Энергосбережение и пенополиуретан "Регент"
Актуальность энергосбережения и экономии энергоресурсов в зданиях не вызывает сомнений. Переход к рыночной экономике сопровождается значительным ростом цен на топливо и энергию, а также ростом эксплуатационных расходов. Прогнозы экономистов предсказывают и в ближайшем будущем рост цен на энергию в объеме на 3 % в год выше роста инфляции. Энергоэффективность зданий признается в качестве важнейшего инструмента, влияющего на глобальный энергетический рынок. Парламентом и Советом Европейского Союза разработан пакет законов, предназначенных для стандартизации в странах ЕС строительных нормативов по повышению энергоэффективности зданий. Главная цель этих законов – существенное снижение потребления первичной энергии в зданиях (до 30 %) по сравнению с ранее существующими нормами. В этих новых нормативах мероприятия по энергосбережению в отопительных системах и системах теплоснабжения приравниваются к мероприятиям по сбережению энергии тепловой защитой зданий. Нормативы устанавливаются по суммарной потребности в первичной энергии на отопление и горячее водоснабжение. Значение первичной удельной потребности в энергии в зависимости от коэффициента компактности (0.2 – 1) для вновь возводимых зданий с температурой внутреннего воздуха 19°С должно быть в пределах от 68 до 142 кВт ч/м2год (на горячее водоснабжение 12.5 кВт ч/м2год). В настоящее время Российские территориальные строительные нормы по энергоэффективности зданий также корректируются в соответствии с нормами европейской стандартизации.
Ранее (предписывающий подход) рациональная тепловая защита зданий определялась по минимуму приведенных затрат, представляющих собой сумму капитальных вложений на устройство ограждающих конструкций (ОК) здания и эксплуатационных расходов за нормативный срок окупаемости капитальных вложений. Такой неэффективный расход энергетических ресурсов на поддержание необходимых параметров микроклимата, был продиктован большими их запасами и отсутствием необходимых высокоэффективных теплоизоляционных материалов (ТИМ). Это привело к тому, что фонд жилых и общественных зданий построенных в России до 1995 г., с точки зрения энергопользования, в настоящее время является крайне неэффективным. В 1995 г. в России были приняты новые нормативы по теплозащите зданий с тем, чтобы снизить уровень энергопотребления строящихся и реконструируемых зданий. По новым энергосберегающим нормативам c 1995 г. (I этап) и с 2000 (II этап) нормы теплозащитных характеристик ограждающих конструкций зданий увеличены в 2-3 раза. Таким образом, одной из основных проблем успешного реформирования жилищно-коммунального хозяйства (ЖКХ) является утепление зданий, построенных до 2000 г. Утепление зданий традиционными теплоизоляционными материалами (стекловата, минеральная вата и пенопласт), которые широко представлены на Российском рынке (~ 80%), потребует огромных материальных затрат и большой трудоемкости строительного процесса из-за малого срока их эксплуатации. Утепление с помощью пенобетонов с плотностью ~ 400 кг/м3 и толщиной более 150 мм приведет к дополнительной весовой нагрузки на “изношенные” (без капитального ремонта) здания.
Отсутствие отработанных методик определения долговечности теплоизоляционных материалов и стойкости к внешним эксплуатационным воздействиям, а также потребительский подход (минимум энергетических затрат первичных энергоресурсов (ЭЗПЭ) ставит перед проектировщиками наисложнейшую задачу оптимального выбора эффективной теплоизоляции.
В настоящее время активно внедряются технология навесных вентилируемых фасадов и системы фасадной теплоизоляции “мокрого” или ”скрепленного” типа с тонким штукатурным слоем. Несмотря на все достоинства вентилируемых фасадов (единственным недостатком которых считается высокая начальная стоимость), широкое распространение получил “мокрый” способ (в Германии применяется с 60-х годов, а в России с 90-х). Натурные обследования влажностного режима ограждающих конструкций и микроклимата помещений жилых и общественных зданий в Московском регионе показывают, что основное условие эффективности традиционной теплоизоляции ограждающих конструкций – теплоизоляция должна оставаться сухой при любых климатических условиях. Выполнение этого условия обеспечивается при наличии паро-, и воздухонепроницаемой мембраны с внутренней и ветро-, влагонепроницаемой, паропроницаемой мембраны с внешней стороны утеплителя и низкой гигроскопичности самого теплоизоляционного материала. В тех конструкциях, в которых источником влаги является остаточная высокая влажность кладки основания и насыщение влагой при относительной влажности воздуха близкой к 100 %, уже небольшого ее количества достаточно, чтобы ухудшить (~ 30 %) теплоизоляционные характеристики традиционных утеплителей и сократить и без того низкий срок их эксплуатации. Таким образом начальная (технологическая) влажность материала ограждающих конструкций и климатические условия эксплуатации оказывают на его влажностный режим гораздо большее влияние, нежели высокая влажность воздуха в помещении.
