Строительніе статьи 1996

Основные направления развития производства эффективных теплоизоляционных материалов

В связи с изменением общей энер­гетической политики в России — переходом от энергозатратного принципа развития экономики к уче­ту и управлению топливоэнергоем - костью общественного производства

— первостепенное значение приоб­ретает проблема энергосбережения.

Одним из важнейших путей эконо­мии топливно-энергетических ресур­сов является минимизация тепловых потерь через ограждающие конструк­ции зданий, сооружений, технологи­ческого оборудования, теплопрово­дов. По приближенным оценкам, ре­ализация достижений научно-техни­ческого прогресса в этой области может обеспечить к 2010 г. экономию 40 млн. т уел. топлива при ежегодном потреблении первичных энергоре­сурсов в стране 1300—1500 млн. т.

Подсчитано, что каждый уложен­ный в дело 1 м3 теплоизоляции обеспечивает в среднем экономию 1,45 т уел. топлива в год. Значи­мость этого пути экономии топлив­но-энергетических ресурсов оцени­ли промышленно развитые страны. В некоторых из них объем выпуска теплоизоляционных материалов на душу населения в 5—7 раз выше, чем в России (табл. 1).

Возможны два направления работ по снижению потерь теплоты через изолированные поверхности.

Первое — ужесточение нормати­вов теплопотерь ^увеличение тол­щины теплоизоляции с учетом но­вых нормативов при строительстве, реконструкции и ремонтах объек­тов. В связи с опережающим ростом цен на топливо в России по срав­нению с ценами на стройматериалы уже сейчас нормы теплопотерь дол­жны быть ужесточены не менее чем в 2 раза.

Второе — улучшение теплоза­щитных свойств и долговечности самих теплоизоляционных материа­лов и конструкций.

Переход на более обоснованные нормативы теплопотерь и высоко­эффективные теплоизоляционные материалы требует расширения и совершенствования производства этих материалов. Решая вопросы инвестирования этой отрасли, надо иметь в виду, что эффективность вложений в тепловую изоляцию в

4— 5 раз выше, чем эффективность вложений в разработку' новых мес­торождений топливно-энергетиче­ских ресурсов.

Наибольшее количество тепло изоляционных материалов исполь­зуется в жилищном, гражданском и промышленном строительстве, в системах транспортирования тепло­ты и в промышленности. Учет тенденций потребления теплоизоля­ционных материалов в этих отраслях дает возможность прогнозировать требуемые виды теплоизоляции, их качество и количество.

Теплоизоляция ограждающих конструкций зданий

Только на отопление существую­щих зданий ежегодно расходуется 240 млн. т уел. топлива в год, что
составляет около 1/5 Всех потреб ляемых энергоресурсов России. Большой расход энергоресурсов объясняется пониженным, по срав - пению с мировым нормативным, термическим сопротивлением ог­раждающих конструкций и их низ­ким качеством. Так. в трехслойных конструкциях вследствие уплотне­ния и увлажнения минеральной ваты термическое сопротивление в процессе эксплуатации снижается па 25—30 % против нормативного.

В настоящее время предусматри­вается повышение нормативных тре­бований к теплозащите ограждающих конструкций вновь строящихся и эксплуатируемых зданий. На первом этапе предусматривается повышение термического сопротивления И 1,5— 1,7 раза п на втором в 3—3,5 раза.

Решая задачу экономии энергоре­сурсов улучшением теплозащиты зда­ний, нельзя не учитывать затраты энергии на получение самой тепло­изоляционной конструкции. Расчеты показывают, что только легкие высо­коэффективные материалы

(у = 200 кг/м3: > = 0,06 Вт/м К) энергоемкость конструкций из кото­рых не превышает 10 — 15 кг уел. топлива на 1 м~. способны в течение

5— 15 лет сэкономить («вернуть») энергозатраты на их- производство и в дальнейшем приносить чистую эко­номию. Причем наиболее эффектив­ными являются пенопласты и легкие волокнистые материалы. Для сравне­ния: пустотелый кирпич при сегод­няшних нормах теилопотерь в ограж­дающей конструкции «вернет» затра­ченную на его производство энергию не менее чем через 50 лет, а при /? =

3.5 м2 °С/Вг — через 250—300 лет.

