氣凝膠節能玻璃

目前,資源節約、環境保護已成為政府和民生關心的核心問題,其嚴峻形勢也日益凸顯。建築業作為國民經濟支柱行業,同時也是產業鏈條中資源消耗的聚集產業,建築業耗能占全社會總耗能50%左右,是我國節能減排的重要領域,門窗、幕墻是圍護結構熱損失的薄弱部位,占整個建築圍護結構能耗的40%~60%,因此對節能玻璃的研究具有重要意義。我國建築節能從20世紀80年代開始,共分為3個階段,圖1為我國建築節能路線圖。氣凝膠節能玻璃作為具有巨大發展潛力的節能玻璃技術,擁有眾多優異性能,被公認為是目前世界上建築門窗節能的最佳解決方案。

我國建築節能路線圖
我國建築節能路線圖

氣凝膠,也稱為固體空氣,是世界上已知最輕的固體材料,是一種性能優越的保溫材料,同時具有耐高溫、防爆等特點,在航空航天、國防軍工等領域廣泛應用。隨著科學技術不斷發展,氣凝膠材料成本逐漸降低,其逐步應用到綠色建築領域,如氣凝膠節能玻璃、氣凝膠新型板材等。

氣凝膠節能玻璃通常采用Si02氣凝膠作為原材料,由於具有很高的孔隙率,且其基本構成顆粒和孔洞尺寸都在納米級,使得其具有非常獨特的性能,隨著其孔隙率增加,其熱導率和聲音傳播速度都非常低,可有效提高外圍護結構的保溫和隔音效果,同時可見光透過率也顯著提高,如25mm厚氣凝膠節能玻璃的傳熱系數隻有相當厚度雙層玻璃的2/5,同時保持透光率45%,太陽光總透射率為43%。

氣凝膠節能玻璃

氣凝膠節能玻璃

與普通節能玻璃相比,氣凝膠節能玻璃除瞭具有良好的節能效果外,還具有其他多方面的優異特性,如隔熱、隔音降噪、抗風壓、無冷熱自爆隱患、防爆炸、防火、透光性能、防結露、壽命長達30年以上等,圖3為氣凝膠節能玻璃主要的特點。

氣凝膠節能玻璃通過兩片玻璃,中間夾填氣凝膠,形成“三明治”結構,具有很好的保溫隔熱、隔音、防火等性能。氣凝膠節能玻璃可用於節能要求較高的建築,同時可取代高層建築一般幕墻玻璃,大大減輕建築物自重,並起防火作用。實踐證明,在兩層普通玻璃中間夾一層氣凝膠節能玻璃,使傳熱系數從3W/m2·K下降到0.5W/m2·K。此外,氣凝膠節能玻璃比所有無機材料的聲音傳播速度都慢。聲音在金屬和普通玻璃中的傳播速度為500m/s,而在氣凝膠節能玻璃中僅為100~120m/s,是非常好的隔音材料。

此外,由於氣凝膠超節能玻璃是采用瞭透明氣凝膠顆粒作為其實現高效隔熱保溫和隔音降噪等優異特性的介質,當太陽光通過氣凝膠超節能玻璃時,由於透明氣凝膠顆粒的折射作用,呈現出光的漫散射效果,避免瞭太陽光的直射效果,從而實現瞭室內舒適的光環境。表1為氣凝膠主要性能參數。

表1 氣凝膠主要性能參數

熱導率 在25℃、1atm下僅為0.02W/(m·k),比空氣還低
密度 0.07~0.25g/cm3
孔徑尺寸 1~100nm
聲音傳播速度 100~120m/s
耐熱性 1300℃
防火性 A1級防火(最高防火級別)
折射率 1.015~1.055
氣孔尺寸 10~20nm
二氧化矽含量 99.99%

美國、德國、瑞典、俄羅斯、日本等少數國傢在透明氣凝膠新材料技術上處於領先水平,近些年,國內高校和企業通過大尺寸完整透明氣凝膠規模化生產工藝和透明氣凝膠規模化制備成套技術和裝備的研發,在氣凝膠節能玻璃研究方面取得很大進展,且初步具備產業化條件。

目前主要的氣凝膠節能玻璃產品有氣凝膠采光玻璃和氣凝膠透明玻璃兩種。其中氣凝膠采光玻璃擁有優異的采光效果,能夠使自然光均勻分佈在整個界面,同時擁有優異的隔熱保溫、防火防爆、隔音降噪的性能。氣凝膠透明玻璃擁有氣凝膠采光玻璃絕大部分優異性能的同時,能滿足良好的透光性。

氣凝膠節能玻璃

當前,湖南巖拓已經完全掌握的氣凝膠玻璃的制備技術,目前已經運用到美術館、別墅群、軍用等行列。

氣凝膠在建築節能領域的研究和應用技術已經成熟,由於氣凝膠制備工藝較為復雜使得其造價稍高,因此對於氣凝膠成本的降低和大尺寸氣凝膠節能玻璃的研發成為影響其作為高性能透光隔熱材料在建築節能領域大規模應用的關鍵所在。

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