氣凝膠節(jié)能玻璃

目前，資源節(jié)約、環(huán)境保護(hù)已成為政府和民生關(guān)心的核心問題，其嚴(yán)峻形勢也日益凸顯。建筑業(yè)作為國民經(jīng)濟(jì)支柱行業(yè)，同時也是產(chǎn)業(yè)鏈條中資源消耗的聚集產(chǎn)業(yè)，建筑業(yè)耗能占全社會總耗能50%左右，是我國節(jié)能減排的重要領(lǐng)域，門窗、幕墻是圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱損失的薄弱部位，占整個建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)能耗的40%~60%，因此對節(jié)能玻璃的研究具有重要意義。我國建筑節(jié)能從20世紀(jì)80年代開始，共分為3個階段，圖1為我國建筑節(jié)能路線圖。氣凝膠節(jié)能玻璃作為具有巨大發(fā)展?jié)摿Φ墓?jié)能玻璃技術(shù)，擁有眾多優(yōu)異性能，被公認(rèn)為是目前世界上建筑門窗節(jié)能的最佳解決方案。

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(yōu)越的保溫材料，同時具有耐高溫、防爆等特點(diǎn)，在航空航天、國防軍工等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，氣凝膠材料成本逐漸降低，其逐步應(yīng)用到綠色建筑領(lǐng)域，如氣凝膠節(jié)能玻璃、氣凝膠新型板材等。

氣凝膠節(jié)能玻璃通常采用Si0₂氣凝膠作為原材料，由于具有很高的孔隙率，且其基本構(gòu)成顆粒和孔洞尺寸都在納米級，使得其具有非常獨(dú)特的性能，隨著其孔隙率增加，其熱導(dǎo)率和聲音傳播速度都非常低，可有效提高外圍護(hù)結(jié)構(gòu)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(jié)能玻璃的傳熱系數(shù)只有相當(dāng)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%。

與普通節(jié)能玻璃相比，氣凝膠節(jié)能玻璃除了具有良好的節(jié)能效果外，還具有其他多方面的優(yōu)異特性，如隔熱、隔音降噪、抗風(fēng)壓、無冷熱自爆隱患、防爆炸、防火、透光性能、防結(jié)露、壽命長達(dá)30年以上等，圖3為氣凝膠節(jié)能玻璃主要的特點(diǎn)。

氣凝膠節(jié)能玻璃通過兩片玻璃，中間夾填氣凝膠，形成“三明治”結(jié)構(gòu)，具有很好的保溫隔熱、隔音、防火等性能。氣凝膠節(jié)能玻璃可用于節(jié)能要求較高的建筑，同時可取代高層建筑一般幕墻玻璃，大大減輕建筑物自重，并起防火作用。實(shí)踐證明，在兩層普通玻璃中間夾一層氣凝膠節(jié)能玻璃，使傳熱系數(shù)從3W/m²·K下降到0.5W/m²·K。此外，氣凝膠節(jié)能玻璃比所有無機(jī)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(jié)能玻璃中僅為100~120m/s，是非常好的隔音材料。

此外，由于氣凝膠超節(jié)能玻璃是采用了透明氣凝膠顆粒作為其實(shí)現(xiàn)高效隔熱保溫和隔音降噪等優(yōu)異特性的介質(zhì)，當(dāng)太陽光通過氣凝膠超節(jié)能玻璃時，由于透明氣凝膠顆粒的折射作用，呈現(xiàn)出光的漫散射效果，避免了太陽光的直射效果，從而實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)舒適的光環(huán)境。表1為氣凝膠主要性能參數(shù)。

表1 氣凝膠主要性能參數(shù)

美國、德國、瑞典、俄羅斯、日本等少數(shù)國家在透明氣凝膠新材料技術(shù)上處于領(lǐng)先水平，近些年，國內(nèi)高校和企業(yè)通過大尺寸完整透明氣凝膠規(guī)模化生產(chǎn)工藝和透明氣凝膠規(guī)?；苽涑商准夹g(shù)和裝備的研發(fā)，在氣凝膠節(jié)能玻璃研究方面取得很大進(jìn)展，且初步具備產(chǎn)業(yè)化條件。

目前主要的氣凝膠節(jié)能玻璃產(chǎn)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(yōu)異的采光效果，能夠使自然光均勻分布在整個界面，同時擁有優(yōu)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(yōu)異性能的同時，能滿足良好的透光性。

當(dāng)前，湖南巖拓已經(jīng)完全掌握的氣凝膠玻璃的制備技術(shù)，目前已經(jīng)運(yùn)用到美術(shù)館、別墅群、軍用等行列。

氣凝膠在建筑節(jié)能領(lǐng)域的研究和應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)成熟，由于氣凝膠制備工藝較為復(fù)雜使得其造價稍高，因此對于氣凝膠成本的降低和大尺寸氣凝膠節(jié)能玻璃的研發(fā)成為影響其作為高性能透光隔熱材料在建筑節(jié)能領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵所在。