一、双碳文库是一个地产人建立的专业的分享碳达峰碳中和资料的文库网站 http://www.tanwenku.cc/ 二、203060 文库：http://www.203060.vip/ 三、所有 2 万份资料搜索目标：https://203060.vip/soso.html 四、欢迎加入文库会员，199 一年，399 终身。所有资料百度网盘共享,加小 编微信有优惠。 五、加入会员，可获赠价值 999 全网资源，影视，游戏，亲子，有需求联系 小编。 六、见面礼：B 站最全收费类课程合集： 自取地址 ：https://www.aliyundrive.com/s/7tXbEop6K5G 双碳会员重磅福利：赠送全网资源： 可以目录查询一下【关键词】 可查询目录：http://123.haohanba.cn 会员赠品 技术探讨 氧化硅气凝胶绝热材料及其建筑减碳应用研究 伍丹婷 / 华润置地（南宁）有限公司　广西南宁　530000 摘　要：氯化硅气凝胶材料是一种具有低密度、耐火的优质绝热材料。在军事领域、航空航天等领域都有着广泛的应用。同时，气凝胶也是一种 新型的绿色建材，对于建筑施工有良好的应用效果。本文针对氧化硅气凝胶绝热材料进行分析，针对其特性和工艺的生产提出改进方法，并针对 碳中和目标，对其在建筑减碳应用的应用前景进行分析，展望其发展前景。 关键词：氧化硅气凝胶；绝热材料；建筑减碳应用；碳中和 引言 建筑领域的节能减碳是实现我国碳达峰、碳中和目标的关键一环。为人们打造舒适安全，节能的建筑更是当前建筑行业的整 体 共 识 。但 是 ，在 建 筑 施 工 中 往 往 因 材 料 性 能 的 问 题 导 致 存 在 火 灾 的 隐 患 ，导 致 不 安 全 系 数 过 高 ，成 为 国 家 关 注 的 重 点 问 题 。对 此 ， 采用氧化硅气凝胶作为建筑保温材料，利用其纳米材质的轻质、防火等优势，探讨氧化硅气凝胶绝热材料作为新型建筑节能材料 的使用前景，以此推动“碳零”建筑时代早日到来。 1 研究背景 气 凝 胶 作 为 新 型 材 料 ，本 身 的 超 低 导 热 系 数 使 其 成 为 建 筑 行 业 的 焦 点 ，随 着 发 展 该 材 料 被 应 用 于 军 事 、航 空 、等 多 种 领 域 中 。 对其不断研究的过程中，对其应用领域进行拓展研究，发现将其应用于建筑领域，可以作为保温材料，有效减少安全隐患发生， 同时提升建筑的节能效果。当前，对于气凝胶的研究已经被列入国家绝热节能材料的规划，成为国家节能低碳技术重点研究和推 广的项目。 2 气凝胶的结构与制作工艺 气凝胶本身是无机氧化硅高聚物分子构成，造就了该材料的纳米多孔结构，这种优质的孔隙率，也使得其导热系数与保温性 能格外的优异。针对其优质的性能，是根据本身的结构决定的。根据固体物理学研究，热传导与材料本身的孔隙率有极大的关系。 在保证力学性能良好的前提下，可以保证降低孔隙率。研究表明，气体热传导与微孔结构有关，其孔径与体积等都是研究的重点。 对气凝胶进行研究发现，其结构大多数的孔径都十分密集，可以有效降低热传导。高温环境下，气凝胶辐射热传导使得其热导率 增大，当热量以红外辐射通过气凝胶，会被其吸收、反射，从而实现隔热的目的。因此，气凝胶结构的特点，使其拥有热传导、 防热辐射等性能的主要原因，在建筑领域应用使其成为了良好的隔热保温材料。 凝胶的制备通常采用硅源制作，通过粒子发生反应形成凝胶；之后等待凝胶老化，使得其结构得到加强；制备气凝胶的关键 技术在于干燥这一步，当前采用的技术有冷冻、常压干燥等方法。