Актуальность применения жидкой сверхтонкой теплоизоляции в строительстве и эксплуатации промышленных и гражданских объектов

УДК 629.69

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ЖИДКОЙ СВЕРХТОНКОЙ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ И ГРАЖДАНСКИХ ОБЪЕКТОВ

1 9

© Т.Я. Дружинина1, А.А. Копылова2

Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Исследованы преимущества применения жидкой теплоизоляции в строительстве жилых помещений по сравнению с традиционными теплоизоляционными материалами. Приведены основные теплотехнические и физические свойства, характеризующие уровень качества жидкой теплоизоляции. Выявлены причины применения жидкой теплоизоляции для повышения уровня энергоэффективности зданий. Табл. 1. Библиогр. 4 назв.

Ключевые слова: жидко-керамическая теплоизоляция; энергосбережение; пенополистирол; микросферы; теплопроводность, энергоэффективность.

APPLICATION RELEVANCE OF LIQUID HYPERFINE INSULATION IN CONSTRUCTION AND OPERATION OF INDUSTRIAL AND CIVIL OBJECTS T.Ya. Druzhinina, A.A. Kopylova

Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, Russia, 664074.

The paper examines application advantages of liquid heat insulation in residential construction as compared with traditional heat insulation materials. It presents the main thermal and physical properties that characterize the quality level of liquid heat insulation. The causes of using liquid heat insulation to improve the energy efficiency of buildings are revealed.

1 table. 4 sources.

Key words: liquid ceramic heat insulation; energy saving; polystyrene; microspheres; thermal conductivity; energy efficiency.

Решение проблем ресурсосбережения при возведении зданий повышенной долговечности является одним из важных направлений повышения эффективности строительства. Общими задачами в различных отраслях строительства является экономное расходование материальных ресурсов, организация эффективной системы переработки и транспортирования материалов, обеспечение качества выполняемых работ и долговечности сооружений.

Теплоизоляционные материалы существенно улучшают комфорт в жилых помещениях. Важнейшей целью теплоизоляции строительных конструкций является сокращение расхода энергии на отопление здания. Основной путь снижения энергозатрат на отопление зданий - повышение термического сопротивления ограждающих конструкций с помощью теплоизоляционных материалов.

Традиционные системы теплоизоляции на основе минеральной ваты, пенополистирола, стекловолокна, столь популярные ранее, в настоящее время исчерпали свои возможности. Необходимо искать и применять совершенно новые материалы, которые помогут перейти на новый качественный уровень систем теплоизоляции в целом. На сегодняшний день строительные компании применяют новое теплоизоляционное покрытие - жидкую сверхтонкую теплоизоляцию,

которая обеспечивает сверхэффективную теплозащиту помещений.

Одним из самых традиционных теплоизоляционных материалов является пенополистирол. Эффективная теплоизоляция из пенополистирола подвергается существенному изменению в результате: естественной замены газа в порах на воздух в стадиях изготовления панелей из ДСК; воздействия несовместимых материалов и случайных эксплуатационных факторов, выражающихся в применении для ремонтов фасадов красок, содержащих летучие углеводородные соединения. Таким образом, на естественной деструкции пенополистирола сказывается влияние технологических и эксплуатационных случайных факторов. Естественный процесс старения пенополистиро-ла, медленно происходящий во времени, сильно ускоряется. При ускорении окислительного или теплового процессов в результате деструкции макромолекул образуются новые функциональные группы. Они создают возможность протекания разнообразных химических реакций, из-за чего наблюдается резкое снижение физико-механических свойств не только пено-полистирольных плит, но и прилегающих материалов. Хорошим примером этого процесса служит покрытие зданий и сооружений с применением гидроизоляционных материалов, не совместимых по своей химиче-

1Дружинина Татьяна Яковлевна, кандидат технических наук, доцент кафедры сопротивления материалов и строительной механики, тел.: 89500664707, e-mail: dr@istu.ru

