Инженерные сети как черная дыра
В жилищно-коммунальном хозяйстве стоимость энергетических ресурсов занимает около 80 % затрат, при этом на текущий момент энергоэффективность российского ЖКХ чрезвычайно низка. Так, энергоемкость коммунальных услуг в России примерно в четыре раза превосходит аналогичные показатели большинства промышленно развитых стран. Как видим, возможности для экономии ресурсов в ЖКХ очень велики. Сегодня действует целый ряд программ, направленных на финансовую поддержку мероприятий по экономии энергии в ЖКХ.
Можно отметить программу «Энергоэффективный квартал», в рамках которой в ряде городов России проведены аудит и последующая комплексная реконструкция систем теплоснабжения. Во многих субъектах РФ действуют региональные программы энергосбережения, поддержку которым оказывает, в частности, Фонд содействия реформированию ЖКХ. Важнейшим элементом модернизации тепловых сетей в условиях нашего климата является применение высококачественных теплоизоляционных материалов — как на магистральных тепловых сетях, так и на внутридомовых.
В России эксплуатируется более 250 тыс. км тепловых сетей в двухтрубном исполнении, в том числе около 30 тыс. км магистральных сетей диаметром от 400 до 1400 мм. Значительная часть сетей в настоящее время имеет теплоизоляцию либо из устаревшей стекловаты по ГОСТ 10499–78 (при надземной и подземной канальной прокладке), либо из армопенобетона или битумоперлита (при бесканальной прокладке).
При этом потери в системе теплоснабжения достигают 60–70 %, из них 40 % теряется в магистральных теплопроводах и 30 % — непосредственно в домах. Как полагают эксперты, только переход на высокоэффективные теплоизолирующие материалы в изоляции теплосетей, даже без замены существующей системы, позволит повысить энергоэффективность в два-три раза и экономить на теплоснабжении до $12–13 млрд в год. Эта сумма сопоставима с доходами от экспорта нефти и газа.
Как сократить потери
Причина больших теплопотерь, прежде всего, в показателях теплопроводности многих ранее применявшихся теплоизоляционных материалов. Например, даже сухой армопенобетон или битумоперлит имеет теплопроводность около 0,1 Вт/ (м⋅°C), но в реальных условиях эксплуатации, при прокладке труб под землей, теплопроводность увеличивается в трипять раз. В результате зимой по лишенной снега полосе легко можно определить, где проходит теплотрасса.
В то же время у современных утеплителей коэффициент теплопроводности не превышает 0,05 Вт/(м⋅°C). Существует и еще ряд причин, по которым сегодня уделяется большое внимание переходу на современные эффективные утеплители. Например, важное требование к утеплителю — устойчивость к действию температур до 150 °C (а в некоторых случаях — и до 350 °C), без изменения физических свойств и структуры. Кроме того, материалы не должны во влажной среде выделять вещества, приводящие к коррозии труб.
Утеплитель должен обладать высоким электрическим сопротивлением, чтобы исключить воздействие блуждающих токов на трубопровод, особенно при бесканальных прокладках. Также важными свойствами являются гидрофобность, биостойкость, а при наружной прокладке — пожарная безопасность. Между тем применявшиеся ранее материалы по сумме всех этих качеств сильно уступают современным эффективным утеплителям.
Наконец, у современных материалов средний срок службы равен сроку эксплуатации самого трубопровода (обычный срок эксплуатации трубопроводов, предусмотренный нормативами, 25 лет), в то время как у многих ранее активно применявшихся утеплителей он составляет всего 10 лет. Таким образом, для теплоизоляции теплосетей должны применяться только современные, качественные и долговечные утеплители, благодаря которым сокращаются расходы и на эксплуатацию, и на сооружение трубопроводов.
Эффективные утеплители
В настоящее время на российском рынке представлены маты (в том числе прошивные и ламельные) и цилиндры из каменной ваты, а также предизолированные трубы из пенополиуретана. В каждом случае выбор материала определяется конкретными условиями его применения. Рассмотрим подробнее достоинства и недостатки различных видов теплоизоляции. Применение труб в заводской теплоизоляции достаточно распространено в настоящее время.
Эти конструкции изготавливаются на заводе с противокоррозионной обработкой труб, нанесением изоляции (как правило, пенополиуретановой) и креплением покровного слоя поверх нее. Изоляция стыков, фасонных частей, арматуры производится после монтажа всех элементов участка теплосети из заготовленных на заводе штучных теплоизоляционных изделий. Покрытие труб тепловой изоляцией на заводах и монтаж уже готовой изолированной трубы существенно уменьшает трудозатраты, сроки монтажа и повышает качество теплоизоляционной конструкции.
Однако, не все так просто. Рассмотрим, например, вариант металлической трубы в пенополиуретановой изоляции с наружной полиэтиленовой оболочкой, достаточно популярный при подземной прокладке. Такая труба имеет несомненные достоинства: скорость монтажа и технологичность работ по укладке. Важным свойством труб в заводской ППУ-теплоизоляции является возможность быстрого определения повреждений. Дело в том, что пенополиуретан имеет большое электрическое сопротивление, а при проникновении в изоляционный слой воды оно резко снижается.
