11月2日,國內首條規(guī)?;?span id="cnxdpoh" class="wpcom_tag_link">氣凝膠玻璃生產線在這里正式啟動,它能造出的最大透明氣凝膠玻璃的尺寸是1.3米×0.8米。
這是一次“試水”。中南大學材料科學與工程學院盧斌博士介紹說,目前這一生產線的產能主要是為了引導和培育市場而建設,隨著市場培育的深入以及國家建筑節(jié)能標準的不斷提高,預計兩三年內,市場需求將會得到一定發(fā)展,尤其是在公共建筑以及既有建筑節(jié)能改造領域,屆時公司的大規(guī)模生產線將竣工投產。
高端透明氣凝膠的產業(yè)化
二氧化硅氣凝膠又被稱作“藍煙”、“固體煙”,是目前已知的最輕的固體材料,也是迄今為止保溫性能最好的材料。
1931年,美國Steven.S.Kistler博士無意中發(fā)明了這種物質,稱之為“冷凍煙霧”。它是將硅膠中的水提取出來,然后用諸如二氧化碳之類的氣體取代水的方法制成。
早期的氣凝膠非常易碎和昂貴,所以主要在實驗室里使用,直到上世紀60年代才重新引起人們的興趣。到了70年代末、80年代初,經(jīng)過法國科學家Feichner以及美國勞倫茲伯克利國家實驗室的ArlonHunt等人的不懈努力,氣凝膠才獲得了極大的發(fā)展,在90年代成為全球的研究熱點。
進入21世紀,美國航空航天管理局下屬的Aspen公司率先開始低端氣凝膠產業(yè)化,隨后,我國也相繼開始低端氣凝膠產業(yè)化,但高端透明氣凝膠均未產業(yè)化。
進入2012年,我國掀起第二次世界氣凝膠產業(yè)化熱潮。不過,長久以來,我國在氣凝膠研究和開發(fā)主要集中在附加值較高的航空航天、醫(yī)藥等方面,眾多領域仍屬空白。國內主要集中在同濟大學、國防科技大學、北京科技大學、哈爾濱工業(yè)大學、南京工業(yè)大學、浙江大學、中南大學、紹興納諾高科股份有限公司、廣東埃力生高新科技有限公司等。
歐盟在2010年發(fā)布的一份氣凝膠專題報告中預測:到2050年,氣凝膠產品會像今天的塑料一樣應用廣泛。
開拓新應用領域、開發(fā)低成本生產制備術是氣凝膠研究者們一直在努力的方向。盧斌博士創(chuàng)新團隊多年來也一直潛心于此。
經(jīng)過千百次的實驗和失敗,從最初的實驗室材料成果,盧斌所帶領的團隊突破并掌握了高端透明氣凝膠核心技術體系,逐漸開發(fā)出新型透明氣凝膠材料。2013年9月16日,該成果經(jīng)湖南省科技廳組織專家評審鑒定,認為該項技術“居國際領先水平”,具備產業(yè)化條件。其中擁有獨立自主知識產權核心技術主要包括:高端透明絕熱氣凝膠新材料技術、快速超臨界干燥工藝、大尺寸完整透明氣凝膠生產工藝。
此后的兩年里,盧斌帶領的團隊將工作重心放在建立完整的的產業(yè)化生產線上。
“首先要解決的是工藝設備問題,由于大部分設備都屬于非標設備,要解決從無到有的問題;其次,為了解決氣凝膠本質易碎以及產品形狀的問題,還需重新調整工藝;另外,需要進一步更新高端氣凝膠新材料的低成本制備技術,使氣凝膠玻璃制品在市場推行上更具優(yōu)勢。”盧斌向中國建材報記者表示。
經(jīng)過近兩年的科技成果產業(yè)化孵化,盧斌博士創(chuàng)新團隊成功解決了從生產工藝到設備的大量工程化問題、生產效率與成品率問題,成功開發(fā)出了第一代氣凝膠節(jié)能玻璃。
性能卓越的氣凝膠玻璃
兩片玻璃,中間夾填氣凝膠,這樣的“三明治”就是氣凝膠玻璃。它是基于中空玻璃又高于中空玻璃的新產品。
由于氣凝膠既具有絕熱特性,又具有吸聲特性,且具有透光性,因此氣凝膠玻璃的絕熱效果比普通的雙層玻璃高幾倍,且具有降噪效果。
“最低U值能達到0.5W/(m2·K),采光性能在75%以上,隔音降噪、抗風壓性能好,顯著降低冷熱自爆隱患,無結露,具有卓越的防火、吸熱性能,且薄、輕、節(jié)省其他材料,壽命長?!北R斌總結出氣凝膠玻璃的一連串性能。
隨著我國建筑節(jié)能標準的不斷提高,門窗節(jié)能效果越來越受重視。目前來看,我國建筑提高門窗節(jié)能效果的方式主要靠降低窗墻比和采用多層中空、真空玻璃等方法,前者雖可以起到節(jié)能效果,但在一定程度上降低了室內采光舒適度,增加了室內照明能耗;后一種方法則會增加玻璃窗的重量或有安全性能和使用壽命的擔憂。
