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Über Aerogele – Das sollten Sie wissen

Was ist ein Aerogel?

Aerogel ist ein dreidimensionales, kontinuierliches poröses Material, das aus nanopartikulären Poren und einem Nanogerüst besteht. Seine einzigartige Struktur verleiht ihm im Vergleich zu herkömmlichen Materialien beispiellose Eigenschaften, wobei die bemerkenswerteste eine extrem niedrige Wärmeleitfähigkeit ist.

Aerogel – eine einzigartige Lösung für das Wärmemanagement elektronischer Produkte
Über Aerogele – das sollten Sie wissen
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Aerogel-Porengröße (20-50nm)

Aerogel-Mikrostruktur

Wärmeleitfähigkeit verschiedener Dämmmaterialien

Aerogel-Dämmprinzip

Über Aerogele – das sollten Sie wissen

“Unendlich langer Pfad”-Effekt:

Das netzartige Gerüst des Aerogels verlängert den Wärmeleitungspfad unendlich, wodurch Wärme an der Gas-Feststoff-Grenzfläche nur schwer geleitet werden kann.

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“Null-Konvektion”-Effekt:

Die Porengröße von Aerogel (20-50nm) ist kleiner als die mittlere freie Weglänge von Luft (70nm), wodurch verhindert wird, dass die innere Luft frei zirkulieren kann.

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“Unendliche thermische Barriere”-Effekt:

Das Netzwerkgerüst von Aerogel erzeugt einen “unendlichen thermischen Barriere-Effekt”, der einen Schutz gegen Wärmestrahlung bietet.

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Aerogel-Verbundwerkstoffe

Über Aerogele – das sollten Sie wissen

Durch die Kombination von nanoskaligem Aerogel mit Basismaterialien wie Glasfaser, Keramikfaser usw. wird die hervorragende Leistung von Aerogel nahtlos in flexible Substrate integriert. Dies maximiert die Leichtigkeit und die Dämmeigenschaften von Aerogel und verleiht gleichzeitig Flexibilität und Zähigkeit. Es besitzt zusätzliche Eigenschaften wie eine extrem lange Lebensdauer, eine erstklassige Dämmleistung, eine hohe Feuerbeständigkeit und außergewöhnliche mechanische Eigenschaften und wird in Bereichen wie der Luft- und Raumfahrt, thermischen Kraftwerken, der Petrochemie, neuen Energiefahrzeugen, dem Schienenverkehr, der Unterhaltungselektronik, der Textilindustrie und mehr weit verbreitet eingesetzt.

Anwendungsbeispiel

Für die Isolierung von industriellen Rohrleitungen und Anlagen bietet Aerogel im Vergleich zu herkömmlichen Isolierwolle-Lösungen Merkmale wie Sicherheit, Umweltfreundlichkeit, Energieeffizienz und hohe Wirksamkeit.

Am Beispiel einer industriellen Dampfleitung für mittlere bis hohe Temperaturen, die oberirdisch verlegt ist, mit einer Dampftemperatur von 465°C, einem Druck von 5,3 Mpa, einer Durchflussrate von 60 t/h und einem Durchmesser von DN250. Die ursprüngliche Isolierung bestand aus 150 mm Alumosilikat. Der Vergleich der Isolierwirkung mit einer Aerogel-Isolierdecke ist wie folgt:

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Am Beispiel einer industriellen Dampfleitung für mittlere bis hohe Temperaturen, die oberirdisch verlegt ist, mit einer Dampftemperatur von 465°C, einem Druck von 5,3 Mpa, einer Durchflussrate von 60 t/h und einem Durchmesser von DN250. Die ursprüngliche Isolierung bestand aus 150 mm Alumosilikat. Der Vergleich der Isolierwirkung mit einer Aerogel-Isolierdecke ist wie folgt:

Im Vergleich zum Wärmeverlust mit 150 mm Alumosilikat kann die Energieeinsparungsrate mit der Aerogel-Lösung 40% überschreiten.

Über Aerogele – das sollten Sie wissen

In der Vergleichsberechnung der beiden Lösungen, relativ zur Alumosilikat-Lösung, berechnet pro Kilometer Rohrleitungslänge, sind die jährliche Energieeinsparung und die Vorteile der Aerogel-Lösung wie folgt:

Über Aerogele – das sollten Sie wissen

*Berechnet auf Basis eines konstanten Betriebs von 8000 h, mit einem Wärmepreis von 70 RMB/GJ.

Über Aerogele – das sollten Sie wissen
Über Aerogele – das sollten Sie wissen

Aufgrund ihrer langen Lebensdauer und hohen Effizienz können Aerogel-Materialien über einen längeren Zeitraum einen größeren wirtschaftlichen Wert für Kunden schaffen. Berechnet auf Basis der effektiven Lebensdauer von Alumosilikat von 3 Jahren und der effektiven Lebensdauer der Aerogel-Matte von 15 Jahren: Über 15 Jahre reduziert die Verwendung von Aerogel-Isoliermatten die Anzahl der Installationen um 4 im Vergleich zur Verwendung von Alumosilikat-Matten. Die Gesamtinvestition in Aerogel-Isoliermatten ist etwa 55% geringer als die in traditionelle Materialien. Dies führt zu einer durchschnittlichen jährlichen Einsparung von 91.770 RMB an Material- und Baukosten. Die Verwendung von Aerogel-Matten anstelle von Alumosilikat erbringt einen jährlichen Gewinn von 362.150 Yuan, und die zusätzliche Investition in die Verwendung von Aerogel-Matten kann in 1,7 Jahren amortisiert werden. Während der Lebensdauer von Aerogel-Materialien (in diesem Beispiel 15 Jahre) können durch die Verwendung von Aerogel-Isoliermaterialien an Rohrleitungen etwa 4.81659 Millionen RMB (362.150 RMB*13,3 Jahre≈4.81659 Millionen RMB) an zusätzlichen wirtschaftlichen Vorteilen für die Nutzer angesammelt werden.

Betrachtet man den gesamten Lebenszyklus von Aerogel-Materialien, reduziert die Aerogel-Lösung im Vergleich zu traditionellen Isolierwolle-Lösungen die Anzahl der Wartungs- und Austauschzyklen und senkt somit die Betriebs- und Wartungskosten der Rohrleitungsisolierung. Darüber hinaus werden Energieeinsparungen erzielt, wodurch ein größerer wirtschaftlicher Nutzen für Kunden entsteht und die Betriebsverwaltungskosten für Unternehmen erheblich gesenkt werden.

Über Aerogele – das sollten Sie wissen
Über Aerogele – das sollten Sie wissen

Darüber hinaus wird aufgrund der einzigartigen wasserabweisenden und atmungsaktiven Eigenschaften von Aerogel-Materialien die Korrosion unter Isolierung (CUI) maximal verhindert.

Aerogel-Isoliermatten sind die idealsten Isoliermaterialien für die Isolierung von Industrierohrleitungen, die Isolierung von Tanks, den Brandschutz und die Isolierung in der Automobilindustrie sowie die Gebäudeisolierung und andere Bereiche.

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Der Begriff Nano-Aerogel bezieht sich auf dieses Porengitter unter 70 nm. Es ist die Struktur, kein separates Material, und sie ist es, die den Wärmepfad verlängert und Konvektion blockiert.

Aerogel-Wärmeleitfähigkeit auf einen Blick

Für Planer ist die Wärmeleitfähigkeit von Aerogel mit 0,019 bis 0,021 W pro m K bei 25 °C die wichtigste Kennzahl für den Vergleich mit Mineralwolle oder Schaum.