Druzhinina Tatyana, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Strength of Materials and Construction Mechanics, tel.: 89500664707, e-mail: dr@istu.ru

2Копылова Александра Александровна, студентка, тел.: 89041109257, e-mail: Anaconda-Red@yandex.ru Kopylova Alexandra, Student, tel.: 89041109257, e-mail: Anaconda-Red@yandex.ru

ской основе с пенополистиролом. В условиях эксплуатации они выделяют летучие химические вещества. В результате разрушается не только теплоизоляционный материал, но и гидроизоляционный ковер. Если в первом случае долговечность пенополистирола в какой-то степени может быть прогнозируема, то во втором случае, отражающем случайный фактор воздействия, предсказание срока службы пенополистироль-ных плит (как теплоизоляционного материала в наружном ограждении) сильно затруднено. И это связано, в основном, не только со случайным характером таких воздействий, но и с невозможностью учета и регистрации их в условиях эксплуатации.

Пенополистирол имеет низкую огнестойкость. Даже введение антипиренов не спасает данный материал от сгорания при пожаре. Но главная опасность для конструкций стен заключается не в низкой огнестойкости пенополистирола, а в его низкой теплостойкости. При данной температуре до возгорания в пенополи-стироле начинают развиваться процессы термоокислительной деструкции. В результате пенополистирол сильно изменяется в объеме, а в окружающую среду выделяются вредные вещества. При пожаре эти газы могут явиться причиной отравления. Пенополистирол уступает жидкой теплоизоляции по стоимости системы утепления, по экологии, по пожаробезопасности.

История создания жидко-керамической теплоизоляции началась задолго до широкого применения данного материала при строительстве гражданских и промышленных объектов. После окончания Второй мировой войны при восстановлении разрушенных войной зданий европейских городов впервые начали использовать системы внешней фасадной теплоизоляции на основе минеральной ваты или пенополистирола. Но опытного подтверждения эффективности данных материалов тогда не было, поэтому широкого применения данная теплоизоляция не получила. Нефтяные кризисы 1973-1980 гг. заставили экономически развитые страны интенсивнее использовать научно-технические возможности для совершенствования энергосберегающих технологий. Опыт этого периода показал, что экономическое развитие без дальнейшего роста энергопотребления вполне возможно. Использование наружной теплоизоляции для уменьшения энергопотребления жилых домов, промышленных объектов становилось особенно актуальным.

Исследования по созданию продуктов типа жидких керамических теплоизоляторов были начаты еще в 1970-х годах в СССР и США в ходе программы космических разработок. Такие материалы должны были заменить керамические пластины, использовавшиеся для покрытия внешней обшивки космических кораблей. Разработки ученых должны были снизить расходы по изготовлению керамических пластин, выдерживающих высокую температуру. Для этого пластины заменили на специальную краску, которая впоследствии стала бы новой теплоизоляцией космического корабля. Это также позволило бы снизить общий вес корабля и соответственно расходы на топливо. В это самое время разворачивается жесткая конкуренция

двух сверхдержав за господство в космосе. В лабораториях NASA в США и в ходе секретных разработок Минобороны СССР проводились схожие исследования по разработке нового типа утеплителя - жидкой теплоизоляции. Экономические трудности 1980-1990-х гг. в СССР привели к закрытию отечественных исследований. В США же специалистам из НАСА удалось получить продукт, имеющий похожие параметры с сегодняшними жидко-керамическими теплоизоляци-ями. Спустя некоторое время НАСА рассекретило свои разработки и предоставило их для промышленного использования. Эти продукты получили широкое распространение в промышленном секторе.

Оригинальная технология производства потребительской жидкой теплоизоляции вначале была завезена из США в Украину. В Украине работам по созданию аналогов американской жидкой теплоизоляции отчасти оказывали содействие американские разработчики. Они частично разгласили состав и технологию изготовления жидких теплоизоляторов. Вскоре жидкая теплоизоляция стала применяться и в России. На российском рынке ЖКТ появилась в 2000 году после прохождения всех процедур сертификации. После применения эффективного дорогого американского теплоизолятора в России начались попытки производства отечественных аналогов.

