במרדף אחר מבנים יעילים באנרגיה, ניהול תרמי התפתח כגבול קריטי.הרינג, אוורור וחשבון מיזוג אווירי כמעט 40% מסך צריכת האנרגיה הכוללת במבנים מסחריים ומבני מגורים, תוך שהוא מפעיל את העלויות התפעוליות ואת פליטת הפחמן.

מה הם Aerogels?

Aerogels הם חומרים סינתטיים שמקורם ג'ל שבו המרכיב הנוזלי - מים או אלכוהול צמיגים - מוחלפים עם גז באמצעות תהליך הנקרא יבשה סופר קריטי.התוצאה היא מוצקה עם צפיפות נמוכה מאוד (כ 0.0015 גרם / CM3, מה שהופך כמה aerogels בהיר יותר מאשר אוויר) ורשת ננופולטיבית כי תופסת 90-99.8% של נפח זה נותן את התכונות שלהם, 000, באופן מדהים, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 מטבוליזם, 000, 000, 000, 000, 000 חנקן, 000 מטבוליזם זעיר, 000, 000 מטבוליזם, 000, 000, 000, 000 מטבוליזם, 000 מטבוליזם, 000, 000 מטבוליזם, 000 מטבוליזם, 000 חנקן, 000 מטבוליזם, 000 מטבוליזם, 000 - 000 - 000 מטבוליזם, 000 - 000 מטבוליזם, 000 מטבוליזם, 000 - 000 - 000 - 000 מטבוליזם זעיר, 000 מטבוליזם, 000 חנקן, 000 חנקן, 000 חנקן, 000 - 000 חנקן, 000 חנקן, 000 חנקן מטבוליזם זעיר, 000 חנק

הסוג הנפוץ ביותר הוא silica aerogel, המיוצר מ סיליקון דו-חמצני והוא בשימוש נרחב בידוד תרמי. זנים אחרים כוללים aerogels פחמן (מוליכים ומשמש לאחסון אנרגיה), aerogels פולימר ( גמיש וחזק יותר), ומתכת תחמוצת אווירי מתכת (ליישומים קטליטיים או אופטיים) עבור בניית ניהול תרמי, אחליקים לשלוט בשל התנהגות נמוכה שלהם, הן שקיפות גבוהה, כולל חומרים מזיקים, הם גם חומרים מזיקים, כי הם שילוב של חומרים מזיקים.

כיצד Aerogels Insulate: אפקט סכינים

הביצועים יוצאי דופן של aerogels נובעים מתופעה המכונה אפקט Knudsen.ב חומר ⁇ , חום מועבר דרך שלושה מנגנונים: התנהגות מוצקה, זיהום גז, ו / העברה קורנטיבית. insulators קונבנציונלי כמו סיבים, חומר לכוד בין סיבים לנהל חום באמצעות התנגשות מוצקה.

יישומים בבניית ניהול הירומל

Aerogels הם לא מוצר יחיד אבל משפחה של חומרים הזמינים בצורות המתאימים רכיבי בניין שונים.הגלגולים המסחריים הנפוצים ביותר כוללים שמיכה אווירגל (מבשלות מטבולות עם חלקיקים אירוביים), לוחות נוקשים, granules translucent עבור בוהק, וציפוי ריסוס.כל גורם מתייחס לצרכים בנייה ספציפיים.

« בידוד

שמיכה של Aerogel, בדרך כלל 5 עד 20 מ"מ עבה, ניתן להתקין בקירות חלל, מאחורי קלדינג, או כשכבה אינסטלציה רציפה. ההתנגדות התרמית הגבוהה שלהם לעובי יחידה מאפשרת לאדריכלים להשיג ערכי R שאפתניים ללא עומק קיר גובר - יתרון קריטי בפרויקטים רטרוfit שבו החלל נמצא ב-Preaving. לדוגמה, שכבה של 10 מ"מ של שמיכה יקר יכול לספק את אותו בידוד כמו 50 מ"מ, במיוחד בתוך ביצועים כפולים זה.

