ПОЛИМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ЖКХ

Жилищный сектор по энергоемкости занимает второе место после обрабатывающей промышленности. В настоящий момент более 80% стоимости услуг ЖКХ приходится на поставку электроэнергии, тепла, газа, горячей и холодной воды. Остальные 20% - на управление недвижимостью, вывоз и захоронение отходов, содержание территории.

 

По оценкам ЦЭНЭФ, реализация энергосберегающих мер в ЖКХ может привести к экономии энергии до 70%. Повышение энергоэффективности всей отрасли ЖКХ с точки зрения технического потенциала позволяет сократить энергопотери на 53,4 млн т.н.э. в жилом секторе и на 15,2 млн т.н.э. в секторе общественных зданий, из которых около 70% приходятся на технологии, использующие полимеры.

 

Неэффективность текущего фонда жилых и общественных зданий РФ имеет несколько оснований:

•  ряд «мостов холода» внутренних конструкций (элементов внутренних конструкций, через которые в здание поступает и распространяется холод);

•  тепловые узлы не автоматизированы - излишний/недостаточный уровень отопления при резких климатических изменениях;

•  неэффективная система рециркуляции горячей воды. По сравнению со многими странами показатели энероемкости систем отопления жилых зданий России (по данным 2007 года) существенно выше аналогичных показателей стран Европы.

 

Энергоемкость систем отопления жилых зданий РФ на 61-76% выше уровня энергоемкости жилых зданий северной Европы. Во многом это объясняется тем, что современным требованиям теплоизоляции и эффективности систем отопления отвечает лишь небольшая доля зданий, построенных после 2000 г. в соответствии с новыми стандартами теплозащиты. Однако большинство существующих зданий имеет очень низкие параметры эффективности систем отопления.

 

Оценки свидетельствуют, что наибольшей энергоемкостью характеризуются здания, построенные 20 лет назад и ранее. В России существуют значительные возможности энергосбережения как в системах отопления, так и в сис­темах горячего водоснабжения жилых зданий.

 

Диапазон экономии энергии в 2005 году составлял 35-49% совокупного конечного потребления тепловой энергии. Модернизация существующих жилых зданий в том же году могла принести экономию в размере 30-60% от потребления энергии на цели отопления.

 

Большая часть технического потенциала энергоэффективности в секторе общественных зданий привлекательна по экономическим и финансовым параметрам. Весь технический потенциал экономии в этом секторе - практически реализуемый. Приблизительно 75% всего технического потенциала экономии электроэнергии может быть реализовано через окупаемые инвестиции и рентабельные проекты. В результате повышения эффективности энерго- и водоснабжения бюджетных зданий может быть достигнута экономия на оп­лате коммунальных услуг в размере 3-5 млрд долл. США .

 

Основная часть энергопотребления жилого сектора (83%) - тепловая энергия отопления и горячего водоснабжения. В секторе общественных зданий на долю отопления и горячего водоснабжения приходится 70% энергопотребления.

 

Наибольший эффект энергосбережения в области ЖКХ достижим с помощью использования полимеров. Подсчитано, что до 70% ресурсов отопления и горячего водоснабжения можно сэкономить, утепляя полимерными материалами фасады, дверные проемы, балконы, полы, а также используя полимеры в секторе транспортировки тепла.

 

Так, например, кирпичная кладка шириной в метр и прослойка полистирола в 20 см дают одинаковый энергосберегающий эффект. Срок службы труб из ПВХ составляет 50 лет, в то время как традиционные для России металлические трубы эффективны не более 15 лет.

 

Применение в строительстве полимерных материалов позволяет сократить использование природных материалов, продлить сроки эксплуатации строений и их элементов.

 

По данным Центра по эффективному использованию энергии, каждая тонна СО2, выделившаяся в производстве изоляционных материалов, позволяет избежать выброса 233 тонн СО2 в процессе эксплуатации зданий. Например, литр нефти, потраченной на создание изоляционного пенополистирола, будет сохранять до 75 литров нефти, которые тратились бы на отопление каждый сезон в течение 25 лет.

 

Методы повышения эффективности использования энергии в сегменте жилищно-коммунального хозяйства в основном сконцентрированы на сокращении потерь энерии и минимизации ее неэффективного использования. Нижеприведенные данные свидетельствуют, что наиболее эффективными с точки зрения затрат, сроков внедрения и опыта применения являются решения с использованием полимеров.