Поэтому при наличии на трубе датчиков можно быстро и с большой точностью вычислить место аварии. Но, чтобы использовать это преимущество, требуется наличие автоматизированной системы удаленного контроля, а реагирование на такие ситуации — перестройки моделей управления коммунальным предприятием. Следует также учесть, что эта труба применялась на тепловых сетях с количественным регулированием (по скорости теплоносителя).
В России же обычно применяется качественное регулирование (изменение температуры). При качественном регулировании неизбежны значительные колебания температуры теплоносителя. Это вызывает перемещения вдоль оси трубопровода различных его компонентов, причем труба, изоляция, оболочка и грунт движутся по-разному. В результате таких многократных перемещений изоляционные слои сдвигаются, и в конечном итоге нарушается целостность наружной оболочки изоляции (особенно в местах сварных стыков).
Как следствие, происходит проникновение влаги в изоляционный слой, с последующей коррозией стальной трубы. Намокшая теплоизоляция под полиэтиленом не может высохнуть даже на горячей трубе. Таким образом, можно сказать, что хотя применение труб в заводской ППУ-изоляции, безусловно, является прогрессивным методом — однако оправдывает себя лишь в составе комплекса мер по полной реконструкции сетей, с изменением всей технологии регулирования.
В частности, при возложении регулирования температуры на индивидуальные тепловые пункты и создании новой современной системы управления сетями. Каменную вату сегодня активно используют для изоляции трубопроводов тепловых сетей канальной прокладки и трубопроводов отопления и водоснабжения, причем такая теплоизоляция служит и огнезащитой. Применяется этот материал также для теплоизоляции технологического оборудования, его широкое распространение объясняется оптимальным сочетанием описанных выше качеств, необходимых для утеплителя.
Каменная вата и изделия из нее обладают хорошими теплоизоляционными свойствами во всем диапазоне температур применения — они могут применяться для изоляции оборудования с температурой до 750 °C. Волокна каменной ваты негорючи и обладают химической стойкостью, они тонкие и эластичные, и при этом расположены хаотично. Благодаря такой структуре каменная вата обладает хорошими механическими свойствами, в том числе устойчивостью к вибрациям, и сохраняет формостабильность во время эксплуатации.
Основные производители каменной ваты выпускают множество видов изделий, предназначенных для трубопроводов различного назначения. Например, фирма Rockwool — мировой лидер в производстве изделий из этого материала — имеет в ассортименте следующие виды изоляции (применяются в зависимости от температуры): Lamella Mat — до +250 °С, Tech Mat — до +570 °С, а прошивные маты Wired Mat различных марок могут применяться до +750 °С.
Маты могут быть покрыты алюминиевой фольгой, некоторые из них дополнительно армируются: например, у Wired Mat одна сторона покрыта сеткой из гальванизированной или нержавеющей проволоки, кроме того, изделие прошивается проволокой. Металлическая сетка жестко фиксирует мат, обеспечивая полную неподвижность теплоизоляционного покрытия и его вибростойкость — что важно, например, при работе труб и оборудования в котельных и на ТЭЦ.
Такие маты удобны при креплении на криволинейные и угловые поверхности. Существуют и готовые изделия из каменной ваты для теплоизоляции трубопроводов, применение которых значительно ускоряет и облегчает монтаж — цилиндры, полуцилиндры, сегменты. Эти изделия выпускаются различными фирмами и имеют широкий диапазон размеров: например, в ассортименте той же фирмы Rockwool имеются цилиндры с внутренним диаметром от 18 до 915 мм и толщиной от 20 до 200 мм; для создания защитного слоя они могут иметь покрытие из армированной алюминиевой фольги.
Такие кашированные фольгой цилиндры не нуждаются в установке дополнительного покрытия. Продольный разрез облегчает монтаж изоляционного слоя на трубу, а скрепляются цилиндры просто: вязальной проволокой или бандажной лентой. В результате скорость монтажа такой теплоизоляции в разы выше классической на основе матов. Этот материал легко режется, что удобно при монтажных и ремонтных работах, в числе его достоинств — обеспечение быстрого доступа к поврежденным трубам и возможность повторного использования.
Все эти преимущества сделали теплоизоляционные цилиндры популярными. Добавим, что материал очень легок, экологически безопасен и может применяться на предприятиях, производящих пищевые продукты и медицинские препараты. Широкий диапазон рабочих температур (от –180 до +650 °C), пожарная безопасность и большой срок службы (равный сроку службы самих сетей) дополняют список преимуществ цилиндров из каменной ваты.
Энергосбережение сегодня является наиболее перспективным, а зачастую и единственным путем получения дополнительной тепловой энергии для нужд ЖКХ. Применение же современных теплоизоляционных материалов — один из основных способов обеспечения энергосбережения.
