摘要：气凝胶材料的低成本大规模生产，进一步利用制成气凝胶毡、气凝胶板、气凝胶玻璃、气凝胶涂料等，可以作为绝热材料、隔声材料、吸附剂、干燥介质、催化剂载体等进行应用。其中，气凝胶毡、板可以用于建筑保温、管道及设备保温等，深入开发这些保温材料可以进一步丰富市场中保温材料的种类，具有更加多样的应用范围，具有很好的市场前景。本文探讨了气凝胶在建筑节能领域的应用。
关键词：气凝胶；建筑；节能领域；应用
近几年来，我国经济技术不断发展，综合国力逐步增强，社会的整体耗能量也随之增多，其中建筑耗能占据总体的四分之一，换句话说，建筑行业必须采取有效的手段来帮助社会节能环保，建筑人员也应该具备良好的环保素养。而气凝胶的应用恰好符合我国能源战略的节约需求，与传统建筑材料相比，气凝胶具有更好的保温效果，能源消耗相对较少，在建筑领域中具有更加宽广的应用和发展空间。
1 气凝胶的概论以及制备
气凝胶也被叫做冻烟或者是固态烟，是目前为止，市场上存在的最轻的固体材料。研究发现，气凝胶与其他建筑材料不同的是其内部含有三维网状分子结构，这也使得气凝胶具有的性能相对特殊和优良，在建筑应用中具有较好的隔音、隔热、防火等效果，非常符合现代建筑的建设需求。
气凝胶的生产主要包括三大部分：第一部分，制备湿凝胶。使用凝胶法来产生湿凝胶，在此过程中使用的凝胶通过一定的化学反应，将凝胶液体中分散的纳米粒进行合理的凝聚，使其在逐渐呈现出比较明显的、连续的、三维网状分子结构。第二部分，将湿凝胶老化。在溶胶通过反应达到自身的凝胶点时，就把硅聚合物转移到盛放溶胶的容器之中，进行填充操作。其实，还有许多没有发生过化学反应的活性基团存在于凝胶的硅骨架上，而这种环境基础恰好是缩合反应与水解反应的发生条件，只要经过足够的时间发生反应，就可以进一步强化二氧化硅的氧化结构。第三部分，对湿凝胶进行干燥操作。这一部分是气凝胶制备的关键环节，处于制备工作的最后一个流程，超临界干燥法与常压干燥法是制备过程中经常使用的方法，其中常压干燥法操作流程相对简单，但是这种方法容易导致凝胶收缩进而产生开裂的问题。而超临界干燥法可以有效防止这类问题的发生，能够抵消溶剂中毛细管的张力作用，不过超临界干燥法的工艺成本比常压干燥法的成本要高出很多。
2 气凝胶材料在建筑中的应用形式
2.1 气凝胶颗粒
气凝胶颗粒通常为二氧化硅气凝胶，并且被分为两种性质：①疏水性；②亲水性。气凝胶颗粒在制备的过程中常用方式就是一次成型法和的二次成型法。在之前的工作中我们通常会在一次成型法中用甲酰胺作为主要的反应催化剂，水玻璃作为凝胶的先驱体，利用凝胶法在常压状态下对不同粒径的二氧化硅气凝胶颗粒进行制备。在常压下对气凝胶粉粒进行合成也是一项比较容易的工作，具有良好的发规模商业生产可行性。
2.2 气凝胶毡
气凝胶毡就是利用气凝胶和纤维增强材料将其进行复合工作，不仅能在很大程度上对气凝胶机械强度低、易碎易裂的问题进行解决，同时还能在实际工作的过程中发挥更重要的实用价值。
气凝胶毡的增强材料共两种：①韧性较好的有机纤维，比如聚氨酯纤维和芳纶纤维等。②耐高温性较强的无机材料，如硅钙石或是玻璃纤维等。将制得的具备较强的流动性溶胶与纤维增强材料进行符合，之后在利用凝胶干燥等环节最终得到气凝胶毡。
2.3 气凝胶板
气凝胶复合板就是将纯气凝胶和纤维、有机聚合物、金属等复合制成刚性的板材。由于能对气凝胶进行符合的材料比较多样，在复核形式上也更加多样，因此在产品上也更加的丰富多样，不仅可以做成保温隔热板，同时还可以将其的设计成各种需要的结构部件。
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对制备气凝胶毡的方式进行改进就可以得到刚性气凝胶-纤维复合材料，但是和制备气凝胶毡的方式存在差异就是因为在对刚性板进行制备的过程中对纤维的量进行加入，同时根据实际情况对添加剂进行加入。当前商用的气凝胶板通常都是将二氧化硅气凝胶和无机纤维毡符合而成。
