Данные для проектирования производств тепловой изоляции строительных конструкций с использованием пенопласта нового поколения

В.Д. Валгин.

Дополняя две статьи, опубликованные в двух первых номерах научно-технического и информационного журнала «Энергобезопасность в аргументах и фактах», автор обращает внимание соответствующих государственных органов, прежде всего департамента строительства и ЖКХ Министерства промышленности и энергетики РФ и региональных руководителей ЖКХ, что речь идет об обеспечении подлинной энергобезопасности страны с использованием новых технологий.

В сжатом, концентрированном виде текст моей статьи под названием «Тепловая изоляция трубопроводов с использованием пенопласта нового поколения», согласованный с редакцией журнала «Новости теплоснабжения», отослан для опубликования.

Возможную цену предлагаемых технических и технологических решений нелишне повторно показать по опубликованным авторитетными специалистами данным. Как упомянуто в первой статье, сумма потерь в централизованном теплоснабжении в 2003 году достигла 370 млн.т.у.т., а общий расход тепла превысил норму в четыре с лишним раза.

В первой половине марта с.г. в телевизионной программе «Времена», посвященной состоянию ЖКХ в стране, председатель Совета директоров ОАО «РКС» Михаил Абызов в своем выступлении отметил, что в Швеции со сходным с российским климатом расход жидкого топлива на 1 м² площади отопления составляет 14 л, а у нас 70−80 л.

К настоящему времени при неуклонном росте потери на отопление достигли примерно 400 млн.т.у.т., что эквивалентно 362 млн. м3 газа. В своей статье в газете «Известия» за 07.04.2005 г. Евгений Ясин упомянул, что при быстром росте экспортные цены на газ приближаются к 150 долларам за 1000 м³, и, следовательно, потери против нормального расхода на отопление в стране приближаются к 60 млрд. долларов в год!

Тепло уходит в землю в отопительный сезон из теплотрасс в непроходных ж/б каналах, трубы которых быстро «гниют» в мокрой минераловатной изоляции, и в локальных участках надземных теплотрасс, лишившихся металлического покрытия от дождя из-за нередкого «каннибализма».

Масса тепла теряется через стены наших жилых домов, общественных и промышленных зданий из-за плохой их теплоизоляции.

В последнее десятилетие в ряде российских городов ведется строительство многоэтажных, до 12 этажей, жилых домов с утеплением наружных стен плитами пенополистирола марки ПСБ-С плотностью до 20 кг/м3, по типу «колодцевой кладки» — двойной кирпичной кладки толщиной в два с половиной кирпича с внутренней и полкирпича с наружной стороны с заложением между ними плит пенопласта. Это самая дорогая стена с пенопластовым утеплителем.

Недостатки ее очевидны. Тонкая наружная кирпичная стена при большой ее высоте для устойчивости связывается с внутренней стеной жесткими или гибкими связями, что вряд ли обеспечивает ее долговечность до разрушения.

В щелевых стыках между плит трудно исключить тонкие мостики холода. А из-за термоокислительной деструкции ПСБ-С с распадом его до мономера стирола, случаи чего отмечены за четверть века эксплуатации таких домов, вряд ли можно поручиться за достаточную долговечность таких домов даже с лучшим по качеству пенополистиролом. Прогрессирующая во времени термоокислительная деструкция в стыках между плит неизбежно приведет к расширению между ними зазоров, в которых в отопительный период могут конденсироваться водяные пары.

Представляется более прогрессивной технология наружной тепловой изоляции фасадов зданий, о чем будет сказано ниже.

Исходные данные для проектирования производств тепловой изоляции ниже по тексту состоят из трех частей, объединенных использованием резольноноволачного пенопласта (РНП), являющегося пенопластом нового поколения.

Исходные данные для проектирования цеха по производству плит РНП Производственная площадь цеха 700 м².

Полупродукт - блоки пенопласта размерами 3,0×0,6 м.

Товарная продукция - плиты пенопласта размерами 3,0×0,6×0,07 м, нарезанные из блоков.

Объем производства 10 тыс. блоков в год при работе в одну смену, соответственно, 80 тыс. плит или 144 тыс. м2 .

Рабочий персонал цеха 30 человек.

