エアロゲル材料は建築省エネルギー分野に広く応用されている

エアロゲルはナノ多孔質固体材料であり、その主成分は超微粒子である。この材料は比表面積が大きく、気孔率が高く、粒径が小さいという特徴がある。エアロゲル、固体スモッグまたは凍結スモッグとも呼ばれ、現在最も軽い固体材料とされている。エアロゲルの特殊な物理構造のため、それは非常に強い防火断熱財産を持っており、建築分野に広く応用でき、建築省エネ分野で良好な発展の見通しがある。

silica aerogels

驚くべきエアロゲル材料

断熱、保温、軽量、エアロゲル材料は建築省エネの要求を満たし、建築軽量化の発展傾向に符合する。

1990年代以降、エアロゲルは世界的に注目され、各国はその研究に多くの資金と人力を投入してきた。国内のエアロゲルに対する研究も大量の研究開発経験を蓄積し、エアロゲル材料の普及応用に有利な条件を創造した。

エアロゲルは無機エアロゲル、有機エアロゲル、炭素エアロゲルに分けることができる。ここで、無機エアロゲルは有機金属物質から超臨界乾燥方法により製造され、最終的に低密度非晶質固体材料を形成する。無機エアロゲルには様々な形態があり、よく見られるのはセラミック粉末、多酸化物エアロゲル、超微細金属、単位酸化物エアロゲルである。有機エアロゲルの主な材料はホルムアルデヒドとキノンであり、製造プロセスは無機エアロゲルの製造プロセスにわずかに改善されている。炭素エアロゲルは主に熱硬化性有機エアロゲルを炭化して得られるナノ炭素材料である。それは主に非晶質、軽量、多孔質の特徴を持っている。この材料は強い導電性を持っている。

エアロゲル材料には多くの財産があるが、建築省エネルギー応用の中で最も重要な財産の一つは断熱である。エアロゲル材料は高い気孔率と優れた熱伝達機能を有する。まず、エアロゲル材料の密度が低く、エアロゲル構造中の熱伝播経路が長く、これにより熱伝導効率が大幅に低下する。第二に、エアロゲル材料の粒度は非常に小さく、通常20 nm未満であり、これはエアロゲル材料中の空気分子の自由な移動を制限し、空気の対流熱伝導性を低下させる。熱伝導率が極めて低いエアロゲルは赤外放射の大部分を遮蔽し、赤外放射も低い熱放射波長を有する。したがって、エアロゲルは良好な断熱効果を有する。

エアロゲル材料の密度は0.16から4.0 kg/m³の間で、他の材料よりはるかに低く、これは軽量建築の発展傾向に合致している。また、エアロゲル材料は防火、防音、耐腐食の利点もある。

建築省エネルギー分野におけるエアロゲルの応用

従来のモルタル及びコンクリートに低熱伝導性エアロゲルを添加することにより、材料特性を効果的に改善することができる。

エアロゲル断熱モルタルは、ゲル化剤としてポートランドセメントを用い、エアロゲル、SiO 2、ガラスビーズを添加して作製した。ガラスビーズのサイズはエアロゲル粒子よりずっと大きく、エアロゲル粒子はモルタル基質中に充填でき、小さいエアロゲル粒子はさらに空隙を充填し、それによってできるだけ空隙率を減少し、断熱モルタルの熱伝導性も低下する。所望の建築断熱効果を得ることができる。建物の外壁表面に断熱モルタルを塗布する。モルタルが厚いほど、内外の温度差が大きくなる。エアロゲル断熱モルタルは熱を遮断し、建築構造全体の断熱と省エネ効果を高めることができることがわかる。コンクリートにエアロゲルを添加すると、コンクリートの重量と熱伝導性は著しく低下するが、コンクリートの機械的強度を破壊することもあるので、荷重壁にエアロゲルコンクリートを使用することは避けなければならない。
エアロゲル粉末は内壁塗料に使用でき、構造断熱対策の補充として、建築内壁の断熱だけでなく、外壁と屋根の断熱にも使用できる。

内壁保温は建築保温工事の重要な構成部分であるが、見落とされやすいことが多い。内部熱は内壁を通じて拡散し、外部に伝達される。内壁の保温は最も基本的な保温要求を満たす必要があり、また防火機能を持たなければならず、汚染のない材料を選択しなければならない。エアロゲル断熱板を使用することで断熱と遮音効果を高めることができ、400°Cを超える防火要求を満たすこともできる。エアロゲル粉末は内壁塗料に使用でき、構造断熱対策の補充として、建築内壁だけでなく外壁や屋根断熱にも使用できる。エアロゲル粉末製品の主な材料はエアロゲルとナノSiO 2であり、それらは特殊な技術によって作られ、孔径は極めて小さく、断熱性能の要求を満たすことができ、広く断熱層の建築に用いることができる。
エアロゲル材料は給湯器の貯水タンク、集熱器、配管などの部分に応用され、従来に比べて熱損失は30%未満に減少することができる。