Рынок жидко-керамических теплоизоляционных покрытий в настоящее время находится на ранней стадии развития, но вызывает особый интерес не только у производителей, но и у потребителей. Перспективы применения данного материала в различных сферах промышленности и строительства огромны:

- утепление стен, фасадов зданий, фундаментов;

- утепление конструктивных элементов, межпанельных швов;

- утепление мансард, лоджий и балконов;

- утепление технических, подсобных, подвальных помещений;

- теплоизоляция кровель, перекрытий, ригелей каркасов;

- теплоизоляция систем вентиляции;

- утепление технологического оборудования;

- теплоизоляция измерительных приборов и тонкой электроники;

- утепление трубопроводов, воздуховодов;

- утепление магистральных трубопроводов;

- утепление опорных элементов;

- утепление судов, кузовов, рефрижераторов;

- теплоизоляция узлов бортового оборудования. Жидкие утеплители представляют собой суспензии на основе структурированных акриловых полимеров. Наполнителем и теплоизолирующей составляющей в них являются мельчайшие стеклянные капсулы, внутри которых находится вакуум (или инертный газ). Диаметр такого шарика всего лишь 100 мкм. Эти полые шарики составляют основной объем жидких утеплителей, остальной объем - связующее, которое представляет собой молекулярное сито, задерживающее молекулы воды, но пропускающее воздух. Данное свойство очень важно для фасадных утеплитель-

ных систем, поскольку при их теплоизоляции жидкими утеплителями стены остаются «дышащими». Принцип работы жидких утеплителей заключается в создании ими теплового барьера, обладающего способностями рассеивать до 95% инфракрасного излучения и отражать до 75% падающих световых лучей. Эти свойства позволяют жидким утеплителям отлично справляться с теплоизоляцией помещений, защитой их от солнечной радиации и перегрева в летнее время.

Эффективность теплоизоляционных материалов характеризуется их техническими характеристиками и теплофизическими свойствами. Теплотехнические свойства имеют огромное значение при выборе теплоизоляционной краски. Потребителю при выборе теплоизоляционного материала необходимо руководствоваться не поверхностным знакомством с его свойствами, а исходить из критериев всестороннего анализа продукта. Здесь необходима достоверность информации о материале. Если взятые при расчете величины теплотехнических показателей материалов не соответствуют действительным значениям, то результат может получиться совсем иным.

Жидко-керамические теплоизоляционные покрытия относятся к новому виду теплоизоляционных строительных материалов. Полость материала в этом случае соответствует наличию полых микросфер в теплоизоляционном покрытии. Чем выше процентное наполнение полыми микросферами, тем меньше объемный вес и меньше главный параметр теплоизоляционного покрытия - коэффициент теплопроводности. Изготовители жидко-керамических теплоизоляционных покрытий используют различные составляющие при изготовлении материала. Микросферы могут иметь различия по размерам, форме, наполнению (воздух, вакуум, инертный газ), качеству (сферы, целые сферы, поврежденные), технологии изготовления (отходы ТЭЦ и стекольной промышленности, а также изготовленные по специальной технологии). Чем выше качество матрицы связующего материала, тем выше способность удерживать между собой большое количество микросфер, выше степень адгезии и меньше процент влагопроницаемости.

Простота и скорость нанесения жидкой теплоизоляции дают существенные преимущества перед стандартными утеплителями. Применение жидкой теплоизоляции позволяет значительно снизить стоимость и трудоёмкость изоляционных работ. Преимуществом является возможность изоляции поверхностей сложной конфигурации. Наличие такой теплоизоляции на промышленном оборудовании и трубопроводах не создает неудобств при обслуживании и ремонте. Утепление фасадов данным теплоизоляционным материалом обеспечивает сохранность архитектурных форм зданий. При использовании обычных теплоизоляционных материалов в тепловых сетях остаются неизолированными или частично изолированными запорная арматура, сбросные клапаны и т.п., что приводит к дополнительным тепловым потерям. Покрытие может обеспечить существенное уменьшение дополнительных тепловых потерь на таких трудноизоли-руемых поверхностях.

