Aerogeeli materjale kasutatakse laialdaselt ehituse energiasäästu valdkonnas

Aerogeel on nanopoorne tahke materjal, mille peamine komponent on ultrapeened osakesed. Materjalil on suure spetsiifilise pindala, kõrge poorsuse ja väikeste osakeste suuruse omadused. Aerogeeli, mida tuntakse ka tahke suits või külmutatud suits, peetakse praegu kõige kergemaks tahkeks materjaliks. Aerogeeli erilise füüsikalise struktuuri tõttu on sellel tugevad tulekindlad ja soojusisolatsiooni omadused, mida saab laialdaselt ehitusvaldkonnas kasutada, ning sellel on hea arenguväljavaate hoonete energiasäästmise valdkonnas.

Hämmastav aerogeeli materjal

Soojussolatsioon, soojussäilitus, kerged aerogeelmaterjalid vastavad hoone energiasäästu nõuetele kooskõlas hoone kerge arengutrendiga.

Alates 1990. aastatest on aerogeelid saanud laialdast tähelepanu kogu maailmas ning riigid on investeerinud oma teadusuuringutesse palju raha ja tööjõudu. Aerogeeli siseriiklikud uuringud on kogunenud ka palju teadus- ja arenduskogemusi, mis on loonud soodsad tingimused aerogeeli materjalide edendamiseks ja rakendamiseks.

Aerogeele saab jagada anorgaanilisteks aerogeelideks, orgaanilisteks aerogeelideks ja süsinikuaerogeelideks. Nende hulgas valmistatakse anorgaanilised aerogeelid orgaanilistest metalliainetest superkriitilise kuivatusmeetodiga ja moodustavad lõpuks madala tihedusega amorfse tahke materjali. Anorgaanilisi aerogeele on mitmes vormis, tavalised on keraamilised pulbrid, mitmekoksiidiaerogeelid, ultrapeened metallid ja ühikoksiidiaerogeelid. Orgaanilise aerogeeli peamised materjalid on formaldehüüd ja kinoon ning anorgaanilise aerogeeli ettevalmistamise protsess on vaid veidi parandatud. Süsinikuaerogeel on peamiselt nanosüsinikuga materjal, mis saadakse termoseadistava orgaanilise aerogeeli karboniseerimisel. Sellel on peamiselt amorfse oleku, kerge kaalu ja poorse omadused. Sellel materjalil on tugev elektrijuhtivus.

Aerogeelmaterjalidel on palju omadusi ja üks olulisemaid omadusi hoonete energiasäästlike rakenduste jaoks on soojusisolatsioon. Aerogeeli materjalidel on suur poorsus ja suurepärane soojusülekande funktsioon. Esiteks on aerogeeli materjalil madal tihedus ja soojuse leviku rada aerogeeli struktuuris on pikk, mis vähendab oluliselt soojusülekande efektiivsust. Teiseks on aerogeelimaterjali osakeste suurus väike, tavaliselt alla 20nm, mis piirab aerogeelimaterjali õhumolekulide vaba liikumist ja vähendab õhu konvektiivset soojusjuhtivust. Erakordselt madala soojusjuhtivusega aerogeelid blokeerivad enamiku infrapunakiirgust, millel on ka madalad soojuskiirguse lainepikkused. Seetõttu on aerogeelil hea soojusisolatsiooni efekt.

Aerogeeli materjalide tihedus on vahemikus 0,16–4,0 kg/m³, mis on palju väiksem kui teiste materjalide tihedus, mis on kooskõlas kerge konstruktsiooni arengusuundumusega. Lisaks on aerogeelimaterjalidel ka tulekahju vältimise, heliisolatsiooni ja korrosioonikindluse eelised.

Aerogeeli kasutamine ehitusenergia säästmise valdkonnas

1. Madala soojusjuhtivusega aerogeeli lisamine traditsioonilisele mördile ja betoonile võib tõhusalt parandada materjali jõudlust.

