往玻璃窗上贴一张薄膜,能让老旧房屋在保障采光的同时冬暖夏凉?

这可不是普通的薄膜,其特殊之处在于添加了一种导热系数低、防火效果好的新型绿色建材——气凝胶,从而显著降低空调或暖气的能耗。

春节前夕,位于河北省唐山市曹妃甸区南堡经济开发区的中国铁建气凝胶中试生产基地传来喜讯——气凝胶材料稳定量产能力突破110吨。在渤海湾畔的中试生产基地里,科技日报记者见到了技术团队历经5年研发的气凝胶稀金隔热薄膜产品。

这款薄膜产品摸起来如同塑料,泛着微微的淡蓝色,可任意折叠卷曲。它的厚度仅50微米,约为单张A4纸厚度的一半。

“这张薄膜看着普通轻薄,内里可大有乾坤。”气凝胶材料技术负责人、中国铁建绿色低碳产业技术研究院绿色建材所所长王栋解释,薄膜由多种复杂结构组合而成,气凝胶浆料就均匀附着在关键功能层,因此薄膜具有了高隔热、防紫外、高透光的特点。

厂房内的一台装置验证了薄膜产品的性能。这台装置右侧为红外辐射灯,中间设有基座卡槽,左侧则摆放着一个由热能转为电能驱动的白色小风扇。打开红外辐射灯,风扇开始呼呼转动。王栋将一片普通的白玻璃放置在卡槽上,风扇不受影响,可当换成贴有薄膜的玻璃后,风扇立即停了下来。

“这是因为气凝胶稀金隔热薄膜的热学性能参数十分优异,其红外阻隔率达到94.3%,风扇几乎接受不到红外辐射了。”王栋说,该薄膜紫外线透过率仅为0.2%,同时具有很好的光学性能,其雾度实测值为0.1%,贴在玻璃上几乎不影响采光。

作为一种具有三维网络结构的纳米多孔材料,气凝胶孔隙率超过90%,被誉为“世界上最轻的固体”,是材料领域的“隔热王者”,已广泛用于石油化工、航空航天领域。但在建筑领域,长期以来,气凝胶材料难以突破规模化发展瓶颈。

“这主要是因为制造成本高昂,应用规范和评价标准不完善,气凝胶在建筑领域尚处于探索推广阶段。”中铁建设集团有限公司(以下简称“中铁建设”)总工程师、中国铁建绿色低碳产业技术研究院院长钱增志告诉记者,气凝胶材料因其优异的性能,在节能建筑、城市更新领域有广阔市场潜能。中铁建设自2021年起自主研发气凝胶材料,已针对建筑市场研制出气凝胶粉体、隔热涂料、稀金隔热薄膜3款产品,形成多项发明专利。

走进气凝胶中试生产基地车间,反应釜如钢铁巨人般林立眼前,管廊纵横连接,反射着金属光泽。王栋团队在这里经常试验至凌晨2点。

在气凝胶制备车间里,研究人员王会新指着近3人高的水解缩聚釜回忆了一段往事。去年3月,气凝胶工艺提升进入关键阶段。一次试验中,他和同伴操作机器引入反应溶剂,然后登上高台向下观察釜内情况,只见清澈透明的液体如“卤水点豆腐”般,凝聚成乳白色的胶状物,他和同伴不禁激动地叫起来,“凝了,凝了”!

从液体变成固体,不过短短的一分钟。王会新感慨道:“那一瞬间的激动和兴奋至今难忘。几年来,我们一直走在一条‘非主流’气凝胶材料制备道路上,稳定规模化量产气凝胶工艺成功,大伙心里都松了一口气。”

目前气凝胶材料制备仍以超临界方法为主流,成本高昂。王栋团队通过自主研发,走出一条低成本减压制备气凝胶新路,并独创设计干燥炉等系列设备。通过中试生产线,实验室阶段仅巴掌大的气凝胶材料,已实现每天稳产1吨的规模化生产。王栋坚信:“我们打通了从研发到产业化的路径,让气凝胶材料成本降下来,必将助力建筑绿色低碳发展。”

近期,王栋团队研发的气凝胶材料在示范应用中“大放异彩”。在中铁创业大厦改造过程中,气凝胶稀金隔热薄膜派上了大用场,经检测,夏天室内平均温度较贴膜前降低约5摄氏度。在海南博雅二期项目中,采用2毫米气凝胶涂料替代20毫米内墙保温砂浆,完成了11000平方米示范应用,降低了房间温湿度,有效解决了高温高湿气候下的西晒和霉变问题。

春节将至,王栋团队仍紧锣密鼓地进行着中试生产设备优化。他们即将奔赴海口,开展气凝胶涂料海南博雅二期示范应用验收工作,并筹建年产3000吨的气凝胶涂料生产线。

“新的一年,我们将扩大气凝胶材料中试计划,推动相关产品技术标准建设和示范应用,不断降低气凝胶材料制备成本,为建筑穿上节能‘新衣’,让更多百姓住上绿色安全舒适的‘好房子’!”王栋说。