Направления энергосбережения в строительстве и развитии производства теплоизоляционных материалов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Направления энергосбережения в строительстве и развитии производства теплоизоляционных материалов

1. Теплоизоляция ограждающих конструкций зданий

Только на отопление существующих зданий ежегодно расходуется 240 млн. т условного топлива в год, что составляет около 1/5 всех потребляемых энергоресурсов России, или 34% от произведенной в стране тепловой энергии, тогда как в западных странах эта доля составляет 20-22%.

Большой расход энергоресурсов объясняется теплопотерями через ограждающие конструкции, кровлю, оконные и дверные проемы и вентиляцию (рис. 1).

Большие теплопотери объясняются также пониженным термическим сопротивлением ограждающих конструкций.

Рис. 1. Распределение потерь тепла жилого строения

Решая задачу экономии энергоресурсов улучшением теплозащиты зданий, нельзя не учитывать затраты энергии на получение самой теплоизоляционной конструкции.

Проведенные расчеты показали, что легкие высокоэффективные материалы (г не более200 кг/м³ и л не более 0,06 Вт/м ⁰К), энергоемкость производства конструкций из которых не превышает 10-15 кг условного топлива на 1 м³, способны в течение 5-15 лет сэкономить 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 теплопотерь в ограждающей конструкции "вернет" затраченную на его производство энергию не менее чем через 50 лет.

В России в последние годы проблеме энергосбережения уделяется много внимания.

На федеральном уровне создан нормативно-правовой фундамент энерго- и ресурсосбережения.

Это, прежде всего, закон Российской Федерации "Об энергосбережении", постановление Правительства Российской Федерации от 9 июля 1997 года "О повышении эффективности использования энергетических ресурсов и воды предприятиями, организациями бюджетной сферы".

Принципиальное значение имеет утверждение Правительством России в январе 1998 года Федеральной целевой программы "Энергосбережение России" на 1998-2005 годы с подпрограммой "Энергосбережение в жилищно-коммунальном хозяйстве".

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

В 1995 году Госстрой РФ своим постановлением №18-81 от 11.08.95 г. принял и ввел в действие новые нормативные требования к теплозащитным качествам наружных ограждающих конструкций зданий, согласно которым требования по сопротивлению теплопередаче ограждающих конструкций жилых и общественных зданий к 2000 г. были повышены в 2,5-3 раза.

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 Корнинг» (США); «Партек» (Финляндия); «Гунфибер» (Швеция) и др.

Анализ развития теплозащиты зданий и сооружений позволяет сделать следующее заключение:

- повышение теплозащитных свойств увеличением толщины ограждающих конструкций вновь возводимых и эксплуатируемых зданий при использовании только традиционных строительных материалов, таких, как кирпич, легкие бетоны и т.п., не обеспечивает достаточной экономической эффективности.

Такой путь требует 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 рациональным направлением является использование слоистых ограждающих конструкций с применением эффективных теплоизоляционных материалов.

2. Тепловая изоляция и система транспортирования теплоносителей

России, обладающей самой крупной в мире системой централизованного теплоснабжения, необходимо существенное улучшение защиты 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 условного 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, битумоперлита, битумовермикулита, битумокерамзита (10%).

Вследствие тяжелых условий работы, низкого качества строительства и применяемых материалов, фактические потери теплоты в теплопроводах в 1,5-2 раза превышают нормативные. В настоящее время, в связи с изменением стоимости тепловой энергии определены перспективные нормы теплопотерь 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 (г = 100-200 кг/м³, л = 0,05-0,07 Вт/м ⁰К). Применение используемых в настоящее время для бесканальной прокладки тепловых сетей армобетона, битумоперлита и т.д. (г = 500-б00 кг/м³, л = 0,09-0,11 Вт/м ⁰К) 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 армобетоном 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 расширять применение конструкций «труба в трубе» с трубной оболочкой из жесткого полиэтилена с тепловой изоляцией из пенополиуретана.

По экспертным оценкам, на ежегодный объем прокладки 2300 км теплотрасс потребуется 120 тыс. м³ пенополиуретана и 19 тыс. т оболочек из жесткого полиэтилена. Анализ производства компонентов для жестких ППУ в России и за рубежом показал, что для организации широкого производства теплопроводов следует закупать 8 тыс. т полиизоционата по импорту и 4 тыс. тонн полиольных компонентов - на отечественных предприятиях.

