Vật liệu aerogel được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực tiết kiệm năng lượng xây dựng

Aerogel là một vật liệu rắn xốp nano có thành phần chính là các hạt siêu mịn. Vật liệu này được đặc trưng bởi diện tích bề mặt lớn hơn, độ xốp cao và kích thước hạt nhỏ hơn. Aerogel, còn được gọi là khói rắn hoặc khói đông lạnh, hiện được coi là vật liệu rắn nhẹ nhất. Do cấu trúc vật lý đặc biệt của aerogel, nó có khả năng chống cháy và cách nhiệt mạnh mẽ, có thể được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực xây dựng và có triển vọng phát triển tốt trong lĩnh vực tiết kiệm năng lượng xây dựng.

Vật liệu aerogel tuyệt vời

Vật liệu cách nhiệt, cách nhiệt, trọng lượng nhẹ, aerogel phù hợp với yêu cầu tiết kiệm năng lượng xây dựng và phù hợp với xu hướng phát triển của trọng lượng nhẹ xây dựng.

Aerogel đã nhận được sự chú ý rộng rãi trên toàn thế giới từ những năm 1990, với các quốc gia đầu tư rất nhiều tiền và nhân lực vào nghiên cứu của họ. Nghiên cứu trong nước về aerogel cũng đã tích lũy được nhiều kinh nghiệm nghiên cứu và phát triển, tạo điều kiện thuận lợi cho việc quảng bá và ứng dụng vật liệu aerogel.

Aerogel có thể được chia thành aerogel vô cơ, aerogel hữu cơ và aerogel carbon. Trong số này, aerogel vô cơ được chuẩn bị bằng vật liệu kim loại hữu cơ thông qua quá trình sấy siêu tới hạn, cuối cùng tạo thành vật liệu rắn vô định hình mật độ thấp. Aerogel vô cơ có nhiều dạng, phổ biến là bột gốm, aerogel oxit phức tạp, kim loại siêu mịn và aerogel oxit đơn vị. Nguyên liệu chính của aerogel hữu cơ là formaldehyde và quinone, và quá trình chuẩn bị chỉ được cải thiện một chút so với quá trình chuẩn bị aerogel vô cơ. Carbon aerogel chủ yếu là một vật liệu nano-carbon thu được bằng cách cacbonat nhiệt rắn hữu cơ aerogel. Nó chủ yếu là không tinh thể, trọng lượng nhẹ và xốp. Vật liệu này có độ dẫn điện rất cao.

Vật liệu aerogel có nhiều tính chất và một trong những tính chất quan trọng nhất trong các ứng dụng tiết kiệm năng lượng xây dựng là cách nhiệt. Vật liệu aerogel có độ xốp cao và đặc tính truyền nhiệt tuyệt vời. Đầu tiên, vật liệu aerogel có mật độ thấp và đường truyền nhiệt dài trong cấu trúc aerogel, làm giảm đáng kể hiệu quả truyền nhiệt. Thứ hai, vật liệu aerogel có kích thước hạt nhỏ hơn, thường dưới 20nm, điều này sẽ hạn chế chuyển động tự do của các phân tử không khí trong vật liệu aerogel và làm giảm độ dẫn nhiệt đối lưu của không khí. Aerogel có độ dẫn nhiệt rất thấp chặn hầu hết bức xạ hồng ngoại, cũng có bước sóng thấp. Do đó, aerogel có tác dụng cách nhiệt tốt.

Vật liệu aerogel có mật độ từ 0,16 đến 4,0kg/m³, thấp hơn nhiều so với các vật liệu khác và phù hợp với xu hướng xây dựng nhẹ. Ngoài ra, vật liệu aerogel cũng có ưu điểm chống cháy, cách âm và chống ăn mòn.

Ứng dụng Airgel trong lĩnh vực tiết kiệm năng lượng xây dựng

1. Thêm aerogel với độ dẫn nhiệt thấp vào vữa và bê tông truyền thống có thể cải thiện hiệu suất vật liệu một cách hiệu quả.