В реализации программы энерго­сбережения в строительстве наи­большую отда'гу и в более короткие сроки даст улучшение теплозащит­ных свойств существующих зданий путем повышения термического со­противления стен за счет примене­ния дополнительной теплоизоляции из эффективных материалов.

Большой объем работ по допол­нительной изоляции в течение не­скольких десятилетий ведется в За­падной Европе и Америке. В этом направлении специализируются мно­гие фирмы: «ХЕК» и «Агре- Штрабаг» (Германия); «Роквул» (Дания); «Суэнс Корнмпг» (США); «Партек» (Финлян­дия): «Гунфибер» (Швеция) и ДР-

В России такие работы может выполнять концерн «СТЕПС», тепло­изоляционные предприятия и базы которого имеются по всей стране.

Анализ развития теплозащиты зданий и сооружений позволяет сделать следующее заключение.

Повышение теплозащитных свойств ограждающих конструкций вновь возводимых и эксплуатируе­мых зданий путем использования традиционных строительных мате­риалов, таких, как кирпич, легкие бетоны и т. п., экономически неце­лесообразно. Такой путь потребует дополнительного производства со­тен миллионов тонн этих материа­лов, а энергозатраты на их произ­водство сведут на нет экономию энергоресурсов, получаемую за счет повышения теплозащиты зданий при их Эксплуатации.

Для решения задачи энергосбе­режения в строительстве необхо­димо использовать ограждающие конструкции на основе эффектив­ных теплоизоляционных материа­лов — преимущественно пенопла­стовых и волокнистых.

Тепловая изоляция и система транспортирования теплоты

Обладая самой крупной в мире системой централизованного теплоснабжения, Россия сущест­венно отстала от развитых зару­бежных стран в вопросе теплоза­щиты систем транспортирования теплоты. В настоящее время по­тери теплоты через поверхность теплопроводов составляют 16 % От отпускаемой потребителям, что в 1,5—2 раза выше аналогич­ного показателя передовых стран Западной Европы. Эти потери оцениваются примерно в 62 млн. т уел. топлива в год.

Преобладающим способом про­кладки тепловых сетей в России является подземная прокладка в непроходных каналах с теплоизоля­цией минеральной ватой (80 %) и бесканальная прокладка с теплоизо­ляцией из армобетона, битумопер - лита, битумовермикулита, битумоке- рамзита (10 %).

Вследствие тяжелых условий ра­боты, низкого качества строитель­ства и применяемых материалов фактические потери тежюты в теп­лопроводах в 1,5—2 раза превыша­ют нормативные.

В настоящее время в связи с изменением стоимости тепловой энергии определены перспективные нормы теилопотерь в тепловых се­тях, более жесткие, (в 1,5 раза) по сравнению с нормами СНиП

2.04.14-88.

В связи с этим, учитывая все затраты на производство теплопро­водов, как энергетические, так и материальные, практически реали­зовать новые нормы возможно только при условии использования Эффективных теплоизоляционных материалов (у = 100—200 кг/м, А = =0,05—0,07 Вт/м-К). Применение используемых в настоящее время для бесканальной прокладки тепло­вых сетей армобетона, битумопер - лита и т. д. (у = 500—600 кг/м3;

Я = 0,09—0,11 Вт/м-К) экономиче­ски нецелесообразно.

Результаты исследований тепло­защитных свойств, коррозионной стойкости и долговечности изоля­ции и в целом конструкций подзем­ных трубопроводов позволяют за­ключить, что наиболее прогрессив­ным является способ бесканальной прокладки теплосетей, изолирован­ных жестким пенополиуретаном. По сравнению с изоляцией армобето ном и битумоперлитом долговеч­ность повышается в 2 раза, потери теплоты сокращаются в 2—3 раза, удельная поверхность трубопрово­дов в 8—10 раз ниже.

Сегодня за рубежом в промыш­ленных масштабах и в России в опытных производствах применя­ются три метода нанесения изоля­ции из пенополиуретана (ППУ): заливка в разъемную форму, напы­ление и заливка в межтрубное пространство. Последняя, нашед­шая наибольшее распространение в Европе, наиболее предпочтительна в России. Следует развивать конст­рукцию «труба в трубе» с трубной оболочкой из жесткого полиэтилена с тепловой изоляцией из пенопо­лиуретана ППУ'345, не содержаще­го хладона. Такой материал разра­ботан в АО «Полимерсинтез».

