Актуальность энергосбережения в жилищном секторе 

Светлой памяти Александра Михайловича Гореванова,
связующему звену между энергетиками и строителями.

ЭНЕРГОДЕФЕКТИВНОСТЬ И ХИМИЧЕСКАЯ АГРЕССИВНОСТЬ
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ И ПАССИВНЫХ ЗДАНИЙ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ

(Тезисы доклада, прочитанного на Третьем Инновационном форуме «ВИЭ - 2010»
12-13 мая 2010 года, г. Санкт-Петербург)

Главенствующими из всех проблем, стоящих перед человеческим сообществом, являются: создание безвредного жилья и лесовосстановление. Если они не будут решены, то сообщество окажется перед единственной проблемой: как выжить виду "человек разумный". Решать же двуединую проблему, созданную "разумным" существом, способен только человек ответственный за результаты своей жизнедеятельности.

Актуальность энергосбережения в жилищном секторе

Известно, что в развитых странах жилищный сектор потребляет 40% всей производимой энергии, больше чем весь транспорт (32%) или промышленность (28%) (Люке А.,2007). Известно также, что половина энергии теряется, причем более трети теплопотерь приходится на ограждающие конструкции зданий. Таким образом, жилые здания являются самыми главными и потребителями, и расточителями энергии.

По данным Бюро технологических оценок при Конгрессе США в 1985 г на отопление и освещение жилых зданий в развитых странах было затрачено 37 ЭДж энергии (Гиббонс Д. и др., 1989). Если допустить, что в 2010 г только на отопление будет затрачено 45 ЭДж, то потери энергии составят 22,5 ЭДж, что эквивалентно 6, 255 ПВт/ч. Это невозможно представить, но получается, что во всем мире свыше шести миллионов крупных электростанций (свыше 1000 МВт) работают вхолостую и производят тепловое загрязнение среды.

Энергетики и государственные чиновники, власти всех ветвей должны понимать сложившуюся ситуацию и не разглагольствовать о мнимых энергодефиците и безопасности, а на законодательной основе требовать повышения эффективности использования энергоресурсов конечными потребителями и не на десятки, а на сотни процентов.

Итоги энергосбережения в экспериментальных зданиях

Улучшение тепловой характеристики здания - задача не новая, и техника ее решения известна давным-давно. Главенствующая роль в архитектурно-технических мероприятиях отводится дополнительному утеплению ограждающих конструкций эффективной изоляцией (Гертис К., 2007). По объемам выпуска ТИМ имеют следующую структуру: минераловатные - 75%, пенопласты - 20%, ячеистые бетоны - 3%, прочие - 2%.

Известны итоги энергосбережения в экспериментальных проектах: за счет утепления стен эффективной изоляцией в НЕКОТОРЫХ домах теплопотери снизились в США - на 68%, в Швеции - на 89% (Гиббонс Д. и др., 1989), в России - на 30-35% (Граник Ю.Г и др., 2003; Ильюшенко А.Н., 2002). Если осреднить этот показатель для ВСЕХ жилых зданий в 2010 г до 50%, то экономия тепла на обогрев составит 4 ЭДж. А сколько потребуется эффективной изоляции для этих мероприятий и каковы энергозатраты на ее получение?

Как правило, на дополнительное утепление ограждающих конструкций использовалась минвата толщиной 150 мм, а ППС - 100 мм. При сохраняющемся соотношении лидирующих ТИМ, мировые объемы минваты составят 225 млн кубометров, ППС - 60 млн кубометров (расчетная плотность ТИМ - 100 кг/куб.м). На получение суммарных объемов потребуется затратить 12,5 ЭДж энергии (на кубометр минваты - 10 000 кВт/ч, на ППС - 18 900 кВт/ч (Мейер-Бое В., 1993; Князева В.П., 2006)). Нужны ли комментарии к парадоксу: снижение теплопотерь через стены здания на единицу энергии требует трех единиц энергозатрат на производство лидирующих ТИМ!!!

