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建筑是我國三大能源消耗領(lǐng)域之一，從能耗來看，建筑能耗低于工業(yè)，高于交通。隨著國家“雙碳”戰(zhàn)略持續(xù)推進(jìn)，建筑節(jié)能降碳是不得不關(guān)注的問題。2022年3月，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部印發(fā)《“十四五”建筑節(jié)能與綠色建筑發(fā)展規(guī)劃》，明確了到2025年完成既有建筑節(jié)能改造面積3.5億平方米以上，建設(shè)超低能耗、近零能耗建筑0.5億平方米以上的目標(biāo)。

各地超低能耗建筑發(fā)展目標(biāo)（2025）

我國建筑能耗和碳排放數(shù)量巨大。對于房屋建筑全生命周期的能耗碳排放來說，它包括建材生產(chǎn)、建材運(yùn)輸、建筑運(yùn)行、建造及拆除等階段的能耗和碳排放，其中，我國建筑在運(yùn)行使用階段（包括用氣、用電等）的用能占建筑全生命周期能耗碳排放的60%，而一些發(fā)達(dá)國家僅占40%左右。

建筑運(yùn)行階段70%以上的建筑耗能是因圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱熱損失而白白流失。因此，想要有效降低建筑能耗、創(chuàng)造舒適的室內(nèi)環(huán)境，建筑材料的隔熱保溫至關(guān)重要。氣凝膠建筑材料可以顯著降低建筑運(yùn)行階段能耗，助力構(gòu)筑低碳節(jié)能的建材體系。

氣凝膠

氣凝膠材料

氣凝膠是一類具有連續(xù)三維納米開孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的多孔納米材料，由無機(jī)材料或者聚合物大分子通過溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變工藝，再經(jīng)過特種干燥過程制成。氣凝膠結(jié)構(gòu)的特殊之處就在于其孔隙率高達(dá)99.8%，孔徑范圍在20-50納米之間，在這些封閉的微孔中分散著靜止空氣，這就決定了二氧化硅氣凝膠具有高比表面積、低密度、低導(dǎo)熱系數(shù)（0.012-0.024W/(m·K)）、低介電常數(shù)、低聲阻抗的性能特點，是當(dāng)前世界上最輕、導(dǎo)熱系數(shù)最低的固體材料，其隔熱性能是傳統(tǒng)保溫材料的2-8倍，使用壽命更是傳統(tǒng)材料的5倍以上。目前，氣凝膠下游應(yīng)用集中在新能源電池防火隔熱、建筑節(jié)能保溫隔熱及工業(yè)管道保溫隔熱三大領(lǐng)域。

△隔熱原理——“類真空狀態(tài)”阻止空氣對流：氣凝膠的孔徑（20~50nm）小于空氣的平均自由程（70nm），使得空氣在氣凝膠內(nèi)實現(xiàn)零流通，就可以消除空氣的對流和透紅外線性能，減小熱傳導(dǎo)和對流的發(fā)生，提高材料的隔熱效果。

氣凝膠作為迄今為止已實現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)的隔熱性能最好的材料，對我國降低碳排放、實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)具有重要戰(zhàn)略意義。隨著國家政策的持續(xù)支持，氣凝膠材料已在航空航天、海軍艦船、高鐵動車、新能源汽車、電力、石化、太陽能光熱、建筑等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

氣凝膠產(chǎn)品及應(yīng)用

氣凝膠建筑領(lǐng)域應(yīng)用方案

氣凝膠材料在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用是多元化的，一般常用于建筑的內(nèi)外墻、屋頂、管道、玻璃門窗，通過對建筑材料的改性從而獲得更好的應(yīng)用性能。在響應(yīng)國家超低能耗、近零能耗建筑目標(biāo)上，氣凝膠材料有如下應(yīng)用方案：

氣凝膠材料建筑保溫應(yīng)用場景

氣凝膠隔熱涂料：氣凝膠隔熱涂料可涂裝在傳統(tǒng)墻體、屋頂?shù)缺砻妫谕群穸认?，可以高效地阻斷熱量傳遞，顯著提高建筑物的隔熱保溫性能，改善室內(nèi)舒適度。尤其適用于傳統(tǒng)建筑材料無法替換的城市舊改項目；

氣凝膠夾芯板：氣凝膠夾芯板是一種輕質(zhì)保溫墻體材料，具有超低的導(dǎo)熱系數(shù)，較小的厚度可達(dá)到傳統(tǒng)材料同樣的保溫需求，同時可以阻礙火勢的蔓延，是A級防火材料，適用于建筑防火結(jié)構(gòu)；

氣凝膠絕熱氈：氣凝膠絕熱氈可用于管道隔熱包裹、屋頂、墻體等，作為保溫結(jié)構(gòu)的主要保溫層；

氣凝膠玻璃：氣凝膠作為玻璃窗戶的夾心層，在夏季可削弱太陽輻射，在冬季能減少傳熱熱損失，對建筑起到保溫節(jié)能的作用。通過與普通玻璃的節(jié)能計算比較，氣凝膠玻璃每年可節(jié)約能量1180 kWh/a，占總能量的19%；