中空玻璃通過增加玻璃厚度、填充惰性氣體、多腔體技術、低輻射涂層等技術實現(xiàn)保溫,而氣凝膠玻璃則通過材料自身極低的導熱系數(shù)和厚度實現(xiàn)。由于氣凝膠的多孔網(wǎng)絡結構對熱輻射具有“無窮隔熱板效應”,可通過增加氣凝膠的厚度來降低氣凝膠玻璃的傳熱系數(shù),如厚度為20mm的氣凝膠玻璃的U值可低于0.5W/(m2·K)。
“相對于其他種類節(jié)能玻璃而言,氣凝膠玻璃實現(xiàn)了建筑節(jié)能與舒適、環(huán)境方面三者平衡。通過氣凝膠玻璃冬季、夏季保溫性能模擬試驗可以看出,與單片玻璃、中空玻璃、Low-E玻璃等對比,氣凝膠玻璃的保溫性能是比較強的?!北R斌介紹說。
以丹麥的一座獨棟別墅為例,在丹麥現(xiàn)行建筑節(jié)能標準下,三層充氬氣玻璃的U值是0.6W/(m2·K),g值是0.46;而使用氣凝膠玻璃后,U值降至0.5W/(m2·K),g值是0.75。
在歐盟現(xiàn)行建筑節(jié)能標準下,這棟別墅如使用三層充氬氣玻璃,供暖需求量是6220千瓦/年,而使用氣凝膠玻璃的供暖需求量是5040千瓦/年,降低19%;如采用德國被動房標準建設,三層氬氣玻璃的供暖需求量為2070千瓦/年,氣凝膠玻璃為1380千瓦/年,下降34%。
如果將氣凝膠玻璃用于高層建筑取代一般幕墻玻璃,將大大減輕建筑物自重,并能起到防火作用。
目前,上懿豐新材料公司針對不同用途開發(fā)出兩種氣凝膠玻璃產品:一是采光玻璃,二是透明玻璃。
盧斌認為,隨著我國建筑節(jié)能標準的不斷提高,現(xiàn)有技術和產品遇到極大挑戰(zhàn),使用新材料勢在必行。根據(jù)節(jié)能玻璃在國內外發(fā)展情況來看,第一代為單腔中空玻璃,第二代為涂層+中空玻璃(含多腔中空玻璃),第三代是真空玻璃,而氣凝膠玻璃極有可能成為第四代節(jié)能玻璃。
性價比需提高標準待建立
由于氣凝膠具有優(yōu)異的保溫隔熱和透光性能以及耐高溫、隔音減震等良好性能,氣凝膠玻璃在建筑節(jié)能應用上具有獨特的優(yōu)勢和廣闊的前景。
據(jù)了解,我國每年城鄉(xiāng)新建建筑在15億平方米左右,北方采暖地區(qū)有10多億平方米非節(jié)能建筑需要進行節(jié)能改造,夏熱冬冷和夏熱冬暖地區(qū)有30多億平方米高能耗建筑需要進行節(jié)能改造。
“這總共55億平方米建筑的外窗面積大約是18億平方米,如果每平方米氣凝膠玻璃按2000元計價,可形成36000億元的市場需求?!弊》亢统青l(xiāng)建設部科技與產業(yè)化發(fā)展中心副總工程師、教授級高工屈宏樂極為看好氣凝膠玻璃的應用前景,“應用氣凝膠玻璃后每平方米建筑面積節(jié)能量保守按5kg標煤計算,每年可節(jié)約能源2750萬噸標煤。”
此外,在屈宏樂看來,因為氣凝膠可以緩沖和吸收爆炸沖擊波,人員密集的機場、車站、碼頭的候機樓、候車室、候船廳等特殊場所的窗戶玻璃可以首先使用氣凝膠節(jié)能玻璃,這樣可以從根本上減輕或消解自然或人為損害。
不過,盧斌博士深知,由于氣凝膠玻璃在國際上都屬于新產品,它在國內還沒有開始應用,因此氣凝膠玻璃新制品在以下方面還需繼續(xù)突破:首先是提高產品性價比。公司將著力解決生產成本問題,即需要通過擴大產能途徑,實現(xiàn)規(guī)?;?,擴大成本優(yōu)勢;其次是產品標準問題。應加快建立氣凝膠玻璃相關國家、行業(yè)或地方標準,以及應用技術規(guī)程與建筑構造圖集。
“有標準下游客戶才能放心使用,產品才能廣泛使用?!北R斌說,為更好推廣氣凝膠玻璃,上懿豐公司除了不斷研發(fā)、提高設備與工藝的生產效率以及降低成本外,還將努力獲得國家相關政策的支持,編制氣凝膠玻璃產品的國家、行業(yè)或地方等相關標準,抓好示范工程建設,建設大規(guī)?;a線,組建由設計、玻璃生產企業(yè)等相關產業(yè)鏈企業(yè)的戰(zhàn)略聯(lián)盟。