行业研报丨气凝胶解锁建筑节能潜力，需求有望加速释放
气凝胶是最新一代高效节能隔热材料，是目前世界上导热率最低的材料。气凝胶是一种具有纳米多孔网络结构、并在孔隙中充满气态分散介质的固体材料，也是世界上最轻的固体。由于独特的结构，气凝胶在热学、声学、光学、电学、力学等多个领域都展示出优异的性能。目前商业化应用的气凝胶主要围绕其高效的隔热能力展开，下游用于石油化工、热力管网、锂电池、建筑建材、户外服饰、航天、军工等多个领域。
图 1：2021 年气凝胶消费结构
资料来源：IDTEchEX
气凝胶比传统保温材料保温性能好，同等保温效果下用量最小。与传统保温材料相比， 二氧化硅气凝胶绝热毡的保温性能是传统材料的 2-8 倍，因此在同等保温效果下气凝胶用量更少。以管道为例，直径为 150mm 的管道如果需要达到相同的保温效果，对应使用的保温材料膨胀珍珠岩、硅酸钙、岩棉、气凝胶毡的厚度分别为 90mm、76mm、64mm、20mm。
图 2：气凝胶与其他保温材料的性能对比
资料来源：华创证券
气凝胶使用寿命是传统保温材料的 4 倍，因此长周期具备经济性。气凝胶具有防水性好、阻燃性好、不易被腐蚀、结构稳定性好的特点，其更换周期在 20 年左右，而传统保温材料的更换周期在 5 年左右。传统保温材料如岩棉、膨胀岩等材料在长期使用过程中容易吸水，一方面影响保温效果，另一方面在吸水后由于重力作用导致保温材料分布不均匀，尤其是在管道保温的使用场景下，容易造成保温材料在管道下部堆积，最终影响使用寿命。聚氨酯材料超过 140℃ 会发生自燃。气凝胶则具有优异的防水效果及非常高的燃点，其憎水率达 99% 以上，在长期使用过程中仍能保持稳定的结构和隔热效果。
表 1：传统保温材料和气凝胶材料的性能对比
资料来源：头豹研究院
二氧化硅气凝胶的下游应用广泛，包括石油石化、热力管网、动力电池隔热、建筑节能等领域，与多种传统保温材料对比性能优越。在石化领域，气凝胶可以用在高压釜、蒸馏塔与管道保温层，取代传统保温材料岩棉、膨胀岩、硅酸钙等材料。在热力管网领域，气凝胶可以用在长输热力挂网外体保温，取代传统保温材料岩棉、聚氨酯等材料。在锂电池领域，气凝胶用于电芯间绝热，取代传统保温材料云母片。
表 2：气凝胶的应用场景和取代材料的优势对比
资料来源：爱彼爱和官网
气凝胶在建筑节能领域具有广阔的发展和应用前景。在碳中和背景下，建筑保温隔热材料也向节能、环保及高效等方向发展。当前市场上主要的建筑保温材料，如岩棉、玻棉等无机纤维棉，存在纤维结构疏松，易吸湿等问题，使用周期中保温性能会大幅下降。聚苯乙烯(PS)和聚氨酯(PU)泡沫等有机保温材料存在火灾风险。
气凝胶材料具有超低导热系数、A 级不燃、超轻质等特点，通常作为被动式节能措施的重要原材料，在门窗、建筑墙面保温及涂料等领域有望替代传统保温材料，在建筑节能降碳方面具有广泛的应用潜力。根据《“十四五”建筑节能与绿色建筑发展规划》，到2025年我国既有建筑节能改造面积将达3.5亿平方米以上，保温材料需求广阔。我们假设建筑面积未来五年不变，气凝胶渗透率持续提升，预计2025年中国建筑材料气凝胶市空间将达5.41亿元。
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，目前在高科技领域得到了广泛应用，可用做航天、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。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。
图 3：气凝胶中空玻璃结构示意图
建材行业标准《气凝胶中空玻璃》JC/T 2669-2022已正式发布，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，见表 3。
表 3：常见规格气凝胶中空玻璃的传热系数K值
资料来源：建材行业标准《气凝胶中空玻璃》JC/T 2669-2022
气凝胶隔热涂料是一种新型节能环保材料，能有效反射太阳光和红外线，利用气凝胶超强隔热性能，通过多种机理协同作用，降低建筑表面温度，实现显著的隔热和节能效果。通过对比 3 种典型建筑外墙分别应用气凝胶隔热涂料AC与两种常用外墙材料WC（白色颗粒漆）、CC（水泥）后的全年制冷能耗，使用气凝胶隔热涂料AC后，建筑的制冷能耗有了显著降低，如图 4。
图 4：三种典型建筑外墙使用不同涂料的全年制冷能耗
资料来源：《气凝胶反射隔热涂料在建筑领域的节能降碳应用》张广鹏等
气凝胶室内净化涂料是以气凝胶材料和天然矿物材料为主要原料制成的。气凝胶具有多孔的3D互连纳米网络结构，赋予了涂料更大的吸附能力和催化活性，这种结构可以增加气凝胶材料的比表面积，使其能够更好地接触和吸附甲醛、细菌和病毒等有害物质。同时，气凝胶的高反应活性接触面能够快速、高效地吸附有害物质并促进其分解和转化，从而有效净化室内空气。与普通内墙涂料相比，添加了气凝胶材料的涂料具有更加优异的性能，可以更好地实现抗甲醛、抗菌和抗病毒等功能，打造健康舒适安心的宜居环境，在家装领域具有广泛的适用性。
图 5：气凝胶的3D网状纳米微观结构
气凝胶绝热毡是采用溶胶-凝胶原位复合工艺，将气凝胶与玻璃纤维复合而成的柔性毡材，相较其他保温材料，气凝胶绝热毡具备保温层材料用量少、保温效果更好、使用寿命更长等优点，国内已有多家石油石化企业采用气凝胶绝热毡用于管线保温。
图 6：气凝胶绝热毡与传统保温材料性能对比
资料来源：德邦证券
气凝胶保温板是一种创新型防火保温材料，具有极佳的保温性能、防火性能和环保性能。相较于传统的保温材料，它的导热系数更低，能够提供更好的保温效果。气凝胶保温板还具有吸音降噪的功能，轻质耐用并且施工简便。气凝胶保温板可广泛应用于建筑隔热保温和保温装饰一体化等领域，满足建筑行业对安全环保、高效节能等方面的需求。
图 7：气凝胶保温板与传统保温材料性能对比
资料来源：华阳纳谷新材料