Но экспертным оценкам, на еже - голнмм объем прокладки 2300 км теплотрасс потребуется 120 тыс. м" пенополиуретана и 19 тыс. т оболо­чек из жесткого полиэтилена. Ана­лиз производства компонентов для жестких ПНУ в России и за рубежом показал, что для организации ши­рокого производства теплопрово­дов следует закупать 8 тыс. т полиизоционата по импорту и 4 тыс. т полиольных компонентов — на отечественных предприятиях ПО «Нижнекамскнефтехим».

Промышленная теплоизоляция

Общая протяженность изолиро­ванных технологических трубопро­водов промышленных Предприятий России (85—90 % всей промышлен­ной теплоизоляции) составила около 500 тыс. км. Нормативные потери тепловой энергии трубоп­роводами и оборудованием со­ставляют более 40 млн. т уел. топлива. Фактические тепловые потери превышают нормативные в 1,3—1,5 раза вследствие низкого качества применяемых теплоизо­ляционных материалов (85—90 %

— минераловатные). Очевидно, и в дальнейшем промышленная теп­ловая изоляция будет в основном базироваться на волокнистых ма­териалах. Однако для увеличения долговечности изоляции, улучше­ния ее монтажных и эксплуатаци­онных характеристик необходимо значительно повысить качество теплоизоляционных материалов.

Таким образом, общие потери тепловой энергии через теплоизо­лированные поверхности зданий, сооружений, теплопроводов и обо­рудования достигли в настоящее время 360 млн. т уел. топлива в год, что составляет около 30 % годового потребления первичных топливно - энергетических ресурсов России. Ужесточение норм теплопотерь, пе­реход на легкие эффективные теп­лоизоляционные материалы, значи­тельное улучшение их качества по­зволят ежегодно экономить около

14 млн. т уел. топлива.

Для реализации энергосбере­гающих мероприятий, обеспечи­вающих такую экономию топлив­но-энергетических ресурсов не­обходимо дополнительно выпу­скать около 15 млн. м1 в год. К началу 1995 г. в России функци­онировало 215 предприятий по производству теплоизоляцион­ных материалов и изделий общей установленной мощностью около

15

Млн. м' в год. Динамика производства теплоизоляцион­ных материалов за последние годы свидетельствует, что эта отрасль народного хозяйства, как и другие, переживает кризисное со­стояние (табл. 2).

По сравнению с 1988 г. падение производства составило 50 %.

Минераловатные теплоизоляци­онные материалы занимают доми­нирующее положение в общем объ­еме производства. Такое положение сохранится на обозримую перспек­тиву. Это объясняется большим числом (67) действующих предпри­ятий, универсальностью минерало­ватной продукции, недостижимым для других материалов (кроме стек­ловолокнистых) разнообразием из­делий, которые можно получать из минеральной ваты, широким интер­валом средней плотности (от 25 до 400 кг/м3) и широким температур­ным интервалом применения (от -160 до +800 °С). К этому следует добавить повсеместно распростра­ненную сырьевую базу, сравнитель­но низкие капитальные затраты и производственные издержки на 1 м3 продукции. В промышленно развитых странах Европы, например во Франции, - в Финляндии, Швеции, Дании, доля волокнистых теплоизо­ляционных материалов также со­ставляет 60—70 % общего объема их производства.

В России из 122 технологических линий по производству минерало­ватных изделий 103 оснащены кок­совыми вагранками, 17 линий — ванными печами, 2 линии — элек­тропечами. На абсолютном боль­шинстве предприятий эксплуатиру­ют технологическое оборудование образца начала 60-х — конца 70-х годов. Износ активной части основ­ных фондов достигает 60—70 %. Удельные энергозатраты на 20— 30 % выше, чем в современных зарубежных технологиях. Выпускае­мая продукция — преимущественно плитные и рулонные (прошивные маты). Это материалы с весьма ограниченным диапазоном разме­ров и плотности. Фасонные изделия (цилиндры, полуцилиндры) вообще не производят. Готовую продукцию упаковывают в бумагу или деревян­ные ящики (за рубежом — в термо­усадочную полиэтиленовую пленку).

