气凝胶中空玻璃是一种以气凝胶为主要原料的新型建筑材料，具有节能、安全、舒适等特点。本文主要介绍了气凝胶玻璃的发展现状、存在问题以及发展前景。
1、气凝胶vs气凝胶中空玻璃
气凝胶，又被称为“固态烟”或“冻烟”，是目前已知最轻固体材料。
气凝胶具有三维网状微观结构，使其具有低密度、低导热系数、高比表面积、高声阻抗等特有性能，从而在隔热、隔音、储氢、催化等领域有很好的应用前景。
气凝胶的制备一般包括三个阶段：湿凝胶制备，湿凝胶老化，湿凝胶干燥。
气凝胶中空玻璃，由两片玻璃中间夹填气凝胶组成，是一种基于中空玻璃又高于中空玻璃的新型建筑材料，于1977年首先由日内瓦的欧洲核研究中心研制。
图1 气凝胶中空玻璃结构示意图
气凝胶玻璃制品目前在高科技领域得到了广泛应用：用做航天、航海的窥视窗，代替汽车的钢化玻璃，在原子能和激光领域作为可透过各种射线的结构材料，做精密光学仪器的光学元件等。
气凝胶玻璃以其超级绝热性能、良好透光性及消音降噪等特性，在建筑节能领域具有广阔的发展和应用前景。
建材行业标准《气凝胶中空玻璃》JC/T 2669-2022已正式发布，见图2。
图2 JC/T 2669-2022《气凝胶中空玻璃》
该标准中给出了常见规格气凝胶中空玻璃的传热系数K值，见图3。
图3 常见规格气凝胶中空玻璃的传热系数K值
可见，6+12Q+6气凝胶中空玻璃K值为0.9，而常见6+12A+6中空玻璃传热系数K值为2.7，前者仅为后者的1/3。
目前限于成本较高、规模化生产程度不高等问题，气凝胶玻璃尚处于工程示范应用阶段。
2、国内外发展历史及现状
1931 年，美国Steven.S.Kistler博士无意中发明了二氧化硅气凝胶这种物质，称之为“冷冻烟雾”。
早期的气凝胶非常易碎和昂贵，所以主要在实验室里使用，直到上世纪 60 年代才重新引起人们的兴趣。
到了 70 年代末、80 年代初，经过法国科学家Feichner以及美国劳伦兹伯克利国家实验室的Arlon Hunt 等人的不懈努力，气凝胶才获得了极大的发展，在 90 年代成为全球的研究热点。
进入 21 世纪，美国航空航天管理局下属的 Aspen 公司率先开始低端气凝胶产业化，随后，我国也相继开始低端气凝胶产业化，但高端透明气凝胶均未产业化。
欧盟在 2010 年发布的一份气凝胶专题报告中预测：到 2050 年，气凝胶产品会像今天的塑料一样应用广泛。
以丹麦的一座独栋别墅为例，在丹麦现行建筑节能标准下，三层充氩气玻璃的 U 值是0.6W/(m2·K)，g 值是 0.46；而使用气凝胶玻璃后，U 值降至0.5 W/(m2·K)，g 值是 0.75。
在欧盟现行建筑节能标准下，这栋别墅如使用三层充氩气玻璃，供暖需求量是 6220 千瓦/年，而使用气凝胶玻璃的供暖需求量是 5040 千瓦/年，降低 19%。
如采用德国被动房标准建设，三层氩气玻璃的供暖需求量为 2070 千瓦/年，气凝胶玻璃为 1380 千瓦/年，下降 34%。
图4 国内外建筑节能玻璃发展历程及趋势
2012年天津南玻研发出气凝胶中空玻璃，将气凝胶和中空玻璃结合形成具有一定采光性能的墙体材料，隔热保温性能远超过现有低辐射节能玻璃，传热系数为0.5 W/(m2·K)，构造见图5。
图5 气凝胶中空玻璃构造示意图
2013年，中南大学研制的新型超级节能气凝胶玻璃在我国首次实现量产，填补了我国在该应用领域的一项空白，到目前为止，世界上也仅有少数国家拥有高端透明气凝胶核心技术。
气凝胶玻璃制品还需继续突破：通过扩大产能实现规模化效应，扩大成本优势；加快建立气凝胶玻璃相关国家、行业或地方标准，应用技术规程与建筑构造图集。
3、气凝胶玻璃的应用
气凝胶玻璃的应用主要集中于3种形式：气凝胶涂膜玻璃、整块状气凝胶玻璃和颗粒气凝胶填充玻璃。
