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氣凝膠絕熱原理是什么？

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  姜經(jīng)理  

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★“無(wú)窮長(zhǎng)路徑”效應(yīng)：

 

氣凝膠的網(wǎng)狀骨架無(wú)限延長(zhǎng)熱傳導(dǎo)路徑，熱量難以在氣-固界面?zhèn)鲗?dǎo)。

 

 

★“零對(duì)流”效應(yīng)：

 

 

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

 

 

★ “無(wú)窮熱隔板”效應(yīng)：

 

 

氣凝膠的網(wǎng)絡(luò)骨架形成“無(wú)窮熱隔板效應(yīng)”對(duì)熱輻射具有遮蔽作用。

 

 

氣凝膠復(fù)合材料

 

 

采用納米氣凝膠與玻璃纖維、陶瓷纖維等基材復(fù)合，將具有優(yōu)異性能的氣凝膠與柔性基材完美結(jié)合在一起，最大化保留了氣凝膠輕質(zhì)、隔熱等特性，并賦予了氣凝膠柔性與韌性。具備超長(zhǎng)使用壽命、超強(qiáng)隔熱性能、超高防火性能、超優(yōu)機(jī)械性能的附加特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于軍工航天、熱力管網(wǎng)、石油化工、新能源汽車(chē)、軌道交通、消費(fèi)電子以及紡織品等領(lǐng)域。

 

 

政策支持

 

 

2020年聯(lián)合國(guó)大會(huì)上，我國(guó)首次提出碳達(dá)峰、碳中和的宏偉目標(biāo)。推廣使用氣凝膠絕熱材料取代傳統(tǒng)保溫材料，對(duì)減少碳排放、實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)具有重要戰(zhàn)略意義。

 

 

氣凝膠材料作為基礎(chǔ)性戰(zhàn)略前沿新材料，是國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展的新材料之一，國(guó)家已陸續(xù)發(fā)布多項(xiàng)政策文件支持氣凝膠產(chǎn)業(yè)的工業(yè)化應(yīng)用。

 

 

2021年9月22日，《中共中央 國(guó)務(wù)院關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見(jiàn)》（中發(fā)〔2021〕36號(hào)文）正式發(fā)布，為做好碳達(dá)峰、碳中和工作提出了指導(dǎo)性意見(jiàn)，“加快先進(jìn)適用技術(shù)研發(fā)和推廣，推動(dòng)氣凝膠等新型材料研發(fā)應(yīng)用”。

 

 

應(yīng)用案例

 

 

對(duì)于工業(yè)管道及設(shè)備保溫，相較于傳統(tǒng)保溫棉方案，氣凝膠方案具有安全、環(huán)保、節(jié)能、高效的特點(diǎn)。

 

 

以某中高溫工業(yè)蒸汽管道為例，架空敷設(shè)，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(shè)計(jì)使用氣凝膠絕熱氈對(duì)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(jié)能率可達(dá)40%以上。

 

 

兩種方案對(duì)比計(jì)算，相對(duì)于硅酸鋁方案，按每公里管長(zhǎng)計(jì)算，氣凝膠方案年節(jié)能量及收益如下：

 

 

按常年8000h運(yùn)行計(jì)算，熱價(jià)70元/GJ計(jì)算。

 

 

氣凝膠材料因?yàn)槠涫褂脡勖L(zhǎng)且安全高效，在時(shí)間周期較長(zhǎng)的情況下能為客戶(hù)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)價(jià)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(jì)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(tǒng)材料總投資減少約55%。平均每年節(jié)省9.177萬(wàn)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(wàn)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(nèi)（以15年為例），管線使用氣凝膠絕熱節(jié)能材料可為用戶(hù)累計(jì)創(chuàng)造36.215萬(wàn)元*13.3年≈481.659萬(wàn)元的額外經(jīng)濟(jì)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(tǒng)保溫棉方案減少了維護(hù)更換次數(shù)，從而減少了管道保溫運(yùn)維的成本，同時(shí)具有節(jié)能效果，為客戶(hù)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益，也很大程度上為企業(yè)降低了運(yùn)行管理成本，提高運(yùn)行管理水平。

 

 

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

 

 

氣凝膠絕熱氈是工業(yè)管道保溫、儲(chǔ)罐保溫、汽車(chē)防火隔熱材料和建筑保溫等領(lǐng)域最為理想的隔熱保溫材料。

注：本文僅展示、非商業(yè)用途。