Оборудование цеха включает:

• 1. Две емкости с мешалкой и рубашкой типа обычного реактора с вместимостью по 0,5 м³. К реактору подсоединен баллон с азотом.
• 2. Две заливочные машины низкого давления производительностью 60 л/мин.
• 3. Двадцать разъемных форм по размерам блока из прочной фанеры толщиной 10−12 мм. Каждая форма устанавливается на легкой тележке с колесами на подшипниках.
• 4. Три станка для резки блоков на плиты.
• 5. Двадцать полиэтиленовых баков вместимостью по 1 м³ в обрешетке и на поддоне под основные компоненты РНП.
• 6. Два стальных шестеренчатых насоса для подачи компонентов из полиэтиленовых баков в расходные емкости заливочных машин.
• 7. Приточно-вытяжная вентиляция с 10-кратным воздухообменом; подача воздуха через калорифер.
• 8. Транспорт: один грузовик «КАМАЗ», автокран, две легковые машины и три электрокара.

Технологический процесс В одном отделении цеха формуют блоки пенопласта при близкой к комнатной температуре в деревянных формах. Исходными компонентами являются смола НРВ-13Ф, кислотный катализатор Ларкс, поверхностно активное вещество (ПАВ) и вспенивающий агент торговой марки «петролейный эфир» — фракция углеводородов с температурой кипения 40−700С.

Смола и катализатор в таре поставщиков - в кубометровых полиэтиленовых баках хранятся в этом отделении цеха, как и ПАВ в таре поставщика.

Технологические особенности процесса позволяют исключить взрывои пожароопасность его при соблюдении необходимых предупредительных мер.

Образующийся РНП сам по себе не поддерживает горения при наличии в его микроячейках петролейного эфира в концентрации по рецептуре.

Взрывои пожароопасность последовательных технологических операций обеспечивается производственными мерами. Первой операцией является предварительное смешение вспенивающих добавок со смолой. Ее осуществляют в закрытой емкости в инертной атмосфере азота или углекислоты. В реактор вместимостью 0,5 м³ из тары поставщика подается дозировочным насосом смола в количестве около 360 кг (300 л). Воздух из реактора над смолой вытесняется азотом, и при включенной мешалке в смолу перекачивают ручным насосом из канистры 33 кг (50,8 л) петролейного эфира и 7,2 кг ПАВ. В атмосфере азота компоненты перемешиваются в течение 0,5−1 час. Смесь смолы с добавками дозируют через проточный смеситель (смесительную головку) заливочной машины синхронно с дозировкой через него кислотного катализатора непосредственно из тары поставщика. Масс-соотношение кислотного катализатора к смоле без добавок составляет 35−37%. Вспенивающаяся композиция из смесительной головки подается порцией около 53 кг (48 л) последовательно в каждую, заранее подготовленную, с откинутой крышкой форму.

Соответствующим изменением рецептур можно варьировать по потребности плотность пенопласта в интервале 20−100 кг/м3.

Подготовка формы включает обклеивание бумагой или смазку внутренних поверхностей ее для защиты от прилипания вспенивающейся композиции. Время дозирования композиции в форму около 1 мин. Форму немедленно закрывают и на тележке откатывают от заливочной машины в соседнее вентилируемое помещение. Затем форму раскрывают, извлекают из нее блок пенопласта и выдерживают его в помещении в течение 2−3 суток для испарения в атмосферу основной массы петролейного эфира.

Освободившуюся форму на тележке возвращают в производственное помещение и подготавливают к заливке в нее следующей порции вспенивающейся композиции.

Блоки пенопласта режут на плиты на станках тонко заточенной лентой без зубьев во избежание пыли. Готовые плиты упаковывают пачками в полиэтиленовую пленку.

В основном производственном помещении за время заливки композиции в каждую форму около 1 мин. и при немедленном ее закрытии утечка паров петролейного эфира практически исключена. Основная масса петролейного эфира удаляется в атмосферу в помещении категории А, где светильники и электродвигатель вытяжной вентиляции должны быть во взрывобезопасном исполнении. Приточный вентилятор с калорифером на всю длину производственного корпуса смонтирован над основным производственным помещением.

Расход компонентов на 1 блок РНП плотностью 40 кг/м3 составляет, кг:

Смола НРВ-13Ф 63,7.

Катализатор Ларкс 22,9.

Петролейный эфир 6,1.

ПАВ торговой марки «Реопон» 1,4.

