在發達國家和許多國家,溫室氣體排放是當前的一大問題。減少溫室氣體的最具成本效益的行動之一是改善住宅和商業建筑物的隔熱性。顯然,為了在建筑物中有更好的絕緣性,傳統的絕緣性可用于較厚或多層的建筑。

盡管如此,正在研究具有較好熱性能的新材料,如氣凝膠和真空絕緣板,以用于建筑物。只有通過生產新的先進材料和使用這些材料,特別是在玻璃表面,才能實現建筑物可持續發展的目標。在不同的外力作用下,可增加建筑物的耐久性,并可通過高水平的隔熱來提言能源效率。

氣凝膠被認為是當今建筑應用中最有前途的高性能保溫材料之一。與傳統的隔熱材料相比,氣凝膠的導熱系數降至0.013~0.018W/(m·K)。建筑業也對太陽能光譜中的高透光率很感興趣。有了適當的知識,建筑師和工程師都有機會重新發明建筑解決方案。在這項工作中,我們回顧了氣凝膠絕緣的一般知識,特別是建筑應用的知識。氣凝膠是一種合成的多孔超光材料,由凝膠中的液體成分被氣體取代。它是一種先進的材料,在《吉尼斯世界紀錄》中包含了15項關于最低密度固體和最佳絕緣子等特性的記錄。它是一種以硅為基礎的物質,由一個松散的硅原子網絡組成。

氣凝膠是20世紀30年代發明的納米顆粒-氣凝膠是在二氧化硅膠合在溶劑中形成的,當溶劑去除時,殘留的是"膨脹的沙子",孔隙度高達99%。

納米礦石將空氣分子封住,陽止熱流和長分子鏈通過二氧化硅增加固體通道長度,降低了導熱性。這兩項創新有助于將航空凝膠從實驗室的好奇心轉向工業產品。超臨界二氧化碳2萃取將周期時間從幾個月減少到幾個小時,并將濕凝膠鑄造成纖維的打擊提供了機械完整性。

1、氣凝膠氈

氣凝膠氈是一種新型材料,具有極低的導熱性,使材料成為良好的絕緣材料。事實上,現在氣凝膠毯被用來提高現有墻壁的能量性能。使用氣凝膠毯作為墻上的絕緣材料意味著替換現有的絕緣材料。當建筑物組件中的材料被更換以提高某一特定性能時,重要的是要驗證墻體的其他功能要求如防火性能的影響。

氣凝膠是合成的低密度材料,具有獨特的物理性能。它們是在特殊干燥條件下從凝膠中除去液體,繞過環墇蒸發過程中經歷的收縮和裂紋而形成的。這創造了一個立體的納米孔結構,含有80-99%的空氣。由于氣凝膠的孔率很高,因此它的熱傳導率比任何固體都低,同時對光和太陽輻射是透明的。氣凝膠常被認為是半透明絕緣應用的一種有前途的材料。它們幾乎可以由任何材料制成,盡管最常見的形式是可作為顆?；蛟趫A體(單片)瓷磚中生產的硅膠。建筑業的一般商業產品包括:氣孔絕緣、含顆粒氣的拋光裝置和覆層系統

超臨界CO2萃取將周期時間從幾個月減少到幾個小時,并將濕凝膠鑄造成纖維,提供了機械完整性。半透明和不透明的絕緣板,毯子和可拉伸的屋頂膜嵌入了氣凝膠微粒。透明的整體硅膠氣凝膠被認為是未來上釉技術的"圣杯",其U值可能低至0.1W/M2.K。然而,由于生產成本高,加工時間長,且難以制作出完全透明的大型均勻樣品,對整塊玻璃的研究和開發受到限制。

2、氣凝膠的性能

多孔絕緣材料的總導熱性取決于孔內的對流傳熱、固體和孔隙的傳導和輻射。一般來說,傳統絕緣材料中的孔隙都超過1室米寬,使氣本分子能夠自由運動,并通過對流轉移熱能。相比之下,氣凝膠中的孔隙可以小到20-40英里(甚至比60-100英里時的"平均自由路徑"要小)。因此,孔內的單個空氣分子沒有空間通過對流轉移熱能。

