Pobierz pełny numer IZOLACJI

Pełny numer IZOLACJI 6/2018 [PDF]

możesz pobrać BEZPŁATNIE - po prostu ZAREJESTRUJ konto w portalu

Izolacje aerożelowe

dr inż. Jerzy Szyszka  |  11.04.2011  |  1
Kostka aerożelu podtrzymuje ważącą  ponad 1000-krotnie więcej cegłę.
Kostka aerożelu podtrzymuje ważącą ponad 1000-krotnie więcej cegłę.
Aerogels Poland

Rosnące koszty wytwarzania energii konwencjonalnej oraz polityka UE zmierzająca do ograniczania zużycia energii i emisji gazów w krajach członkowskich skłaniają do poszukiwania coraz bardziej efektywnych termoizolacji, nawet mimo stosunkowo dużego kosztu ich wytwarzania.

Takim materiałem izolacyjnym, który wydaje się spełniać rosnące wymagania, jest aerożel – materiał nanoporowaty, ultralekki i transparentny.

Aerożel został wynaleziony blisko 80 lat temu przez amerykańskiego chemika – Samuela S. Kistlera. Sposób uzyskania aerożelu był pozornie prosty – po kondensacji zolu krzemianowego w żel należało go wysuszyć, aby pozostała sama matryca stała składająca się z tlenku krzemu SiO2.

Suszenie żelu przez odparowanie prowadziło jednak do powstawania pęknięć i ich propagacji, a w konsekwencji do zniszczenia powstającej monolitycznej struktury. Ciecz wypełniająca niejednakowej średnicy pory powodowała nierównomierny rozkład sił pochodzących od ciśnienia kapilarnego, te zaś doprowadzały do wewnętrznych pęknięć.

Rozwiązanie, które zaproponował w 1931 r. Kistler, polegało na suszeniu żelu w autoklawie metodą podnoszenia kolejno ciśnienia, a następnie temperatury ponad punkt krytyczny płynu wypełniającego pory. Proces suszenia mógł trwać nawet kilka dni.

Materiał, który powstał, zadziwia swoimi właściwościami do dziś. Obecnie najczęściej stosuje się metodę suszenia opracowaną w Lawrence Berkeley Laboratory za pomocą nadkrytycznego CO2 [1].

Struktura aerożelu składa się ze sztywnego szkieletu przypominającego przestrzenną kratownicę otaczającą pory o wielkości 10–200 nm. Porowatość wynosi od 90 do ponad 99%. Gęstość w zależności od sposobu produkcji waha się od 2 do kilkudziesięciu kg/m³ [2]. Pomimo tak małej gęstości materiał ma dużą wytrzymałość na ściskanie.

Na fotografiach NASA można zobaczyć, jak kostka aerożelu o wadze 2 g podtrzymuje cegłę o wadze 2,5 kg (fot.).

powstawanie aerożeluMateriał w czystej postaci ma właściwości hydrofilowe, które przy kontakcie materiału z wodą powodują pęknięcia wewnętrznej struktury, jednak poddany zabiegom chemicznym staje się hydrofobowy, dzięki czemu doskonale nadaje się do różnorodnego zastosowania. 

Charakteryzuje się bardzo małą przewodnością cieplną – współczynnik przewodzenia ciepła λ wynosi 0,012–0,030 W/(m·K) [1].

Zawdzięcza to przede wszystkim ograniczonemu strukturą przewodzeniu i konwekcji (wymiary porów są porównywalne ze swobodną drogą cząstek powietrza), a także dużą absorpcją promieniowania przez krzemionkę, którą dodatkowo można zwiększyć przez modyfikację aerożelu związkami węgla.

Właściwość ta sprawia, że materiał ten stanowi bardzo dobrą izolację termiczną, której opór cieplny może odpowiadać nawet czterokrotnie grubszej izolacji z materiałów tradycyjnych.

Ponieważ przewodzenie ciepła aerożeli uzależnione jest od temperatury pracy, któa może się wahać od –270 °C do +650 °C, produkty końcowe są odpowiednio modyfikowane, aby zachować najlepsze parametry w określonych warunkach.

Dostępne na rynku izolacje aerożelowe występują pod wieloma postaciami: granulatu, taśm, płyt.

przekrój oknaAerożel obok wymienionych właściwości termoizolacyjnych ma jeszcze jedną cechę, która jest ważna szczególnie dla architektów, a mianowicie materiał ten przepuszcza światło.

Cecha ta stwarza nowe możliwości projektowania przegród – dzięki niej materiał ten poza pełnieniem tradycyjnych funkcji (ochrona przed czynnikami atmosferycznymi, zimnem, gorącem, hałasem) umożliwia także doświetlanie pomieszczeń światłem rozproszonym.