С другой стороны, обследования показали, что 30 % мансардных кровель требуют ремонта после первой зимы из-за потери паропроницаемости мембранными пленками вследствие их обледенения при минусовых температурах (~ -30 ?deg;С). Было также установлено, что изменение режима отопления и вентиляции оказывают на микроклимат помещения гораздо большее влияние, чем влажность материала ОК.
Ключом к обеспечению оптимальной температуры в здании является уменьшение утечки тепла из здания зимой и поступления тепла в здание летом. Для поддержания необходимой температуры в здании зимой потери тепла должны быть восполнены с помощью отопительной системы, а летом избыток тепла удаляется системой вентиляции.
Статистика показывает, что от 50% до 70% энергии, потребляемой средним жилищем в США и Канаде, расходуется на системы отопления и вентиляции. Поэтому, для большего комфорта и сбережения денег, следует использовать термическую изоляцию, которая уменьшит потребление энергии.
Необходимость изоляции оболочки здания следует из того, что она обеспечивает более пригодную, продуктивную и пригодную для жизни структуру. В хорошо изолированных зданиях минимизируются эффекты конденсации влаги и движения воздуха. Это способствует снижению эксплуатационных издержек и увеличению долговечности структуры здания. Поэтому в последние годы интенсивно ведутся работы по совершенствованию традиционных и поиску новых теплоизоляционных материалов. С целью совершенствования утеплителей вводятся гидрофобные связующие (вата), антиперены (пенополистирол), повышающие огнестойкость и т.д. Наиболее перспективными из новых теплоизоляционных материалов являются различные вспененные полимеры, а также пенополиуретан.
Другой проблемой успешного реформирования ЖКХ является физический износ теплосетей, который к началу 2003 г. во многих регионах России достиг критического уровня – 70%. Жилищно-коммунальная катастрофа обещает стать “хронической катастрофой”, если не будут своевременно найдены экономические и технологические механизмы ее осуществления. С целью выхода из кризиса федеральная целевая программа на 2002 – 2005 гг. и на перспективу до 2010 г. предусматривает энергоэффективные мероприятия, дающие значительную экономию энергоресурсов. В их числе модернизация систем теплоснабжения с применением технологии бесканальной прокладки теплопроводов, автоматизацией тепловых контрольных пунктов. Реконструкция тепловых сетей путем замены на теплопроводы с пенополиуретановой (ППУ) изоляцией, позволит получить годовой экономический эффект ~ 0.5 млн. руб. (в ценах 2001 г.) на 1 км теплопровода. Основным технологическим механизмом, призванным регулировать взаимоотношения между производителями теплосетей, проектировщиками, строителями и эксплуатационщиками, являются нормативные документы. В настоящее время многие из общего пакета нормативных документов уже выработаны: ГОСТ 30732 – 2001 “ Трубы и фасонные изделия стальные с теплоизоляцией из ППУ в полиэтиленовой оболочке. ТУ.”, СНиП “Тепловые сети” и т.д., а остальные нормативные документы корректируются с учетом энергосбережения. Однако, общий объем выпуска предизолированных ППУ труб и теплопроводов в 2001 г. в РФ составил 1500 км (только в Чувашии находится в эксплуатации – 1000 км). Если даже выпуск труб в ппу изоляции (или закупка их за границей) достигнет 2000 - 3000 км в год, то для замены 100 тыс.км потребуется не менее 40 лет. Компенсация огромных теплопотерь изношенных трубопроводов, теплопроводов и зданий за счет увеличения энергомощностей (увеличения температуры и расхода теплоносителя) не эффективна и ограничена предельно-допустимыми нормами и ростом цен на энергоносители (электроэнергия, газ и жидкое топливо) по мере истощения их запасов. Суммарные потери в тепловых сетях достигают 30% произведенной тепловой энергии. На отопление зданий в России расходуется около 34% произведенной в стране тепловой энергии, тогда как в западных странах эта доля составляет 20-22%.
Энергоэффективность зданий означает минимальные энергетические затраты первичных энергоресурсов при строительстве и эксплуатации здания за срок его существования. Минимум ЭЗПЭ является основой для выбора рационального уровня теплозащиты ограждающие конструкций и расхода топлива при их эксплуатации за срок службы здания при обеспечении в помещении комфортных условий. Такой подход (потребительский) позволяет проектировщику и заказчику достигать единого уровня энергопотребления здания за счет наиболее предпочтительных мероприятий по энергосбережению и в конкретных проектах даже снижать величину термического сопротивления ограждающих конструкций, по сравнению с предписываемыми нормативами (СНиП II-3-79* “Строительная теплотехника”).
