Эффективность использования топливноэнергетических ресурсов в России по-прежнему оставляет желать лучшего. Обращаясь к цифрам и сравнивая, приходится признать, что если в 1971 году страны Восточной Европы (СССР и другие страны Варшавского договора) и Западной Европы (все остальные страны Европы плюс Турция) характеризовались одинаковым количеством энергии, потребляемой на душу населения, то к 1990-м годам этот показатель в странах Восточной Европы был уже на 37 % выше.
Отрицательный баланс, сложившийся еще тогда не в пользу России, усугубился в 1990-е годы. Как следствие, энергоемкость продукции в связи с переживаемым в стране экономическим кризисом выросла и значительно, в некоторых отраслях до 40 %. Ныне реформируемое ЖКХ в части отставания по энергосбережению также не радует. На ЖКХ у нас расходуется до 20 % всех энергоресурсов страны, а на единицу жилой площади уходит в два-три раза больше энергии, чем в странах Европы.
Наши многоэтажки потребляют от 350 до 550 кВт⋅ч (на один квадратный метр в год), индивидуальные дома коттеджного типа — от 600 до 800 кВт⋅ч (на 1 м2/год). Вместе с тем за рубежом, например, в Германии, дома усадебного типа потребляют в среднем по стране около 250 кВт⋅ч (на 1 м2/год), в Швеции — 135 кВт⋅ч (на 1 м2/год). Лучшие зарубежные образцы жилых зданий потребляют от 90 до 120 кВт⋅ч (на 1 м2/год) [1].
Практика и анализ опыта различных стран в решении проблемы энергосбережения показывает, что наиболее эффективным путем ее решения является сокращение потерь тепла через ограждающие конструкции зданий, сооружений, промышленного оборудования и тепловых сетей. Поэтому, осознавая то, что энергоносители приходится ввозить из-за рубежа, многие страны стали интенсивно развивать промышленное изготовление теплоизоляционных материалов.
Анализ рынка этих стран (Швеции, Финляндии, Германии, США и др.) показал, что объем выпуска теплоизоляционных материалов на душу населения в пять-семь раз превышает аналогичный показатель России. Понятно, что существует элитное строительство, среднего и эконом-класса, и для каждого нужен свой продукт. Но понимание должно дойти до потребителя в виде основного постулата: качество не может стоить дешево.
Намного надежнее и безопаснее, а в длительной перспективе, еще и намного экономичнее, использовать именно качественные и проверенные временем материалы. Покупка качественного продукта — это гарантированная экономия денежных средств в будущем. Наш рынок достаточно ликвиден и емок, существующая статистика показывает, что потребность только жилищного сектора строительства в эффективных утеплителях в 2010 году могла бы составить порядка 25–30 млн м3 и должна быть удовлетворена в основном за счет материалов, произведенных в России.
На сегодняшний день проектные мощности страны по всем видам теплоизоляционных материалов оцениваются в 17– 18 млн м3 в год, остается определенный процент, который может быть покрыт за счет новых материалов и импортзамещения. Российским продавцам хочется торговать только тем, что, по их мнению, является наиболее целесообразным, ведь именно спрос определяет предложение. Да и некоторые потребители являются верными сторонниками качественных материалов, другие же отдают предпочтение их дешевым аналогам.
Если рассматривать вопрос с точки зрения ассортимента, то в настоящее время на рынке теплоизоляционных материалов представлено достаточное количество производителей и продавцов. Бурный рост различного рода производств означился в нашей стране не столько вопросами энергоэффективности, а скорее неосвоенностью технологий именно российскими производителями, и эффективной, даже часто агрессивной тактикой захвата рынка западными компаниями.
По проторенной дорожке идут и китайские производители, часто предлагая материал-аналог хорошо зарекомендовавшего себя утеплителя, но по гораздо более интересной цене, и как правило, более низкого качества. Понятно, что никто не вправе оспаривать право каждого покупателя выбирать товары на свой вкус и по своим возможностям. Долг продавца — заранее предупредить клиента о возможных последствиях совершаемого им выбора, особенно в части выбора дешевых продуктов.
Использование некачественных продуктов часто страдает так называемым отложенным эффектом, то есть последствия, нередко разрушительные, от использования низкокачественных материалов наступают только спустя определенное время после их применения. Традиционные утеплители, такие как пенополистирол, минеральная вата, керамзит или пенобетон, были хорошо известны в нашей стране, но в полном объеме не могли удовлетворить рынок.
Это касалось и количества, да и по качеству они тоже не всегда соответствовали существующим стандартам и требованиям. Основным видом применяемых в России утеплителей являются минераловатные изделия, доля которых в общем объеме производства и потребления составляет более 65 %. Около 8 % приходится на стекловатные материалы, 20 % — на пенополистирол и другие пенопласты.
