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重量輕但地位不輕！氣凝膠材料這些特點勢必要成為節能建筑“C位”明星

文章來源：賢集網更新時間：2022-08-05 16:09:36

在節能減排的大背景下，建筑節能首當其沖成為焦點。尤其是建筑保溫材料，在近些年材料性能不斷提升，市場對保溫建材的節能性、環保性、易施工性、耐高溫阻燃性提出了更高的要求。

一方面建筑保溫材料的市場需求快速增長，另一方面對性能要求也越來越高。目前僅在建筑墻體保溫已形成了礦棉、玻璃棉、巖棉、膨脹珍珠巖、發泡水泥保溫板、泡沫玻璃、氣凝膠等多種體系的耐高溫阻燃材料。根據相關市場預計，2022年建筑保溫材料市場有大約1700億元的規模。

一直以來，建筑保溫材料市場對新技術和新材料的需求度很高。也是建材中更新迭代最快的產品。

氣凝膠是一種納米多孔固體材料，主要成分為超微粒子。該材料具有比表面積大、孔隙率高、粒徑小等特點。氣凝膠也稱為固態煙或凍煙，是目前被人們視為最輕的固體材料。由于氣凝膠特殊的物理結構，使其有著很強的防火和隔熱性能，可廣泛應用于建筑領域，在建筑節能領域有較好的發展前景。

神奇的氣凝膠材料

隔熱、保溫、輕量化，氣凝膠材料滿足建筑節能要求，符合建筑輕量化發展趨勢。

20世紀90年代以來，氣凝膠在全球范圍內受到廣泛關注，各國在其研究上投入了大量的資金和人力。國內對氣凝膠的研究也積累了較多的研發經驗，為氣凝膠材料的推廣應用創造了有利條件。

氣凝膠可分為無機氣凝膠、有機氣凝膠和碳氣凝膠，其中無機氣凝膠是以有機金屬物質為原料，通過超臨界干燥法進行制備，最終形成的低密度非晶固態材料。無機氣凝膠具有多種形式，常見的有陶瓷粉末、多元氧化物氣凝膠、超細金屬、單元氧化物氣凝膠等。有機氣凝膠主要材料為甲醛和苯二酚，制備過程只是在無機氣凝膠制備工藝上略有由改進。碳氣凝膠主要是通過炭化熱固性有機氣凝膠獲得的一種納米碳材料，主要具有非晶態、輕質、多孔特征，這種材料具有很強的導電性。

氣凝膠材料擁有很多特性，對建筑節能應用而言，一個重要性能就是保溫。氣凝膠材料具有高孔隙率，傳熱功能較為突出。首先，氣凝膠材料具有低密度，熱傳播路徑在氣凝膠結構中較長，極大降低了熱傳播效率。其次，氣凝膠材料粒徑小，通常在20nm以下，這種粒徑會限制空氣分子在氣凝膠材料中的自由活動，降低了空氣的對流熱導率。導熱率極低的氣凝膠可以阻擋大部分紅外輻射，而熱輻射的波長也很低。因此，氣凝膠具有良好的隔熱效果。

氣凝膠材料密度在0.16～4.0kg/m³之間，遠低于其他材料密度，符合建筑輕量化發展趨勢。此外，氣凝膠材料還具有防火、隔聲、耐腐蝕等優勢。

氣凝膠在建筑節能領域的應用

將導熱系數低的氣凝膠添加到傳統的砂漿和混凝土中，可以有效提升材料性能。

氣凝膠保溫砂漿是以硅酸鹽水泥為膠凝劑，加入氣凝膠、SiO?、玻璃微珠制成的。玻璃珠的尺寸比氣凝膠顆粒大得多，可以填充到砂漿基質中，較小的氣凝膠顆粒將間隙進一步填充，使孔隙率盡可能減小，保溫砂漿的導熱系數也隨之下降，可以獲得預期的建筑保溫效果。將保溫砂漿應用于建筑外墻表面，砂漿越厚，內外溫差越大。由此可見，氣凝膠保溫砂漿可以將熱量阻隔，能夠提升建筑結構的整體保溫節能效果。在混凝土中加入氣凝膠后，明顯降低了混凝土的重量和導熱系數，但也會損害混凝土的機械強度，所以氣凝膠混凝土應避免在承重墻使用。

氣凝膠粉末可用于內墻涂料，作為結構隔熱措施的補充，不僅適用于建筑內墻的保溫，也適用于外墻、樓頂保溫。

內墻保溫是建筑保溫工程的一個重要內容，但往往也容易被忽視，內部熱量通過內壁擴散，并傳遞到外部。內墻的保溫需要達到最基本的保溫要求，還要具有防火功能，應選擇無污染材料。使用氣凝膠保溫板能夠提升保溫、隔聲效果，還能滿足承受400℃以上的防火需求。氣凝膠粉末可用于內墻涂料，作為結構隔熱措施的補充，不僅適用于建筑內墻的保溫，也適用于外墻、樓頂保溫。氣凝膠粉末產品主要材料為氣凝膠和納米SiO?，經過特殊工序制成，孔徑極小，能夠滿足保溫性能要求，可廣泛用于建筑保溫層中。

在熱水器的儲水箱、集熱器、管道等部位應用氣凝膠材料，熱損失較以往可減少30%以下。

氣凝膠材料在屋頂太陽能集熱器中的應用由來已久，主要用于太陽能熱水器的保溫裝置中，使太陽能利用效率有效提高，更具實用性，能夠滿足人們的生活需求。在熱水器的儲水箱、集熱器、管道等部位應用氣凝膠材料，與普通材質的太陽能熱水器相比，能夠增加至少1倍的集熱效率，熱損失較以往可減少30%以下。