Опыт ряда стран по реновации существующих зданий показывает, что максимальная эффективность мероприятий по энергосбережению достигается в том случае, если проектные решения опираются на следующие принципы: комплексность (технический), оптимальность (экономический) и сбалансированность (экологический). Первые два принципа это своего рода технико-экономическое обоснование мероприятий по энергосбережению. Для выбора оптимальных решений применяется статический (срок окупаемости инвестиций) и динамический (прибыль от инвестиций) критерии оценки инвестиционных решений. Третий принцип относится к экологии и должен учитывать влияние здания на окружающую среду. В последнее время в развитых странах экологический фактор приобретает все большее значение в энергосберегающем строительстве. Из-за присутствия “человеческого фактора”, часто интересы инвесторов (максимальная прибыль), потребителей (стоимость жилья) и общественный интерес государства (коммунальные услуги, благосостояние людей) противоречивы. Правильному выбору оптимального решения в значительной степени способствует детальный мониторинг и аудит энергосберегающих мероприятий. Если мониторинг какого-то типа объектов показывает, что какие-то мероприятия, например, утепление стен снаружи, экономически не эффективны из-за короткого срока службы по сравнению со сроком окупаемости, то в этом случае для оценки необходимо применять критерии “двойной выгоды” – энергосбережения и восстановления (обновления) физического состояния здания.
Таким образом, технологическим решением проблемы энергосбережения и успешного реформирования ЖКХ может быть применение новых, высокоэффективных теплоизоляционных материалов на основе вспененных полимеров. Освоение производства новых прогрессивных полимерных материалов в современных строительных конструкциях позволяет значительно интенсифицировать процесс строительно-монтажных работ, улучшить качество строительной продукции, более эффективно использовать энергетические ресурсы, сократить эксплуатационные расходы, что обуславливает резкое опережение роста потребности в них по сравнению с традиционными конструкциями. Сегодня темпы роста полимерных теплоизоляционных материалов превышают темпы роста неорганических утеплителей. Сравнительные технические характеристики различных теплоизоляционных материалов приведены в таблице 1.
МАТЕРИАЛЫ | Теплопроводность, Вт/м К | Толщина, мм соответств. R = 1,2 м2°C/Вт | ПЛОТНОСТЬ Кг/м3 | РАБОЧАЯ ТЕМПЕРАТУРА °С | ПАРОПРОНИЦАЕМОСТЬ Мг/(м.ч.Па) |
Пенополиуретан | 0,025 | 30 | 40-80 | -100 до+150 | 0,05 |
Пенополистирол (э) | 0,03 | 36 | 40-150 | -50 до +90 | 0,05 |
Пенополиэтилен | 0,045 | 54 | 35 | -60 до +80 | 0,001 |
Пенопласт | 0,05 | 60 | 40-125 | -50 до +120 | 0,23 |
Минераловатные | 0,047 | 56 | 50-350 | -60 до +400 | 0,53 |
Стекловолокнистые | 0,056 | 67 | 50-150 | -60 до 480 | 0,53 |
Среди полимерных материалов особыми уникальными свойствами обладают полиуретаны (ПУ), благодаря чему они получили наиболее широкое применение. Несмотря на разнообразие конечных видов полиуретановых систем, химическая структура может характеризоваться основной формулой химической реакции полиизоцианата и полиола OCNRNCO + HOR’OH. Современные пенополиуретановые (ППУ) композиции представляют собой сложные системы, содержащие различные катализаторы, поверхностно-активирующие вещества (ПАВ), вспенивающие агенты и, как правило, антипирены. Они имеют структуру закрытых ячеек, заполненных вспенивающим реагентом.
Основные преимущества пенополиуретановых теплоизоляционных систем:
- самая низкая теплопроводность
- низкое водопоглощение
- высокая химическая стойкость
- высокая устойчивость к гниению, плесени и микроорганизмам
- высокая адгезия к строительным материалам
- высокая износостойкость
- возможность нанесения на произвольную поверхность с любым профилем
- высокая технологичность – обрабатываются различными способами: штамповка, резка, прессование и формование, дублирование с другими материалами
- экологически чистые, не имеют запаха, не выделяют вредных веществ
- от эластичных до жестких модификаций
Основными недостатками полимерных материалов являются низкая устойчивость к ультра-фиолетовому (УФ) излучению и повышенная пожарная опасность (группа горючести Г3-Г4). Оба недостатка, как правило, устраняются нанесением защитных покрытий и введением антипиренов, понижающих горючесть до Г1-Г2. В качестве покрытий используются алюминиевая фольга, бумага, стеклоткань, различные пленки.
Производственная компания ТМТ (г. Переславль-Залесский) оснащена современным оборудованием, как для заливочной, так и напылительной технологий. Производственная мощность ПК ТМТ составляет более 2500 м3.
ПК ТМТ производит широкий ассортимент изделий из ППУ «Регент»
- Теплоизоляционные плиты, толщиной 20, 30, 40, 50, 60, 80 и 100 мм, размером 1х1.5 м2 и 1.2хL (L до 6 м)
- ппу скорлупы, толщиной 40 и 50 мм и диаметром до 2 м для изоляции труб и трубопроводов
- Термопанели на основе ППУ плит и фасадной облицовочной плитки
- элементы фасадной декоративной лепнины: карнизы, молдинги, балюстрады, балясины, русты и т.д.