气凝胶超级绝热材料的快速制备及其建筑节能应用研究

【摘要】：SiO_2气凝胶材料具有轻质多孔、超低导热系数和超疏水等特点，作为隔热保温材料在建筑、工业等领域具有重要的研究和发展应用价值。本文以SiO_2气凝胶超级绝热材料的快速制备方法及其建筑节能应用为目标，研究基于一步溶胶置换-表面改性快速处理与低成本常压干燥的气凝胶超级绝热材料快速制备方法，采用单因素和正交实验等实验设计方法，研究气凝胶制备工艺参数的影响机制和优化方法，并分析气凝胶在建筑玻璃等方面的建筑节能应用效果。 采用单因素实验方法研究了气凝胶溶胶-凝胶、溶剂置换、表面改性等工艺参数影响，初步确定了气凝胶材料的制备工艺参数范围；通过四因素三水平正交实验设计，对水解时间、老化液体积比、改性时间、改性剂浓度等关键工艺参数进行了优化。实验结果表明在水解时间为12h、老化液体积比为1:4、改性时间为72h、改性剂浓度为10%的制备工艺参数条件下，可获得隔热和疏水性能优化的块状气凝胶材料，其导热系数和疏水角分别为0.018W/（m·K）和153.6°，具有超级绝热和超疏水性能，且该制备流程周期相比常规制备工艺可缩短一半。 采用遮阳系数仪实验测试了气凝胶超级绝热材料的红外透射曲线，其可见光透过率和遮阳系数分别为64.2%和0.87；把实验制备的块状气凝胶材料作为夹层填充到双层玻璃中制成气凝胶夹层玻璃，实验测试了气凝胶夹层玻璃的红外透射曲线和传热系数，结果表明其可见光透过率和太阳光直接透射率分别为43.2%和40%，遮阳系数和传热系数分别为0.66和1.2W/（m2·K），具有较好的透光隔热保温性能。 采用VE模拟软件计算了气凝胶夹层玻璃的建筑能耗，计算结果表明与普通玻璃、Low-E玻璃和中空玻璃等相比，气凝胶夹层玻璃的外窗传热负荷分别降低75%、63%和58%，在采暖为主的寒冷地区，采用气凝胶夹层玻璃后全年建筑空调节能率可达18%，具有明显的建筑节能效果。 【关键词】：建筑节能 隔热保温 气凝胶 一步溶剂置换-表面改性 玻璃
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TU551
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• 目录8-10
• CONTENTS10-12
• 第一章 绪论12-26
• 1.1 引言12-13
• 1.2 建筑隔热材料的研究及应用进展13-15
• 1.3 气凝胶超级绝热材料的研究进展15-20
• 1.3.1 气凝胶的结构与独特性质15-17
• 1.3.2 气凝胶的制备方法及现状17-20
• 1.4 气凝胶在建筑节能的应用进展20-24
• 1.5 选题依据和研究内容24-26
• 1.5.1 选题依据24
• 1.5.2 研究内容24-26
• 第二章 气凝胶的制备方法及性能表征方法26-38
• 2.1 实验设备与原材料26-28
• 2.2 SiO_2气凝胶的快速制备工艺流程28-30
• 2.2.1 溶胶-凝胶制备29
• 2.2.2 凝胶后处理29-30
• 2.2.3 常压分级干燥30
• 2.3 结构表征与性能测试方法30-37
• 2.3.1 结构表征30-33
• 2.3.2 疏水角测试33-34
• 2.3.3 隔热透光性能测试34-36
• 2.3.4 力学性能测试36-37
• 2.4 本章小结37-38
• 第三章 SiO_2气凝胶的制备过程研究38-54
• 3.1 SiO_2气凝胶制备条件的研究38-47
• 3.1.1 催化剂的研究38-39
• 3.1.2 水解时间的研究39-41
• 3.1.3 老化液体积比的研究41-42
• 3.1.4 水解量、老化时间的研究42-45
• 3.1.5 改性剂浓度及改性时间的研究45-47
• 3.2 正交实验法47-52
• 3.2.1 正交实验的设计48-49
• 3.2.2 正交实验的结果与讨论49-52
• 3.2.3 验证性实验52
• 3.3 本章小结52-54
• 第四章 SiO_2气凝胶的性能及结构表征54-61
• 4.1 SiO_2气凝胶形貌和结构表征54-56
• 4.2 SiO_2气凝胶疏水性分析56-57
• 4.3 SiO_2气凝胶透光隔热性分析57-59
• 4.4 本章小结59-61
• 第五章 SiO_2气凝胶玻璃在建筑节能中的应用研究61-78
• 5.1 整块气凝胶的透光性能61-62
• 5.2 气凝胶玻璃的制作与透光隔热性能62-65
• 5.3 气凝胶玻璃的建筑节能能耗模拟与节能评价65-76
• 5.3.1 建筑热工分区分析65-67
• 5.3.2 建筑模型分析67-70
• 5.3.3 建筑能耗模拟结果分析70-76
• 5.4 本章小结76-78
• 第六章 结论与展望78-80
• 6.1 结论78-79
• 6.2 展望79-80
• 参考文献80-86
• 攻读学位期间发表的学术论文86-88
• 致谢88

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