在制作过程中，最重要的工艺是保证凝胶中含有的“珍珠链” 结构完整 [1] 。保证其结构完整的情况下，才能有效制备出良好的、具有高密度的干凝胶。传统制备工艺条件相对简单，但是因制 作后会存在凝胶开裂的现象，对其性能造成影响。 3 氧化硅气凝胶绝热材料的建筑应用 3.1 超轻气凝胶泡沫混凝土 泡 沫 混 凝 土 与 常 规 的 混 凝 土 相 比 较 ，因 自 身 的 重 量 较 轻 ，并 且 具 有 耐 火 、隔 音 等 优 势 ，在 建 筑 领 域 应 用 于 保 温 墙 、围 护 施 工 中 ， 有着极广的应用。为了制作出具有高性能的泡沫混凝土，需要在制备的过程中，添加不同性能的掺和料，例如硅粉、石墨等材料， 来保障泡沫混凝土的性能。但是多种掺和料在添加的同时，提升性能也会互相影响性能发挥，使得制作时难以成型，这也是当前 制作泡沫混凝土存在的较大问题。 对此，采用气凝胶为填充材料，制备泡沫混凝土，可以有效保障混凝土的性能，实现其保温隔热的性能。这样合成的复合材 料 则 具 有 较 强 的 填 充 度 ，（ 这 里 指 的 是 气 凝 胶 占 据 的 材 料 体 积 面 积 超 出 7 0 % 以 上 ）。并 且 气 凝 胶 的 组 分 依 旧 可 以 保 持 其 纳 米 结 构 ， 将气凝胶引入制作的材料中，对其力学影响强度并不大，还能有效的提升原有的保温性能，降低了其导热系数。与传统的泡沫混 凝土相比较，气凝胶的应用，可有效降低成本，提升经济效益，可使混凝土保温性能明显改善。当加入气凝胶量为 50% 时，导热 率为 0.55E/（m·K），抗压强度 20MPa，保温性能提升 5 倍。两种不同方法制备的泡沫混凝土存在明显的对比，引入气凝胶的泡 沫混凝土基于此，也奠定了其在建筑领域的有效应用 [1] 。 3.2 气凝胶节能门窗 气凝胶材料在结构方面不同于其他材料，其本身的结构属于纳米级别。因此在热传导过程中，会限制传热过程。我国建筑领 域对于门窗制造产生的耗能百分比可达 40%-50%，这也使得门窗节能成为研究的一项重点。玻璃保温隔热会受到遮蔽与传热系数 的影响，借助气凝胶降低传热系数，实现玻璃方面的节能。采用气凝胶制作的玻璃，在传热系数上，仅有传统玻璃的 2/5，可达 到的透射率为 45%。国外对于气凝胶的研究，加强了材料在建筑领域的应用程度。将其应用在透光隔热玻璃门窗中，或者将玻璃 中的填充层替换成气凝胶，使得玻璃既有防辐射、阻燃的特性，还能有效的防止噪音。在研究的过程中，发现在双层比例中填充 气凝胶，制作出来的成品玻璃，其传热系数明显降低。 因 中 空 玻 璃 中 间 采 用 的 是 双 层 或 以 上 的 玻 璃 制 作 而 成 ，并 使 用 其 他 材 料 将 其 周 围 密 封 上 ，掺 和 干 燥 气 体 制 成 ，有 着 良 好 的 隔 热 、 隔 音 性 能 。但 是 加 入 气 凝 胶 后 ，可 以 进 一 步 提 升 玻 璃 的 性 能 ，降 低 玻 璃 的 辐 射 透 过 率 ，降 低 建 筑 能 耗 。在 对 玻 璃 进 行 研 究 的 过 程 中 ， 2021.09 | 35 技术探讨 可以发现采用了气凝胶的玻璃窗，其透光率与传热系数都比传统玻璃的比例下降很多。基于此对气凝胶在玻璃中的填充进行进一 步优化研究，结果发现小粒径的气凝胶在性能方面，明显高于大粒径的气凝胶。此外，通过对玻璃的热试验，可以发现，采用气 凝胶的玻璃，其隔热效果更加显著。