在当今社会，建筑行业的能源消耗和温室气体排放问题日益严峻。建筑施工领域的能源使用在全球总体能源消耗和温室气体排放中占据了很大的比例。为了应对这一挑战，提高建筑的能源效率成为了迫切的需求。像被动式房屋和零排放建筑这样的概念也开始在实际中得到应用。而在提高建筑能源效率的众多措施中，建筑的隔热保温无疑是非常关键的一步。

在追求最高的隔热性能时，人们开发出了许多具有低热导率值的新型隔热材料和解决方案。气凝胶，这种材料就成功地应对了这一挑战。虽然气凝胶早在 20 世纪 30 年代就被研发出来了，但直到最近，它才在建筑行业中得到了广泛的应用。

那么，气凝胶究竟是什么呢？

气凝胶是世界上最轻的固体，同时也是密度最小的物质。它不仅密度低，而且还有一个非常突出的优势——最好的热绝缘体。

从本质上来说，气凝胶是一种凝胶。在它的制作过程中，液体被气体所取代，并且不会发生收缩，从而保持了其分子结构的完整性。尽管气凝胶由超过 98% 的空气组成，但它的质地却非常坚韧和坚固。由于它的这些特性，气凝胶也被人们称为“冻结的烟雾”。

气凝胶在家庭建筑中的应用

建筑行业的能源消耗和二氧化碳排放问题不容小觑，建筑物的能源消耗占总能源消耗的 40%，二氧化碳排放占总排放量的 36%。减少建筑物在供暖和制冷方面的能源消耗，是应对气候变化的有效且有益的举措。而要减少这种能源损失，就需要根据新的建筑规范，采用更好的隔热材料。

目前常见的隔热解决方案往往是增加隔热材料本身的厚度。然而，这种方法最终会带来一些负面的影响，比如在经济方面，增加材料厚度会提高成本；在建筑设计方面，可能会影响建筑的空间布局和美观；在环境方面，更多的材料使用也会对环境造成一定的负担。这时，气凝胶技术就发挥了它的优势，它能够提供更紧凑、高性能的隔热材料和解决方案。

通过气凝胶，人们可以克服目前阻碍二氧化硅气凝胶在建筑领域广泛应用的两大主要障碍。第一个障碍是气凝胶本身的机械性能较差，第二个障碍是其生产和制造成本较高。有了气凝胶技术，我们就可以创造出一种新型的超级隔热材料。 相信通过前面的介绍，大家已经对气凝胶是什么以及它在家庭中的用途有了一定的了解。

气凝胶隔热的优点

1. 灵活性强

气凝胶隔热产品具有极强的灵活性。它有多种形式，比如气凝胶混凝土、气凝胶板材和气凝胶毡。这些产品通常以卷材的形式供应，并且有各种不同的尺寸和规格。而且，气凝胶隔热产品还可以很容易地被切割成我们想要的形状和大小。无论是墙壁、屋顶还是地板等任何表面，都可以使用气凝胶隔热产品，这大大降低了库存管理的复杂性。更棒的是，气凝胶隔热产品的生产也相对容易。

2. 无需有机黏结剂

在一般的隔热材料中，黏结剂的主要作用是将所有的纤维元素粘合在一起。但是，当温度升高到 200 摄氏度以上时，这些黏结剂往往会分解，导致纤维松动。这种情况在一些建筑物中很常见，比如在进行维护时拆除外部覆层时，就会看到纤维隔热材料开始向下垂落，无法再继续使用。

而气凝胶隔热材料就不存在这个问题，因为它不需要有机黏结剂。这使得气凝胶隔热材料在更高的温度下，依然能够保持结构的热稳定性和物理稳定性。

3. 透气且疏水

市场上大多数的隔热系统，如玻璃纤维、聚苯乙烯、矿棉等，往往会吸收水分并保留在材料内部。这最终会使它们容易受到绝缘层下腐蚀（CUI）的影响。当潮湿的隔热材料与任何金属表面接触时，就会导致 CUI 的发生。而使用气凝胶就可以很容易地避免这种情况，因为气凝胶具有疏水性。从功能上来说，气凝胶能够防止水和湿气通过缝隙和泄漏渗透到隔热系统中。

此外，气凝胶隔热材料无论以何种形式存在，都具有透气性。当墙壁或设备被加热时，气凝胶隔热材料的这种透气性可以让水蒸气通过，从而保持良好的空气流通。

4. 最低的 K 值

K 值其实就是材料的热导率。对于任何材料来说，如果它的 K 值越低，那么它的隔热性能就越好。气凝胶隔热系统具有最低的 K 值，这使得它可以根据需要制成非常薄的外形。