氣凝膠混凝土：在混凝土中加入氣凝膠后，可明顯降低混凝土的重量和導(dǎo)熱系數(shù)，但會損害混凝土的機(jī)械強(qiáng)度，主要應(yīng)用于建筑非承重墻的內(nèi)外墻表面，能夠提升建筑結(jié)構(gòu)的整體保溫節(jié)能效果。

在氣凝膠復(fù)合制品中，氣凝膠隔熱涂料產(chǎn)品相對成熟、施工工藝簡單，在隔熱保溫效果上有明顯優(yōu)勢，是目前建筑領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的建筑保溫方案。

氣凝膠隔熱涂料

氣凝膠隔熱涂料是將氣凝膠粉體分散在專用高性能樹脂乳液中，或與無機(jī)粘結(jié)劑體系復(fù)合制備而成，用到建筑內(nèi)外墻、工業(yè)儲罐、反應(yīng)設(shè)備、管道、新能源汽車部件等表面，具有保溫隔熱、隔音降噪、防火等功能。

氣凝膠隔熱涂料

（1）建筑領(lǐng)域應(yīng)用優(yōu)勢

高效隔熱：氣凝膠隔熱涂料的高反射率可反射太陽輻射，減少建筑物表面吸收的熱量，其極低的導(dǎo)熱系數(shù)（0.03~0.035W/(m·K)）可有效阻隔熱量傳遞，提供更高效的隔熱保溫效果。相對普通涂料來說，在同樣的光照條件下，建筑面溫度可以降低10℃左右；

輕薄靈活：氣凝膠隔熱涂料具有較薄的厚度，它可以更方便地應(yīng)用于各種類型的建筑表面，包括曲面和復(fù)雜形狀，顯著提高空間利用率、減輕建筑物的負(fù)載，且施工工藝簡單；

耐候性佳：氣凝膠隔熱涂料具有出色的穩(wěn)定性和耐久性，能夠在長期使用中保持隔熱性能不變，且不易受到紫外線、濕度和溫度變化的影響，不易老化、脫落或損壞，具有較高的耐候性；

節(jié)能環(huán)保：氣凝膠隔熱涂料采用全水性體系，無添加甲醛、苯等有毒有害物質(zhì)，對環(huán)境友好。同時可以有效降低建筑物的能耗，減少空調(diào)和供暖系統(tǒng)的工作負(fù)荷，從而節(jié)省能源、減少溫室氣體排放。

武漢先進(jìn)院自研建筑用氣凝膠隔熱涂料性能參數(shù)表

（2）其他領(lǐng)域拓展

阻燃型氣凝膠保溫涂料：耐溫范圍-40℃~120℃，導(dǎo)熱系數(shù)0.050~0.060 W/(m·K)，具有阻燃防凝露功能，適用于工業(yè)廠房、糧倉的保溫隔熱，及零海拔、高濕高溫建筑的防凝露需求；

防閃銹型氣凝膠工業(yè)節(jié)能涂料：耐溫范圍-40℃~120℃，導(dǎo)熱系數(shù)≤0.044 W/(m·K)，具有防閃銹功能、節(jié)能且耐候性佳，適用于建筑領(lǐng)域和工業(yè)廠房的金屬材料表面；

耐高溫型氣凝膠工業(yè)涂料：耐溫范圍-40℃~400℃，導(dǎo)熱系數(shù)0.041~0.048 W/(m·K)，具有優(yōu)異的耐高溫隔熱功能，適用于工業(yè)領(lǐng)域的高溫管道、閥門、設(shè)備等。

武漢先進(jìn)院技術(shù)儲備

武漢先進(jìn)院依托強(qiáng)大的研發(fā)團(tuán)隊及豐富的研發(fā)經(jīng)驗，布局氣凝膠“雙通道”生產(chǎn)工藝，并不斷豐富氣凝膠下游產(chǎn)品應(yīng)用。

團(tuán)隊打破了傳統(tǒng)的氣凝膠制造工藝，創(chuàng)新開發(fā)出更具成本優(yōu)勢的二氧化硅氣凝膠常壓干燥制備技術(shù)，降低生產(chǎn)成本20%，是國內(nèi)為數(shù)不多的同時掌握超臨界干燥和常壓干燥“雙通道”制備氣凝膠的單位；同時開發(fā)的多元復(fù)合氣凝膠纖維氈可耐1000°C以上超高溫，與合作企業(yè)開發(fā)并建設(shè)了年產(chǎn)5000立方米/年超臨界氣凝膠產(chǎn)線，產(chǎn)線具備多配方、多產(chǎn)品型號特點，并實現(xiàn)一次性投產(chǎn)。目前，已擁有了氣凝膠粉、氣凝膠涂料、氣凝膠纖維氈、多元復(fù)合氣凝膠纖維氈、氣凝膠隔熱泡棉等系列產(chǎn)品，在航空航天、海洋運(yùn)輸、高鐵動車、新能源汽車、建筑等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

武漢先進(jìn)院自研氣凝膠制備技術(shù)

氣凝膠合作企業(yè)量產(chǎn)產(chǎn)線