Aerożel w kompozycie z szybami znacznie poprawia właściwości izolacyjne (cieplne i akustyczne okna). Przykładowe zastosowanie okien z wkładką z granulatem aerożelowym przedstawiono na rys. 2.

Współczynnik przenikania ciepła U tego okna wynosi 0,4 W/(m²·K). Rozwiązanie z prototypową fasadą zastosowano w budynku ZAE-Bayern w Würzburgu.

 

Przykładem wykorzystania aerożelu w obudowie budynku są panele ścienne o grubości 7 cm (rys. 3). Są one prześwitujące, ale nie przezroczyste, dzięki czemu doświetlają pomieszczenia i nie powodują efektu oślepienia. Charakteryzują się korzystną wartością współczynnika przenikania ciepła U = 0,28 W/(m²·K). Redukują hałas o 5 dB.

Rozwiązanie, gdzie wykorzystano panele wypełnione aerożelem, zastosowano w Jersey, w General Hospital St. Helier.

panel ścianny    schemat izolacji

Aerożel jest także stosowany w instalacjach słonecznych (m.in. kolektorach, ścianach kolektorowo-akumulacyjnych) (rys. 4–5). Umieszczony w kolektorach słonecznych w przestrzeni między przeszkleniem i absorberem podnosi ich sprawność dzięki znacznej redukcji strat ciepła od powierzchni czołowej [4].

Jeszcze niedawno panowało przekonanie, że aerożel nie zastąpi typowych przezroczystych okien. Badania przeprowadzone w ramach UE projektu HILT (Highly insulating and light transmitting aerogel glazing for window) doprowadziły do opracowania technologii wytwarzania szyb, które obok przewodzenia ciepła λ (0,021 W/(m·K)) cechują się dobrą przezroczystością [5, 6, 7].

Badania nad możliwościami wykorzystania tego nowego–starego materiału trwają. W artykule przedstawione zostało przede wszystkim jego zastosowanie w budownictwie, jednak możliwości jego wykorzystania są bardzo różnorodne.

Aerożel na bazie siarki lub selenu ma zdolności wchłaniania atomów metali ciężkich z zanieczyszczonej wody. Ponieważ powierzchnia właściwa aerożelu wynosi nawet 1000 m²/g, mała bryłka może oczyścić wiele litrów wody [8].

W pracy „Adsorption and thermal release of highly volatile compounds in silica aerogels” [9] wykazano, iż istnieje możliwość chemicznej modyfikacji wewnętrznej powierzchni aerożelu w sposób umożliwiający cieplną kontrolę absorpcji i desorpcji wysoce lotnych substancji.

Właściwości te sprawiają, że aerożel jest szczególnie przydatny do wykorzystania w przemyśle farmaceutycznym lub spożywczym, np. do stabilizacji, wstrzymywania lub oddawania mieszanin smaku i zapachu podczas obróbki termicznej.

Dzięki właściwościom elektrycznym stosuje się go jako jako elektrody w superkondensatorach, elektrody w ogniwach paliwowych, materiał do magazynowania gazów lub cieczy, dejonizowania cieczy itd. Prowadzone są badania nad wykorzystaniem aerożelu do odsalania wody oraz oczyszczania paliwa wodorowego.

LITERATURA

  1. J. Fricke, T. Tillotson, „Aerogels: production, characterization and applications”, „Thin Solid Films – Elsevier”, 1997.
  2. LLNL, „Science & Technology Review”, no. 10/2003.
  3. M. Reim, W. Körner, J. Manara, S. Korder, M. Arduini-Schuster, H.-P. Ebert, J. Fricke, „Silica aerogel granulate material for thermal, insulation and daylighting”, „Solar Energy”, no. 79/2005.
  4. W. Smolec, „Fototermiczna konwersja energii słonecznej”, PWN, Warszawa 2000.
  5. K.I. Jensen, J.M. Schultz, F.H. Kristiansen, „Development of windows based on highly insulating aerogel glazings”, „Journal of Non-Crystalline Solids”, no. 350/2004.
  6. J.M. Schultz, K.I. Jensen, F.H. Kristiansen, „Super insulating aerogel glazing”, „Solar Energy Materiale & Solar Cells”, no. 89/2005.
  7. J.M. Schultz, K.I. Jensen, „Evacuated aerogel glazings”, „Vacuum”, no. 82/2008.
  8. M. Carmichael, „Newsweek”, 26.08.2007.
  9. „Adsorption and thermal release of highly volatile compounds in silica aerogels”, B.S.K. Gorle, I. Smirnova, M.A. McHugh, „The Journal of Supercritical Fluids”, no. 48/2009.