Долговечность лидирующих ТИМ

Согласно данным, приведенным в ведомственных строительных нормах, продолжительность эффективной эксплуатации до капитального ремонта (с заменой) утепляющих слоев из минваты и плит 15-20 лет (ВСН 58-88 (р), 1990). Эти данные удовлетворительно согласуются с результатами исследований лаборатории теплофизических характеристик и долговечности стройматериалов НИИСФ РААСН.

Испытаниям были подвергнуты стеновые конструкции с включением в качестве теплоизоляционного слоя из ППС (блочного и экструзионного), минераловатных плит и пеностекла. Ориентировочный срок службы до капитального ремонта, с учетом влияния натурных факторов, в условных годах эксплуатации, составил: ППС экструзионный - 10, ППС блочный - 20, минплита - 15 (Бессонов И.В., 2008).

Таким образом, если за расчетный срок службы жилого здания принять 100 лет, то за это время потребуется сменить эффективную теплоизоляцию не менее 5 раз.

Риторические вопросы: на что менять, как и сколько это будет стоить? Как мыслится замена разложившихся уплотнителей на стыках панелей в панельных дома?

Сроки окупаемости "энергосберегающих" мероприятий

Оценки сроков окупаемости при реконструкции и новом строительстве варьируют от оптимистических до негативных.

Одни утверждают:"За счет экономии тепла увеличение единовременных затрат во вновь строящихся зданиях окупаются в течение 7-8 лет, а в существующих домах - в течение 12-15 лет"(Граник Ю.Г. и др., 2003).

Им возражают:"Экономические расчеты с учетом затрат на создание индустриальной базы, а также затрат на производство на ней дополнительной теплоизоляции для удовлетворения второго этапа требований СНиП показали, что эти затраты не могут окупиться даже через 50 лет, т.е. за срок, превышающий долговечность утеплителей из пенополистирольных и минераловатных плит" (Ананьев А.И. и др., 2001). Через семь лет один из соавторов возражения высказался еще более категорично:"... проводившаяся на протяжении десяти лет кампания по снижению на 40-50% энергозатрат на отопление зданий за счет избыточного повышения теплозащиты стен закончилась безрезультатно. Если же учесть дополнительные средства, затрачиваемые на выполнение непредвиденных текущих и капитальных ремонтов недолговечных наружных стен с мягкими утеплителями, то следует считать, что она принесла отрицательный эффект." (Ананьев А.И., Гаврилов-Кремичев Н.А., 2008).

И совсем пессимистичное заключение относительно реконструируемых зданий:"Окупаемость даже без учета амортизационных отчислений и процентов на кредит составляет около 100 лет." (Ильюшенко А.Н., 2002).

Химическое загрязнение жилой среды

Многочисленные исследования минераловатных и пенопластовых ТИМ убедительно свидетельствуют, что при нормальных условиях из них выделяются, как правило, фенол, формальдегид, стирол и прочие ядовитые газы. То есть по воздействию на организм человека лидирующие ТИМ относятся ко 2-му классу опасности (высокоопасные) (Конструкции стен ... с теплоизоляцией из экструзионных вспененных полистирольных плит ПЕНОПЛЭКС, 2005).

Анализ специальной литературы выявил ряд важных проблем:

• нормативные документы приводят ПДК для однокомпонентных веществ. На практике из лидирующих ТИМ выделяются от 4 до 10 эмитентов. Как будет проявляться воздействие ядовитого коктейля - проблема!
• токсиколого-гигиенические исследования проводятся над конкретным материалом или изделием, а качество воздуха в жилом помещении, в лучшем случае, интересует специалистов в области вентиляции и кондиционирования;
• по мере накопления знаний в сообществе пересматриваются не только ПДК эмитентов (в сторону ужесточения норм), но и особенности их действия на организм. Например, в воздухе рабочей зоны ПДК формальдегида в нашей стране изменялась от 5 мг/куб. м (1947) до 0,5 мг/куб. м (2003), а для жилых помещений даже до 0,003 мг/куб. м (2003)!