氣凝膠氈疏水性、隔熱性特征顯著，可以提高管道保溫效果，是一種理想的保溫材料。管道可以用氣凝膠氈包裹，作為保溫結構的主要保溫層，金屬保護層作為第二道保溫措施，可以對氣凝膠保溫層起到保護作用。在包裹多層氣凝膠氈時，可采用交錯重疊法來增強保溫性能。氣凝膠氈抗拉強度、柔韌性和抗壓性較好，保溫層施工較為簡單。此外，氣凝膠氈的疏水性使其導熱系數在使用過程中幾乎保持不變，氣凝膠保溫結構與傳統保溫結構相比，更有節能價值。

使用氣凝膠玻璃可以提高保溫效果，使太陽輻射影響減小，滿足人們的使用需求。

氣凝膠玻璃通常以中空、真空和夾層等形式降低玻璃的傳熱系數，而且能夠提升降噪能力。氣凝膠玻璃的節能效果明顯，在夏熱冬冷地區，氣凝膠玻璃在夏季可以削弱太陽輻射，減少約20%的熱損失。而在冬季，氣凝膠玻璃能阻擋約40%的室內熱空氣，具有良好的節能價值。盡管窗戶只占建筑圍護結構的一小部分，但能耗約占總能耗25%，主要原因是建筑窗戶沒有起到保溫作用，內部熱量往往通過窗戶擴散到室外。在夏季，陽光直接通過窗戶照射到室內，導致室內溫度升高。而使用氣凝膠玻璃可以提高保溫效果，使太陽輻射影響減小，滿足人們的使用需求。氣凝膠玻璃與普通玻璃相比具有較高的透光率，對室內采光沒有太大影響。現階段，氣凝膠玻璃主要有兩種類型，一種為夾層玻璃，另一種為鍍膜玻璃。夾層玻璃對于氣凝膠的消耗較多，相應的成本較高。相比之下，使用鍍膜玻璃的價格遠低于夾層玻璃，并且保溫性能良好，可達88%透光率，不會對室內采光造成影響。

我國已成功實現氣凝膠材料產業化

2月27日，伴隨著年產5萬方硅基納米氣凝膠復合材料項目在中化學華陸新材料有限公司一次性開車成功，產出第一批合格硅基納米氣凝膠復合絕熱氈產品，標志著中國化學工程以實業強國為己任，邁出了加快打造原創技術策源地、現代產業鏈鏈長的重要步伐。

氣凝膠復合材料是一種新型的納米絕熱材料，是目前已知的導熱系數最低、密度最低的固體材料，具有超長的使用壽命、超強的隔熱性能、超高的耐火性能和優越的機械性能，被譽為“改變世界的神奇材料”，廣泛應用于石油化工、熱力管網、建筑、新能源汽車等領域。氣凝膠作為高效的絕熱節能材料，是國家基礎戰略性前沿新材料，對降低碳排放、實現“雙碳”目標具有重要戰略意義。

該項目為目前國內工藝技術領先、自動化程度領先的氣凝膠項目，采用全自動超臨界干燥法制備氣凝膠技術，建設規模為30萬方/年。項目分三期建設，其中一期項目年產5萬方氣凝膠復合絕熱氈生產裝置及配套公輔工程于2021年2月開工建設；二期主要產品新增10萬方/年硅基氣凝膠復合材料，配套硅酸酯等硅基新材料；三期主要產品新增15萬方/年硅基氣凝膠復合材料，配套其他新型硅基材料。

氣凝膠市場空間

過去5年國內氣凝膠市場通過技術進步實現成本的快速下降，目前在石化管道、鋰電池方面具有極具競爭力的性價比，下游龍頭企業的切換訴求強烈，同時，在當前雙碳政策下，節能將成為化工、能源、建筑行業未來的發展的主旋律。

氣凝膠相對于傳統材料，其節能效果顯著，行業需求將在雙碳政策的推動下快速提升。2015-2020年國內氣凝膠材料產量年均復合增速為38.5%，當前成本相比10年前已經下降超80%。

我們認為當前氣凝膠行業處于拐點向上的飛速發展階段，原因在于氣凝膠在石化管道、鋰電池的應用已經具備高性價比，中石化、寧德時代等龍頭企業已經從傳統隔熱材料切換至氣凝膠，頭部企業的標桿效應將帶來氣凝膠行業量的起飛。根據Aspen預測，未來10年全球市場空間合計在7000億元。

我們測算到2025年國內石化管道和集中供熱管道對氣凝膠的需求將達154億元，鋰電池對氣凝膠的需求將達19億元，建筑建材對氣凝膠的需求將達7.3億元，合計需求在184億，未來5年年均增速將達63.6%。

化工企業憑借優異成本控制及產業鏈一體化優勢將進一步降低氣凝膠的成本，促進行業需求繼續提升。

目前已有多家上市公司布局氣凝膠領域，根據我們的統計，國內2021年氣凝膠產能合計16.75萬方，而未來2年將新增23.56萬方，供應端年均增速在55%。在多方背景的新入局者中，我們以三種維度來看各玩家的核心競爭力：短期看干燥技術的突破與優勢競爭；中期看產業鏈分工；長期看原料自給優勢。

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