Aerogel for Thermal Insulation of Interior Wall Retrofits in Cold Climates presentation at the best3 Conference



Yüklə 34,67 Kb.
Pdf görüntüsü
tarix26.05.2018
ölçüsü34,67 Kb.
#46423


© Fraunhofer USA 

Aerogel for Thermal Insulation of Interior Wall 

Retrofits in Cold Climates 

Dr. Nitin Shukla, Dr. Ali Fallahi and Dr. Jan Kosny 

Fraunhofer Center for Sustainable Energy Systems  

Cambridge, MA 02141 

 

Steve Harasim and Chris Blair 



Aspen Aerogels Inc. 

Northborough, MA 01532 

 

April 04, 2012 




© Fraunhofer USA 

Aerogels have extreme properties 

High porosity (80–99.8%) 



Low density (

∼0.003 g/cm

3



High specific surface area (500–200m

2

/g) 


Ultra-low thermal conductivity (0.02 W/m-K) 

Ultra-low dielectric constant (= 1.0–2.0)  



Ultra-low index of refraction (n~1.05) 



 

 

 



http://p25ext.lanl.gov/~hubert/aerogel/ 

http://www.aerogem.com/aerogel-photos-12.html 




© Fraunhofer USA 

Extreme properties  many applications! 

http://www.aerogel.com/products/pdf/Spaceloft_DS.pdf ,



http://fullers-

blog.blogspot.com/

,

http://berkeley.edu/news/media/releases/2006/01/10_dust.shtml



,

http://www.audax-

speaker.de

,

http://www.cdiweb.com/ewave/422



,

http://www.physorg.com/news/2011-03-advanced-carbon-aerogels-energy-applications.html

 

 



© Fraunhofer USA 

Aerogels for building applications 

Ultra low thermal conductivity  



  (0.02 W/m−K) 

Light weight 



Fire resistant 

Water repellent 



Non-toxic 



 

R~10

 compared to the commonly used thermal insulation materials 

such as XPS (R=5), EPS (R=4), PIC (R=6.5), and PU (R=6). 

 

Aerogels are expensive



 due to low production volume. 

 

 



http://stardust.jpl.nasa.gov/tech/aerogel.html 


© Fraunhofer USA 

Aerogel synthesis is a three step process 

Cost ~$1/cm

3

  very expensive!!



 

Sol-gel process 



  TMOS, TEOS, PEDS, MTES, silicon alkaoxide 

Gel Ageing 



  EtOH, TEOS, H2O 

  batch process 

Gel Drying 



  supercritical drying 

 



Aerogel reinforcing 

  fiberglass, carbon fiber, cross-linking with 



polymers 

 

 

 

 

Costly 



Time intensive, solvent evaporation 

High capital and 

energy costs 

Undesired increase in thermal conductivity and density 




© Fraunhofer USA 

Sol-gel process 



cheaper and more abundant alternatives such as rice husk, clay and 

OSA 



Gel Ageing 



low vapor pressure liquid 

continuous process 



Gel Drying 

atmospheric pressure drying  



freeze drying 

Aerogel reinforcing 



mechanically weaker yet cheaper and low conductivity alternatives, 

such as organic and biological fibers 

using less fiber content  



IR opacifiers, such as carbon black, titanium oxide to reduce radiative 

component 

 

 

 

 

 

Approaches to reduce aerogel production cost 




© Fraunhofer USA 

Interior wall application 



Space is premium 

Easy and quick on site installation 



 

 

 

 

 

Building retrofit applications 



http://www.aerogel.com/markets/building.html 

Exterior wall application 



Energy efficiency improvements without 

any reduction in living space  

Maintains building exterior appearance 



Easy and quick on site installation 



 

 

 

 

 



© Fraunhofer USA 

[1]


 According to RS MEANS Building Construction Cost Data 2011. 

[2]


 Includes interior trim and casing and estimated based on RS MEANS Building Residential Cost Data 2011. 

[3]


 According to RS MEANS Building Construction Cost Data 2011; the cheapest combination of rigid board insulation thickness was assumed for the cost analysis 

(e.g. 9” was assumed as 3 x 3” layer instead of 4 x 2” + 1”). For PU, the thermal bridging effect was taken into account while calculating the required thickness to 

achieve target R-value. This cost is composed of material and labor costs. The labor cost varies from $0.43/ft

2

 to $0.47/ ft



2

 depending on insulation type. 

[4]

 According to RS MEANS Building Residential Cost Data 2011. 



[5]

 According to 

http://ths.gardenweb.com/forums/load/hvac/msg0219104426118.html

[6]



 According to RS MEANS Building Residential Cost Data 2011, the cost per sq foot of living area of baseline house is $80.25. 

[7]


 This cost is composed of $2.75/ ft

2

 material cost and $0.51/ ft



2

 labor cost. Labor cost assumed the same as 1" rigid foam board installation cost from RS MEANS 

Building Construction Cost Data 2011. 

[8]


 3 1/2" thick and R-13, according to RS MEANS Building Construction Cost Data 2011. 

[9]


 After conversation with aerogel manufacturers and reviewing cost data, we assumed that in 

the


 short term prognosis, a cost of R-4/10mm blanket can be 

chosen at $2.75/ft

2



Aerogel blanket application on the interior surface of the wall 




© Fraunhofer USA 

Target of R-8 with aerogel application on interior wall 


© Fraunhofer USA 

Target R-4 and R-8 with aerogel application on interior wall 


© Fraunhofer USA 

Target R-12 with aerogel application on interior and exterior wall 


© Fraunhofer USA 

Conclusions 

Aerogel production cost can be reduced by using cheaper and more 



abundant raw materials such as rice husk, clay, OSA etc 

Continuous batch processing and APD may be considered for further cost 



reduction 

Cost associated with the aerogel application in residential retrofit projects 



is estimated and compared to the conventional building insulations method 

Aerogel method is cost competitive for a target insulation of R-4 for both 



the interior and the exterior installation cases 

R-8 interior insulation is within the range of current conventional 



insulations prices  

 

 

 



Document Outline

  • Aerogel for Thermal Insulation of Interior Wall Retrofits in Cold Climates
  • Aerogels have extreme properties
  • Extreme properties  many applications!
  • Aerogels for building applications
  • Aerogel synthesis is a three step process
  • Approaches to reduce aerogel production cost
  • Building retrofit applications
  • Slide Number 8
  • Slide Number 9
  • Target R-4 and R-8 with aerogel application on interior wall
  • Slide Number 11
  • Conclusions

Yüklə 34,67 Kb.

Dostları ilə paylaş:




Verilənlər bazası müəlliflik hüququ ilə müdafiə olunur ©www.genderi.org 2024
rəhbərliyinə müraciət

    Ana səhifə