И если в 1951 г токсикологи относили формальдегид по характеру действия на организм человека к "раздражающему газу, обладающему также и общей противоплазматической ядовитостью" (Справочник, 1951), а в 1987 г МАИР выдало заключение:"Доказательства канцерогенности газа формальдегида для крыс и активности формальдегида в экспресс-тестах достаточные. Канцерогенность для человека не доказана." (Справочные материалы МАИР, 1987), то в 2007 г президент НП АВОК объявляет:"Формальдегид внесен в список достоверно канцерогенных веществ... воздействует на наследственную, генетическую и хромосомную мутацию, репродуктивные органы..." (Табунщиков Ю.А., 2007).

Смертельная опасность лидирующих ТИМ при пожарах

Пенопласты и органические связующие минваты до настоящего пожара не выдерживают. Известно, что ППС начинает разрушаться уже при 80 град. При нагреве "негорючей"базальтовой ваты органические связующие разлагаются при 200 град и полностью испаряются при 250 град. Естественно, что продукты разложения воздух не озонируют.

Термодеструкция ППУ начинается при 180 град, при нагреве до 200-250 град происходит его разложение с выделением изоционатов, а при деструкции последних образуется цианистый водород (Дробышевская Т.А. и др, 1969).

Наиболее полную картину последствий термического разрушения экструзионного ППС можно увидеть в Заключении ВНИИПО (Москва): образцы относятся к горючим материалам средней воспламеняемости, с высокой дымообразующей способностью и высокоопасным по показателю токсичности. Драматична судьба подопытных животных: после сгорания образца ППС массой 3,4 г в закрытой камере через полчаса половина их погибла, так как в камере образовался ядовитый коктейль из моно- и диоксид углерода, стирола, фенола, толуола, бензола, формальдегида и сернистого ангидрида (Заключение ВНИИПО, 1993).

Новое поколение зданий - пассивные

В конце 80-х годов институт пассивных зданий (Дармштадт, ФРГ) разработал одноименный стандарт, по которому зданию присваивается категория "пассивного объекта", если его отопительные потребности в год ниже 15 кВт·ч/кв.м, а в идеале - вообще не требующее расходов на тепло. К середине 2007 г только в Германии было построено более 7 000 энергоэффективных домов («Еврострой», 2008). Подобные технологии реализуются в США, Канаде, Швеции, Дании, Италии, Финляндии, Китае, Австрии, Швейцарии, России и даже в Беларуси. К концу XXI века некоторыми авторами видятся целые города с нулевым потреблением энергии, воздвигнутые по этому стандарту (Гертис К., 2007).

Основное отличие "новаторских" зданий от экспериментальных в более чем двукратном увеличении толщины дополнительной изоляции. Следовательно, энергозатраты на их получение также увеличатся более чем в два раза и с учетом их низкой долговечности, их неоднократной заменой за срок эксплуатации здания, все "инновационные" мероприятия можно определить как энергодефективные.

А присовокупив многократное увеличение загрязнения окружающей и жилой сред ядовитыми веществами, выделяющимися из лидирующих ТИМ на всей технологической цепи (от получения сырья до их ликвидации), их смертельной опасности при пожарах, следует признать, что в мировой строительной практике реализуется СОЗНАТЕЛЬНАЯ МИСТИФИКАЦИЯ МЕТОДОЛОГИЙ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ И БИОЛОГИЧЕСКОГО СТРОИТЕЛЬСТВА.

"Ноу-хау в строительстве", апробированное сто лет назад

Относительно недавно на том же Западе появилась информация о технологиях полностью отвечающих правилам биологического строительства. Например, австрийская компания предложила "ноу-хау в строительстве", по которому стены зданий снаружи надлежит утеплять экспанзитом (Проспект компании Baumit, 1994). А чуть позже португальская компания продемонстрировала жилой дом, офис и гостиницу, построенные в соответствии с "ноу-хау" (Проспект компании Amorim, 1998).

