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重量輕但地位不輕！氣凝膠材料這些特點(diǎn)勢(shì)必要成為節(jié)能建筑“C位”明星
文章來(lái)源：賢集網(wǎng)     更新時(shí)間：2022-08-05 16:09:36
在節(jié)能減排的大背景下，建筑節(jié)能首當(dāng)其沖成為焦點(diǎn)。尤其是建筑保溫材料，在近些年材料性能不斷提升，市場(chǎng)對(duì)保溫建材的節(jié)能性、環(huán)保性、易施工性、耐高溫阻燃性提出了更高的要求。

一方面建筑保溫材料的市場(chǎng)需求快速增長(zhǎng)，另一方面對(duì)性能要求也越來(lái)越高。目前僅在建筑墻體保溫已形成了礦棉、玻璃棉、巖棉、膨脹珍珠巖、發(fā)泡水泥保溫板、泡沫玻璃、氣凝膠等多種體系的耐高溫阻燃材料。根據(jù)相關(guān)市場(chǎng)預(yù)計(jì)，2022年建筑保溫材料市場(chǎng)有大約1700億元的規(guī)模。

一直以來(lái)，建筑保溫材料市場(chǎng)對(duì)新技術(shù)和新材料的需求度很高。也是建材中更新迭代最快的產(chǎn)品。

氣凝膠是一種納米多孔固體材料，主要成分為超微粒子。該材料具有比表面積大、孔隙率高、粒徑小等特點(diǎn)。氣凝膠也稱為固態(tài)煙或凍煙，是目前被人們視為最輕的固體材料。由于氣凝膠特殊的物理結(jié)構(gòu)，使其有著很強(qiáng)的防火和隔熱性能，可廣泛應(yīng)用于建筑領(lǐng)域，在建筑節(jié)能領(lǐng)域有較好的發(fā)展前景。



神奇的氣凝膠材料



隔熱、保溫、輕量化，氣凝膠材料滿足建筑節(jié)能要求，符合建筑輕量化發(fā)展趨勢(shì)。



20世紀(jì)90年代以來(lái)，氣凝膠在全球范圍內(nèi)受到廣泛關(guān)注，各國(guó)在其研究上投入了大量的資金和人力。國(guó)內(nèi)對(duì)氣凝膠的研究也積累了較多的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，為氣凝膠材料的推廣應(yīng)用創(chuàng)造了有利條件。



氣凝膠可分為無(wú)機(jī)氣凝膠、有機(jī)氣凝膠和碳?xì)饽z，其中無(wú)機(jī)氣凝膠是以有機(jī)金屬物質(zhì)為原料，通過(guò)超臨界干燥法進(jìn)行制備，最終形成的低密度非晶固態(tài)材料。無(wú)機(jī)氣凝膠具有多種形式，常見(jiàn)的有陶瓷粉末、多元氧化物氣凝膠、超細(xì)金屬、單元氧化物氣凝膠等。有機(jī)氣凝膠主要材料為甲醛和苯二酚，制備過(guò)程只是在無(wú)機(jī)氣凝膠制備工藝上略有由改進(jìn)。碳?xì)饽z主要是通過(guò)炭化熱固性有機(jī)氣凝膠獲得的一種納米碳材料，主要具有非晶態(tài)、輕質(zhì)、多孔特征，這種材料具有很強(qiáng)的導(dǎo)電性。



氣凝膠材料擁有很多特性，對(duì)建筑節(jié)能應(yīng)用而言，一個(gè)重要性能就是保溫。氣凝膠材料具有高孔隙率，傳熱功能較為突出。首先，氣凝膠材料具有低密度，熱傳播路徑在氣凝膠結(jié)構(gòu)中較長(zhǎng)，極大降低了熱傳播效率。其次，氣凝膠材料粒徑小，通常在20nm以下，這種粒徑會(huì)限制空氣分子在氣凝膠材料中的自由活動(dòng)，降低了空氣的對(duì)流熱導(dǎo)率。導(dǎo)熱率極低的氣凝膠可以阻擋大部分紅外輻射，而熱輻射的波長(zhǎng)也很低。因此，氣凝膠具有良好的隔熱效果。



氣凝膠材料密度在0.16～4.0kg/m³之間，遠(yuǎn)低于其他材料密度，符合建筑輕量化發(fā)展趨勢(shì)。此外，氣凝膠材料還具有防火、隔聲、耐腐蝕等優(yōu)勢(shì)。



氣凝膠在建筑節(jié)能領(lǐng)域的應(yīng)用



將導(dǎo)熱系數(shù)低的氣凝膠添加到傳統(tǒng)的砂漿和混凝土中，可以有效提升材料性能。



氣凝膠保溫砂漿是以硅酸鹽水泥為膠凝劑，加入氣凝膠、SiO?、玻璃微珠制成的。玻璃珠的尺寸比氣凝膠顆粒大得多，可以填充到砂漿基質(zhì)中，較小的氣凝膠顆粒將間隙進(jìn)一步填充，使孔隙率盡可能減小，保溫砂漿的導(dǎo)熱系數(shù)也隨之下降，可以獲得預(yù)期的建筑保溫效果。將保溫砂漿應(yīng)用于建筑外墻表面，砂漿越厚，內(nèi)外溫差越大。由此可見(jiàn)，氣凝膠保溫砂漿可以將熱量阻隔，能夠提升建筑結(jié)構(gòu)的整體保溫節(jié)能效果。在混凝土中加入氣凝膠后，明顯降低了混凝土的重量和導(dǎo)熱系數(shù)，但也會(huì)損害混凝土的機(jī)械強(qiáng)度，所以氣凝膠混凝土應(yīng)避免在承重墻使用。