   Vữa cách nhiệt aerogel được làm bằng xi măng silicat làm chất keo, thêm aerogel, SiO2 và hạt thủy tinh. Kích thước của các hạt thủy tinh lớn hơn nhiều so với kích thước của các hạt aerogel, có thể được lấp đầy vào ma trận vữa, các hạt aerogel nhỏ hơn tiếp tục lấp đầy khoảng trống, do đó làm giảm độ xốp càng nhiều càng tốt và độ dẫn nhiệt của vữa cách nhiệt cũng sẽ giảm. Hiệu ứng cách nhiệt dự kiến của tòa nhà có thể thu được. Áp dụng vữa cách nhiệt lên bề mặt tường ngoài của tòa nhà. Vữa càng dày, chênh lệch nhiệt độ bên trong và bên ngoài càng lớn. Có thể thấy rằng vữa cách nhiệt aerogel có thể ngăn chặn nhiệt và cải thiện hiệu quả tiết kiệm năng lượng và cách nhiệt tổng thể của cấu trúc xây dựng. Sau khi thêm aerogel vào bê tông, trọng lượng và độ dẫn nhiệt của bê tông sẽ giảm đáng kể nhưng cũng có thể làm hỏng độ bền cơ học của bê tông, vì vậy tường chịu lực nên tránh sử dụng bê tông aerogel.

   
   

2. Bột aerogenic có thể được sử dụng trong sơn tường bên trong như là một bổ sung cho các biện pháp cách nhiệt cấu trúc, không chỉ cho cách nhiệt của các bức tường bên trong của tòa nhà, mà còn cho cách nhiệt của các bức tường bên ngoài và mái nhà.

   Cách nhiệt tường bên trong là một phần quan trọng của dự án cách nhiệt xây dựng, nhưng thường dễ bị bỏ qua. Nhiệt bên trong được khuếch tán qua các bức tường bên trong và truyền ra bên ngoài. Cách nhiệt của tường bên trong cần đáp ứng các yêu cầu cách nhiệt cơ bản nhất, cũng phải có chức năng chống cháy, vật liệu không gây ô nhiễm nên được chọn. Cách nhiệt và cách âm có thể được cải thiện bằng cách sử dụng tấm cách nhiệt aerogel và cũng có thể đáp ứng các yêu cầu chống cháy trên 400 ° C. Bột aerogel có thể được sử dụng trong sơn tường bên trong, như một bổ sung cho các biện pháp cách nhiệt cấu trúc, không chỉ cho các bức tường bên trong của tòa nhà, mà còn cho các bức tường bên ngoài và cách nhiệt mái nhà. Vật liệu chính của các sản phẩm bột aerogel là aerogel và nano SiO2, chúng được làm bằng quy trình đặc biệt, với kích thước lỗ cực nhỏ, có thể đáp ứng các yêu cầu về tính chất cách nhiệt và có thể được sử dụng rộng rãi trong các lớp cách nhiệt xây dựng.

   
   

3. Vật liệu aerogel được áp dụng cho các bộ phận như bể chứa nước nóng, bộ thu nhiệt, đường ống và các bộ phận khác của máy nước nóng, tổn thất nhiệt có thể giảm dưới 30% so với trước đây.

   Vật liệu aerogel đã được sử dụng trong các bộ thu năng lượng mặt trời trên mái nhà từ lâu. Chúng chủ yếu được sử dụng trong các thiết bị cách nhiệt của máy nước nóng năng lượng mặt trời, có thể cải thiện hiệu quả sử dụng năng lượng mặt trời, làm cho nó thực tế hơn và đáp ứng nhu cầu hàng ngày của mọi người. Áp dụng vật liệu aerogel cho bể chứa nước, bộ thu nhiệt, đường ống và các thành phần khác của máy nước nóng, so với máy nước nóng năng lượng mặt trời thông thường, hiệu quả thu nhiệt tăng ít nhất 1 lần và tổn thất nhiệt giảm ít hơn 30% so với trước đây.

   
   

   Với đặc tính kỵ nước và cách nhiệt đáng kể, nỉ aerogel có thể cải thiện hiệu quả cách nhiệt của đường ống và là một vật liệu cách nhiệt lý tưởng. Đường ống có thể bọc nỉ aerogel làm lớp cách nhiệt chính cho cấu trúc cách nhiệt và lớp bảo vệ kim loại là biện pháp cách nhiệt thứ hai để bảo vệ lớp cách nhiệt aerogel. Khi bọc nỉ aerogel nhiều lớp, phương pháp chồng chéo xen kẽ có thể được sử dụng để cải thiện cách nhiệt. Cảm thấy aerogel có độ bền kéo, tính linh hoạt và khả năng chống nén tốt hơn, và việc xây dựng lớp cách nhiệt tương đối đơn giản. Ngoài ra, tính kỵ nước của chăn aerogel làm cho độ dẫn nhiệt hầu như không thay đổi trong quá trình sử dụng và cấu trúc cách nhiệt aerogel tiết kiệm năng lượng hơn so với cấu trúc cách nhiệt truyền thống.