这种特殊的性能使得气凝胶隔热材料在空间有限的区域更加受欢迎。此外，气凝胶隔热系统的重量轻，这也为材料的运输、仓储和物流方面节省了不少成本。 不过，就像任何材料都有其优点和缺点一样，气凝胶也不例外。在了解了气凝胶的优点之后，我们也来看看它的缺点。

气凝胶隔热的缺点和局限性

1. 成本较高

与其他隔热系统相比，气凝胶隔热材料的价格要稍微贵一些。虽然随着气凝胶生产规模的扩大，其价格在逐渐下降，但目前在市场上，气凝胶隔热材料的成本仍然相对较高。

2. 温度限制

气凝胶隔热材料的设计耐受温度最高可达 650 摄氏度。如果温度超过这个范围，就需要使用其他合适类型的隔热材料了。

气凝胶的特性

1. 卓越的隔热性能

气凝胶最突出的特性之一就是它的隔热性能。它的隔热效果比最好的玻璃纤维隔热材料还要好 39 倍。

2. 极低的体积密度

气凝胶保持着所有材料中最低体积密度的记录。它的体积密度低至 0.011 克 / 立方厘米。

3. 独特的热导率

气凝胶具有出色的热导率特性，这得益于它独特的结构。它的热导率很低，大约在 0.005 瓦 /（米・开尔文）到 0.016 瓦 /（米・开尔文）之间。

4. 阻碍热传导

气凝胶结构的曲折和多孔路径使得热传导非常困难，无论是通过固体还是气体，都很难从气凝胶的一侧渗透到另一侧。

5. 优异的综合性能

由于气凝胶的高孔隙率，它具有出色的物理、热和声学性能，这使它在与其他传统隔热材料相比时具有很大的优势。

6. 亲水性

气凝胶具有亲水性的特点。

7. 化学稳定性

在温度高达 950 摄氏度时，气凝胶不会与任何金属发生反应。

气凝胶在家庭中实用的特性

1. 增强柔韧性

虽然气凝胶是一种极好的热绝缘体，但它也非常脆，这在一定程度上限制了它的实际应用。为了克服这个限制，人们将气凝胶嵌入到类似纤维垫的结构中，这样就可以同时实现出色的热性能和强大的柔韧性。

2. 出色的热导率和透气性

气凝胶的热导率为 0.015 瓦 /（米・开尔文），这使它成为当今使用的最好的隔热材料之一。再加上它大约 0.05 米的高透气性，使得气凝胶非常适合用于建筑物的翻新。

3. 疏水性

气凝胶具有疏水性，也就是说它能够排斥水或任何液体。

4. 环保无害

气凝胶隔热毡不含有任何发泡剂，这意味着它不会随着时间的推移向建筑物内释放任何有害气体。

5. 长期稳定性

经过大量的测试发现，气凝胶的性能在 50 年或更长时间内都不会下降或受到影响。

气凝胶隔热在可持续建筑施工中的应用

当我们谈到建筑的隔热时，通常会提到 U 值。U 值表示热量通过建筑物的墙体、屋顶、门窗等构件的散失速率。U 值越低，供暖系统产生的热量从建筑物中散失的速度就越慢，维持舒适的室内温度所需的能源输入也就越少。

现代新建的房屋通常 U 值约为 0.2 瓦 /（平方米・开尔文），而那些有实心墙的老旧建筑 U 值则高达 2.0 瓦 /（平方米・开尔文）。因此，隔热性能差会导致一系列的问题。所以，对这些老旧房屋进行升级改造不仅很重要，而且应该成为当务之急。

1. 气凝胶在墙体上的应用

在建筑物中，热量散失的薄弱点大多在外部墙体。墙体往往会吸收热量，但又无法长期储存这些热量，这就导致热量通过墙体散失到外部环境中。

在外部墙体上使用气凝胶隔热材料可以有效地防止热量散失到外部环境中。气凝胶毡或板材既可以用于外墙的隔热，也可以用于内墙的隔热。对于存在湿度问题的墙体，气凝胶提供了一站式的隔热解决方案。由于它具有防潮性能，对于潮湿的墙体来说，气凝胶也是一个非常理想的选择。