氣凝膠粉末可用于內(nèi)墻涂料，作為結(jié)構(gòu)隔熱措施的補(bǔ)充，不僅適用于建筑內(nèi)墻的保溫，也適用于外墻、樓頂保溫。



內(nèi)墻保溫是建筑保溫工程的一個(gè)重要內(nèi)容，但往往也容易被忽視，內(nèi)部熱量通過(guò)內(nèi)壁擴(kuò)散，并傳遞到外部。內(nèi)墻的保溫需要達(dá)到最基本的保溫要求，還要具有防火功能，應(yīng)選擇無(wú)污染材料。使用氣凝膠保溫板能夠提升保溫、隔聲效果，還能滿足承受400℃以上的防火需求。氣凝膠粉末可用于內(nèi)墻涂料，作為結(jié)構(gòu)隔熱措施的補(bǔ)充，不僅適用于建筑內(nèi)墻的保溫，也適用于外墻、樓頂保溫。氣凝膠粉末產(chǎn)品主要材料為氣凝膠和納米SiO?，經(jīng)過(guò)特殊工序制成，孔徑極小，能夠滿足保溫性能要求，可廣泛用于建筑保溫層中。



在熱水器的儲(chǔ)水箱、集熱器、管道等部位應(yīng)用氣凝膠材料，熱損失較以往可減少30%以下。



氣凝膠材料在屋頂太陽(yáng)能集熱器中的應(yīng)用由來(lái)已久，主要用于太陽(yáng)能熱水器的保溫裝置中，使太陽(yáng)能利用效率有效提高，更具實(shí)用性，能夠滿足人們的生活需求。在熱水器的儲(chǔ)水箱、集熱器、管道等部位應(yīng)用氣凝膠材料，與普通材質(zhì)的太陽(yáng)能熱水器相比，能夠增加至少1倍的集熱效率，熱損失較以往可減少30%以下。



氣凝膠氈疏水性、隔熱性特征顯著，可以提高管道保溫效果，是一種理想的保溫材料。管道可以用氣凝膠氈包裹，作為保溫結(jié)構(gòu)的主要保溫層，金屬保護(hù)層作為第二道保溫措施，可以對(duì)氣凝膠保溫層起到保護(hù)作用。在包裹多層氣凝膠氈時(shí)，可采用交錯(cuò)重疊法來(lái)增強(qiáng)保溫性能。氣凝膠氈抗拉強(qiáng)度、柔韌性和抗壓性較好，保溫層施工較為簡(jiǎn)單。此外，氣凝膠氈的疏水性使其導(dǎo)熱系數(shù)在使用過(guò)程中幾乎保持不變，氣凝膠保溫結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)保溫結(jié)構(gòu)相比，更有節(jié)能價(jià)值。



使用氣凝膠玻璃可以提高保溫效果，使太陽(yáng)輻射影響減小，滿足人們的使用需求。



氣凝膠玻璃通常以中空、真空和夾層等形式降低玻璃的傳熱系數(shù)，而且能夠提升降噪能力。氣凝膠玻璃的節(jié)能效果明顯，在夏熱冬冷地區(qū)，氣凝膠玻璃在夏季可以削弱太陽(yáng)輻射，減少約20%的熱損失。而在冬季，氣凝膠玻璃能阻擋約40%的室內(nèi)熱空氣，具有良好的節(jié)能價(jià)值。盡管窗戶只占建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的一小部分，但能耗約占總能耗25%，主要原因是建筑窗戶沒(méi)有起到保溫作用，內(nèi)部熱量往往通過(guò)窗戶擴(kuò)散到室外。在夏季，陽(yáng)光直接通過(guò)窗戶照射到室內(nèi)，導(dǎo)致室內(nèi)溫度升高。而使用氣凝膠玻璃可以提高保溫效果，使太陽(yáng)輻射影響減小，滿足人們的使用需求。氣凝膠玻璃與普通玻璃相比具有較高的透光率，對(duì)室內(nèi)采光沒(méi)有太大影響。現(xiàn)階段，氣凝膠玻璃主要有兩種類型，一種為夾層玻璃，另一種為鍍膜玻璃。夾層玻璃對(duì)于氣凝膠的消耗較多，相應(yīng)的成本較高。相比之下，使用鍍膜玻璃的價(jià)格遠(yuǎn)低于夾層玻璃，并且保溫性能良好，可達(dá)88%透光率，不會(huì)對(duì)室內(nèi)采光造成影響。



