氣凝膠絕熱原理是什么？

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  姜經理  

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★“無窮長路徑”效應：

 

氣凝膠的網狀骨架無限延長熱傳導路徑，熱量難以在氣-固界面傳導。

 

 

★“零對流”效應：

 

 

氣凝膠的孔徑（20-50nm）小于空氣的平均自由程（70nm）故內部空氣無法自由流通。

 

 

★ “無窮熱隔板”效應：

 

 

氣凝膠的網絡骨架形成“無窮熱隔板效應”對熱輻射具有遮蔽作用。

 

 

氣凝膠復合材料

 

 

采用納米氣凝膠與玻璃纖維、陶瓷纖維等基材復合，將具有優異性能的氣凝膠與柔性基材完美結合在一起，最大化保留了氣凝膠輕質、隔熱等特性，并賦予了氣凝膠柔性與韌性。具備超長使用壽命、超強隔熱性能、超高防火性能、超優機械性能的附加特點，廣泛應用于軍工航天、熱力管網、石油化工、新能源汽車、軌道交通、消費電子以及紡織品等領域。

 

 

政策支持

 

 

2020年聯合國大會上，我國首次提出碳達峰、碳中和的宏偉目標。推廣使用氣凝膠絕熱材料取代傳統保溫材料，對減少碳排放、實現雙碳目標具有重要戰略意義。

 

 

氣凝膠材料作為基礎性戰略前沿新材料，是國家重點發展的新材料之一，國家已陸續發布多項政策文件支持氣凝膠產業的工業化應用。

 

 

2021年9月22日，《中共中央 國務院關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》（中發〔2021〕36號文）正式發布，為做好碳達峰、碳中和工作提出了指導性意見，“加快先進適用技術研發和推廣，推動氣凝膠等新型材料研發應用”。

 

 

應用案例

 

 

對于工業管道及設備保溫，相較于傳統保溫棉方案，氣凝膠方案具有安全、環保、節能、高效的特點。

 

 

以某中高溫工業蒸汽管道為例，架空敷設，蒸汽溫度465℃，壓力5.3Mpa，流量60t/h，管徑DN250，原使用150mm的硅酸鋁保溫，設計使用氣凝膠絕熱氈對比保溫效果如下：

 

 

使用150mm厚的硅酸鋁和使用60mm的氣凝膠絕熱氈的熱量損失相比較，使用氣凝膠方案的節能率可達40%以上。

 

 

兩種方案對比計算，相對于硅酸鋁方案，按每公里管長計算，氣凝膠方案年節能量及收益如下：

 

 

按常年8000h運行計算，熱價70元/GJ計算。

 

 

氣凝膠材料因為其使用壽命長且安全高效，在時間周期較長的情況下能為客戶創造更大的經濟價值。按硅酸鋁的有效使用壽命為3年，氣凝膠氈有效使用壽命為15年計算：15年間，使用氣凝膠絕熱氈比使用硅酸鋁氈減少4次布置，氣凝膠絕熱氈的總投資比傳統材料總投資減少約55%。平均每年節省9.177萬元的材料與施工成本；采用氣凝膠氈比采用硅酸鋁每年可獲得36.215萬元的收益，1.7年可收回使用氣凝膠氈多出的投資。在氣凝膠材料使用壽命期內（以15年為例），管線使用氣凝膠絕熱節能材料可為用戶累計創造36.215萬元*13.3年≈481.659萬元的額外經濟效益。

 

 

從氣凝膠材料全生命周期的角度考慮，氣凝膠方案較傳統保溫棉方案減少了維護更換次數，從而減少了管道保溫運維的成本，同時具有節能效果，為客戶創造更大的經濟效益，也很大程度上為企業降低了運行管理成本，提高運行管理水平。

 

 

同時，由于氣凝膠材料獨特的疏水透氣性，可最大程度的避免保溫層下的腐蝕現象（CUI）。

 

 

氣凝膠絕熱氈是工業管道保溫、儲罐保溫、汽車防火隔熱材料和建筑保溫等領域最為理想的隔熱保溫材料。

注：本文僅展示、非商業用途。