   
   

4. Sử dụng kính aerogel có thể cải thiện hiệu quả cách nhiệt, giảm tác động của bức xạ mặt trời và đáp ứng nhu cầu của mọi người.

   Kính aerogel thường làm giảm hệ số truyền nhiệt của kính ở dạng rỗng, chân không và nhiều lớp, có thể cải thiện khả năng giảm tiếng ồn. Hiệu quả tiết kiệm năng lượng của kính aerogel là rõ ràng. Ở những khu vực mùa hè nóng và mùa đông lạnh, thủy tinh aerogel làm giảm bức xạ mặt trời vào mùa hè và giảm tổn thất nhiệt khoảng 20%. Vào mùa đông, kính aerogel có thể chặn khoảng 40% không khí nóng trong nhà và có giá trị tiết kiệm năng lượng tốt. Trong khi cửa sổ chỉ chiếm một phần nhỏ của bao vây tòa nhà, mức tiêu thụ năng lượng chiếm khoảng 25% tổng mức tiêu thụ năng lượng. Lý do chính là các cửa sổ xây dựng không hoạt động như cách nhiệt và nhiệt bên trong có xu hướng lan ra bên ngoài thông qua các cửa sổ. Vào mùa hè, ánh sáng mặt trời chiếu trực tiếp vào phòng qua cửa sổ, khiến nhiệt độ trong phòng tăng lên. Sử dụng kính aerogel có thể cải thiện hiệu quả cách nhiệt, giảm tác động của bức xạ mặt trời và đáp ứng nhu cầu của mọi người. So với kính thông thường, kính aerogel có độ truyền ánh sáng cao hơn và ít ảnh hưởng đến ánh sáng trong nhà. Ở giai đoạn này, thủy tinh aerogel chủ yếu có hai loại, một loại là thủy tinh nhiều lớp và loại còn lại là thủy tinh tráng. Kính dán nhiều lớp tiêu thụ nhiều aerogel hơn và chi phí tương ứng cũng cao hơn. Ngược lại, kính tráng men có giá thấp hơn nhiều so với kính nhiều lớp, có khả năng cách nhiệt tốt và truyền ánh sáng lên đến 88%, không ảnh hưởng đến ánh sáng trong nhà.

   
   

5. Vật liệu cách nhiệt aerogel là vật liệu không cháy loại A, có thể được sử dụng để xây dựng cấu trúc chống cháy.

   Tường composite bê tông aerogel là một vật liệu tường cách nhiệt nhẹ được làm từ chất độn aerogel và tổng hợp nhẹ sửa đổi. Làm đầy aerogel trong perlit mở rộng có thể chuẩn bị aerogel perlit mở rộng và sử dụng nó như một tổng hợp nhẹ để tạo thành một loại vật liệu cách nhiệt mới. Perlite mở rộng aerogel có cường độ nén 4,39 MPa và độ dẫn nhiệt 0,062W/(m · K). Cấu trúc aerogel chủ yếu là một mạng lưới xốp có thể bao phủ bề mặt của cấu trúc thép bằng vật liệu composite cách nhiệt aerogel để kéo dài thời gian cháy mà không tạo ra các chất độc hại. Trong khi đó, vật liệu aerogel có thể cản trở sự lây lan của đám cháy và là vật liệu không cháy loại A có thể được sử dụng để xây dựng các cấu trúc chống cháy.

   Aerogel có tính chất tuyệt vời, nhưng vật liệu aerogel tinh khiết có độ bền thấp hơn. Nghiên cứu và phát triển vật liệu aerogel tổng hợp cần được tăng cường hơn nữa. Vật liệu aerogel nên được kết hợp hợp lý với các vật liệu khác để cải thiện hiệu suất vật liệu một cách hiệu quả và bù đắp cho sự thiếu hụt của aerogel. Vật liệu không đủ. Đồng thời, cần tiếp tục giảm chi phí chuẩn bị và sử dụng aerogel để chiếm thị phần lớn hơn trong thị trường xây dựng, nâng cao hiệu quả lợi ích tổng hợp của vật liệu aerogel.