Доля теплоизоляционных ячеистых бетонов в общем объеме производимых утеплителей не превышает 3 %, вспученного перлита, вермикулита и изделий на их основе — 2–3 % (по вспученному продукту). Структура объемов выпуска утеплителей в России близка к структуре, сложившейся в передовых странах мира, где волокнистые утеплители также занимают 60–80 % от общего выпуска теплоизоляционных материалов.
Распределение объемов выпуска утеплителей по стране характеризуется значительной неравномерностью. Ряд крупных регионов, таких как Архангельская, Калужская, Костромская, Орловская, Кировская, Астраханская, Пензенская, Курганская и др. области, Республика Марий Эл, Чувашская республика, Калмыкия, Адыгея, Карелия, Бурятия и др. не имеют своего производства эффективных теплоизоляционных материалов. Многие регионы страны производят утеплители в явно недостаточном количестве.
Если обратиться к истории, то в царской России не существовало индустриального производства теплоизоляционных материалов. Многие теплоизоляционные материалы завозились к нам из-за границы. С приходом Советской власти и индустриализации за годы первых пятилеток были построены заводы для производства теплоизоляционных материалов: стеклянной и шлаковой ваты, совелита, торфоизоляционных плит, неавтоклавного пенобетона, магнезиального фибролита.
Тогда же были развернуты научно-исследовательские, изыскательские и проектные работы по созданию новых высокоэффективных теплоизоляционных материалов и изделий (минеральной ваты и изделий из нее на различных связующих, вспученного вермикулита, пеноизделий). Как тут не вспомнить первую книгу о пенобетоне, написанную в 1930-е годы, ведь до сих пор она является для многих так называемой «настольной».
Благодаря строительству новых современных производств на сегодняшний день в нашей стране производится около 10 млн м3 различного рода теплоизоляционных материалов. Классифицировать их можно достаточно условно. Три основных кита теплоизоляции: минераловатные материалы, органические пенопласты, пенои газобетоны. Лидерами являются минераловатные материалы. За счет доступности, хорошей рекламы и схожести технологии изготовления и монтажа разных производителей минеральная вата во всех своих разновидностях занимает порядка 70 % рынка.
На нашем рынке работает около 70 производств, как больших, так и малых, производящих этот утеплитель. Хотя некоторые материалы можно лишь условно называть современными. Ни для кого не секрет, что минеральная вата, выполненная на вредных связующих, до сих пор производится на некоторых российских предприятиях. В прошлое постепенно уходят минераловатные плиты на битумном вяжущем, утеплители, в которых диаметр волокна больше 6 мкм, а также плиты из гидромассы.
Существующие акценты постепенно смещаются к пограничным материалам, примером здесь может быть такой материал как «пластмигран». Совсем недавно начали применять технологию тонких и супертонких волокон, и продукция еще не получила широкого распространения. При его производстве используется смесь из полистирола и минераловатных гранул, перемешанная до гомогенного состояния.
Данная смесь помещается в перфорированную металлическую форму любой конфигурации и под действием пара вспенивается таким образом, что полистирольная пыль прочно связывает волокно. Этот материал достаточно новый на нашем рынке, поэтому потенциальным покупателям приходится сталкиваться с отсутствием какой-либо информации о таком виде утеплителя. Пластмигран — экологически чистый утеплитель. В его составе нет химических добавок.
Этот утеплитель специально разрабатывался для жилых домов. В странах СНГ пока отсутствуют условия для его массового производства, для этого требуется сложное и дорогостоящее оборудование. Утеплитель очень практичен и комфортабелен. Обладает хорошими теплоизоляционными и звукоизоляционными свойствами. Пластмигран — экономически выгодный материал, по всем показателям превосходит пенополистирол и большинство изделий из минеральной ваты.
Несмотря на наличие пенополистирола в составе, он достаточно устойчив к огню. Рядом с ним можно спокойно прокладывать коммуникации и проводку. Он водонепроницаем, имеет прекрасную устойчивость к искусственным удобрениям, вспененным краскам, мылу, грунтовым водам. Не разлагается под воздействием различных микроорганизмов. Вопрос качественного, экологически безопасного связующего является важным элементом как новых, так и традиционных волокнистых утеплителей.
Ныне известные и применяемые в нашей стране связующие были разработаны 15–20 лет назад, когда основная часть минераловатных изделий использовалась в основном на промышленных объектах. Срок их службы определялся временем капитального ремонта оборудования и был незначителен. На сегодняшний день, основная часть утеплителей применяется в гражданском строительстве, поэтому к связующим предъявляются такие повышенные требования, как неизменность структуры, стабильность геометрических размеров и теплофизических свойств на весь срок эксплуатации.
