圖為氣凝膠節能玻璃生產(chǎn)現場(chǎng) 湖南長(cháng)沙寧鄉縣高新區，湖南上懿豐新材料有限公司。11月2日，國內首條規?；瘹饽z玻璃生產(chǎn)線(xiàn)在這里正式啟動(dòng)，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(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院盧斌博士介紹說(shuō)，目前這一生產(chǎn)線(xiàn)的產(chǎn)能主要是為了引導和培育市場(chǎng)而建設，隨著(zhù)市場(chǎng)培育的深入以及國家建筑節能標準的不斷提高，預計兩三年內，市場(chǎng)需求將會(huì )得到一定發(fā)展，尤其是在公共建筑以及既有建筑節能改造領(lǐng)域，屆時(shí)公司的大規模生產(chǎn)線(xiàn)將竣工投產(chǎn)。
高端透明氣凝膠的產(chǎn)業(yè)化
二氧化硅氣凝膠又被稱(chēng)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(wú)意中發(fā)明了這種物質(zhì)，稱(chēng)之為“冷凍煙霧”。它是將硅膠中的水提取出來(lái)，然后用諸如二氧化碳之類(lèi)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(shí)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(guò)法國科學(xué)家Feichner以及美國勞倫茲伯克利國家實(shí)驗室的Arlon Hunt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(diǎn)。
進(jìn)入21世紀，美國航空航天管理局下屬的Aspen公司率先開(kāi)始低端氣凝膠產(chǎn)業(yè)化，隨后，我國也相繼開(kāi)始低端氣凝膠產(chǎn)業(yè)化，但高端透明氣凝膠均未產(chǎn)業(yè)化。
進(jìn)入2012年，我國掀起第二次世界氣凝膠產(chǎn)業(yè)化熱潮。不過(guò)，長(cháng)久以來(lái)，我國在氣凝膠研究和開(kāi)發(fā)主要集中在附加值較高的航空航天、醫藥等方面，眾多領(lǐng)域仍屬空白。國內主要集中在同濟大學(xué)、國防科技大學(xué)、北京科技大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、南京工業(yè)大學(xué)、浙江大學(xué)、中南大學(xué)、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(zhuān)題報告中預測：到2050年，氣凝膠產(chǎn)品會(huì )像今天的塑料一樣應用廣泛。
開(kāi)拓新應用領(lǐng)域、開(kāi)發(fā)低成本生產(chǎn)制備術(shù)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(lái)也一直潛心于此。
經(jīng)過(guò)千百次的實(shí)驗和失敗，從最初的實(shí)驗室材料成果，盧斌所帶領(lǐng)的團隊突破并掌握了高端透明氣凝膠核心技術(shù)體系，逐漸開(kāi)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(zhuān)家評審鑒定，認為該項技術(shù)“居國際領(lǐng)先水平”，具備產(chǎn)業(yè)化條件。其中擁有獨立自主知識產(chǎn)權核心技術(shù)主要包括：高端透明絕熱氣凝膠新材料技術(shù)、快速超臨界干燥工藝、大尺寸完整透明氣凝膠生產(chǎn)工藝。
此后的兩年里，盧斌帶領(lǐng)的團隊將工作重心放在建立完整的的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)線(xiàn)上。“首先要解決的是工藝設備問(wèn)題，由于大部分設備都屬于非標設備，要解決從無(wú)到有的問(wèn)題；其次，為了解決氣凝膠本質(zhì)易碎以及產(chǎn)品形狀的問(wèn)題，還需重新調整工藝；另外，需要進(jìn)一步更新高端氣凝膠新材料的低成本制備技術(shù)，使氣凝膠玻璃制品在市場(chǎng)推行上更具優(yōu)勢。”盧斌向中國建材報記者表示。
經(jīng)過(guò)近兩年的科技成果產(chǎn)業(yè)化孵化，盧斌博士創(chuàng )新團隊成功解決了從生產(chǎn)工藝到設備的大量工程化問(wèn)題、生產(chǎn)效率與成品率問(wèn)題，成功開(kāi)發(fā)出了第一代氣凝膠節能玻璃。
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(chǎn)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(fēng)壓性能好，顯著(zhù)降低冷熱自爆隱患，無(wú)結露，具有卓越的防火、吸熱性能，且薄、輕、節省其他材料，壽命長(cháng)。”盧斌總結出氣凝膠玻璃的一連串性能。
隨著(zhù)我國建筑節能標準的不斷提高，門(mén)窗節能效果越來(lái)越受重視。目前來(lái)看，我國建筑提高門(mén)窗節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(huì )增加玻璃窗的重量或有安全性能和使用壽命的擔憂(yōu)。
中空玻璃通過(guò)增加玻璃厚度、填充惰性氣體、多腔體技術(shù)、低輻射涂層等技術(shù)實(shí)現保溫，而氣凝膠玻璃則通過(guò)材料自身極低的導熱系數和厚度實(shí)現。由于氣凝膠的多孔網(wǎng)絡(luò )結構對熱輻射有“無(wú)窮隔熱板效應”，可通過(guò)增加氣凝膠的厚度來(lái)降低氣凝膠玻璃的傳熱系數，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(lèi)節能玻璃而言，氣凝膠玻璃實(shí)現了建筑節能與舒適、環(huán)境方面三者平衡。通過(guò)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。”盧斌介紹說(shuō)。
以丹麥的一座獨棟別墅為例，在丹麥現行建筑節能標準下，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。
在歐盟現行建筑節能標準下，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(dòng)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(kāi)發(fā)出兩種氣凝膠玻璃產(chǎn)品：一是采光玻璃，二是透明玻璃。
盧斌認為，隨著(zhù)我國建筑節能標準的不斷提高，現有技術(shù)和產(chǎn)品遇到極大挑戰，使用新材料勢在必行。根據節能玻璃在國內外發(fā)展情況來(lái)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能玻璃。
性?xún)r(jià)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能應用上具有獨特的優(yōu)勢和廣闊的前景。
據了解，我國每年城鄉新建建筑在15億平方米左右，北方采暖地區有10多億平方米非節能建筑需要進(jìn)行節能改造，夏熱冬冷和夏熱冬暖地區有30多億平方米高能耗建筑需要進(jìn)行節能改造。
“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(jià)，可形成36000億元的市場(chǎng)需求。”住房和城鄉建設部科技與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展中心副總工程師、教授級高工屈宏樂(lè )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能量保守按5kg標煤計算，每年可節約能源2750萬(wàn)噸標煤。”
此外，在屈宏樂(lè )看來(lái)，因為氣凝膠可以緩沖和吸收爆炸沖擊波，人員密集的機場(chǎng)、車(chē)站、碼頭的候機樓、候車(chē)室、候船廳等特殊場(chǎng)所的窗戶(hù)玻璃可以首先使用氣凝膠節能玻璃，這樣可以從根本上減輕或消解自然或人為損害。
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