气凝胶绝热原理是什么？

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  姜经理  

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★“无穷长路径”效应：

 

气凝胶的网状骨架无限延长热传导路径，热量难以在气-固界面传导。

 

 

★“零对流”效应：

 

 

气凝胶的孔径（20-50nm）小于空气的平均自由程（70nm）故内部空气无法自由流通。

 

 

★ “无穷热隔板”效应：

 

 

气凝胶的网络骨架形成“无穷热隔板效应”对热辐射具有遮蔽作用。

 

 

气凝胶复合材料

 

 

采用纳米气凝胶与玻璃纤维、陶瓷纤维等基材复合，将具有优异性能的气凝胶与柔性基材完美结合在一起，最大化保留了气凝胶轻质、隔热等特性，并赋予了气凝胶柔性与韧性。具备超长使用寿命、超强隔热性能、超高防火性能、超优机械性能的附加特点，广泛应用于军工航天、热力管网、石油化工、新能源汽车、轨道交通、消费电子以及纺织品等领域。

 

 

政策支持

 

 

2020年联合国大会上，我国首次提出碳达峰、碳中和的宏伟目标。推广使用气凝胶绝热材料取代传统保温材料，对减少碳排放、实现双碳目标具有重要战略意义。

 

 

气凝胶材料作为基础性战略前沿新材料，是国家重点发展的新材料之一，国家已陆续发布多项政策文件支持气凝胶产业的工业化应用。

 

 

2021年9月22日，《中共中央 国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》（中发〔2021〕36号文）正式发布，为做好碳达峰、碳中和工作提出了指导性意见，“加快先进适用技术研发和推广，推动气凝胶等新型材料研发应用”。

 

 

应用案例

 

 

对于工业管道及设备保温，相较于传统保温棉方案，气凝胶方案具有安全、环保、节能、高效的特点。

 

 

以某中高温工业蒸汽管道为例，架空敷设，蒸汽温度465℃，压力5.3Mpa，流量60t/h，管径DN250，原使用150mm的硅酸铝保温，设计使用气凝胶绝热毡对比保温效果如下：

 

 

使用150mm厚的硅酸铝和使用60mm的气凝胶绝热毡的热量损失相比较，使用气凝胶方案的节能率可达40%以上。

 

 

两种方案对比计算，相对于硅酸铝方案，按每公里管长计算，气凝胶方案年节能量及收益如下：

 

 

按常年8000h运行计算，热价70元/GJ计算。

 

 

气凝胶材料因为其使用寿命长且安全高效，在时间周期较长的情况下能为客户创造更大的经济价值。按硅酸铝的有效使用寿命为3年，气凝胶毡有效使用寿命为15年计算：15年间，使用气凝胶绝热毡比使用硅酸铝毡减少4次布置，气凝胶绝热毡的总投资比传统材料总投资减少约55%。平均每年节省9.177万元的材料与施工成本；采用气凝胶毡比采用硅酸铝每年可获得36.215万元的收益，1.7年可收回使用气凝胶毡多出的投资。在气凝胶材料使用寿命期内（以15年为例），管线使用气凝胶绝热节能材料可为用户累计创造36.215万元*13.3年≈481.659万元的额外经济效益。

 

 

从气凝胶材料全生命周期的角度考虑，气凝胶方案较传统保温棉方案减少了维护更换次数，从而减少了管道保温运维的成本，同时具有节能效果，为客户创造更大的经济效益，也很大程度上为企业降低了运行管理成本，提高运行管理水平。

 

 

同时，由于气凝胶材料独特的疏水透气性，可最大程度的避免保温层下的腐蚀现象（CUI）。

 

 

气凝胶绝热毡是工业管道保温、储罐保温、汽车防火隔热材料和建筑保温等领域最为理想的隔热保温材料。

注：本文仅展示、非商业用途。