エアロゲル材料は屋根太陽光コレクターに長い間使用されてきた。それらは主に太陽熱温水器の断熱装置に用いられ、太陽エネルギー利用効率を効果的に高め、より実用的にし、人々の日常的な需要を満たすことができる。エアロゲル材料を給湯器の貯水タンク、集熱器、配管などの部分に応用することで、通常の太陽熱給湯器と比べて集熱効率を少なくとも1倍に高めることができ、熱損失を従来と比べて30%未満に減らすことができる。

エアロゲルフェルトは顕著な疎水性と断熱特性を有し、パイプの断熱効果を高めることができ、理想的な断熱材料である。パイプはエアロゲルフェルトで包まれ、絶縁構造の主要な絶縁層として、金属保護層はエアロゲル絶縁層を保護するための第2の絶縁手段として使用することができる。多層エアロゲルフェルトを包む際には、インターリーブ重畳法を用いて断熱性能を向上させることができる。エアロゲルフェルトはより良い引張強度、柔軟性、耐圧性を有し、絶縁層の構造は比較的簡単である。また、エアロゲルカーペットの疎水性は使用中ほとんど変わらない熱伝導性を維持し、エアロゲル断熱構造は従来の断熱構造よりも省エネである。
エアロゲルガラスの使用は断熱効果を高め、太陽放射の影響を減らし、人々の需要を満たすことができる。

エアロゲルガラスは通常、ガラスの熱伝達率を中空、真空、中間層の形で低下させ、ノイズ低減能力を高めることができる。エアロゲルガラスの省エネ効果は明らかである。暑い夏と寒い冬には、エアロゲルガラスは夏の太陽放射を弱め、約20%の熱損失を減らすことができる。冬には、エアロゲルガラスが室内の熱空気の約40%を遮断し、良好な省エネ価値を有する。窓は建物の囲い構造のほんの一部にすぎないが、エネルギー消費量は総エネルギー消費量の約25%を占めている。主な原因は、建物の窓が断熱作用を果たしておらず、内部の熱が窓を通じて外部に拡散する傾向があることです。夏には、窓を通して直接室内に日光が当たり、室内の温度が上昇します。エアロゲルガラスを使用することで断熱効果を高め、太陽放射の影響を減らし、人々のニーズを満たすことができる。エアロゲルガラスは通常のガラスに比べて高い透光率を有し、室内照明にほとんど影響を与えない。この段階では、エアロゲルガラスには主に2つのタイプがあり、1つは合わせガラス、もう1つはめっきガラスである。中間層ガラスはより多くのエアロゲルを消費し、その分コストが高い。対照的に、めっきガラスの価格は中間層ガラスよりはるかに低く、しかも良好な断熱性能を持ち、光透過率は88%に達し、室内照明に影響を与えない。
エアロゲル断熱材はA類不燃材であり、建築防火構造に用いることができる。

エアロゲルコンクリート複合壁体は、エアロゲル充填物と改質軽質骨材からなる軽質断熱壁体材料である。膨張真珠岩にエアロゲルを充填することで、エアロゲル膨張真珠岩を製造し、軽量骨材として使用し、新しい断熱材を形成することができる。エアロゲル膨張パーライトの耐圧強度は4.39 MPa、熱伝導率は0.062 W/（m・K）である。エアロゲル構造は主に多孔質ネットワークであり、エアロゲル断熱複合材料で鋼構造表面を覆い、有毒物質を生成することなく燃焼時間を延長することができる。同時に、エアロゲル材料は火災の延焼を阻止することができ、a類不燃材料であり、建築防火構造に用いることができる。

エアロゲルは優れた性能を持っているが、純エアロゲル材料の強度は低い。複合エアロゲル材料の研究開発をさらに強化し、エアロゲル材料を他の材料と合理的に結合し、材料の性能を効果的に高め、エアロゲルの不足を補うべきである。材料が不足している。同時に、建設市場でより大きなシェアを占め、エアロゲル材料の総合的な利益を効果的に高めるために、エアロゲルの製造と使用コストをさらに下げる必要がある。