 

Вентилируемые фасады

Применение полимеров в теплоизоляции стен способно сократить энергопотери на 11,5 млн т.н.э. Современные технологии производства и использования полимерных материалов позволяют решать задачи снижения теплопотерь при эксплуатации здания уже на этапе строительства. Установлено, что 70% всего потерянного тепла уходит через внешние несущие и ограждающие конструкциия. В строительстве использование современных материалов позволяет возводить эффективные стены, сберегающие тепло внутри и не требующие повышенных расходов топливных ресурсов в холодное время года. Одним из наиболее перспективных путей решения проблемы является использование полимеров в вентилируемых фасадах.

 

Комплексное утепление фасадов зданий стало широко распространенной строительной технологией, поскольку позволяет решать две важные задачи. Теплоизоляция стен обеспечивает экономию до 45% энергии, расходуемой на обогрев помещений. Качественное утепление способствует поддержанию внутри здания комфортной для проживания температуры и влажности, и защищает стены здания от агрессивного воздействия внешней среды: образования мостиков холода, температурных трещин, пятен сырости, коррозии, конденсата, роста плесени, грибков.

 

Вентилируемые фасады - конструкции различного вида и сложности из материалов облицовки и подоблицовочной системы (подсистема вентилируемого фасада), которая с воздушным промежутком крепится к стене.

 

Навесные вентилируемые фасады - одна из наиболее современных и популярных технологий внешней облицовки вентилируемых фасадов. Представляет собой различного вида и сложности конструкции, закрепляемые в основную (несущую) стену, на которые монтируют элементы облицовки (плиты натурального камня или керамогранита, стекло, различные полимеры и композитные материалы). Между несущей стеной и облицовкой укладывают слой теплоизолятора с таким расчетом, чтобы между ним и облицовкой оставалась прослойка воздуха, свободно сообщающегося с внешней атмосферой.

 

1. Теплоизоляция:

•    минеральная вата

•     либо пенополиуретан

•     либо вспененный полистирол

•     пено-ПЭ фольгированный

2.  Наружная облицовка: керамогранит, цементо-волокно. металлы, сайдинг (ПВХ. ПП)

3. Кронштейны: алюминий, оцинкованная сталь, дерево

4.  Вентиляционный зазор

5.  Несущая стена: кирпич

 

Полимерная теплоизоляция в большинстве своем гораздо эффективнее альтернативных материалов, и имеет существенный потенциал для расширения объемов использования.

 

В частности, при прочих равных условиях необходимая толщина для обеспечения одинаковой теплоизоляции из полимеров гораздо меньше, чем из многих других материалов. Вместе с тем, несмотря на видимые преимущества применения полимеров в строительстве, их использование в России по сравнению с развитыми странами незначительно

 

Окна из поливинилхлорида (ПВХ)

Установка окон из ПВХ для утепления помещений способно сократить энергопотери на 5 млн т.н.э. В России окна на базе ПВХ-профиля получили широкое распространение сравнительно недавно, тогда как в США использование ПВХ в качестве материала для оконных рам началось в 50-х гг., в Европе - в 60-70-х гг 15. В настоящее время в целях энергосбережения за рубежом заменяют двухкамерные и однокамерные пластиковые окна, установленные в 70-х годах, на четырех-, пяти-, а в некоторых случаях и восьмикамерные стеклопакеты.

 

По данным строительных экспертов, от 50 до 80% теплого воздуха уходит из помещений через щели в окнах, так как часто оконные коробки неплотно прилегают к проемам стен, а между рамами и створками, в местах задел­ки стекла имеются зазоры.

 

Основные причины потери тепла через окна:

•     Некачественный монтаж: большие зазоры между рамой, стенами, оконным карнизом

•     Недостаточная изоляция

•     Деформация старых рам

 

По подсчетам специалистов, замена старых окон в квартире на новые позволяет сохранить от 30 до 50% тепла.

Окна из ПВХ состоят из многокамерных ПВХ-профилей усложненной конструкции с укрепляющими элементами из металла.  
 

Такая комбинация приводит к существенному повышению показателя термосопротивления, который увеличивается с использованием двухкамерных стеклопакетов. В них также применяются теплосберегающие стекла.

 

Окна из ПВХ обладают высокими теплоизолирующими свойствами, устойчивостью к климатическим перепадам, не подвержены деформации. ПВХ-окна долговечны. Срок службы достигает 50 лет. К тому же вторично перерабатывать их можно до 5 раз, что повышает срок их эксплуатации. Энергозатраты  при  производстве из вторичного сырья снижаются до 50-80% 1Б. Экономия энергии при использовании ПВХ-окон может достигать 70%.

