Совершенствование и актуализация законодательной и нормативной базы повышения энергоэффективности зданий. Применение утеплителей из экструзионного пенополистирола в наружных ограждающих конструкциях зданий
В настоящее время в мире большое внимание уделяется вопросам энер - го - и ресурсосбережения вследствие постоянно растущей рыночной стоимости электроэнергии, экологических проблем, связанных с ее производством и общей ограниченностью ресурсов.
Для экономии энергозатрат в жилищно-коммунальном хозяйстве, потребляющем существенную долю топливно-энергетических ресурсов [126], за последнее 20-летие в нашей стране был принят ряд мер по снижению расхода тепловой энергии на отопление зданий.
Для решения данной задачи в период с 1995 по 2004 гг. состоялся поэтапный переход к новым требованиям по теплозащите наружных ограждающих конструкций. Согласно [106] значение требуемого сопротивления теплопередаче Rreq стеновых ограждающих конструкций с 1 сентября 1995 г. было увеличено в среднем в 2 раза (1 этап) по сравнению с предыдущим значением, асі января 2000 г. еще приблизительно на 75 % (2 этап). Позже нормативные документы СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» [105] и СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий» [107] впервые стали регламентировать классы энергетической эффективности зданий в зависимости от значений расчетных комплексных показателей по расходу тепловой энергии на отопление qhdes.
С выходом Приказа Минрегионразвития РФ от 28 мая 2010 г. № 262 «О требованиях энергетической эффективности многоквартирных домов» [90] и принятием Постановления Правительства РФ от 25 января 2011 г.
№ 18 «Об утверждении правил установления требований энергетической эффективности для зданий, строений и сооружений и требований к правилам определения класса энергетической эффективности многоквартирных домов» [69] в нашей стране были установлены требования по повышению энергетической эффективности жилищно-коммунального сектора по отношению к базовому уровню, регламентирующие сокращение тепловых расходов не менее чем:
• на 15 % по отношению к базовому уровню с 1 января 2011 г. (на период 2011-2015 гг.);
• 30 % по отношению к базовому >ровню с 1 января 2016 года (на период 20 16-2020 гг.);
• 40 % по отношению к базовому уровню с 1 января 2020 года.
За базовый уровень принято теплопо греблей ие зданий нормируемое в соответствии с положениями [105].
Ужесточение требований к тепловой зашите зданий привело к бурному развитию рынка теплоизоляционных материалов в России (рис. 1.1).
|
35 30 25 20 15 10 5 0 |
|
|
|
К ^ Х ш с; 1 э ^ 1- X Э г: S £ Ю О |
19У& 2001 2004 2005 2006 2008 2010 Год
Рис. 1.1. Гистограмма динамики роста объемов потребления теплоизоляционных материалов по данным компании Dow® в России [113]
Согласно [25] к теплоизоляционным относят материалы, обладающие теплопроводностью не более 0,175 Вт/м-°С при 25 °С и имеющие плотность ро не более 500 кг/м3. Теплоизоляционные материалы и изделия классифицируются:
• по виду основного исходного сырья (органические, неорганические);
• структуре (волокнистые, ячеистые, зернистые);
• форме (рыхлые, плоские, фасонные, шнуровые);
• возгораемости (несгораемые, трудносгораемые, сгораемые);
• содержанию связующего вещества (содержащие и не содержащие связующее звено).
Для обеспечения высоких требований к тепловой защите зданий наиболее широкое применение нашли высокоэффективные утеплители, коэффициент теплопроводности ^которых ниже 0,05...0,06 Вт/м-°С. Применение данного вида материалов, особенно для регионов с суровыми климатическими условиями, зачастую является единственным решением, позволяющим выполнять требования [105] при экономически оправданной толщине наружной ограждающей конструкции [17].
На рис. 1.2 представлена гистограмма, отображающая условную толщину однослойной наружной стены для различных вариантов ее исполнения из наиболее распространенных строительных материалов. Расчет толщин ограждающих конструкций произведен согласно требованиям по тепловой защите зданий [105], рассмотренным для условий г. Красноярска (нормируемое значение сопротивления теплопередаче стенового ограждения Rreq = 3,7 м2-°С/Вт [74]).
В результате в настоящее время наиболее распространенным решением наружных ограждений зданий являются многослойные конструкции с высокоэффективными утеплителями [124].
Современный анализ строительного рынка показывает [113], что наиболее широкое применение среди всех теплоизоляционных материалов получили изделия из минеральной, стеклянной ваты и пенополистирола (рис. 1.3).
|
8,0 |
|
|
|
% |
|
Рис. 1.3. Сегментация объемов потребления теплоизоляционных материалов по их основным видам: ■ - стекловата; □ - минеральная вата; □ - пенополистирол вспененный; □ - пенополистирол экструзионный; □ - прочие |
6,80
|
Рис. 1.2. Гистограмма требуемой толщины условного однослойного стенового ограждения согласно требованиям [105J при его исполнении из различных видов строительных материалов |
Теплоизоляционные свойства наиболее распространенных теплоизоляционных материалов по данным [105] представлены в табл. 1.1.
|
Таблица 1.1
|
По данным табл. 1.1 видно, что наименьшей теплопроводностью обладают пенополистиролы, являющиеся, следовательно, наиболее эффективными утеплителями по сравнению с другими. Как видно на рис. 1.3, суммарная доля пенополистирольных материалов составляет более 20 % от общего объема потребления теплоизоляционных материалов в нашей стране.