(1) 气凝胶涂膜玻璃
气凝胶膜的制备工艺根据凝胶和镀膜的先后顺序不同分为2种。
第一种工艺：先在基板上用溶胶镀膜，再进行后续的凝胶、干燥过程。
第二种工艺：制备溶胶后，先凝胶，再将凝胶用溶刻超声或均质分散后镀膜。
(2) 整块状气凝胶玻璃
整块状气凝胶玻璃的制作工艺主要是将块状气凝胶夹于两块玻璃中间，然后用密封胶密封得到。
与颗粒气凝胶相比，整块状气凝胶太阳得热系数(SHGC)较高。
例如：10 mm厚整块状气凝胶玻璃太阳得热系数为0.9，而颗粒气凝胶填充玻璃太阳能得热系数为0.5。
(3) 颗粒气凝胶填充玻璃
将气凝胶颗粒直接充入两片玻璃的空腔中，得到气凝胶玻璃。
在市场应用方面，已经出现了一些生产颗粒气凝胶填充玻璃的商家。但目前还集中于欧美国家，而国内对这一部分仍未有较多涉足。
美国新泽西州纽瓦克一所大学使用气凝胶玻璃进行建筑节能改造，发现气凝胶玻璃系统较普通玻璃系统节能效果增加4倍。
纽约州立大学石溪分校诺贝尔大厅实施了气凝胶玻璃工程示范，获得了良好的自然光线和优越的绝热性，该项目获得LEED金牌认证，见图6。
图6 纽约州立大学石溪分校诺贝尔大厅
4、气凝胶玻璃需解决的问题
目前，气凝胶玻璃需要解决以下问题：
(1) 低成本常压干燥和快速制备技术，降低气凝胶颗粒及玻璃生产成本，提升气凝胶玻璃技术经济性。
(2) 完善气凝胶玻璃生产制造工艺技术，解决气凝胶玻璃可能出现的沉降、密封等问题。
(3) 通过计算模拟、工程示范等手段，针对不同气候和区域条件给出气凝胶玻璃节能减碳效率，绘制不同气候和区域节能分布图及其应用路线图。
5、气凝胶玻璃的发展前景
气凝胶玻璃同时兼具A级防火和极佳保温性能的优势，决定了其应用的广泛性。
(1) 安全性应用
与铯钾玻璃组合。气凝胶属于不燃材料，与铯钾玻璃组合，可在日益严格的建筑节能要求的基础上，显著提高玻璃防火等级。
与夹胶玻璃组合。气凝胶本身具有优异的吸能特性，通过与夹胶玻璃的组合应用，在满足日益严格的建筑节能要求的基础上，可显著提高玻璃防弹、防爆等级。
(2) 节能性应用
气凝胶玻璃具有优异的隔热保温性能，K值与气凝胶层厚度有关；气凝胶层厚度越大，其K值越低。
(3) 室内舒适性应用
建筑采光顶。气凝胶采光玻璃应用于建筑采光顶上，室内可避免眩光现象，并获得舒适的自然光环境及采光效果，见图7。
图7 气凝胶玻璃在建筑采光顶上的应用
玻璃幕墙。气凝胶采光玻璃通过与透明节能玻璃的组合使用，可显著减少眩光现象，并获得室内舒适的光环境以及采光效果。
(4) 美观性、智能性应用
气凝胶玻璃与陶瓷彩釉玻璃组合，在满足日益严格的建筑节能要求的基础上，可获得建筑立面的美学效果，充分满足建筑个性化要求。
气凝胶玻璃与智能化玻璃(电致变色、电加热玻璃、显示屏等)组合使用，在满足日益严格的建筑节能要求的基础上，可获得建筑立面的智能控制效果，充分满足建筑个性化要求。
6、总结
气凝胶玻璃是一种以气凝胶为主要原料的新型建筑材料，具有节能、安全、舒适等特点。本文主要介绍了气凝胶玻璃的发展现状、存在问题以及发展前景。
建材行业标准《气凝胶中空玻璃》JC/T 2669-2022已正式发布，给出了常见规格气凝胶中空玻璃的传热系数K值，大大低于常规中空玻璃的K值。
气凝胶玻璃的应用主要集中于3种形式：气凝胶涂膜玻璃、整块状气凝胶玻璃和颗粒气凝胶填充玻璃。
气凝胶玻璃需要解决低成本常压干燥和快速制备技术、气凝胶玻璃生产制造工艺技术和工程应用技术等问题。
气凝胶玻璃同时兼具A级防火和极佳保温性能的优势，在建筑玻璃安全性应用、节能性应用、室内舒适性应用和美观性、智能性应用场景具有广阔应用前景。
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