 

Для производства профилей в ПВХ добавляют стабилизаторы, модификаторы, пигменты и вспомогательные добавки. Эти компоненты влияют на светостойкость, устойчивость против атмосферных явлений, цветовой оттенок, качество поверхности, свариваемости. Появление оконных профилей из поливинилхлорида было настоящей революцией в производстве окон, особенно в странах, не богатых лесом.

Полимерные теплоотражающие пленки

Использование теплоотражающих пленок способно сократить энергопотери на 4,6 млн т.н.э. В отличие от стекла, практически не поглощающего солнечной энергии, зеркальные защитные пленки интенсивно поглощают световой поток в ультрафиолетовом диапазоне, способствуя созданию благоприятного микроклимата в помещении и сокращая теплопотери на 40-50%.

 

Теплоснимок типового многоквартирного дома, сделанный при температуре на улице -20°С, демонстрирует, что температура около квартирных окон повышается до -8°-6°С.

 

Эффективность энергосберегающих пленок определяется их эмиссионностью т. е. способностью поверхности абсорбировать тепло и отражать его. Чем ниже эмиссионность покрытия, тем меньшее количество тепла поглощается и, следовательно, тем большее количество тепла отражается обратно в помещение.

 

Теплозащитные отражающие пленки устанавливаются на поверхность внутреннего стекла, обращенную внутрь стеклопакета. Тепловой поток, уходящий из помещения, беспрепятственно проходит через первое стекло, т. к. сопротивление теплопередаче стекла ничтожно, но, наталкиваясь на пленку, тут же отражается внутрь помещения. При этом стекло нагревается и служит дополнительным источником тепла. Кроме того, пленка аккумулирует и переизлучает в помещение солнечную энергию.

 

В настоящее время разработана технология производства отражающих слоев с минимальным отражением видимого света. Энергосберегающие пленки с многослойным ионоплазменным напылением, обеспечивающим высокое пропускание видимого света, практически полностью задерживают ультрафиолетовое излучение и снижают интенсивность инфракрасного на 50% .

 

Утепление помещений

Применение полимерных материалов в утеплении помещений способно сократить энергопотери на 2,73 млн т.н.э. По расчетам ЦЭНЭФ. в домах с высокими требованиями к энергетическим характеристикам 70% потенциала эффективности отопления и горячего водоснабжения связано с применением полимеров. Это теплоотражающие пленки на окнах на основе полиэтилена, окна и плинтусы из ПВХ, бутилкаучуковая изоляция стеклопакетов, утепление стен пенополистиролом, а батарей, труб и пола - полипропиленом го, установка полиуретанового утеплителя в окнах, дверях и трубах.

 

Строительство энергоэффективных домов в Европе активно развивается. Еврокомиссия уже приняла директиву по повышению энергетических характеристик зданий. Класс энергоэффективности с параметрами 37 кВт-ч на 1 м2 в год должен стать минимально приемлемым для строящихся объектов уже в 2010 году, а 25 кВт-ч на 1 м2 станет минимумом в 2015-м |.

 

В России в настоящее время уровень требований к тепловому сопротивлению конструкций существенно ниже предъявляемых в странах Евросоюза, кроме того, стоимость энергоэффективных домов превышать стоимость стандартных на 10% и более. Однако при реализации программы реформирования ЖКХ до 2020 г. повышение энергоэффективности станет одним из значимых направлений, что повлечет за собой внедрение в строительстве и ремонте новых технологий и, как следствие, существенно расширит сферу применения полимеров, как в строительстве, так и при капитальном ремонте и модернизации зданий и строений.

 

Около 470 тыс. тонн полимеров (полиэтилен, полипропилен, АБС-пластик, поливинилхлорид, полистирол вспенивающийся) возможно к использованию на нужды капитальных ремонтов и нового строительства за период реализации программы ЖКХ до 2013 г.

Применение полимеров в квартире отражено на рисунке.
 
 

 

Для квартиры площадью 50 мг объем необходимых для утепления полимеров будет составлять:

 

Потенциал потребности в полимерах23  для капитальных ремонтов по Программе ЖКХ и нового строительства ЖКХ в 2013-2О20 гг., тыс. т

  • обшивка балкона, балконная дверь, окна (в т.ч. подоконники, откосы), плинтусы -65 кг, утепление окон, дверей, теплоотражающие экраны -13 кг,
  • изоляция стеклопакетов -2 кг,
  • теплоизоляция (без учета внешних работ по утепле­нию) полов и батарей, пароизоляция в т. ч. трубы отопления и горячего водоснабжения, светоотражающие пленки на окна -64 кг.