2. 气凝胶在屋顶上的应用

如果房屋的屋顶没有进行隔热处理或者隔热效果不佳，那么房屋可能会通过屋顶散失高达 25% 的热量。通过采用高质量的隔热措施，可以大大减少这种热量的损失。屋顶隔热层的主要功能是在冬天保暖，在夏天降温。这样的隔热层还需要节省能源、减少二氧化碳排放，并保护房屋免受结构损坏。

气凝胶隔热材料可以通过对屋顶的空腔进行隔热来满足所有这些要求。具体的做法是将薄薄的气凝胶条应用到屋顶上。

3. 气凝胶在门窗框架上的应用

在一个典型的建筑物中，门窗框架占据了建筑物围护结构的 25%。如果这些框架没有进行隔热处理，就会导致大量的热量通过窗框散失。因此，对房屋的所有框架进行隔热处理可以阻止这种热桥现象的发生，并将热性能提高 40%。

气凝胶隔热材料的疏水性为门窗框架提供了额外的防水屏障，它可以紧密地密封门窗框架，从而限制或减少与空气泄漏相关的热量损失。

4. 气凝胶在地板上的应用

气凝胶隔热材料的热效率高、抗压强度大，而且外形薄，这些特点使得它成为一种很有吸引力的地板下隔热层材料。在地板下安装气凝胶隔热材料非常容易和快捷，并且不会影响到门的安装。

此外，对于地下室的翻新来说，气凝胶隔热材料也是一种非常经济实惠的解决方案。气凝胶隔热材料可以与辐射地板一起使用，以节省能源并实现更快的加热循环。

5. 气凝胶在高效窗户上的应用

对于高效窗户来说，空气泄漏和冷桥是需要克服的两个最重要的问题。窗户的隔热同样非常重要。例如，如果只在墙体表面应用气凝胶隔热材料，而忽略了窗户的边缘部分，就会导致窗户和边缘部分的温度降低。

然而，温度的降低会增加这些区域出现冷凝的风险。因此，在窗户边缘区域至少添加少量的隔热材料是很有必要的，这可以将温度提高到足以降低冷凝风险的程度。

家庭中使用的气凝胶产品

1. 气凝胶颗粒

使用气凝胶颗粒可以实现气凝胶隔热。只需将这些松散的气凝胶颗粒填充到双层墙的空腔中，就可以提供隔热效果。气凝胶颗粒的热导率约为 19 毫瓦 /（米・开尔文）。这种产品使得在不破坏任何建筑构件的情况下进行翻新成为可能。但是，为了实现隔热效果，必须采用适当的填充方法，以避免产生灰尘，因为灰尘很容易通过小裂缝逸出。

2. 气凝胶毡

气凝胶毡可以将热量损失减少高达 60%。它的隔热性能非常低，热传递速率为 0.018 瓦 /（米・开尔文）。气凝胶毡最适合用于内墙的隔热。它具有透气性，并且也可以应用于不平整的表面。气凝胶毡的热导率高达 15 毫瓦 /（米・开尔文）。 气凝胶毡还具有出色的防火性能，其防火性能被归类为 A2 级。气凝胶毡可用于热桥和窗户边缘的隔热，也可用于水管和太阳能热水管的隔热。

3. 气凝胶板

气凝胶板与气凝胶毡非常相似，不同之处在于气凝胶板比气凝胶毡更坚硬，厚度也更大。气凝胶板基本上是通过将几层气凝胶毡或板材粘合在一起制成的，也可以通过层压的方式将气凝胶颗粒粘结成板材。 由于涉及到几层气凝胶毡，气凝胶板的热导率也高达 16 至 19 毫瓦 /（米・开尔文）。它最适合用于内墙的隔热。

4. 气凝胶面板

将气凝胶颗粒填充物夹在两个半透明或透明的面板之间，就形成了气凝胶半透明面板。这些面板可以由塑料或玻璃制成。半透明面板的两侧都被紧密密封，以防止灰尘进入。气凝胶半透明面板的热导率约为 19 毫瓦 /（米・开尔文）。由于热导率已经较高，所以面板的 U 值保持相对较低。

这种产品的主要亮点是，它结合了高隔热性能和漫射光的传输。

5. 气凝胶混凝土

气凝胶混凝土是一种超轻混凝土系统，其主要成分是气凝胶颗粒或粉末。生产气凝胶混凝土的主要目的是将混凝土的高强度特性与气凝胶的良好隔热性能结合起来。

气凝胶混凝土在具有较高抗压强度的同时，还具有相当的热导率，这使得它适合用于建造多层建筑的外墙，而无需进行进一步的隔热处理。气凝胶混凝土是一种经济实惠的解决方案，而且易于操作。