃性不佳,無機保溫材料如巖棉、玻璃棉等大多密度大且保溫效果欠佳。氣凝膠板具有低熱導率、低密度、高阻燃性是墻壁和屋頂的理想的保溫材料。下圖展示瞭目前常見的氣凝膠板保溫層,其中包括墻壁保溫層和屋頂保溫。該結構的主要保溫層是氣凝膠板,其導熱系數在常溫下可到達0.013w/m·k,幾乎隻有擠塑聚苯板的三分之一,更是遠低於其它建築管道保溫材料,具有高效的保溫隔熱性能。氣凝膠板還可以起到吸聲降噪的功能,該結構還可以有效的阻絕噪聲。此結構使用的氣凝膠氈和板燃燒性能為A1級,為完全不燃性材料,解決瞭建築保溫與建築防火無法共存的巨大矛盾。氣凝膠氈或板密度低於200kg/m3,施工時方便的同時也減輕瞭整棟建築的重量。

4.氣凝膠在塗料中的應用

氣凝膠在塗料中的應用
氣凝膠在塗料中的應用

氣凝膠粉體可以應用在塗料中,做成具有保溫效果的保溫塗料,起到補充保溫作用。有研究人員分別以空心微珠、自制的SiO2氣凝膠為隔熱填料,添加到丙烯酸酯白色外墻塗料中制成隔熱塗料,通過自制的測量裝置測得SiO2氣凝隔熱塗料隔熱性能明顯優於空心微珠隔熱塗料。還有研究人員用穩定劑愛利索TMRM825 對SiO2氣凝膠進行改性並制備成漿料,以水性丙烯酸樹脂為成膜物,在助劑的配合下制得水性納米透明隔熱塗料,結果表明玻璃塗覆膜厚為20~25μm時,塗膜有良好的機械性能,可見光透過率大於89%,透明性好,同時有較好的隔熱效果。氣凝膠塗料不僅可以應用在外墻體的保溫中,還可以應用在建築內墻保溫和建築頂部保溫和建築底部保溫。2010年上海世博會零碳館及萬科實驗樓應用瞭該種塗料,表明這種塗料具有突出的節能效果。

作為混凝土添加劑氣凝膠還可以用於降低混凝土的導熱系數。國外的研究人員開展瞭混凝土基料中摻入不同量的疏水或親水SiO2氣凝膠粉末的研究,混凝土塊的熱導率隨著SiO2氣凝膠粉末含量的增加而減少,但抗壓強度會有所降低,收縮率也會有所增大。據此特點可將添加SiO2氣凝膠的混凝土用於非承重墻,或是作為粘結試劑使用的水泥砂漿。隨著混凝土助劑的發展,可以加入助劑來補充損失的力學性能。

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