Komentarze

(1)
Della | 22.06.2013, 14:51
Witam,w swojej paeisce posiadamy też ule z wlotkiem umieszczonym centralnie ale przy takiej konstrukcji jest więcej pracy na przykład tak jak mf3wisz dwie pionowe kratki odgrodowe i zakładanie ocieplenia na zimę z dwf3ch stron. W naszej konstrukcji z wlotkiem przy jednej ze ścian jest łatwiej gospodarować. Ściana jest już ocieplona wiec matę ocieplającą zakładamy tylko z drugiej strony, kratkę odgrodową wkładamy też tylko jedną. Zakładanie podkarmiaczki ramkowej też jest proste, za miodną. No i miodobranie jest ułatwione bo tylko z jednej strony wyjmujemy ramki. Taka konstrukcja sprawdza się w naszej paeisce.
   1 / 1   

Wybrane dla Ciebie


Innowacyjny system kompozytowych wzmocnień konstrukcji »


W przypadku gdy temperatura przekroczy temperaturę zeszklenia, wówczas żywica nie jest... ZOBACZ »


Szukasz materiałów budowlanych dobrej jakości?

Dobierz najlepszy materiał izolacyjny »

Obok wiedzy na temat produktów, równie istotna jest znajomość technologii, którą... czytaj dalej » Niski poziom ochrony cieplnej generuje wysokie koszty utrzymania budynku, stanowiące duże obciążenie budżetu... czytaj dalej »


Opłacalność paneli fotowoltaicznych - najnowsze informacje i porady »

Uszczelnianie obiektów inżynieryjnych - jak to robią specjaliści?

W przyszłym roku nastąpią znaczne podwyżki cen energii elektrycznej, dlatego też warto zastanowić się nad montażem paneli fotowoltaicznych.
czytaj dalej »

Jak prawidłowo chronić ściany fundamentwe i zapewnić gwarancję żywotności obiektu? czytaj dalej »

Czym skutecznie zaizolować fundament?

Zadaniem hydroizolacji jest zablokowanie dostępu wody i wilgoci do wnętrza obiektu budowlanego. Istnieje kilka rodzajów izolacji krystalizujących, a ich znajomość ułatwia zaprojektowanie i wykonanie szczelnej budowli. czytaj dalej »

 


Uszczelnianie trudnych powierzchni! Zobacz, jak to zrobić skutecznie »


Doszczelniając przegrodę od strony wewnętrznej budynku ograniczamy przenikanie pary wodnej do warstwy izolacyjnej, natomiast... ZOBACZ »


Zgarnij bony o wartości 100zł. Zobacz jak »

Jak dobrać posadzkę do obiektu?

3 kroki do Super CashBack
czytaj dalej »

Wybierz posadzkę, która będzie funkcjonalna i łatwa w czyszczeniu... czytaj dalej »

Jak wykonać trwałe posadzki?

Jakich technologii oraz materiałów użyć do wykonania podłóg przemysłowych, naprawy betonów lub przeprowadzenia renowacji posadzek?  czytaj dalej »


Dlaczego hydroizolacja budynków jest tak ważna?

Sprawdzony sposób na przyspieszenie ocieplenia »

W budynkach nowo wznoszonych barierę dla wody gruntowej stanowi hydroizolacja zewnętrzna ścian piwnic i izolacja pod płytą fundamentową... czytaj dalej » Jakiego produktu użyć, by aplikacja była łatwa, efektywność większa, a tempo pracy ekspresowe? czytaj dalej »

Jak mocować elewacje wentylowane?


Jak w realnych warunkach zachowują się różne systemy mocowań elewacji wentylowanych? ZOBACZ »


Fakty i mity na temat szarego styropianu »

Jak zabezpieczyć rury przed stratami ciepła?

Od kilku lat rośnie popyt na styropiany szare. W Niemczech i Szwajcarii większość spr... czytaj dalej » Czym powinieneś kierować się przy wyborze odpowiedniej izolacji rur? czytaj dalej »

Najlepszy system stropowy?


Betonowe stropy można produkować na różne sposoby – z betonu przygotowanego na placu budowy lub w fabryce, gdzie panują kutemu optymalne warunki. ZOBACZ »


Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników portalu Izolacje.com.pl... dowiedz się więcej »
Alpha Dam Alpha Dam
O FIRMIE Alpha Dam Sp. z o.o. produkuje od ponad 10 lat profesjonalne materiały wodochronne i przeciwwilgociowe dla budownictwa.  Do 2008...
9/2019

Aktualny numer:

Izolacje 9/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Nowoczesne rozwiązania elewacyjne
  • - Jakość wykonania izolacji z szarego styropianu
Zobacz szczegóły
Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright @ 2004-2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl

.