3. Промышленная теплоизоляция

ограждающий теплоизоляционный конструкция

Общая протяженность изолированных технологических трубопроводов промышленных предприятий России (85-90% всей промышленной теплоизоляции) составляет около 500 тыс. км. Нормативные потери тепловой энергии трубопроводами и оборудованием составляют более 40 млн. т условного 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 её 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 условного 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 условного топлива.

4. Состояние производства теплоизоляционных материалов

Для реализации энергосберегающих мероприятий, обеспечивающих существенную экономию топливно-энергетических ресурсов необходимо ежегодно дополнительно выпускать, по разным оценкам, от 15-ти до 75 млн. м³ теплоизоляционных материалов.

К началу 1995 г. в России функционировало 215 предприятий по производству теплоизоляционных материалов и изделий общей установленной мощностью около 15 млн. м³ в год. Динамика производства теплоизоляционных материалов за последние годы свидетельствует, что эта отрасль народного хозяйства, как и другие, переживает кризисное состояние (табл. 1).

По сравнению с 1988 годом, падение производства составило около пятидесяти процентов.

Таблица 1

Динамика производства теплоизоляционных материалов

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, в Финляндии, Швеции, Дании доля волокнистых теплоизоляционных материалов также составляет 60-70% общего объема их производства.

В России на большинстве предприятий эксплуатируют технологическое оборудование образца начала 60-х - конца 70-х годов XX века. Износ активной части основных фондов достигает 60-70%. Удельные энергозатраты на 20-30% выше, чем в современных зарубежных технологиях. Выпускаемая продукция - преимущественно плиты или рулонная (прошивные маты). Это материалы с весьма ограниченным диапазоном размеров и плотности. Фасонные изделия (цилиндры, полуцилиндры) производятся ограниченно. Готовую продукцию упаковывают, преимущественно, 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 вытесняет 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), «Проземак» (Польша) и др.

Номенклатура и качество выпускаемых 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 семидесятых годов, значительно расширив ассортимент теплоизоляционных изделий. Например, фирма «Партек» может предложить потребителям до 300 наименований и типоразмеров минераловатных изделий 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 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 тормозом в решении важнейших федеральных программ, необходима иная, чем прежде, концепция ее развития.

АО «Теплопроект» считает, что эта концепция должна базироваться на трех приоритетах, ранжированных по степени уменьшения доли государственной поддержки.

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

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

Третий - доведение объемов производства теплоизоляционных изделий и материалов в расчете на 1000 жителей 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 расширить закупку современного, например, фирмы «Партек» оборудования для установки его на действующих предприятиях. Эти предприятия, расположенные в различных регионах страны, станут не только поставщиками новой продукции, но и фактором, стимулирующим инвестиционную активность родственных предприятий, направленную на повышение конкурентоспособности своей продукции.

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

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

Например, замена центробежно-дутьевых центрифуг четырехвалковыми уменьшает средний диаметр волокон ваты с 8-10 до -1-6 мкм, снижает количество отходов волокнообразоваиия 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, обеспыливатели, 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 других технически развитых странах.

В процессе реализации программы «Жилище» именно сектор жилья может стать одним из основных потребителей этих материалов.

Оценка потребности теплоизоляционных материалов на 2010 г. дает 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 теплоизоляционных 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 линий.

5. Перспективные направления НИР и ОКР

К числу перспективных направлений развития научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в области тепловой изоляции относятся:

разработка и внедрение композитных 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 до 250 кг/м³) для изоляции ограждающих конструкций зданий;

разработка технологии и оборудования для изготовления плитных и фасонных теплоизоляционных изделий «пластигран» из отходов пластмасс и минеральной ваты;

создание энергосберегающей технологии производства новых видов экологически чистых негорючих теплоизоляционных изделий на основе перлита;

отработка композиций и технологии заливки под кожух пенополиуретанов, не содержащих фреонов;

отработка вариантов и исследование способов дополнительной изоляции эксплуатируемых зданий.

Размещено на Allbest.ru