Тепловая изоляция и энергосбережение

Е. Г. Овчаренко, к.т.н., генеральный директор,

В. М. Артемьев, зам. Генерального директора,

Б. М. Шойхет, к.т.н., заведующий отделом АО "Теплопроект",

В. С. Жолудов, технический директор АО "Термостепс"

Являясь одной из ведущих держав мира по производству энергии, Россия значительно уступает экономически развитым странам в вопросах рационального использования энергоресурсов. Так, сегодня на выпуск товарной продукции в среднем расходуется в Западной Европе - 0,5 кг у.т. на 1 доллар продукции, в США - 0,8, в России - 1,4. В 2-3 раза больше, чем в странах Западной Европы, в России расходуется тепла на отопление равной жилой площади.

Анализ опыта различных стран в решении проблемы энергосбережения показывает, что одним из наиболее эффективных путей ее решения является сокращение потерь тепла через ограждающие конструкции зданий, сооружений, промышленного оборудования, тепловых сетей. В этой связи обращает на себя внимание интенсивное развитие в рассматриваемых странах теплотехнического строительства и промышленности теплоизоляционных материалов. В некоторых странах, таких например как Швеция, Финляндия, Германия, США и других, объем выпуска теплоизоляционных материалов на душу населения в 5-7 раз превышает этот показатель для холодной России.

Расчеты показывают, что потребность только жилищного сектора строительства в эффективных утеплителях в 2010 году может составить 25-30 млн.м³ и должна быть удовлетворена, в основном, за счет отечественных материалов. Настоящие установленные (проектные) мощности страны по всем видам теплоизоляционных материалов оцениваются в 17-18 млн.м³ в год.

Объем производства теплоизоляционных материалов в 1998 году составил от 5 до 6 млн. м³, в том числе волокнистых (минераловатных и стекловатных) - 4-4,5 млн.м³.

Основным видом применяемых в России утеплителей являются минераловатные изделия, доля которых составляет более 65%, около 8% приходится на стекловатные, около 20% - на пенополистирол и другие пенопласты. Доля теплоиоляционных ячеистых бетонов в общем объеме теплоизоляционных материалов не превышает 3%, вспученного перлита, вермикулита и изделий на их основе - 0,4-0,6%. Структура объемов выпуска утеплителей в России мало отличается от сложившейся в развитых странах, где волокнистые утеплители также занимают 60-80% от общего выпуска теплоизоляционных материалов.

Основой промышленности теплоизоляционных материалов является минераловатное производство. На территории России расположено 69 предприятий и цехов по производству минераловатных изделий. Общее количество технологических линий - 122. Суммарная установленная (проектная) мощность предприятий - около 12 млн.м³ в пересчете на изделия плотностью 100 кг/м³.

Распределение объемов выпуска утеплителей по стране далеко от равномерного.

Ряд крупных регионов, таких как Архангельская, Калужская, Костромская, Орловская, Кировская, Астраханская, Пензенская, Курганская и другие области, Республика Марий Эл, Чувашская республика, Калмыкия, Адыгея, Карелия, Бурятия и другие не имеют своего производства эффективных теплоизоляционных материалов.

Относительно благополучным является Северо-западный регион, а наибольшие проблемы с утеплителями собственного производства в Северном, Поволжском, Северо-Кавказском и Западно-Сибирском регионах.

Некоторые предприятия выпускают материалы, которые нельзя отнести к современным. Это производство минераловатных плит на битумном связующем, перлитобитумные плиты и другие. Очевидно, что мощности этих предприятий не будут подниматься до проектной, даже в условиях повышения спроса на тепловую изоляцию.

Рассматривая вопрос применения теплоизоляционных материалов в строительстве, нельзя не остановиться на легких заполнителях для бетонов.

Сегодня производство одослойных стеновых ограждений базируется большей частью на применении керамзита. В качестве мелкого заполнителя используется керамзитовый песок и часто просто тяжелый кварцевый песок. Вследствие этого теплотехнические характеристики такого бетона далеки от требуемых. Между тем в стране имеется опыт использования в таких бетонах легких перлитовых песков, что позволяет снизить их плотность до 600-800 кг/м³. Такой опыт имеется в ЦНИЭПЖилища. С керамзитоперлитобетонами и перлитобетонами долгие годы работали Воронежский ДСК (п. Придонской), Улан-Уденский ДСК-1, завод ЖБИ (г.Нальчик). Город Шелехово Иркутской области более четверти века строит дома из перлитобетона.