В свете этого пеностекло считается одним из самых перспективных ячеистых материалов для утепления. Кроме утепления наружных стен домов, его можно использовать для утепления отдельно стоящих зданий. Процесс производства пеностекла происходит за счет одновременного спекания и вспучивания стеклянного порошка под действием газообразователя. Для получения теплоизоляционного пеностекла и изделий на его основе возможно использование отходов любого стекла (стеклобой).
Изделия из самого пеностекла могут выпускаться в виде плит, засыпной теплоизоляции (гранулированного пеностекла), а также «скорлуп» для изоляции горячих (от +150 до +550 °C) и холодных (до –280 °C) трубопроводов различного назначения. Пеностекло как теплоизоляционный материал обладает очень хорошей теплоизоляцией. Его замкнутая структура ячеек с нулевым значением воздухопроницаемости полностью исключает возможность потери тепла. Воздухонепроницаемость пеностекла сохраняет микроклимат в помещении.
Материал водостойкий, вода не попадает внутрь и не разрушает его при замерзании. У пеностекла высокие физические и эксплуатационные характеристики. Срок эксплуатации может превышать сотни лет. Этот материал имеет очень малый удельный вес. Но, несмотря на это, он очень прочный, не подвержен деформации, усушке или провисанию. Также пеностекло исключает возможность появления на стенах грибка, ибо питательной средой для него не является.
Оно препятствует проникновению в дом различных насекомых и грызунов. Еще одно преимущество пеностекла в его сходности традиционным стеклом. Как и этот материал, пеностекло не имеет санитарных и гигиенических ограничений. С эксплуатацией не возникнет особых проблем, оно не требует особых забот, устойчиво к влаге, перепаду температур, воздействию растворителей.
Среди теплоизоляционных материалов на органической основе сегодня наиболее распространены экструдированный пенополистирол, пенополиуретаны, пенополиизоционаты, фенолформальдегидные и карбамидформальдегидные пенопласты. Так, экструдированный пенополистирол обладает рядом преимуществ по сравнению с традиционным, получаемым из полистирольного бисера прогревом паром в замкнутом объеме.
Это закрытая пористость и минимальное водопоглощение, повышенная прочность. Долговечность экструдированного пенополистирола превышает 50 лет, поэтому такой материал сегодня вытесняет блочный пенополистирол как в Западной Европе, так и в США и Канаде. Карбамидный пенопласт (пеноизол) представляет собой материал, изготовленный беспрессовым способом и без термической обработки из пенообразующего состава, включающего полимерную смолу, пенообразователь, воду и специальные модификаторы.
Сырьем для производства такого материала как пеноизол служат совсем дешевые и недефицитные российские компоненты. Хорошие теплофизические характеристики материала, возможность приобретения у разработчика комплекта оборудования по его производству способствовали достаточно быстрому распространению пеноизола в стране. В целом, по сравнению с волокнистыми утеплителями, пенопласты применяются в значительно меньших объемах.
Однако, в связи с изменением требований к термическому сопротивлению ограждающих конструкций в последние годы, объем производства пенопластов значительно возрос и продолжает расти. Это, в первую очередь, обусловлено значительно меньшими в сравнении с другими утеплителями удельными капитальными затратами на организацию их производства. Об этом свидетельствуют также многочисленные технические решения теплоэффективных наружных стен жилых зданий, выполненные с применением пенопластов.
Утеплители на неорганической основе являются доминирующими в решении вопросов теплозащиты зданий. Это объясняется их экологической чистотой, пожаробезопасностью и долговечностью. Наибольшее распространение в строительстве получили теплоизоляционные бетоны, как газонаполненные (пенобетон, ячеистый бетон, газобетон), так и на основе легких заполнителей (керамзитобетон, перлитобетон, полистиролбетон и т.п.).
В середине 1990-х годов были разработаны и прошли все необходимые испытания такие теплоизоляционные материалы, как лигноперлит, эпсоперлит, термоперлит и перлитодиатомит, изготовленные на основе перлита. В настоящее время на ведущих российских заводах завершены наладочные работы для запуска линии по производству термоперлита. Отличие термоперлита состоит в низкой влажности формовочной массы, что позволяет организовать их изготовление по прокатно-конвейерной технологии и сделать производство практически безотходным.
Кроме того, пониженная влажность формовочной массы этих изделий позволяет на 25– 30 % снизить энергозатраты на их тепловую обработку. Все эти материалы экологически и пожаробезопасны. Термоперлит, не имеющий в своем составе органических соединений, может быть применен как для изоляции горячих поверхностей (до +600 °C), так и в качестве огнезащитной и огнестойкой строительной изоляции. В качестве связующего используется гидроксид натрия и его соли.