   Aerogeeli soojusisolatsioonimürt on valmistatud Portland tsemendist geelivahendina, lisades aerogeeli, SiO2 ja klaashelmeid. Klaasihelmete suurus on palju suurem kui aerogeeli osakeste suurus, mida saab täita mördimaatriksi, ja väiksemad aerogeeli osakesed täidavad veelgi lünki, nii et poorsus väheneb võimalikult palju ja soojusisolatsiooni mördi soojusjuhtivus väheneb ka. Ehituse eeldatav isolatsiooni efekt on võimalik saavutada. Kandke soojusisolatsioonimürt hoone välisseina pinnale. Mida paksem on mört, seda suurem on temperatuuri erinevus sees ja väljas. Võib näha, et aerogeeli soojusisolatsioonimürt võib blokeerida soojust ja parandada hoone struktuuri üldist soojusisolatsiooni ja energiasäästu mõju. Pärast aerogeeli lisamist betoonile väheneb betooni kaal ja soojusjuhtivus oluliselt, kuid see kahjustab ka betooni mehaanilist tugevust, nii et aerogeelbetooni tuleks kandvates seintes vältida.

   
   

2. Aerogeeli pulbrit saab kasutada siseseinade kattekihtides, lisaks konstruktsioonilistele soojusisolatsioonimeetmetele mitte ainult hoone siseseinte isolatsiooniks, vaid ka välisseinte ja katuse isolatsiooniks.

   Siseseinade isolatsioon on hoonete isolatsiooni projekteerimise oluline osa, kuid sageli on see kergesti mööda vaadata. Sisesoojus hajub läbi siseseina ja kantakse väljapoole. Siseseina isolatsioon peab vastama kõige põhilisematele isolatsiooninõuetele ja sellel peab olema ka tulekindel funktsioon ja valitud tuleks mittesaastavad materjalid. Aerogeeli isolatsioonipaneelide kasutamine võib parandada soojusisolatsiooni ja heliisolatsiooni efekte ning võib vastata ka tulekaitse nõuetele üle 400 ° C. Aerogeeli pulbrit saab kasutada siseseinte kattekihtides, lisaks konstruktsiooniisolatsioonimeetmetele mitte ainult siseseinte ehitamiseks, vaid ka välisseinte ja katuse isolatsiooni jaoks. Aerogeeli pulbritoodete peamised materjalid on aerogeel ja nano-SiO2, mis on valmistatud spetsiaalsete protsesside kaudu, ja pooride suurus on äärmiselt väike, mis võib vastata soojusisolatsiooni jõudluse nõuetele ja mida saab laialdaselt kasutada soojusisolatsioonikihtide ehitamisel.

   
   

3. Aerogeeli materjali kantakse veesalvestuspaagile, soojuskollektorile, torustikule ja muudele veesoojendi osadele ning soojuskadu saab minevikuga võrreldes vähendada vähem kui 30%.

   Aerogeeli materjale on katuse päikesekollektorites pikka aega kasutatud. Neid kasutatakse peamiselt päikeseenergia soojusisolatsiooniseadmetes, mis võivad tõhusalt parandada päikeseenergia kasutamise tõhusust, muuta need praktilisemaks ja rahuldada inimeste igapäevaseid vajadusi. Aerogeelimaterjalide kasutamine veesalvestitesse, soojuskollektoritesse, torudesse ja muudesse veesoojendi osadesse võib suurendada soojuse kogumise efektiivsust vähemalt 1 korda võrreldes tavaliste päikeseenergia veesoojenditega ja soojuskadu saab vähendada vähem kui 30% võrreldes minevikuga.

   
   

   Aerogeel vildil on märkimisväärne hüdrofoobsus ja soojusisolatsiooni omadused, mis võivad parandada torustike isolatsiooni efekti ja on ideaalne soojusisolatsioonimaterjal. Toru saab isoleerimiskonstruktsiooni peamiseks isolatsioonikihiks mähkida aerogeeli vildiga ja metallkaitsekihti kasutatakse aerogeeli isolatsioonikihi kaitsmiseks teise isolatsioonimeetmena. Mitmekihilise aerogeeli vildi mähkimisel saab soojusisolatsiooni suurendamiseks kasutada astmelist kattumismeetodit. Aerogeel vildil on parem tõmbetugevus, paindlikkus ja survekindlus ning isolatsioonikihi konstruktsioon on suhteliselt lihtne. Lisaks hoiab aerogeelkatte hüdrofoobsus soojusjuhtivuse kasutamise ajal peaaegu muutumatuna ja aerogeeli isolatsioonikonstruktsioon on energiasäästlikum kui traditsiooniline isolatsioonikonstruktsioon.