Любопытно, что подобное новшество прошло вековое испытание временем в России: с 1899 г в Петербурге и с 1906 г в Москве построено много домов, утепленных пробковыми плитами. И сегодня эти дома ещё эксплуатируются.

Меняются времена, но интерес к пробке постоянный

Пробка - натуральный, возобновляемый продукт. Ее применение известно со времен древнего Египта. В строительстве пробка используется как тепло -, шумо -, виброизолятор, для декорирования полов, стен и потолков. Технология получения изоляционных пробковых плит - безотходная, малоэнергоемкая (температура прессования 110-280 град), рециклируемая. В пробке от Природы сочетаются лучшие свойства волокнистых и закрытопористых материалов.

По теплотехническим характеристикам пробка немного уступает ППС, но ее долговечность соизмерима с долговечностью капитального здания, энергозатраты на производство кубометра плит в 50 раз ниже, при пожарах от нее вреда меньше, чем от горящей древесины, пробковые изделия имеют более широкий тампературный диапазон применения (-200...+130 град) без обработки антипиренами.

В настоящее время, помимо строительства, пробковые изделия широко используются в виноделии (55%), холодильной и обувной промышленности, судо -, авто -, тракторостроении, электро -, радио -, космической технике, рыболовстве, спорте и многих других отраслях.

Альтернатива лидирующим ТИМ

Если экспанзит станет альтернативой лидирующим ТИМ, то на производство соответствующих объемов будет затрачено энергии порядка 1 ЭДж. Утепляя стены экспанзитом толщиной 200-250 мм, можно ожидать снижения теплопотерь не менее чем на 50%. Абсолютное энергосбережение составит не менее 3 ЭДж или в денежном выражении - более 50 млрд ам. долл. (при цене нефти 100 долл. за баррель). Относительное снижение энергозатрат на получение экспанзита по сравнению с минераловатными и пенопластовыми утеплителями составит более 2 000%.

Для справки: впервые экспанзит был получен в Германии в 1910 г, с 1928 г стали выпускать из привозного сырья на Ленинградском изоляционном заводе, с 1938 г из местного сырья (пробка бархата) на Хабаровском экспанзитном заводе

Министерства пищевой промышленности (Правдин Л.Ф., 1959). Номенклатура теплоизоляционных, геометрических и прочих показателей экспанзита регламентировалась, в частности, СНиП I-В.25-62 и ГОСТ 4.201-79. В настоящее время даже как термин не упоминается ни в одном словаре русского языка...

Состояние мировой сырьевой базы пробки

На изготовление альтернативных объемов экспанзита потребуется более 50 млн т пробкового сырья (в пересчете на плиты плотностью 100 кг/куб. м). Великолепные перспективы для пробкопереработчиков! Каково же состояние сырьевой базы пробки? сегодня пробку получают с нескольких видов пробковых дубов, естественно произрастающих в странах Западного Средиземноморья (юг Европы и север Африки). Площадь дубрав - 2,2 млн га, с которых с 9-летним циклом ежегодно снимают 360 тыс т пробки. Между прочим, монополистом в прокоперерабатывающей отрасли является Португалия, площадь которой всего-то на 5 тыс кв. км больше Ленинградской области.

Интенсификация съема пробки погубит дубравы, а экстенсификация дубов в мире не привела к существенным практическим результатам - культура весьма привередлива. Но даже если всю снятую пробку пустить на экспанзит, то будут удовлетворены потребности жилищного сектора лишь небольшого европейского государства. Где же выход?

Проблемы лесовосстановления

К специфическим проблемам лесного хозяйства относятся значительные диспропорции между темпами рубки и лесовосстановительных работ. Показательно, что уже к концу XX века площади тропических лесов составляли 55% от первоначальных, на 10 срубленных деревьев приходилось 1 посаженное (в Африке - на 29). На XXI век эксперты прогнозируют сохранение тенденций катастрофического сокращения тропических лесов с переходом аналогичной тенденции на леса умеренных широт. Следовательно, актуальнейшая задача лесоводов - возвращение долгов Природе и потомкам.