Подсчитанная стоимость с НДС компонентов на 1 м² плит РНП по состоянию на май 2005 г. составляет около 6 евро, а затраты по труду с накладными расходами около 2,4 евро. Для сравнения: в прайс-листах проспекта фирмы ООО «BauColor» (Москва) 2003 г. указаны справочные цены 1 м² при толщине 0,1 м минераловатных плит плотностью 150−170 кг/м3 производства зарубежных фирм, евро:

ROCKWOOL Fasade Batts 13,0.

PAROC FAS4 14,5.

За последние 2 года цены энергоносителей, используемых в энергоемком производстве базальтового волокна, выросли в два с лишним раза. Пока нам неизвестна продажная цена 1 м² зарубежных минераловатных плит, но, по-видимому, она превышает 20 евро.

При существенно меньшей стоимости, вчетверо меньшая масса плиты РНП размерами 3,0×0,6 м (4,2 кг) облегчает производство работ по наружной теплоизоляции фасадов зданий, удешевляя ее дополнительно.

Благодаря гидрофобности изоляционного слоя РНП его сопротивление теплопередаче мало изменяется при любых погодных условиях. Сопротивление теплопередаче слоя гидрофильной минераловатной плиты снижается в условиях реальной эксплуатации при высокой относительной влажности воздуха.

Внутреннее утепление плитами РНП наружных стен в строительстве малоэтажных зданий В сборнике публикаций по материалам 3-й Международной специализированной выставки кровельных, теплоизоляционных и гидроизоляционных материалов, состоявшейся в Москве 16−21 февраля 2005 г. (организатор выставки Департамент строительства и ЖКХ Минпромэнергетики РФ), в статье «Системы теплоизоляции фасадов зданий» подробно рассмотрены два из трех основных метода (типа) утепления зданий с применением теплоизоляционных плит:

• — утеплитель внутри ограждающей конструкции (колодцевая кладка);
• — утеплитель с наружной стороны стены (с внешней стороны стены утепляемого помещения).

Внутреннее утепление автор статьи не рассматривал, ограничившись замечанием, что при этом методе «…практически невозможно установить теплоизоляционный слой в местах примыкания перекрытия к ограждающей конструкции, поэтому образуются „мостики холода“, причем потери тепла в этих зонах могут превысить потери тепла через остальную площадь стены».

Внутреннее утепление ограждающих конструкций плитами РНП длиной 3 м предлагается для строительства недорогих малоэтажных домов.

Устройство внутреннего утепления наружной стены показано на эскизном рисунке.

Исключение мостиков холода в местах примыкания перекрытия к ограждающей конструкции достигается за счет ступенчатой толщины несущей кирпичной стены и соответствующего устройства утепления стены и перекрытий пола первого этажа и потолка верхнего этажа.

Плита пенопласта на каждом этаже, приклеенная и механически прикрепленная к плоскости стены, опирается торцом на пол и потолок. На первом этаже она опирается на утеплитель пола, а на верхнем этаже прижата утеплителем потолка.

К плите пенопласта из помещения крепится клеем и механически облицовочный слой, например, плита гипсокартона той же 3-х метровой длины. Поскольку плита легкого утеплителя, спаренная с гипсокартоном, не висит на дюбелях (анкерах), вбитых в основание стены, как в системах наружной изоляции фасада, а только механически прижата к основанию стены, это позволяет втрое уменьшить число дюбелей на единицу утепленной площади, т. е. втрое уменьшить число точечных мостиков холода.

Теплый и недорогой пол первого этажа можно делать по известной на протяжении десятилетий технологии, укладывая послойно: песчаную подушку на грунт, слой полиэтиленовой пленки на нее, слой пенополистирола соответствующей толщины и прочности, металлическую арматуру на пенопласт, слой бетона нужной толщины и настил пола на бетон.

Межэтажные перекрытия несут деревянные брусья сечением 10×10 см или несколько более. Одним концом длиной около 12 см брус опирается на кирпичную кладку внешней стены. Пол настилается на брусья, гипсокартон крепится механически к деревянным брусьям снизу, а на него укладываются плиты РНП толщиной 7 см малой, 20−30 кг/м3, плотности и, соответственно, малой массы 2−3 кг в 1 м².

В стоимости кирпичной стены с утеплителем велика доля стоимости кирпичной кладки. С год тому назад 1 м³ ее стоил около 5000 руб., из них около половины стоил кирпич (около 5 руб. за 1 шт.). За год стоимость энергоносителей, используемых в производстве кирпича при его обжиге, значительно выросла и, соответственно, выросла стоимость кирпичной кладки.