使用气凝胶玻璃代替普通比例，有效实现生命周期温室气体排放 [2] 。 表 1　气凝胶玻璃与传统透明玻璃参数对比 材料 密度（kg/m3） 比热容 kJ·（kg/K） 导热系数 w·（m/k） 折射指数 传统玻璃 2500 0.84 0.75 1.526 气凝胶玻璃 100 3.2 0.24 1.03 由于气凝胶本身对于太阳光，有阻挡和过滤的效用，使用其制作玻璃，可以为室内带来柔和的光线，改善室内舒适性。粒径 越小产生的效果越强烈，对于较大的粒径反而会降低效果。针对此对气凝胶玻璃保温与遮光性能的控制进行研究，促使玻璃的性 能都在合理范围内，为室内带来最舒适的环境。 3.3 绝热隔音性能的夹芯板 将气凝胶材料复合制作成夹心层，用来制作成建筑领域的生态建材，发挥其绝热和隔音性能。当前对其研究的新型材料就是 绝热板材，波士顿公司据此研究出了夹芯板，具有良好的透光率和低传热系数，加上气凝胶的辅助，获得了新型的节能建材。在 建筑围护结构上，使得此类绝热板得到良好的发展。将气凝胶与其他材料复合成建筑材料，常见的有纤维毡与遮光剂复合板等。 通过与传统材料进行实验对比，可以发现使用气凝胶复合的绝热板，可以有效延迟温度，具有良好的热工性能。 对此，基于气凝胶绝热板进行深入研究，开发出外保温与内保温的体系，对于建筑领域来说具有极好的保温和节能效用。对 绝热板的板芯材料进行研究，可以发现应用新型绝热板的保温层墙体具有良好的隔热性能。采用气凝胶的保温系统，可以有效提 升结构的热导率，防止墙体出现受潮以及安全事故；对于内部的体系来说，有了气凝胶的存在，可以有效防止水分对墙内的影响， 即便湿度特别高的情况下，依旧保证墙内湿度在合理的范围内。将其与普通的绝热板进行比较，可以发现，采用气凝胶的绝热板， 不但能有效降低受潮的影响，同时减轻了噪音带来的影响，实现建筑节能的需求 [3] 。 3.4 其他性能的发展与应用 （1）耐火性应用 气凝胶自身结构是多孔结构，可以达到的不燃性为 A 级。将其应用于建筑钢材的表面上，作为复合材料覆盖钢结构，为钢结 构提供更耐火的性能，并且不会产生有毒物质，属于很好的耐火材料。对于气凝胶的这一优势，国内在制作涂料的领域又有了新 的研究方向，并且在哈尔滨大学的研究下，实现了涂料的突破，成为新的节能环保涂料 [3] 。 （2）透光性应用 将气凝胶的透光性这一特点，应用于太阳能集热器或者热水器和管道等设备上，有效提升设备的集热效率，降低热损失。当 前厦门大学针对这一性能，实现了有效的应用。采用氧化硅气凝胶材料作为集热设备的的材料，保障其良好的保温性与集热性。 （3）孔隙率高的应用 气凝胶本身的空隙率较高，将其应用在净化器中。借助材料本身的吸收能力，净化室内的空气。此外，在灰尘棉絮清除与病 毒防护中，气凝胶也都有良好的应用，未来有极好的发展场景。 结语 综 上 所 述 ，建 筑 占 据 的 耗 能 量 在 持 续 增 长 ，在 中 国 努 力 实 现“ 碳 中 和 ”的 目 标 前 ，建 筑 行 业 实 现 减 碳 操 作 有 着 至 关 重 要 的 重 要 。 在建筑行业中，采用新型技术增强环保低碳的效用更为迫切。氧化硅气凝胶具有的耐高温、高空隙率等优势，在建筑施工中有着 巨大的应用潜力，从未来发展角度来看，该材料属于理想型建筑材料，经济性强，与传统保温材料相比，成本低廉，耐久性良好， 实践显示，应用效果良好。相关学者对其进行重点研发，对其生产工艺进行改革，力争将其有效应用于建筑节能方面。从现阶段 的发展来看，该材料的具体开发和应用，还需要进