Пенополистиролы относятся к классу пенопластов, основным полимером у которых является полистирол. Пенопласты - класс гетерогенных полимерных материалов, представляющих собой газонаполненные пластические массы ячеистой структуры [91].
Полимерная матрица пенопластов может быть выполнена из большого числа разнообразных природных и синтетических полимеров, но наибольшее распространение получили пенопласты на основе полистирола, поливинил - хлорида, полиэтилена, полиуретанов, эпоксидных, карбамидных и кремний - органических смол. В данных материалах газообразной фазой является воздух или различные газы вспенивающих агентов (фреоны, углекислый газ и др.). Известно, что большое значение на свойства пенопласта оказывает не только материал полимерной матрицы и вид газа, заполняющего ячейки, но и соотношение объемов газовой и полимерной фаз, которое может составлять от 10 до 30 [36].
Прессовый метод получения пенопластов на основе термопластичных полимеров был впервые предложен в 1928 г. в Европе. В нашей стране первопроходцами в данной отрасли были такие ученые, как А. А. Берлин, А. А. Моисеев, Ф. X. Абель, которые в 1946 г. разработали и запатентовали общие способы получения пенопластов [12].
Газонаполненные пластмассы за свою более чем 80-летнюю историю получили широкое применение в различных отраслях промышленности (аэрокосмической, строительной, судостроении, машиностроении) из-за своих превосходных тепло - и звукоизоляционных свойств и низкой плотности.
В строительной отрасли, как уже было отмечено выше, наибольшее применение нашли пенопласты на основе полистиролов (пенополистиролы).
По технологии производства пенополистиролы подразделяются:
• на прессовые (ПС-1, ПС-2, ПС-4, ПС-5 и др.) [82];
• беспрессовые (ПСБ, ПСБ-С) [24];
• экструзионные ОSTYRODUR™, STYROFOAM™, URSA XPS, THERMIT XPS, ПЕНОПЛЭКС, ТЕПЛЕКС, ТИМПЛЕКС, ТЕХНОПЛЕКС, ЭКС - ТРОЛ и др.) [61, 66, 88, 89, 113, 164].
В Красноярском крае основными производителями пенополистиролов являются:
1 ООО «Технологъ», выпускающее изделия из ЭГШС (плиты THERMIT XPS, плиты с нанесенной на них армирующей сеткой с полимерцемсш - ным составом THERMIT SP, сэндвич-папели THERMITS).
2. ООО «Завод Стиропласт», производящее выпуск изделий из вспененного пенополистирола (ПСБ, ПСБ-С по [24], несьемная опалубка, теплоизоляционные скорлупы и пр.).
3. ЗАО «Фирма Культбытстрой», выпускающее плиты ПСБ и Г1СБ-С, основной объем которых направляется на внутренний теплоизоляционный слой собственных наружных стеновых панелей серии 11 1-97.
Среди пенополистиролов наиболее совершенным с технической точки зрения (по данным табл. 1-ій [88, 89, 164]) является ЭППС. В связи с этим в настоящее время во всем мире данный материал получает всё большое распространение, постепенно вытесняя своих конкурентов (рис. 1.4) [113].
|
2005 2006 2007 2008 2009 2010 Год Рис. 1.4. Рост мирового спроса на экструзионный пенополистирол |
Основными областями применения ЭППС в строительной отрасли являются [1, 4, 40]:
• утепление наружных стеновых конструкций;
• производство слоистых ограждающих конструкций;
• изготовление конструкций в несъемной опалубке из пенополистирола;
• теплоизоляция в инверсионных кровлях, скатных крышах и чердачных перекрытиях;
• теплоизоляция перекрытий и подвальных помещений;
• дорожное и аэродромное строительство.
Реально оценить эффективность использования пенополистиролов в строительстве можно только после определения безремонтного срока их эксплуатации, в течение которого будет обеспечиваться их работоспособность (долговечность).
За последнее время в нашей стране было опубликовано большое количество статей, касающихся темы пожарной и экологической опасности применения пенополистирольных утеплителей для теплоизоляции зданий [6, 7, 8, 112]. Стоит отметить общемировую тенденцию увеличения объемов потребления пенополистиролов (рис. 1.4), а также наличие различных конструктивных решений, обеспечивающих минимизацию представленных возможных опасностей. Данные вопросы требуют отдельных исследований и в диссертационной работе не рассматривались.