Известно, что видовое разнообразие лесонасаждения - норма, но биоценоз становится более устойчивым, если в него привносятся ценотически позитивные таксоны более высокого ранга. Для стран умеренных широт весьма перспективным является российский интродуцент - амурский бархат (пробковое дерево), который следует вводить в насаждения в качестве компоненты. Именно об этом писал немецкий специалист в далеком 1932 году, обобщая российский опыт изучения бархата и предлагая его широкое культивирование в странах Центральной Европы (Grünbaum H., 1932). Но через год политики в очередной раз проигнорировали аргументы науки по созданию мягкого, неагрессивного мира.

Перспективы российского пробкового дерева

Многофункциональность применения бархата понятна из простого перечисления: декоративный, медонос, лекарственная культура, поставщик красящих и дубильных веществ, древесина не уступает ореху (торговое название velvet), пробка - аналог пробки пробкового дуба, растение обладает мелиоративными и ценотическими свойствами.

Естественный ареал - российский Дальний Восток. Впервые культивирован в Петербурге (1856). Через сто лет в результате массовых интродукций было установлено, что, благодаря пластичности, бархат может успешно произрастать от берегов Балтики до берегов Тихого океана от линии Петербург - Вятка - Екатеринбург - Томск - Омск - Красноярск - Иркутск и Хабаровск - Комсомольск-на-Амуре - Совгавань до южных границ бывшего Союза. Изредка разводят в Западной Европе, Северной Америке и в других странах с умеренным климатом (Справочник, под ред. С.Я. Соколова, 1958).

Предварительный анализ показывает, что в России можно найти 6-8 млн га земель с оптимальными почвенно-климатическими условиями для культивирования амурского бархата. Такие же площади можно найти в Европе. На свежих почвах с бархата снимали в год по 300 кг, а при поливах - до 1 000 кг с га (среднемировая продуктивность пробкового дуба - 150 кг). С учетом сказанного, решая проблемы восстановления лесов в странах умеренных широт путем культивирования российского пробкового дерева, вполне реально через 25-30 лет увеличить мировую сырьевую базу пробки в десятки раз. Из общих объемов снятой пробки не менее 80% следует направлять на изготовление эффективной теплоизоляции и содействовать переходу жилищного строительства на биологические методы.

Последствия создания "мягкого (пробкового) мира"

1. Экстенсификация лесовосстановительных работ.
2. Демонополизация сырьевой базы пробки и ее переработки.
3. Увеличение мировых запасов пробки более чем в 20 раз.
4. Применение пробки в жилищном строительстве снизит вред окружающей среде, сделает жилье безвредным, снизит энергозатраты на производство экспанзита не менее чем на 2 000% по сравнению с лидирующими ТИМ, а реальный экономический эффект от дополнительного утепления стен зданий составит несколько сот процентов.

В заключение можно утверждать: города с "нулевым" потреблением энергии, соответствующие правилам биологического строительства, могут появиться к концу XXI века, если страны умеренных широт при восстановлении лесонасаждений будут культивировать российское пробковое дерево, а дополнительная теплоизоляция ограждающих конструкций жилых зданий будет производиться экспанзитом.

Валерий Иванович Лудиков,
технический руководитель проекта «Российская пробка»