גג ו בידוד

גגות הם בין החלקים הפגיעים ביותר של המעטפה בניין. לוחות Aerogel ושמיכות ניתן ליישם ישירות על לוחות גג או משולבים לתוך מערכות membrane.טבע קל משקל שלהם (כ 100-200 ק"ג / m3 עבור שמיכה) להפחית טעינה מבנית, מה שהופך אותם אידיאלי עבור רטרוfitting גגות שטוח על מבנים ישנים שאינם יכולים לתמוך בשכבות כבדות.

חלונות גלימות

חלונות הם נקודות חלשות לשמצה בבניית מעטפות תרמיות. Translucent aerogel granules, לעתים קרובות מלא בין panes של זכוכית, ליצור חלונות עם U-values נמוך כמו 0.5 W / m2K - ניתן להשוות לקיר מבודד היטב. אלה aerogel מלא גלימה מלא גלימה באופן טבעי, צמצום זוהר תוך מתן תאורה אחידה, בניגוד לחלונות גמישים פחות, הם זקוקים למעטים של חום, במיוחד, 000 ליטרים, ללא צורך צבעים.

קיר מסך וכותרות

מערכות cladding חיצוניות יכולות לשלב בידוד אווירול כשכבה רציפה מאחורי החומר הקדמי.גישה זו מבטלת גירוד תרמי באמצעות מתכת מחלחלת ומבנה תת-קרקעי. כמה יצרנים מציעים כעת לוחות קיר מוטבעים aerogel-coated אשר משלבים בידוד עם סימורים אסתטיים, המאפשרים לאדריכלים להגיע ביצועים גבוהים ללא עיצוב מתווה.

יתרונות על חומרים אינסטלציה

השוואת אווירולים לבודדים מסורתיים מגלה מספר יתרונות קריטיים המצדיקים את עלות הפרמיה שלהם ביישומים ממוקדים.

  • (FLT:0) Superior Thermal Conductivity: ההרחבה 1 (ב 0.013-0.0.020 W/mK, aerogels outperform Polyurethane) (0.022–0.028 W/mK), פולי סטיילרן נוקשה (0.30–0.038 W/mK), וסיבים (0.022–0.0.0.
  • (FLT:0) משקל אור: ⁇ FLT:1 עם דמויות נמוך כמו 0.12 g / 3 ס"מ (עבור שמיכה), aerogels להוסיף עומס רשלני למבנים.זה חשוב במיוחד עבור רטרוטוב מבנים היסטוריים עם יכולת עומס מוגבלת.
  • (FLT:0) Hydrophobicity:FLT:1 , הרבה דלקים מסחריים מטופלים כדי לדחות מים, למנוע צבירת לחות שיכולה לדרג ביצועים תרמיים לטפח עובש.בניגוד סיבים, אשר יכול לאבד עד 50% של ערך R שלה כאשר רטוב, הידרופובי לשמור על הכוח שלהם אפילו בתנאים לחמאים.
  • (FLT:0)Fire Resistance:FLT:1 Silica aerogels הם לא בלתי-מיושבים מטבעם ויכולים לעמוד בטמפרטורות מעל 1000 מעלות צלזיוס ללא הזרקת דרישות בנייה, שמיכה אוויריג לעתים קרובות להשיג דרגה A (ASTM E84), מה שהופך אותם מתאימים לשימוש בקירות וחדירה באש.
  • (ב) ⁇ :0) חומרים של Aerogel 1 מאפשר מים להתפוגג דרך המבנה שלהם, צמצום הסיכון של הדבקה בתוך ניגודי קיר - גורם משותף לבניית דעיכה באקלים קר יותר.
  • (FLT:0) ביצועים אקוסטיים:FLT:1, רשת ננו- ⁇ סופגת גלי קול, המספקת בידוד תרמי ואקוסטי דו-תכליתי.זה דרישה הולכת וגוברת בפרויקטים למגורים ובתי אירוח.

היתרונות הללו מתורגמים לחיסכון באנרגיה מוחשי.מחקרי שדה הוכיחו כי העפעפיים של בנייה עם בידוד אווירוגל יכול להפחית את צריכת האנרגיה של HVAC ב -30-50%, בהתאם לאזור האקלים ולתנאים הקיימים.לדוגמה, בלוק דירה לאחר המלחמה בגרמניה נסוג עם 20 מ"מ שלשכי אוויר על הקירות החיצוניים השיג ירידה של 40% בביקוש ללא שינוי של הבנייה.