Улучшить теплотехнические характеристики строящихся и эксплуатируемых зданий можно, применив теплые штукатурки. В нашей стране не заслуженно мало внимания уделяется этому эффективному материалу. Штукатурка может быть нанесена при выполнении работ как на наружную, так и на внутреннюю поверхность зданий. В состав входят теплоизоляционный наполнитель, связующее и добавки. Помимо перлита в качестве наполнителя могут быть использованы гранулы пенополистирола, пеностекла и т. д., однако, на наш взгляд, приоритет должен быть отдан неорганическим материалам. Связующее - цемент, гипс. При толщине слоя 4-6 см сопротивление теплопередаче кирпичных стен может быть увеличено в 1,5-2 раза. Хорошо сочетаются перлитовые штукатурки с ячеистым бетоном, пенобетоном и другими материалами, особенно в тех случаях, где необходимо обеспечить необходимую газопроницаемость. Сухие смеси теплых штукатурных растворов могут поставить Мытищинский комбинат "Стройперлит", Апрелевский опытный завод теплоизделий "Теплопроект", Хотьковский АО "Теплоизолит". Производство таких смесей может быть организовано и на ДСК.

В современных условиях удовлетворение требований как существюих, так и перспективных норм, можно осуществить, используя эффективные утеплители. Так, в трехслойных панелях существующего парка форм наилучшие результаты по сопротивлению теплопередаче получают, используя пенополистирол (2,07-3,9 м²·°C/Вт), фенольно-резольный пенопласт (2,03-3,85 м²·°C/Вт), плиты из минеральной ваты (2,29-3,2 м²·°C/Вт).

Следует отдельно остановиться на пенопластах, производство и применение которого в последние годы растет. В 1997 году в Санкт-Петербурге введен в эксплуатацию завод NЕSТЕ "ПеноПласт" проектной мощностью 120 тыс.м³ пенополистирола по финской технологии "NЕSТЕ Chemical". Расширены объемы производства пенополистирола в АО "Стройпластмасс" (г.Мытищи), АООТ СП "ТИГИ-Кнауф" (г.Красногорск), в Татарстане и других районах. В г. Реже (Свердловская область) освоено первое в России производство экструдированного пенополистирола на отечественном оборудовании. Разработана технология и начато производство нового отечественного пенопласта "Пеноизол".

При хороших теплотехнических показателях удельные капитальные затраты на строительство мощностей по производству пенопластов меньше аналогичного показателя для минераловатного или стекловатного производства. Меньшей получается и стоимость одного кубического метра пенополистирола по сравнению с неорганической волокнистой теплоизоляцией. Этим и объясняется в наше кризисное время увлечение этим материалом. Вместе с тем, если учитывать пожаробезопасность зданий, долговечность и стабильность теплотехнических и физических свойств во всем периоде их эксплуатации, приоритет должен быть отдан неорганическим утеплителям из минеральной и стеклянной ваты.

Среди наиболее применимых в строительстве, как в индустриальных конструкциях, так и в дополнительной изоляции зданий - плиты теплоизоляционные из минеральной ваты на синтетическом связующем (ГОСТ 9573-96 и ТУ 762-010-04001485-96) марок П75, П125, П225; изделия из стеклянного волокна (ТУ 5763-002-00287697-97) марок П45, П45Т,П60, П75. Для утепления кровли, чердачных перекрытий, наряду с указанными, применимы минераловатные плиты повышенной жесткости на синтетическом связующем (ГОСТ 22950-95), плиты минераловатные гофрированной структуры (ТУ 5762-001-05299710-94) марок П175ГС, П200ГС.

Такую продукцию выпускают сегодня многие отечественные заводы: АО "Термостепс" (Тверь, Ярославль, Салават, Омск, Пермь), АО "Комат", АО "Мосасботермостекло", Назаровский ТИМ, Бокинский ЗТМ, "Флайдерер-Чудово" и другие. К сожалению следует констатировать, что номенклатура отечественных плитных утеплителей расширяется крайне медленно и сегодня весьма скудна. При кажущемся обилии волокнистой теплоизоляции проблема заключается в том, что объем выпуска конкурентоспособной продукции наиболее полно отвечающей требованиям современного строительства недостаточен. В основном она выпускается предприятиями, оснащенными импортным оборудованием. Технический уровень большинства предприятий значительно отстает от мирового. Однако, целый ряд предприятий (например, АО "Термостепс", АКСИ, Хабаровский ЗМВИ и др.) несмотря на сложные экономические условия серьезно занимаются совершенствованием действующих производств.

К новым материалам, развитие которых также позволило бы решать проблему утепления зданий, можно отнести такие материалы, как "лигноперлит", "термоперлит", "эпсоперлит" (АО "Теплопроект"), "пеноизол" (МЕТТЭМ), "геокар" (на основе торфа), "динатерм" (на основе диатомита), "тизол" (на основе гипса) и другие. Сегодня, в условиях бурного развития мелкого бизнеса и индивидуального творчества появляется большое количество новых теплоизоляционных материалов, поражающих декларированными свойствами и ценами. Однако при их использовании в строительстве следует применять только те, которые прошли испытания в специализированных, аккредитованных Госстроем и Ростестом лабораториях и центрах, таких, например, каким является Испытательный центр "Стройтеплоизоляция - тест" при АО "Теплопроект".