С внутренним утеплением самую низкую стоимость 1 м² имеет кирпичная стена достаточной толщины в полкирпича в мыслимых одноэтажных зданиях: сельскохозяйственных постройках, дешевых жилых помещениях, садовых домиках и т. д.

Экономически выгодно с внутренним утеплением ограждающих конструкций строить малоэтажные, до 4-х этажей, дома. В каждом нижнем этаже по отношению к этажу над ним кирпичная кладка по толщине больше на полкирпича, как показано на рисунке 2-х этажной стены.

Тонкая кирпичная стена (один-полтора кирпича) с наружным утеплением фасада существенно дороже из-за высокой стоимости многослойной изоляции, выполняемой вручную.

В прайс-листе упомянутого проспекта фирмы «BauColor» ориентировочная стоимость 1 м² утепления с учетом стоимости материалов системы этой фирмы, минераловатной плиты ROCKWOOL и работ по монтажу с лесами составляет 47−50 евро//м2 при стоимости плит утеплителя 13 евро/м2. С учетом подорожания используемых основных материалов ориентировочная стоимость 1 м² стены толщиной в 1 кирпич с наружным утеплением превышает 100 евро. По подсчету ориентировочная стоимость стены с внутренним утеплением ее РНП почти вдвое ниже, а с учетом удешевления возможной отделки гипсокартоном взамен штукатурки, обклеивания и т. п. стены в помещении, более чем вдвое.

Очевидна, но не рассматривается здесь, эффективность постройки легких одноэтажных обитаемых жилых домов в северных регионах страны с ограждающими деревянными конструкциями с внутренней их теплоизоляцией плитами РНП.

Использование плит РНП для внутренней теплоизоляции наружных стен обитаемых малоэтажных зданий возможно и целесообразно, поскольку по данным химических анализов РНП не содержит никаких следов свободных летучих токсичных веществ. Исходные при синтезе смолы НРВ-13Ф и катализатора Ларкс для РНП на их основе фенол и формальдегид полностью связаны химически в полимерной основе пенопласта. В отличие от пенополистирола он не подвержен какой-либо термической или термоокислительной деструкции с выделением токсичных веществ в условиях долговечной реальной эксплуатации, о чем сказано в первой из упомянутых выше статей.

Исходные данные для проектирования производства трубчатых теплогидроизоляционных (ТГИ) элементов из РНП в пенополиэтиленовой (ППЭ) оболочке энергобезопасность утепление пенопласт резольноноволачный Производственная площадь цеха 1000 м² .

Товарная продукция — ТГИ-трубчатые элементы (цилиндры) разных диаметров.

Мощность производства при односменной работе 108 тысяч ТГИ-цилиндров длиной 1,23 м.

Объем производства цилиндров каждого диаметра приведен в приложенной таблице исходных данных для калькуляции стоимости производства.

Рабочий персонал цеха 50 человек.

Оборудование цеха включает:

• 1. Две емкости с мешалкой и рубашкой типа обычного реактора вместимостью по 0,25 м³.
• 2. Две заливочные машины низкого давления: одна производительностью 10 л/мин., другая 25 л/мин. Можно обе по 25 л/мин.
• 3. 90 форм из 1,5 мм стали, которые закреплены на легких тележках: по две формы диаметром от 140 до 250 мм на каждой из 38 тележек и по одной форме диаметром до 560 мм на каждой из 14 тележек. Трехколесная тележка с колесами на подшипниках и на резиновом ходу имеет каркас из уголка.
• 4. 148 полиэтиленовых труб-вкладышей разных диаметров длиной по 1,45 м. Вкладыши должны иметь припуск по диаметру на 2−4 мм по отношению к диаметру стандартных ст. труб, подлежащих теплоизоляции.
• 5. Десять полиэтиленовых баков вместимостью по 1 м³ под основные компоненты РНП.
• 6. Два шестеренчатых ст. насоса для подачи компонентов из полиэтиленовых баков в емкости заливочной машины.
• 7. Приточновытяжная вентиляция с 10-кратным воздухообменом; подача воздуха через калорифер.
• 8. Транспорт: грузовик «КАМАЗ», автокран, две легковые машины и три электрокара.