Сверхтонкая теплоизоляция, используемая сегодня в различных отраслях экономики, представлена линейкой продукции от разных отечественных и зарубежных разработчиков. Сегодня только в России можно насчитать более 20 производителей жидкой теплоизоляции. Среди жидких теплоотражающих материалов отечественного производства можно выделить продукцию, представленную марками: Магнитерм, Корунд, Изолатт, Актерм, Инотэк, Теплосил, Тепло-метт и пр. Утепление наружных стен является одним из основных мероприятий по теплоизоляции здания, так как, в зависимости от конструкции стен, через них теряется до 45% тепла. Успешные производители жидкой теплоизоляции закупают высокотехнологичное оборудование, на котором получают высококачественную смесь акрилового связующего и применяют микросферы только импортного происхождения. Некоторые компании создают собственные лаборатории, где жидкие теплоизоляции, помимо микросфер с тончайшим покрытием из различных металлов (серебро), имеют в своем составе множество дополнительных элементов и специальных добавок (ноу-хау). Специалисты, владеющие составами и технологией изготовления более удачных образцов жидких теплоизоля-ций, становятся руководителями компаний по производству.

Производители жидкой теплоизоляции в России

Технологические характеристики Ре-ТИегт Астратек Корунд

Адгезия покрытия (баллы) 1 1 1

Теплопроводность, Вт/м °С 0,0011 0,0012 0,0010

Температура эксплуатации^ -60...+250 -60. +200 -60...+250

Время высыхания, ч 0,5 при +20 24 24

Стоимость, руб. за 1 л 450-00 430-00 450-00

Двадцатилетнее отставание России от Европы в области энергоэффективности компенсируется быстрыми темпами работы. Первый в России энергоэффективный дом был введен в эксплуатацию в декабре 2010 года. К 1 октября 2012 года было сдано еще 25 подобных домов. Строительство и финансирование энергоэффективного жилья класса А осуществляется при поддержке Фонда ЖКХ. В отличие от Европы, где дома такого класса пользуются спросом у состоятельной части населения, в России их пока возводят для расселения людей из ветхого и аварийного жилья. Этот вид строительства носит характер экспериментального, которое должно будет показать эффективность или убыточность подобных сооружений. Строительство пассивных домов (энергосберегающие дома с низким уровнем энергопотребления) обходится примерно на 7-10% дороже традиционных. Обычное коммерческое строительство энергоэффективных зданий обходится дороже, а комплексный подход при выборе технологий энергосбережения зачастую отсутствует. Поэтому применение жидкой теплоизоляции при строительстве энергоэффективных жилых домов

особенно актуально в наши дни. Жидкая теплоизоляция получила довольно широкое распространение за рубежом и в России. Строительные компании в г. Иркутске также используют данный вид теплоизоляции при строительстве промышленных и гражданских объектов.

Особое внимание в связи с нарастающим интересом к повышению энергетической эффективности возводимого жилья уделяется теплоизоляции зданий и сооружений. При этом физико-технические свойства используемых материалов оказывают определяющее влияние на теплотехническую эффективность и эксплуатационную надежность конструкций. Закладываемая теплоизоляция должна быть спроектирована так, чтобы могла выполнять возложенные на нее функции в течение всего жизненного цикла сооружений. При этом использование традиционных утеплителей предопределяет появление множества проблем, избежать которые позволяет применение жидкой теплоизоляции. От того, насколько профессионально и грамотно выполнены проектирование и строительные работы, насколько высоко качество используемых материалов, зависит долговечность здания, надежность, безопасность и удобство его эксплуатации. В настоящее время «Зеленая революция» постепенно начинает охватывать всю строительную отрасль. Отсутствие изоляции или ее неэффективность являются главной причиной чрезмерного потребления энергии в зданиях. В Европе здания потребляют около 40% всей энергии и выделяют около 25% углекислого газа. Большинство развитых и развивающихся стран осознали этот факт и приняли законы, направленные на то, чтобы сделать здания более энергосберегающими. Человечество идет по пути повышения энергетической эффективности.