אתגרים ומגבלות

למרות הביצועים המשכנעים שלהם, האירוגליקס עומדים בפני כמה מכשולים שמונעים מהם לנתק את בידוד הקונבנציונלי בכל היישומים.

(FLT:0) Cost:ureFLT:1 ייצור Aerogel נשאר יקר בהשוואה לחומרים מסורתיים. Silica aerogel שמיכה יכול לעלות $ 50- $ 1.00 רגל רבוע עבור שכבת 10 מ"מ בלבד, בעוד עטלפים סיבי זכוכית עלות $ 010- $0.20 רגל רבוע.

(FLT:0)Brittleness:FLT:1 טהור אחליקה aerogels הם שבריריים ויכולים לפצח או אבק תחת לחץ מכני.זה מגביל את השימוש שלהם באזורים בעלי קצב גבוה או עומס ללא capsulation מגן.הפיתוח של אקרגל גמיש - שבו האווירל נתמך על ידי מטריצה סיבים - יש בעיקר להקל על הנושא הזה, אבל טיפול עדיין דורש טיפול נדרש כדי להפחית את הנשימה הנכון אם לא יכול לשמש טיפול יעיל.

(FLT:0) אחריות בבניית הסביבה: רוב המוצרים המסחריים מכוסים על ידי קלוגליזציה או קטיפה, אבל כישלונות בחיתולים יכולים להוביל לחות מחזורית, חשיפה UV, או פעולה קפואה.רוב המוצרים המסחריים מכוסים על ידי קלודה או encapsulation, אבל כישלונות בחיתום יכולים להוביל לחות תוקפנות כי פשרת את המבנה של הזדקנות הם מתמשכים, אבל ארוך טווח ארוך טווח לעומת 20 שנים עדיין מוגבל של נתונים עדיין מוגבל.

(FLT:0) ייצור סקלאיליה: 1FLT (החברות כמו אספן Aerogels, Cabot Corporation ואחרים השקיעו בייצור בקנה מידה גדול, יכולת הייצור העולמית הכוללת נשארת צנועה יחסית לשוק הב בידוד הבנייה.מגבלות שרשרת האספקה יכולות להוביל לזמנים ארוכים לפרויקטים הדורשים כמויות גדולות.בנוסף, טביעת הרגל הסביבתית של CO2 ייבוש סופר קריטי היא נמוכה יותר מאשר חלופות מסוימות, אבל פתרונות אורגניים עדיין מציבים אתגרים ניהוליים.

(FLT:0) אינטגרציית מומחיות: מוצרים 1FLT:1 Aerogel שונים מאי בידוד סטנדרטי בדרישות הטיפול.הם עשויים לדרוש דבקים מיוחדים, מזרזים, או קבלנים מקצועיים רגילים לגלגל עטלפים סיבי זכוכית צריכים הכשרה כדי לעבוד עם שמיכה אווירית ללא פגע.

חידושים אחרונים וקרנות מחקר

תעשיית האירוגל מטפלת באופן פעיל באתגרים אלה באמצעות החידושים במדעי החומר.חוקרים פיתחו תרכובות אווירול המשלבות סיבים חוזרים (polyaramid, פחמן, basalt) כדי להגדיל את העוצמה והגמישות. אלה "אווירגלים גמישים" ניתן לגלגל, מתקפלים, או מתפתל, מה שהופך קל יותר ועמידות גבוהה יותר.

מאמצי הפחתת עלויות להתמקד בשימוש במבשרים זולים כמו sodium silicate (מים כוס) במקום TEOS, כמו גם אופטימיזציה של תהליכים יבשה. Ambient-pressure יבשה (APD) היא טכניקה מבטיחה כי מבטלת את הצורך בכלי לחץ גבוה על ידי טיפול על פני השטח ג'ל כדי לחזק את המבנה שלה, ולאחר מכן evaurating את הנוזל בלחץ סטנדרטי. APDGals הגיעו להתנהגויות תרמיליים עם חומרים המבוססים על פני השטח (כולל חומרים המבוססים על פני השטח) עם עודף אנרגיה מסחרית, כולל חומרים המבוססים על פני השטח).

