气凝胶是由纳米级孔隙和纳米骨架构成的三维连续多孔材料。其独特结构使其具有传统材料无法比拟的性能,最显著的是极低的热导率。
气凝胶孔径(20-50nm)
气凝胶微观结构
不同隔热材料的热导率
气凝胶的网状骨架无限延长了热传导路径,使热量难以在气固界面传导。
气凝胶的孔径(20-50nm)小于空气的平均自由程(70nm),从而阻止内部空气自由流动。
气凝胶的网络骨架形成了“无限热障效应”,能够屏蔽热辐射。
将纳米级气凝胶与玻璃纤维、陶瓷纤维等基材相结合,可使气凝胶的优异性能与柔性基材无缝融合。这最大限度地发挥了气凝胶轻质、隔热的特性,同时赋予其柔韧性与韧性。它还具备超长使用寿命、卓越的隔热性能、高耐火性以及优异的力学性能等特性,广泛应用于航空航天、热力管网、石油化工、新能源汽车、轨道交通、消费电子、纺织等领域。
对于工业管道和设备保温,与传统保温棉方案相比,气凝胶具有安全、环保、节能和高效的特点。
以某条中高温工业蒸汽管道为例,该管道采用架空敷设,蒸汽温度 465°C,压力 5.3Mpa,流量 60t/h,管径 DN250。原保温层为 150mm 硅酸铝。其与气凝胶隔热毡的隔热效果对比如下:
以某条中高温工业蒸汽管道为例,该管道采用架空敷设,蒸汽温度 465°C,压力 5.3Mpa,流量 60t/h,管径 DN250。原保温层为 150mm 硅酸铝。其与气凝胶隔热毡的隔热效果对比如下:
与使用150mm硅酸铝的热损失相比,采用气凝胶方案的节能率可超过40%。
在两种方案的对比计算中,相对于硅酸铝方案,按每公里管道长度计算,气凝胶方案的年节能量和效益如下:
*按恒定运行 8000h、热价 70 元/GJ 计算。
由于气凝胶材料使用寿命长、效率高,能够在更长时间内为客户创造更大的经济价值。按硅酸铝有效使用寿命3年、气凝胶毡有效使用寿命15年计算:15年内,使用气凝胶保温毡相比使用硅酸铝毡可减少4次安装次数。气凝胶保温毡的总投资比传统材料低约55%。这使材料和施工成本平均每年节省91,770元。使用气凝胶毡替代硅酸铝每年可产生362,150元的利润,使用气凝胶毡的额外投资可在1.7年内收回。在气凝胶材料的使用寿命期间(本例中为15年),在管道上使用气凝胶保温材料可为用户累计增加约481.659万元(362,150元×13.3年≈481.659万元)的经济效益。
考虑到气凝胶材料的整个生命周期,与传统保温棉方案相比,气凝胶方案减少了维护和更换周期次数,从而降低了管道保温的运行和维护成本。此外,它还实现了节能效果,为客户创造更大的经济效益,并显著降低企业的运营管理成本。
此外,得益于气凝胶材料独特的憎水性和透气性,它能够最大程度地防止保温层下腐蚀(CUI)。
气凝胶保温毡是工业管道保温、储罐保温、汽车防火隔热以及建筑保温等领域中最理想的保温材料。
以 SiO2 为基体的二氧化硅气凝胶,是本站几乎所有气凝胶隔热产品的商业化基准。其纳米多孔网络以可承受的成本实现了上述性能。
「纳米气凝胶」一词指的是小于 70 nm 的孔隙网络。它是一种结构,而非一种独立材料,正是这种结构延长了热传导路径并阻断了对流。
对设计选型人员而言,25 °C 下 0.019 至 0.021 W/(m·K) 的气凝胶导热系数,是与矿棉或泡沫材料对比时的首要数据。
延伸阅读: 什么是气凝胶?采购方指南
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