 

Полимерные трубы

При замене металлических труб, находящихся в настоящий момент в аварийном состоянии, на пластмассовые трубы различных типов сокращение затрат при теплопотерях составит около 9 млрд. руб. в год. С учетом текущей стоимости 1 т.н.э. в 6710 руб., общая экономия составит около 1,33 млн т.н.э.

 

Сокращение финансирования в сфере тепловых сетей в последние несколько лет привело к уменьшению объемов ремонтов трубопроводов, но даже в такой ситуации качество работ остается крайне низким. Переложенные трубы имеют небольшой межремонтный ресурс и вновь требуют перекладки через 5-7 лет вместо предусмотренных 20 лет.

 

По данным Федерального агентства по строительству и жилищно-коммунальному хозяйству (Росстрой), число аварий на российских сетях теплоснабжения в текущем году возросло в 5 раз по сравнению с 1991 годом. Только за 7 месяцев 2010 года на теплотрассах произошло 300 тыс. аварий, или 2 аварии на 1 км трубопроводов. Из 136 тыс. км (в двухтрубном исчислении) российских тепловых сетей 29 тыс. км находятся в аварийном состоянии. По данным Росстроя, физический износ коммунальных сетей водопровода составляет 65,3%. Потери тепла при транспортировке достигают в среднем 60% 27 при общем расходе на теплоснабжение порядка 280 млн. т.н.э. в год. Главные проблемы - потери тепла с утечками теплоносителя и потери тепла через ненадлежащую изоляцию.

 

В предыдущие годы в системе трубопроводов практически повсеместно использовались металлические трубы, за несколько лет приходящие в негодность и требующие регулярной замены. Замена трубопроводов из-за коррозии происходит в 4-5 раз чаще, чем в западных странах. Сократить потери тепла, сэкономить средства за счет уменьшения количества ремонтов и увеличения межремонтного периода позволит расширение применения труб из полимеров.

 

Полимерные трубы по сравнению с трубами из других материалов имеют много преимуществ. Гарантированный срок службы до 50 лет, практически нулевые эксплуатационные затраты, отсутствие коррозии и отложений, исключительно низкая аварийность, минимальное количество соединений, способность выдерживать множество циклов замораживания-оттаивания без потери работоспособности, высокие гигиенические свойства и экологичность 2В. Кроме того, стоимость полимерных трубопроводов в среднем на 30-60% ниже стоимости традиционных металлических труб.

 

Однако сравнение доли полимерных труб в производстве стран Европы и России демонстрирует определенное отставание РФ в данном вопросе.

 

Полимерные трубы, эксплуатируемые для целей теплоснабжения, демонстрируют значительное энергосбережение по сравнению с альтернативными материалами.

 

Пластиковые трубы при использовании в системе теплоснабжения демонстрируют наибольшую эффективность по сравнению с традиционно используемыми в России чугунными трубами по таким характеристикам, как устойчивость к коррозии и легкость монтажа, а также выгодно отличаются от стальных и чугунных труб по стоимости.

 

Кроме указанных выше характеристик, срок службы полимерных труб более чем в 2 раза дольше стальных, что позволяет сократить расходы по их плановой замене. По сравнению со стальными трубами полимерные служат в 3 раза дольше в холодном водоснабжении и в 2,5 раза дольше - в горячем.

Теплоизоляция труб

Протяженность сетей централизованного теплоснабжения России составляет примерно 366 тыс. км в однотрубном исчислении, и по данному показателю Россия занимает первое место в мире. При этом около 75-80% составляют разводящие сети, состоящие из труб диаметром не более 200-300 мм, остальные - это магистральные трубопроводы больших диаметров. В настоящее время 80% трубопроводов тепловых сетей превысили срок безаварийной службы, более 30% находятся в аварийном состоянии и требуют ремонта. Утечки и неучтенные расходы воды в системах теплоснабжения составляют в среднем по России 15-20% от всей подачи воды в год, а тепловые потери достигают 50% (11 млн т.н.э.).

 

Основываясь на расчетных данных теплопотерь на 1 км трубопровода горячего водоснабжения, указанных в СНиПах , и располагая данными о теплоэффективности труб с ППУ изоляцией, можно предположить, что при замене 30% находящихся в аварийном состоянии труб горячего водоснабжения на трубы с ППУ изоляцией возможно сократить энергопотери на 6,5 млн т.н.э.