3 气凝胶在建筑节能领域的应用
3.1 窗户保温隔热
建筑窗户虽然占围护结构的面积小，但其能耗却占总能耗的25%左右，目前
居民建筑窗户基本起不到保温隔热的作用，且室内的热量经常从窗户向外扩散，室外的太阳光往往通过窗户直接照射到室内，造成室内温度上升。在本设想中，拟采用气凝胶玻璃，该玻璃不仅具有良好的保温效果，还可以有效削弱太阳辐射对室内温度造成的影响，起到隔热的作用；同时该玻璃还具有高光透过性，与普通玻璃相比，对室内采光也不会造成较大的影响。目前的气凝胶玻璃主要有夹层玻璃和镀膜玻璃两种，夹层玻璃需要的气凝胶量较大，因而成本相对较高。所以，从成本的角度出发，在本节能体系中采用气凝胶镀膜玻璃，其价格较气凝胶夹层玻璃价格低很多，而且光透过率可达88%，不影响室内采光，还具有良好的保温隔热性能。
3.2 内墙保温
内墙保温往往是建筑保温中忽略的一个重要方面，室内的热量可通过内墙从一个房间扩散到另一个房间，并通过其他的方式传到室外，所以，本设想中将内墙保温也纳入进来。对内墙的保温，既要有良好的保温效果，而且这种材料污染要小，不会对人体造成伤害，还要具有防火的作用。因此，采用气凝胶绝热板，不仅具有节能环保的效果，而且可耐400℃以上高温，起到防火的目的还兼有隔音的效果。
3.3 应用于屋面太阳能
集热器气凝胶材料应用于屋面太阳能集热器的实例在国外已经有了很长时间，其主要应用在民用领域的太阳能热水器及其他集热装置的保温。气凝胶保温材料的使用提高了太阳能的利用效率，也提高了太阳能热水器及其他集热装置的实用性。将气凝胶材料应用于热水器的储水箱、管道和集热器，将比现有太阳能热水器的集热效率提高1 倍以上，而热损失下降到现有水平的30% 以下。
3.4 气凝胶在建筑管道中的使用
气凝胶毡具有超高隔热性和疏水性等优点，是一种理想的管道保温材料。紧贴管道第一层的为卷绕管道的气凝胶保温毡，为保温结构的主要保温层，外层为金属保护层和绑带，提供了机械和户外风吹日晒雨淋的防护，如果卷绕多层气凝胶毡可采用错位搭接方式提高保温性能。气凝胶毡有较好的柔性与抗拉、抗压强度，施工方便快捷，另外气凝胶毡的整体疏水性使其在整个使用周期导热系数几乎没有变化。与传统保温材料相比气凝胶保温结构保温性能明显好于其他材料。
3.5气凝胶在涂料中的应用
气凝胶粉体可以应用在涂料中，做成具有保温效果的保温涂料，起到补充保温作用。气凝胶涂料不仅可以应用在外墙体的保温中，还可以应用在建筑内墙保温和建筑顶部保温和建筑底部保温。
3.6作为混凝土添加剂
气凝胶还可以用于降低混凝土的导热系数。气凝胶的混凝土用于非承重墙，或是作为粘结试剂使用的水泥砂浆。随着混凝土助剂的发展，可以加入助剂来补充损失的力学性能。
总之，随着国家能源战略和经济的转型必将在保温节能领域有更多的投入，气凝胶自身具有特殊的纳米多孔结构，应用性能优越，其性能与结构也被不断延伸和加强，在建筑领域中取得了良好的应用效果，气凝胶材料在建筑行业中具有相当可观的应用前景。
参考文献
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[4]蒋勤逸. 气凝胶保温材料特性及在建筑节能领域的应用[J].上海建材.2018（02）
论文作者:徐双平,高军
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年11期
论文发表时间:2019/9/17
标签：凝胶论文; 建筑论文; 材料论文; 领域论文; 内墙论文; 干燥论文; 纤维论文; 《建筑学研究前沿》2019年11期论文;