通過固體結構和氣凝膠內的空氣分子的傳導也是極小的。由于對流空間很小,空氣分子不斷與孔隙壁碰撞,抑制氣體傳導。此外,由于氣凝胺只含有0.1.5%的二氧化硅,空氣的導熱性很低,傳熱很小,氣體的導電性隨壓力的降低而減小。氣孔內的真空使其具有最好的絕緣性能,其導熱系數為0.004W/MM.K(比傳統絕緣高10倍)。

氣凝膠的輻射傳熱量取決于熱輻射的強度和波長、材料的光學特性、孔隙的大小和形狀及其整體厚度。在環境溫度下

由于高吸收和高反射水平,納米孔和顆粒提供了有效的紅外熱輻射衰減研究了二氧化硅氣凝膠的光學和紅外特性。二氧化硅氣凝膠可被認為是有效傳輸太陽能的透明絕緣材料,但能阻止熱紅外輻射。材料呈現出高半透明度,常伴有輕微的藍色薄霧。這可以歸因于"瑞利散射"，,這種光現象發生在光散射出比光波長更小的粒子時,藍色光譜中較短的波長最容易散射。

3、環境影響

制備氣凝膠涉及三個關鍵步驟:凝膠制備、老化和干燥。其目的是建立一個凝膠,加強和純化它,然后去除所有的液體從孔中,而不崩潰的固體結構(通過超臨界或亞臨界干燥技術實現)。這些過程通常涉及混合相當有毒的化學品和進行復雜的擴散控制過程,消耗大量的溶劑。此外,最后一步往往伴隨著密集的干燥過程,可能消耗大量的能源和二氧化碳。

4、氣凝膠的優勢

氣凝膠的獨特特性為建筑物提供了許多新的應用。由于氣凝膠的隔熱性和光學透明度非常低,因此可以在窗格和太陽能集熱器的蓋子上應用。由于其降低噪音的導熱性和聲學性能低,空氣凝膠可用于建筑物,以及在室內空氣凈化中的吸附和催化作用,在環境清理中的光催化作用,在廚房的防火板中的不燃燒性(無機氣體)。氣凝膠材料也可用于建筑物的墻壁、閣樓、地面和電器。氣凝膠的不尋常特性為其在建筑物中的應用開辟了新的機會。它們的主要好處包括:由于減少了室內熱空氣或空調空氣的損失,良好的絕緣性能提供了能源和節省了費用:由于去除了空氣傳播的污染物,使室內環境更加健康;由于氣凝膠的不燃燒性和聲學特性,使其具有加熱和隔音性能。最重要的是,它們是方便用戶、可回收和可重復使用的。

5、氣凝膠在建筑上的應用

1、屋頂:氣凝膠絕緣可以隔離屋頂空腔,也可以用來減少屋頂梁的熱橋接。它可以用于高絕緣的家庭,從外部密封,在磚石和瓦之下,它有很高的島嶼價值。

2、框架: 在一個典型的建筑中,框架(建筑物包絡的25%)是不絕緣的,導致熱損失通過螺栓。絕緣阻止這種"熱橋接",并提高熱性能高達40%的鋼螺栓和15%的木螺栓

3、樓層: 氣凝膠絕緣的熱效率,良好的壓縮強度和薄型材,使它成為地板下絕緣層的吸引力,在那里高度是一個問題。它在地板下快速安裝不破壞門配件,同時提供大量節能。氣凝膠絕緣是一種快速、成本效益高的地下室翻新解決方案,易于安裝,提高了熱舒適性,并且不會因其如此薄而破壞門配件。它安裝得很快,能改善房屋的熱舒適性。如果與輻射地板使用,它節省能源,并使快速加熱循環。

氣凝膠作為一種超級絕緣體:氣凝膠是一種透明材料,具有高的光學性能,如高的光和太陽能透光率,但與玻璃等通常使用的透明材料不同,它也具有很好的隔熱性能;它實際上被用作太陽能收集器和辦公室的透明墻。高能效窗戶:除了硅氣凝膠的低導熱性外,還實現了高的太陽能和日光透光率。事實上,通過窗戶使用被動太陽能,就有可能減少在賽冷氣候下。