Дополнительная информация: ludikov - valery @yandex. ru

Литература

1. Люке А. Европейский рынок отопительного оборудования - ориентация на высокоэффективные технологии и ВИЭ // Энергосбережение. 2007.- 4.- с. 57-59.
2. Гиббонс Д., Блэр П., Гуин Х. Стратегия использования энергии // В мире науки. 1989.- 11.- с. 76-85.
3. Гертис К. Здания XXI века - здания с нулевым потреблением энергии // Энергосбережение.- 2007.- 3.- с. 34-36.
4. Граник Ю.Г., Магай А.А., Беляев В.С. Конструкции наружных ограждений и инженерные системы в новых типах энергоэффективных зданий // Энергосбережение.- 2003.- 5.- с. 73-75.
5. Ильюшенко А.Н. Экологические основы энергосберегающей деятельности в Москве // Энергосбережение.- 2002.- 1.- с. 46-47.
6. Мейер-Бое В. Строительные конструкции зданий и сооружений. М.: Стройиздат.- 1993.- 400 С.
7. Князева В.П. Экологические аспекты выбора материалов в архитектурном проектировании. М.: "Архитектура-С", 2006.- 296 С.
8. ВСН 58-88 (р). Положение об организации и проведении реконструкции, ремонта и технического обслуживания зданий, объектов коммунального и социально-культурного назначения. Нормы проектирования. М.: Стройиздат, 1990.- 32 С.
9. Бессонов И.В. Исследования стойкости фасадных систем наружного утепления с тонким штукатурным слоем к температурно-влажностным воздействиям // Сб. "Труды Всероссийской науч.-техн. конф." (Строительная теплотехника: актуальные вопросы нормирования). СПб.: СПбЗНИиПИ, 2008.- с. 199-207.
10. Ананьев А.И., Комов В.М. и др. Экономия тепловых ресурсов в жилых зданиях// Теплоэнергоэффективные технологии. ИБ.- 2001.- 4.- с. 74-80.
11. Ананьев А.И., Гаврилов-Кремичев Н.Л. К вопросу нормирования теплопроводности материалов и теплозащитных свойств наружных ограждающих конструкций зданий// Сб. "Труды Всероссийской науч.-техн. конф." СПб.: СПбЗНИиПИ, 2008.- с. 3-13.

12. Конструкции стен, покрытий и полов с теплоизоляцией из экструзионных вспененных полистирольных плит ПЕНОПЛЭКС. Материалы для проектирования и рабочие чертежи узлов. СПб.: компания «ПЕНОПЛЭКС СПБ».- 2005.- 206 С.
13. Химические вредные вещества в промышленности. Ч. 1. Органические вещества. Справ. Под общ. ред. Н.В. Лазарева. Л.-М.: Госхимиздат, 1951.- 575 С.
14. Канцерогенные вещества (Справ. материалы МАИР)/ Пер. с англ. А.Ф. Карамышевой. М.: Медицина, 1987.- 336 С.
15. Табунщиков Ю.А. Экологическая безопасность жилища// АВОК.- 2007.- 4.- с. 4-7.
16. Paroc Building Insulation. RE - 1.1. Helsinki: PAROC, 1993.- 8 p.
17. Дробышевская Т.А., Ширская В.А. и др. О токсичности продуктов термоокислительной деструкции полиуретановых пенопластов/ Гигиена применения полимерных материалов и изделий из них. В. 1. Под общ. ред. проф. Л.И. Медведя. Киев: ВНИИГИНТОКС, 1969.- с. 285-289.
18. Заключение о характеристиках пожарной опасности экструзионного полистирола "Styrofoam" фирмы "Dow Chemicals Co" (США). М.: ВНИИПО, 1993.- 7 л.
19. Как сберечь энергию. Зарубежный опыт и российские реалии// Еврострой.- 2008.- 51.- с. 22-24.
20. Neubau Baumit-Systeme für Rohbau, Innenausbau, Fassade. 2. Auflage. Wietersdorfer Peggauer, Wopfinger, Baumit GesmbH. 2. Auflage: April 1994.- 115 s.
21. Amorim Isolamentos. - Mozelos: Amorim Isolamentos, S. A., 1998.- 12 p.
22. Правдин Л.Ф. Пробконосы в СССР, их использование и перспективы разведения// Тр. БИН АН СССР, сер. V, вып. 7, М.-Л., 1959.- с. 394-398.
23. Grünbaum H. Der Korkbaum und seine Bedeutung für Mitteleuropa// Der Züchter, Zeitsch. f. theor. u. angew. Genetic. V Jahrgang. Berlin, 1932.- s. 254-256.
24. Деревья и кустарники СССР. Под ред. проф. С.Я. Соколова. Т. 1V. М.-Л.: изд. АН СССР, 1958.- с. 240-241.