Также широко используются и внедряются материалы на основе природных волокон. Одно из направлений — это использование торфа. Торфоблоки — это принципиально новый, впервые изобретенный в России теплоизоляционный материал, который может применяться почти повсеместно. Торфа в родном отечестве хватает. Это самое дешевое и самовозобновляющее сырье. Что же касается процесса изготовления блоков, то он достаточно прост.
По мнению разработчиков, замена пенополистирола на торф дает экономию $ 10–12 на каждом квадратном метре стен и перекрытий. Внедрение торфоблоков позволит на 80 % сократить расход кирпича. Важно и то, что блок размером в четыре кирпича весит не более 4 кг. Сама технология изготовления связующего такова: просеянный на вибросите торф поступает в смеситель, где он затворяется водой и тщательно перемешивается, затем выгружается в приемный бункер шнекового питателя.
Потом подается в роторно-инерционную мельницу, где торф интенсивно перетирается до густой пасты. Она-то и является вяжущим веществом. Готовая торфяная масса загружается в смеситель и смешивается с опилками, рубленой соломой, стружкой, льном, они подаются в бункер по специальному конвейеру в определенной пропорции. Тут и идет перемешивание до тех пор, пока формовочная паста не станет совсем однородной. И третья операция — формовка.
Специальный пресс выдает сырые блоки, которые затем поступают в сушку. Сушить можно как на открытом воздухе, так и в тепловой камере. Во время сушки происходит процесс усадки, уплотнения, структурообразования и т.д. По прочности данный блок выдерживает нагрузку в 8–12 кг на квадратный сантиметр. По долговечности сродни каменным или бетонным конструкциям. Он не только прочен и легок, но и является прекрасным адсорбентом.
Например, уровень радиации в помещении из торфа снижается в пять раз. Следующим в череде природных материалов являются материалы из льна. Разработка и внедрение специалистами ЕС новейших технологий в области производства утеплителей из натуральных волокон совершило революцию в индустрии строительных материалов Евросоюза: в одной только Финляндии с населением всего 5 млн человек существуют три фабрики по производству теплозвукоизоляционных материалов на льняной основе.
Разработана такая технология и в России. Преимущества льна, как материала для теплоизоляции, трудно переоценить: не уступая, а зачастую превосходя минеральные и синтетические материалы по физическим свойствам, лен обладает бактерицидными свойствами, не вызывает аллергии, не выделяет формальдегиды и хлорсодержащие флюоритные углероды (CFC).
Целый ряд европейских институтов и исследовательских центров (Нидерландский институт строительной биологии и экологии NIBE, Финский исследовательский центр строительных технологий VTT) определили льняные теплозвукоизоляционные материалы в разряд наиболее предпочтительных материалов для гражданского строительства. Льняные теплозвукоизоляционные материалы (ТИМ) состоят из льноволокна, восстанавливаемого связующего волокна и экологически безопасного замедлителя горения.
Льняное волокно позволяет достичь оптимального температурно-влажностного режима. Кроме того, лен имеет высокие антибактерицидные свойства. У волокнистых материалов с увеличением средней плотности теплопроводность сначала резко уменьшается, а затем начинает возрастать пропорционально увеличению средней плотности. Имея высокую пористость (от 70 до 99,9 %), волокнистые ТИМ обеспечивают хорошую теплопроводность конвекции. Однако с увеличением плотности растет передача тепла кондукционным способом.
Комбинированная теплоизоляция (из минеральной ваты, вспененных пластмасс, обшитых алюминиевым листом либо сайдингом) является наиболее популярной. Однако, имея прекрасные теплотехнические характеристики, эти утеплители не исключают гниения на стыках теплоизоляционных обшивок, издают запах плесени, конденсируют влагу и т.д. Возникающие в строительных конструкциях разрушительные явления — плесень, гниль, формальдегид — всегда связаны с сыростью.
Материалы из природных составляющих лишены этих недостатков. Входящий в состав нового утеплителя лен имеет высокие бактерицидные свойства, а влагопоглощение и влагоотдачу на уровне натуральной кожи. В качестве защитного слоя для льняных матов используется алюминизированная пленка, она регулирует парои воздухопроницаемость через количество отверстий (перфорацией). Таким образом, отражая тепло, пленка пропускает воздух и влагу. Семейство пленочных утеплителей использует так называемый «эффект термоса».
Благодаря этому утеплитель с успехом может применяться и в резкоконтинентальном климате (горы, пустыни), так как он спасает ночью от холода, а днем от жары. Отсюда и расширение географии спроса. Несомненно, перспективы для новых утеплителей будут всегда. Но, что особенно хочется отметить, все материалы, вводимые в эксплуатацию, должны обязательно проходить весь спектр теплофизических и эксплуатационных испытаний.
Без этого никуда. Именно последовательная и продуманная политика позволит реализовать весь накопленный научный и производственный потенциал.
