【門窗幕墻網(wǎng)】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(diǎn)。氣凝膠也稱為固態(tài)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(jié)構(gòu)，使其有著很強(qiáng)的防火和隔熱性能，可廣泛應(yīng)用于建筑領(lǐng)域，在建筑節(jié)能領(lǐng)域有較好的發(fā)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(jié)能要求，符合建筑輕量化發(fā)展趨勢(shì)。

20世紀(jì)90年代以來，氣凝膠在全球范圍內(nèi)受到廣泛關(guān)注，各國在其研究上投入了大量的資金和人力。國內(nèi)對(duì)氣凝膠的研究也積累了較多的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，為氣凝膠材料的推廣應(yīng)用創(chuàng)造了有利條件。

氣凝膠可分為無機(jī)氣凝膠、有機(jī)氣凝膠和碳?xì)饽z，其中無機(jī)氣凝膠是以有機(jī)金屬物質(zhì)為原料，通過超臨界干燥法進(jìn)行制備，最終形成的低密度非晶固態(tài)材料。無機(jī)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(xì)金屬、單元氧化物氣凝膠等。有機(jī)氣凝膠主要材料為甲醛和苯二酚，制備過程只是在無機(jī)氣凝膠制備工藝上略有由改進(jìn)。碳?xì)饽z主要是通過炭化熱固性有機(jī)氣凝膠獲得的一種納米碳材料，主要具有非晶態(tài)、輕質(zhì)、多孔特征，這種材料具有很強(qiáng)的導(dǎo)電性。

氣凝膠材料擁有很多特性，對(duì)建筑節(jié)能應(yīng)用而言，一個(gè)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(jié)構(gòu)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(huì)限制空氣分子在氣凝膠材料中的自由活動(dòng)，降低了空氣的對(duì)流熱導(dǎo)率。導(dǎo)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(yuǎn)低于其他材料密度，符合建筑輕量化發(fā)展趨勢(shì)。此外，氣凝膠材料還具有防火、隔聲、耐腐蝕等優(yōu)勢(shì)。

氣凝膠在建筑節(jié)能領(lǐng)域的應(yīng)用

將導(dǎo)熱系數(shù)低的氣凝膠添加到傳統(tǒng)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(zhì)中，較小的氣凝膠顆粒將間隙進(jìn)一步填充，使孔隙率盡可能減小，保溫砂漿的導(dǎo)熱系數(shù)也隨之下降，可以獲得預(yù)期的建筑保溫效果。將保溫砂漿應(yīng)用于建筑外墻表面，砂漿越厚，內(nèi)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(jié)構(gòu)的整體保溫節(jié)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(dǎo)熱系數(shù)，但也會(huì)損害混凝土的機(jī)械強(qiáng)度，所以氣凝膠混凝土應(yīng)避免在承重墻使用。

氣凝膠粉末可用于內(nèi)墻涂料，作為結(jié)構(gòu)隔熱措施的補(bǔ)充，不僅適用于建筑內(nèi)墻的保溫，也適用于外墻、樓頂保溫。

內(nèi)墻保溫是建筑保溫工程的一個(gè)重要內(nèi)容，但往往也容易被忽視，內(nèi)部熱量通過內(nèi)壁擴(kuò)散，并傳遞到外部。內(nèi)墻的保溫需要達(dá)到最基本的保溫要求，還要具有防火功能，應(yīng)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(nèi)墻涂料，作為結(jié)構(gòu)隔熱措施的補(bǔ)充，不僅適用于建筑內(nèi)墻的保溫，也適用于外墻、樓頂保溫。氣凝膠粉末產(chǎn)品主要材料為氣凝膠和納米SiO?，經(jīng)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(chǔ)水箱、集熱器、管道等部位應(yīng)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(yīng)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(shí)用性，能夠滿足人們的生活需求。在熱水器的儲(chǔ)水箱、集熱器、管道等部位應(yīng)用氣凝膠材料，與普通材質(zhì)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(jié)構(gòu)的主要保溫層，金屬保護(hù)層作為第二道保溫措施，可以對(duì)氣凝膠保溫層起到保護(hù)作用。在包裹多層氣凝膠氈時(shí)，可采用交錯(cuò)重疊法來增強(qiáng)保溫性能。氣凝膠氈抗拉強(qiáng)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(dǎo)熱系數(shù)在使用過程中幾乎保持不變，氣凝膠保溫結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)保溫結(jié)構(gòu)相比，更有節(jié)能價(jià)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(shù)，而且能夠提升降噪能力。氣凝膠玻璃的節(jié)能效果明顯，在夏熱冬冷地區(qū)，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(nèi)熱空氣，具有良好的節(jié)能價(jià)值。盡管窗戶只占建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)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(nèi)部熱量往往通過窗戶擴(kuò)散到室外。在夏季，陽光直接通過窗戶照射到室內(nèi)，導(dǎo)致室內(nèi)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(duì)室內(nèi)采光沒有太大影響。現(xiàn)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(duì)于氣凝膠的消耗較多，相應(yīng)的成本較高。相比之下，使用鍍膜玻璃的價(jià)格遠(yuǎn)低于夾層玻璃，并且保溫性能良好，可達(dá)88%透光率，不會(huì)對(duì)室內(nèi)采光造成影響。

氣凝膠隔熱保溫材料是A級(jí)不燃材料，可用于建筑防火結(jié)構(gòu)。

氣凝膠混凝土復(fù)合墻體是一種輕質(zhì)保溫墻體材料，由氣凝膠填充和改性輕質(zhì)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(zhì)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(qiáng)度，導(dǎo)熱系數(shù)為0.062W/（m·K）。氣凝膠結(jié)構(gòu)主要是多孔網(wǎng)絡(luò)，可以在鋼結(jié)構(gòu)表面覆蓋氣凝膠隔熱復(fù)合材料，延長受灼燒時(shí)間，而不產(chǎn)生有毒物質(zhì)。同時(shí)，氣凝膠材料可以阻礙火勢(shì)的蔓延，是A級(jí)不燃材料，可以用于建筑防火結(jié)構(gòu)。

氣凝膠具有優(yōu)良的性能，但純凈氣凝膠材料強(qiáng)度較低，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)復(fù)合氣凝膠材料的研發(fā)，將氣凝膠材料與其他材料合理結(jié)合，有效增強(qiáng)材料使用性能，彌補(bǔ)氣凝膠材料的不足。同時(shí)，還要進(jìn)一步降低氣凝膠的制備和使用成本，才能在建筑市場(chǎng)占據(jù)更大的份額，切實(shí)提高氣凝膠材料的綜合效益。

本文原載于《中國建材報(bào)》4月18日11版