   
   

4. Aerogeelklaasi kasutamine võib parandada soojusisolatsiooni efekti, vähendada päikesekiirguse mõju ja rahuldada inimeste vajadusi.

   Aerogeelklaas vähendab tavaliselt klaasi soojusülekande koefitsienti õõnsuse, vaakumi ja vahekihi kujul ning võib parandada müra vähendamise võimet. Aerogeelklaasi energiasäästlik mõju on ilmne. Kuumas suves ja külmas talvepiirkonnas võib aerogeelklaas suvel nõrgendada päikesekiirgust ja vähendada soojuskadu umbes 20%. Talvel võib aerogeelklaas blokeerida umbes 40% siseruumide kuumast õhust, millel on hea energiasäästlik väärtus. Ehkki aknad moodustavad vaid väikese osa hoone ümbrikust, moodustab energiatarbimine umbes 25% kogu energiatarbimisest. Peamine põhjus on see, et ehitusaknad ei mängi isoleerimisel rolli ja sisesoojus kipub akende kaudu väljapoole hajuma. Suvel paistab päikesevalgus otse ruumi läbi akende, põhjustades sisetemperatuuri tõusu. Aerogeelklaasi kasutamine võib parandada soojusisolatsiooni efekti, vähendada päikesekiirguse mõju ja rahuldada inimeste vajadusi. Tavalise klaasiga võrreldes on aerogeelklaasil suurem valgusläbivus ja sisevalgustusele vähe mõju. Selles etapis on kaks peamist tüüpi aerogeelklaasi, üks on lamineeritud klaas ja teine kaetud klaas. Lamineeritud klaas tarbib rohkem aerogeeli ja vastav kulu on suurem. Seevastu on kaetud klaasi hind palju madalam kui lamineeritud klaasi hind ja sellel on hea soojusisolatsiooni jõudlus, kuni 88% valgusläbilaskvus ja see ei mõjuta sisevalgustust.

   
   

5. Aerogeeli soojusisolatsioonimaterjalid on A klassi mittesüttivad materjalid, mida saab kasutada tulekindlate konstruktsioonide ehitamisel.

   Aerogeeli betoonkomposiitsein on kerge soojusisolatsiooni seinamaterjal, mis on valmistatud aerogeeli täidisest ja modifitseeritud kergest agregaadist. Aerogeeli täitmine laiendatud perliidiga võib valmistada aerogeeli laiendatud perliiti ja kasutada seda kerge agregaadina, et moodustada uut tüüpi soojusisolatsioonimaterjali. Aerogeeli laiendatud perliidi survetugevus on 4,39 MPa ja soojusjuhtivus 0,062W / (m·K). Aerogeeli konstruktsioon on peamiselt poorne võrk, mis võib katta teraskonstruktsiooni pinna aerogeeli soojusisolatsiooniga komposiitmaterjaliga, et pikendada põlemisaega ilma toksiliste ainete tootmiseta. Samal ajal võib aerogeelmaterjal takistada tule levikut, on A-klassi mittesüttiv materjal ja seda saab kasutada tulekindlate konstruktsioonide ehitamisel.

   Aerogel on suurepärane jõudlus, kuid puhta aerogeeli materjali tugevus on madal. Komposiitaerogeelimaterjalide teadus- ja arendustegevust tuleks veelgi tugevdada ning aerogeelimaterjali tuleks mõistlikult kombineerida muude materjalidega, et tõhusalt parandada materjali jõudlust ja kompenseerida aerogeeli. Ebapiisav materjal. Samal ajal on vaja aerogeeli ettevalmistamise ja kasutamise kulusid veelgi vähendada, et hõivata suurem osa ehitusturul ja tõhusalt parandada aerogeelimaterjalide terviklikku kasu.