עוד שדרות מרגשות היא התפתחות של חומרי בניין חכמים מכווצים על ידי חוקרים מאוניברסיטת קליפורניה יש חומרים שלב מוטבעים (PCMs) לתוך מזחלות אווירל, יצירת תרכובות אשר מאחסנות אנרגיה תרמית במהלך היום ושחררו אותו בלילה.חומרים אלה פועלים כמו buffers חום, צמצום עומסי חימום שיא וקירור תוך מתן אבטיפוס מתמשך כדי ירידה של 25% במזג אוויר HAC.

גם ארגלים transud עבור חלונות מתקדמים.על ידי שליטה בגודל הפודינג ושימוש ב- doped silica, מדענים יצרו יחידות בוהקות מלאות של Aerogel עם שידור אור גלוי מעל 70% וערכים U מתחת ל- 0.5 W / m2K. פיילוט במספר בנייני משרדים אירופיים, יחידות אלה מוכיחות כי יום קציר לא צריך לבוא על חשבון ביצועים תרמיים.

תוצאות חיפוש > Future Outlook and Sustainability Implications

כמו קודי בניין להיות מחמירים יותר - למשל, קוד השימור של האנרגיה הבינלאומית (IECC) ותקני בית הפסיבי דורשים אי פעם נמוך יותר ערך U-values - aerogels הם מוכנים למלא את הפער שבו חומרים סטנדרטיים לא יכולים להשיג את ההתנגדות התרמית הנדרשת ללא עובי מופרז. באזורים עירוניים צפופים שבהם מגבלות על פני שטח הרצפה מגבילות עומק בידוד, גלל מציע נתיב לבניינים של אפס ללא הקרבה.

מנקודת מבט קיימת, aerogels יכול לתרום באופן משמעותי כדי להפחית פליטות פחמן תפעוליות. A Life Cycle Assessment (LCA) השוואת קירות מבודדים לקירות מלוטשים על גבי בניין 60 שנים תוחלת חיים מראה כי פחמן מגולם של נתיבי ייצור אירוביים הוא מ 1–3 שנים באמצעות חיסכון באנרגיה, וכתוצאה מכך רווח פחמן נטו.

אימוץ Wider יהיה תלוי בהפחתה מתמשכת של עלויות וחינוך של שרשרת האספקה של הבנייה.תכניות ריכוזיות, כגון זיכויי מס עבור בידוד ביצועים גבוהים, יכול להאיץ חדירה בשוק. באירופה, כמה ממשלות עכשיו מסבסד רטרוfits עבור מבנים היסטוריים שבהם שיטות בידוד אחרות ישתנו מדיניות דומה בצפון אמריקה ואסיה יכולות לנהוג.

מסקנה

Aerogels מייצגים טכנולוגיה טרנספורמטיבית לבניית ניהול תרמי.השילוב הייחודי של מוליכות תרמית נמוכה, משקל, התנגדות אש, וסובלנות לחות מתייחס רבות של מגבלות של בידוד קונבנציונלי.בעוד עלות ועמידות נשאר מכשולים, חדשנות ללא רחמים סוגרת את הפער.עבור אדריכלים, מהנדסים, ובנייה המבקשים לעמוד ביעדים אנרגיה קפדניים תוך שמירה על גמישות ארכיטקטונית, aerogels כבר לא רק מעבדה - הם ראויים ביצועים מעשיים, כמו ביצועים גבוהים יותר, כמו גם ביצועים גבוהים יותר, כמו גם ביצועים גבוהים יותר של זמן רב יותר של תכנון יעיל יותר, כמו גם ביצועים גבוהים יותר, כמו גם ביצועים גבוהים יותר, כמו גם ביצועים גבוהים יותר של פיתוח יעיל יותר, כמו גם ביצועים גבוהים יותר של כוח גדול של כוח רצון יעיל יותר, כמו גם שיפור יעיל יותר של כוח גדול של כוח גדול של זמן רב יותר, כמו גם על איכות גבוהה של כוח אדם, כמו גם ביצועים.