Перед промышленностью теплоизоляционных материалов современное энергоэффективное строительство ставит много проблем, связанных с улучшением качества и расширением номенклатуры продукции. Это - перевод заводов минеральной ваты на сырье из горных пород, улучшение качества волокна путем совершенствования плавильных агрегатов и узлов раздува расплава, оснащение заводов современными камерами полимеризации. Над этим работают и заводы и "Теплопроект".

Первоочередной задачей перевооружения минераловатных заводов является замена морально устаревших центробежно-дутьевых одновалковых центрифуг для переработки расплава в волокно на четырехвалковые. Такая замена обеспечит прирост мощности, уменьшение толщины волокон до 4-6 мкм против 10-15 мкм и и следовательно повышение качества изделий.

Существенный прирост конкурентоспособной плитной продукции широкой номенклатуры обеспечит замена устаревших камер тепловой обработки на современные. Полимеризация ковра в таких камерах производится в подпрессованном состоянии непосредственно в линии получения волокна. Установка таких камер позволит на одной линии выпускать широкий ряд плит плотностью от 50 до 200 кг/м³ и толщиной от 40 до 250 мм.

Сложной научно-технической задачей в промышленности теплоизоляционных материалов является создание и повсеместное освоение гидрофобизированных изделий и экологически чистых связующих минераловатного производства.

Таким образом, в настоящее время в России имеется определенная база по производству современных теплоизоляционных материалов и изделий для строительства, новые перспективные разработки как по материалам, так и по оборудованию. Для обеспечения потребности сегодняшнего дня, перспективного развития энергоэффективного строительства необходимо провести модернизацию производств, их расширение и строительство новых линий и заводов.

В России в последние годы проблеме энергосбережения уделяется много внимания. На федеральном уровне создан нормативно-правовой фундамент энергоресурсосбережения. Это, прежде всего, закон Российской Федерации "Об энергосбережении", постановление Правительства Российской Федерации от 9 июля 1997 года "О повышении эффективности использования энергетических ресурсов и воды предприятиям, организациям бюджетной сферы". Принципиальное значение имеет утверждение Правительством России в январе 1998 года Федеральной целевой программы "Энергосбережение России" на 1998-2005 годы с подпрограммой "Энергосбережение в жилищно-коммунальном хозяйстве".

В развитие этих документов многое сделано в Госстрое России. Разработан и одобрен правительственной комиссией по реформированию жилищно-коммунального хозяйства в качестве методической основы документ, получивший название "Основные направления и механизм энергоресурсосбережения в жилищно-коммунальном хозяйстве Российской Федерации".

По заданию Госстроя России при участии таких ведущих в стране организаций как НИИСФ, ЦНИЭПЖилища, ЦНИИПромзданий, Теплопроекта, СантехНИИпроекта, НИИЭкологии человека и гигиены окружающей среды им. Сысина, АКХ им. Памфилова и других разработан пакет нормативных документов по снижению энергопотребления зданий, сооружений, тепловых сетей, оборудования.

Одним из важнейших направлений деятельности по своему организующему воздействию на все сферы производства и строительства является создание действенной нормативной базы энергосбережения. Именно вслед за изменением норм следует увеличение выпуска и создание новых теплоизоляционных материалов, изменение конструктивно-планировочных и архитектурных решений зданий, методов их возведения и монтажа, изменение грузопотоков и т. д. Замечено, что переход в экономически развитых странах на более жесткие нормы теплопотерь в строительстве привел к экономии энергоресурсов в сопряженных отраслях. Применение в строительстве легких эффективных теплоизоляционных материалов позволило снизить потребление тяжелых энергоемких конструктивных строительных материалов: металла, бетона, кирпича и других.

Первыми шагами на пути ужесточения норм теплопотерь явилось введение Госстроем РФ новых норм теплопотерь, предусмотренных изменениями № 1 к СНиП 2.04.14-88 "Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов" и № 3 к СНиП 11-3-79 "Строительная теплотехника". Построенные как единые для всей страны, нормы тепловых потерь определялись исходя из стоимости тепловой энергии, материалов, трудозатрат при монтаже. Указанные факторы с течением времени и внедрением в экономику рыночных отношений приобретают все большее различие для регионов страны. Приведенные в указанных СНиПах территориальные коэффициенты устарели и требуют корректировки. В связи с этим, наряду с федеральными нормами, которые должны отражать наиболее общую концепцию нормирования теплопотерь, должны получить развитие региональные нормы, учитывающие коньюнктуру и динамику изменения цен на энергоресурсы и материалы в конкретном регионе. Такой подход уже начал реализовываться в строительном комплексе и является, на наш взгляд, правильным.