В Иркутской области энергоэффективные дома строятся с 2012 года. В Федеральном законе «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты РФ», принятом в ноябре 2009 года, прописано требование, согласно которому с 1 января 2012 года все жилые дома, вводимые в эксплуатацию, должны быть оснащены индивидуальными приборами учета тепловой энергии и соответствовать высокому классу энергоэффективности. В последние годы на государственном уровне большое внимание уделяется внедрению энергоэффективных технологий. В частности, разработаны планы по повышению к 2020 году энергоэффективности на 40%, по строительству «умных» домов, по производству экологич-

ных материалов и т.д. Закон также вводит понятие «класс энергоэффективности здания», который должен быть не ниже класса «С», что указывает на потребительские качества здания. В отличие от ранее принятых методик, по новому закону оценка энергоэффективности будет проводиться не по уровню затрат на отопление, а исходя из совокупного расхода тепловой энергии на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение.

Класс энергоэффективности жилого дома рассчитывается на стадии проектирования. Высокая энергоэффективность достигается за счет применения качественных теплоизоляционных материалов и обеспечения надежной изоляции ограждающих конструкций (стен, окон, дверей) от проникновения влаги и холода. Застройщик обязан разместить на фасаде вводимого в эксплуатацию многоквартирного дома указатель класса его энергетической эффективности. Собственники помещений в многоквартирном доме обязаны обеспечивать надлежащее состояние указателя класса энергетической эффективности многоквартирного дома и при изменении класса его энергетической эффективности обеспечивать замену этого указателя. Требования к указателю класса энергетической эффективности многоквартирного дома устанавливаются уполномоченным федеральным органом исполнительной власти. После сдачи объекта в эксплуатацию управляющие компании начинают следить за показателями энергоэффективности. Дома в Иркутской области фактически все попадают под высокий класс энергоэффективности - класс «В» в связи с особенностями региона. В целом же высокая энергоэффективность интересна как для населения, так и для самих строительных компаний. Расходы на отопление снижаются в два-три раза. Например, по нормативу в Иркутске отопление одного квадратного метра стоит 22 рубля 54 копейки. Применение энергоэффективных технологий при строительстве нового дома сократит этот показатель до 8-11 рублей. Для строительных компаний высокая энергоэффективность создаст резерв мощностей электроэнергии и тепловой энергии, которые они потом смогут использовать при строительстве другого объекта.

В последние годы разработки в сфере энергоэффективности зданий становятся особенно актуальными. Применение современных теплоизоляционных материалов, в том числе жидкой сверхтонкой теплоизоляции, значительно снижает количество потребляемой зданием энергии, что является особенно актуальным на фоне растущих цен на энергоносители.

Библиографический список

1. Резанов Ю.А. Теплоизоляционные войны. Эпизоды I-VII. Форум о жидкой теплоизоляции [Электронный ресурс] // Жидкая теплоизоляция магнитерм [сайт] [2012] URL: http://magnet-startrade.com/smi.htm (дата обращения: 20.12.12).

2. Обзор предложений жидко-керамических теплоизоляционных покрытий на рынке Украины [Электронный ресурс] // Современные утеплители [сайт] [2012] URL: http://www.spbrb.ru/articles_26_woods_house.htm (дата обра-

щения: 19.12.12).

3. Волгоградский инновационный ресурсный центр [Электронный ресурс] // [сайт] [2012] URL: http://www.nano34.ru/ (дата обращения: 19.12.12).

4. Федеральный закон РФ от 23 ноября 2009 г. N 261 -ФЗ "Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации" // Российская Бизнес-газета. 2009. 29 ноября.