 

Основные причины катастрофического состояния тепловых сетей заключаются в массовом применении канальной прокладки трубопроводов и использовании недолговечных теплоизоляционных материалов. Применяемая в данных технологиях гидроизоляция (защитные покрытия из стеклопластиков, гидроизола, штукатурки), а также гидрофобизация волокнистых материалов не защищают их от увлажнения при длительной эксплуатации, а, следовательно, и от ухудшения их теплофизических характеристик и коррозии (фактический срок службы таких трубопроводов для магистральных сетей составляет 12-15 лет, распределительных и квартальных сетей - 7-8 лет, сетей горячего водоснабжения - 3-5 лет, т. е. значительно ниже нормативных 25 лет).

 

При износе тепловых сетей на 60% количество аварий возрастает в геометрической прогрессии, и в настоящее время удельная повреждаемость по регионам России составляет в среднем 1,8-2,2 на 1 км в год при допустимых 0,333. В Западной Европе этот показатель равен 0,1.

 

Повышение надежности эксплуатации труб может быть достигнуто через нанесение полимерной теплоизоляции в заводских условиях, а суммарный анализ всех критериев показал, что наиболее предпочтительным является применение пенополиуретановой (ППУ) и пено-полимерминеральной (ПММ) теплоизоляции.
 
 

Пенополиуретановая изоляция

Принцип действия ППУ-изоляции заключается в нанесении на стальную трубу слоя пенополиуретана, представляющего собой полимерную ячеистую конструкцию с высоким сорбционным увлажнением. Поэтому необходима сплошная полиэтиленовая труба, которая будет защищать материал от влаги. Таким образом, предварительная изоляция в виде пенополиуретана состоит собственно из стальной трубы, слоя теплоизоляции и внешней оболочки из плотного полиэтилена.

 

В отличие от устаревших способов прокладки теплотрасс технология применения трубопроводов в ППУ изоляции позволяет:

•   увеличить срок службы теплотрасс до 30-40 лет;

•  снизить тепловые потери при транспортировке до 2%, что существенно сократит расход топлива и электроэнергии (при диаметре труб 1020 мм - 0,106% на 1 км сетей; при диаметре труб 530 мм - 0,217% на 1 км сетей; при диаметре труб 219 мм - 0,08% на 1 км сетей; паде­ние температуры соответственно при 1020 мм - 0,05 С/ км; при 530 мм-0,12 С/км; при 219 мм-0,46 С/км);

•  снизить капитальные затраты на 15-20%, эксплуатационные в 9 раз, ремонтные в 3 раза;

•  уменьшить время прокладки теплотрассы в 3-4 раза;

•  исключить аварийность теплотрасс благодаря обязательной установке системы оперативного дистанционного контроля за увлажнением тепловой изоляции (СОДК).

 

Пенополимер-минеральная изоляция

Основой ППМ-изоляции служат органоминеральные композиции, включающие различные вариации химических веществ и минеральных наполнителей с учетом местных сырьевых возможностей. Наиболее распространен­ным наполнителем является кварцевый песок.

 

ППМ-изоляция представляет собой монолитную тепло- и гидроизоляционную конструкцию с переменной по сечению плотностью. За один цикл формования ППМ-изоляции в заводских условиях на трубе образуются одновременно три слоя .

 

Особенности ППМ-изоляции

•    паропроницаемость (в случае намокания теплоизоляционного слоя влага, нагреваясь от работающего теплопровода, превращается в пар, который вытесняется из изоляционного слоя;

•    отсутствие внешней гидрозащитной оболочки. Наглядно эффект от внедрения полимерной изоляции труб отражает следующий пример. Общая протяженность сетей теплоснабжения и ГВС 37 в Москве на конец 2008 года составила 10405,2 км.

 

В 2008 году было внедрено 566,308 км новых труб ППУ 38 , при этом внедрено 450 км трубопроводов из полимерных материалов и 106,7 км стальных труб в пенополиуретановой теплоизоляции, в том числе 9,6 км магистральных трубопроводов в пенополиуретановой изоляции диаметром больше 250 мм.

 

В отопительный сезон 2008 2009 гг (период с 1 октябре по 1 марта) количество повреждений на тепловых сетях ОАО «МОЭК» снизилось по сравнению с таким же периодом отопительного сезона 2007-2008 г. более чем на 20%. Обследование тепловых сетей 000 «Теплосеть сервис» показало, что за последние 9 лет количество повреждений тепловых сетей в г. Москве составило для труб с ППУ-изоляцией около 0,01 на 1 км трассы в год, для прочих прокладок более 1,2. Причем основные повреждения были механическими при проведении земляных работ и разрушении элементов трубопроводов для подключения приборов СОДК - 62% и лишь 4% повреждений от внутренней коррозии и 0% от внешней.

 

С.В.Мерзляков, ЗАО «Сибур Холдинг»

 

www.newchemistry.ru