К вопросу экономической эффективности энергосберегающих мероприятий с применением современных утеплителей тесно примыкает проблема производства и использования качественных защитно-покровных материалов и конструктивных решений тепловой изоляции. Наши исследования и результаты обследования эксплуатируемых теплоизолируемых объектов показывают, что срок службы изоляции в первую очередь зависит от того, насколько надежно защищена сама тепловая изоляция от внешних воздействий.

В настоящее время в промышленной тепловой изоляции применяются различные виды защитных покрытий, включая листовые покрытия из оцинкованной стали, алюминиевых сплавов, рулонные и листовые стеклопластики.

Применение того или иного вида защитного покрытия определяется условиями эксплуатации. В обычных условиях эксплуатации наибольшей долговечностью - 10-12 лет - характеризуются металлические защитные покрытия из оцинкованной стали и алюминиевых сплавов. Однако, на промышленных предприятиях при воздействии химически агрессивных сред, срок службы металлических защитных покрытий часто не превышает 2-3 лет. В этих условиях более долговечными являются покрытия на основе полимерных материалов. В этом случае, применение даже наиболее эффективных теплоизоляционных материалов не решает проблему, так как долговечность теплоизоляционной конструкции определяется долговечностью защитного покрытия, качеством выполнения работ.

Проблема использования обоснованных технических решений и качественного выполнения работ возникает и при наружном утеплении зданий, приобретающем в развитии программы энергосбережения широкое распространение во многих регионах РФ. Стремление заказчиков выполнить утепление с минимальными затратами часто приводит к необоснованному применению в конструкциях утепления материалов, не предназначенных для этой цели. Проблема выбора материалов для наружного утепления зданий особенно усложняется в связи с появлением на отечественном рынке широкого перечня импортных материалов различного назначения с различными физико-техническими и эксплуатационными свойствами. Эти теплоизоляционные материалы характеризуются самими фирмами высокими техническими показателями, определенными по методикам экспортеров часто отличными от методик России. Для обоснованного применения импортных материалов в условиях России они должны быть испытаны по отечественным методикам и сертифицированы.

В 1998 году институтом "Теплопроект" совместно с ЦНИЭПЖилища разработаны рекомендации по применению теплоизоляционных материалов в конструкциях дополнительного утепления зданий, которые включены в альбом "Технические решения утепления наружных ограждений домов первых массовых серий", разработанный по заданию Минстроя РФ. Для наружного утепления зданий, помимо отечественных материалов, рекомендованы материалы фирм: "Rockwool" (Дания), "Paroc" (Финляндия), "Izover" (Финляндия), "URSA","Izomat" (Словакия).

Необходимым условием снижения тепловых потерь в промышленности и строительстве является обеспечение стабильности теплозащитных свойств и физической целостности теплоизоляционных конструкций в процессе их эксплуатации.

При проведении натурных обследований установлено, что на некоторых крупных предприятиях протяженность участков с частично или полностью разрушенной теплоизоляцией достигает 5-10% от их общей протяженности. Выполненные на основании результатов обследования расчеты показывают, что при отсутствии или разрушении теплоизоляции на 5% трубопровода диаметром 600 мм с температурой теплоносителя 250°С, общие теплопотери по трассе могут превышать нормативное значение более чем в 2 раза.

Применяемая институтом "Теплопроект" методика обследования предусматривает определение теплофизических и физико-механических свойств теплоизоляционных конструкций. При обследовании используются современные средства контроля, включая тепловизионную технику, дистанционные термометры с лазерным целеуказателем, датчики плотности теплового потока. Анализ термограмм поверхности обследуемого объекта совместно с теплометрическими данными позволяет определить фактические теплозащитные свойства теплоизоляционной конструкции и разработать рекомендации по снижению тепловых потерь. Организация систематического контроля за техническим состоянием и своевременного ремонта тепловой изоляции трубопроводов и оборудования является действенным инструментом в решении проблем энергосбережения в промышленности и жилищно-коммунальном хозяйстве, а затраты на своевременный ремонт и реконструкцию тепловой изоляции несоизмеримы с затратами на ее полную замену.

Учитывая, что организация действенного контроля за техническим состояинием теплоизоляции дает значительный эффект в области экономии тепловой энергии, региональные службы энергетического надзора должны больше уделять внимания состоянию систем транспорта тепла, теплопотребляющим объектам на предмет соответствия их действующим нормам теплопотерь.

Подводя итог вышеизложенному, можно констатировать, что комплексный подход к рациональному использованию тепловой изоляции, включающий в себя разумную нормативную политику, расширение номенклатуры и качества отечественных утеплителей, профессиональный подход к разработке и монтажу теплоизоляционных конструкций, системный контроль за состоянием тепловой изоляции объектов несет в себе значительные резервы экономии топливно-энергетических ресурсов страны.