Низкое качество и ограниченная номенклатура минераловатных из­делий делают их неконкурентоспо­собными на внешнем рынке. Более того, высококачественная продук­ция из Швеции, Финляндии, Герма­нии и других стран начинает вытес­нять отечественную на престижных объектах, в том числе в частном строительстве.

Несколько предприятий работают на более совершенных импортных технологических линиях, поставлен­ных фирмами «Юнгерс» (Швеция), «Партек» (Финляндия), «Про »смак» (Польша). Однако только на Наза- ровском заводе теплоизоляционных изделий и конструкций установлено сравнительно новое оборудование, разработанное в начале 80-х годов. На остальных (Тверской комбинат «Изолит», Норильское АО «Тнсма», Ростовское АО «Комат», Кондопож скос МП «Матокс») работают мо рально устаревшие образцы импортного оборудования.

Техническое состояние пред приятии по выпуску других ви­дов теплоизоляционных матери­алов, ограниченность номенкла­туры и качество этих материалов такие как в минераловатном

Производстве.

Номенклатура и качество выпуска емых в настоящее время теплоизоля­ционных изделий не могут обеспе­чить выполнение программ «Энерго­сбережение» в строительстве и «Жи­лище» даже при значительном уве­личении объема производства.

В течение длительного времени производство теплоизоляционных материалов, так же как и других, развивалось по пути увеличения объемов выпуска. Частично это достигалось за счет ввода новых мощностей, в основном же — за счет интенсификации производства. Ассортимент минераловатных, стек­ловолокнистых, жесткоформован­ных изделий годами оставался без изменений. Выпуск новых, как пра­вило, опытных партий изделий на отдельных предприятиях не мог изменить общей картины.

Зарубежные фирмы быстро от­реагировали на энергетический кризис 70-х годов, значительно расширив ассортимент теплоизоля­ционных изделий. Например, фирма «Партек» может предложить потре­бителям до 300 наименований и типоразмеров минераловатных из­делии самого высокого качества. Все предприятия России могут пред­ложить (без учета шумопоглощаю­щих минераловатных плит) не более 15—17 видов.

Столь широкая номенклатура фирмы «Партек», подкрепленная от­личным качеством, покрывает прак­тически весь спектр разнообразных запросов потребителей. Это разно­образие минераловатной продукции достигнуто за счет создания дейст­вительно новых технологий и обо­рудования. Сказанное в одинаковой мере относится и к другим зарубеж­ным фирмам, специализирующимся на производстве теплоизоляцион­ных материалов.

Чтобы эта отрасль теплоизо­ляционных материалов не стала

ТОрМОЭОМ II решении ВаЖНеЙНШХ федеральных программ, необходима иная, чем прежде, концепция ее развития

ЛО »•Теи'юпроект» считает, что эта концепция должна базировать­ся на трех приоритетах, ранжиро­ванных по степени уменьшения доли государственной поддержки.

Первый расширение номенк­латуры теплоизоляционных, мине­раловатных, стекловолокнистых и других изделии до показателя пере­довых зарубежных фирм.

Второй — повышение качества теплоизоляционных изделий до уровня, обеспечивающего их конку­рентоспособность, снижение издер­жек производства.

Третий — доведение объемов производства теплоизоляционных изделии и материалов в расчете на 1000 жителе» до значений, достиг­нутых в развитых странах со сходны­ми климатическими условиями.

Первое может быть решено только при мощной федеральной поддержке. Потребуются проведе­ние большого объема научно-ис­следовательских. опытно-конст­рукторских и проектных работ, изготовление и доводка головных образцов нового технологического и упаковочного оборудования, раз­работка программных средств уп­равления технологическими про­цессами. разработка автоматизи­рованных систем и оборудования, обеспечивающих компактное

Складирование на предприятиях— изготовителях объемной тепло­изоляционной продукции. В этой области имеется большой научный и инженерный задел, много закон­ченных и невостребованных раз­работок Однако для ускорения выхода на внутренний рынок раз­нообразных и высококачественных минераловатных материалов целе­сообразно закупить современное, например фирмы «Партек», обору­дование для установки его на 10—11 действующих предприяти­ях. Эти предприятия, расположен­ные и различных регионах страны, станут не только поставщиками повои продукции, но и фактором, стимулирующим инвестиционную активность родственных предпри­ятий, направленную на повышение конкурентоспособности своей продукции.