我國(guó)已成功實(shí)現(xiàn)氣凝膠材料產(chǎn)業(yè)化



2月27日，伴隨著年產(chǎn)5萬(wàn)方硅基納米氣凝膠復(fù)合材料項(xiàng)目在中化學(xué)華陸新材料有限公司一次性開(kāi)車成功，產(chǎn)出第一批合格硅基納米氣凝膠復(fù)合絕熱氈產(chǎn)品，標(biāo)志著中國(guó)化學(xué)工程以實(shí)業(yè)強(qiáng)國(guó)為己任，邁出了加快打造原創(chuàng)技術(shù)策源地、現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)鏈鏈長(zhǎng)的重要步伐。



氣凝膠復(fù)合材料是一種新型的納米絕熱材料，是目前已知的導(dǎo)熱系數(shù)最低、密度最低的固體材料，具有超長(zhǎng)的使用壽命、超強(qiáng)的隔熱性能、超高的耐火性能和優(yōu)越的機(jī)械性能，被譽(yù)為“改變世界的神奇材料”，廣泛應(yīng)用于石油化工、熱力管網(wǎng)、建筑、新能源汽車等領(lǐng)域。氣凝膠作為高效的絕熱節(jié)能材料，是國(guó)家基礎(chǔ)戰(zhàn)略性前沿新材料，對(duì)降低碳排放、實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)具有重要戰(zhàn)略意義。



該項(xiàng)目為目前國(guó)內(nèi)工藝技術(shù)領(lǐng)先、自動(dòng)化程度領(lǐng)先的氣凝膠項(xiàng)目，采用全自動(dòng)超臨界干燥法制備氣凝膠技術(shù)，建設(shè)規(guī)模為30萬(wàn)方/年。項(xiàng)目分三期建設(shè)，其中一期項(xiàng)目年產(chǎn)5萬(wàn)方氣凝膠復(fù)合絕熱氈生產(chǎn)裝置及配套公輔工程于2021年2月開(kāi)工建設(shè)；二期主要產(chǎn)品新增10萬(wàn)方/年硅基氣凝膠復(fù)合材料，配套硅酸酯等硅基新材料；三期主要產(chǎn)品新增15萬(wàn)方/年硅基氣凝膠復(fù)合材料，配套其他新型硅基材料。



氣凝膠市場(chǎng)空間



過(guò)去5年國(guó)內(nèi)氣凝膠市場(chǎng)通過(guò)技術(shù)進(jìn)步實(shí)現(xiàn)成本的快速下降，目前在石化管道、鋰電池方面具有極具競(jìng)爭(zhēng)力的性價(jià)比，下游龍頭企業(yè)的切換訴求強(qiáng)烈，同時(shí)，在當(dāng)前雙碳政策下，節(jié)能將成為化工、能源、建筑行業(yè)未來(lái)的發(fā)展的主旋律。



氣凝膠相對(duì)于傳統(tǒng)材料，其節(jié)能效果顯著，行業(yè)需求將在雙碳政策的推動(dòng)下快速提升。2015-2020年國(guó)內(nèi)氣凝膠材料產(chǎn)量年均復(fù)合增速為38.5%，當(dāng)前成本相比10年前已經(jīng)下降超80%。



我們認(rèn)為當(dāng)前氣凝膠行業(yè)處于拐點(diǎn)向上的飛速發(fā)展階段，原因在于氣凝膠在石化管道、鋰電池的應(yīng)用已經(jīng)具備高性價(jià)比，中石化、寧德時(shí)代等龍頭企業(yè)已經(jīng)從傳統(tǒng)隔熱材料切換至氣凝膠，頭部企業(yè)的標(biāo)桿效應(yīng)將帶來(lái)氣凝膠行業(yè)量的起飛。根據(jù)Aspen預(yù)測(cè)，未來(lái)10年全球市場(chǎng)空間合計(jì)在7000億元。



我們測(cè)算到2025年國(guó)內(nèi)石化管道和集中供熱管道對(duì)氣凝膠的需求將達(dá)154億元，鋰電池對(duì)氣凝膠的需求將達(dá)19億元，建筑建材對(duì)氣凝膠的需求將達(dá)7.3億元，合計(jì)需求在184億，未來(lái)5年年均增速將達(dá)63.6%。



化工企業(yè)憑借優(yōu)異成本控制及產(chǎn)業(yè)鏈一體化優(yōu)勢(shì)將進(jìn)一步降低氣凝膠的成本，促進(jìn)行業(yè)需求繼續(xù)提升。



目前已有多家上市公司布局氣凝膠領(lǐng)域，根據(jù)我們的統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)2021年氣凝膠產(chǎn)能合計(jì)16.75萬(wàn)方，而未來(lái)2年將新增23.56萬(wàn)方，供應(yīng)端年均增速在55%。在多方背景的新入局者中，我們以三種維度來(lái)看各玩家的核心競(jìng)爭(zhēng)力：短期看干燥技術(shù)的突破與優(yōu)勢(shì)競(jìng)爭(zhēng)；中期看產(chǎn)業(yè)鏈分工；長(zhǎng)期看原料自給優(yōu)勢(shì)。

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