Представляет интерес предло­жение американской фирмы «Оуэнс Корнинг» по поставке обо­рудования для производства эф­фективных стекловолокнистых утеплителей для выпуска продукции под своей маркой.

По нашему мнению, необходимо предложить этой фирме разместить

3— 4 завода в Центре России, в Поволжье, на Урале и в Сибири.

Сейчас наблюдается диктуемое рын­ком стремление к повышению качества и снижению себестоимости продукции путем модернизации или замены от­дельных единиц оборудования.

Например, замена центробеж - но-дутьевых центрифуг четырехвал­ковыми уменьшает средний диаметр волокон ваты с 8—10 до 4—6 мкм, снижает количество отходов волок- нообразования на 10—15 %,

Настолько же увеличивает выход готовой продукции, резко уменьша­ет общезаводские затраты на теп­ловую энергию. . Для решения подобных задач требуются сравни­тельно небольшие затраты, которые могут быть покрыты за счет средств предприятий или кредитов.

Вместе с тем большинство пред­приятий получают низкокачествен­ное сырье, топливо и материалы (доменные шлаки, кокс, перлитовая порода, синтетические смолы, обес пыливатели, масла, клеи и т. д.).

Без государственной поддержки пока невозможны расширение и развитие сырьевой базы, разведка и освоение новых месторождений сырья, строительство го­ловных мини-установок по варке синте­тических смол на месте потребления.

При оценке перспективного объе­ма производства теплоизоляционных материалов целесообразно ориенти­роваться на показатель, характеризу­ющий годовое производство на 1000 жителей В процессе реализации про­граммы «Жилище» именно сектор жилья может стать одним из основ­ных потребителей этих материалов.

Опенка потребности на 2010 г. по финскому показателю (см. табл. 1) при численности населения России к этому времени 180 млн. чел. дает следующий объем производства: всех теплоизоляционных материалов — 75 млн. м3, в том числе волокнистых

— 56 млн. м3 (доля волокнистых принимается 75 %).

Установленная мощность пред­приятий России по выпуску волок­нистых материалов составляет около 12 млн. м3, в том числе минераловатных около 10,5 млн. м3. Средняя мощность одной тех­нологической линии 100 тыс. м3. Мощность современной техноло­гической линии 200 тыс. м3 и более. Таким образом, за счет замены старого оборудования но­вым можно получить прирост око­ло 7—8 млн. м3 в год. Кроме того, потребуется строительство еще около 100 новых линии.

Перспективные направления НИР и ОКР

К числу перспективных направ­лении развития научно-исследова­тельских и опытпо-комструктор - ских работ в области тепловой изоляции относятся:

— разработка и внедрение компо­

Зитных сырьевых шихт на основе горных пород (взамен доменных шлаков), обеспечивающих повы­шение эксплуатационных

Свойств минерального волокна:

— совершенствование существую­щих и разработка новых плавиль­ных агрегатов с высоким коэффи­циентом полезного действия и минимальными токсичными вы­бросами для получения силикатно­го расплава;

— перевод минераловатных заводов на центробежно-валковый спо­соб производства с применением высокоскоростных центрифуг, а также исследование акустических волокнообразующих узлов, обес­печивающих улучшение монтаж­ных и эксплуатационных свойств волокнистых материалов;

— создание систем глубокой ути­лизации теплоты отходящих газов в линиях минераловат­ного производства;

— разработка и внедрение новых не­токсичных связующих для минера­ловатных плит;

— разработка и внедрение безотход­ных технологий производства него­рючих, экологически чистых рулон­ных и плитных изделий из мине­рального супертонкого волокна;

— исследование и разработка неток­сичного неорганического утепли­теля (средней плотностью лс 250 кг/м") для изоляции огражда­ющих конструкций зданий;

— разработка технологии и оборудо­вания для изготовления плитны>. и фасонных теплоизоляционных изделий «гшастигран» из отходов пластмасс и минеральной ваты;

— создание энергосберегающей технологии производства новых в! црв экологически чистых не­горючих теплоизоляционных из­делий на основе перлита;

— отработка композиций и техно­логии заливки под кожух безфе - оновых пенополиуретанов;

— отработка вариантов и иссле­дование способов дополни­тельной изоляции эксплуати­руемых зданий.