Проблемы производства эффективных теплоизоляционных материалов. Как их решать

Проблемы производства эффективных теплоизоляционных материалов.
как их решать

Известно, что в России расширяется фронт строительного производства во всех отраслях: энергетике, промышленности, сельском хозяйстве, транспортной инфраструктуре, социальной сфере. В связи с этим возрастает дефицит теплоизоляционных материалов, особенно высококачественных. Не позволяют в полной мере удовлетворить потребности практики и импортные поставки.

По нашим расчетам, к концу текущего года с учетом увеличения объемов производства теплоизоляционных материалов на 10-16 процентов в год их будет изготовлено около 32 млн. кубометров. Такие темпы роста производства утеплителей явно недостаточны, поскольку потребность в них только жилищного сектора строительства в 2010 году может составить 25-30 млн. кубометров, а общая необходимость для всех отраслей по расчетам Теплопроекта — 50-55 млн. кубометров.

Основным видом применяемых в стране утеплителей являются минераловатные изделия, доля которых в общем объеме производства и потребления составляет более 65 процентов. Около 8 процентов приходится на стекловатные материалы, 20 процентов — на пенополистирол и другие пенопласты. Доля теплоизоляционных ячеистых бетонов в общем объеме производимых утеплителей не превышает 3 процентов, вспученного перлита, вермикулита и изделий на их основе — 2-3 процента. Структура объемов выпуска утеплителей в России близка к структуре, сложившейся в передовых странах мира, где волокнистые утеплители также занимают 60-80 процентов от общего выпуска теплоизоляционных материалов.

Государственная программа по энергосбережению и внесение новых законодательных актов по теплоизоляции, а также увеличение объемов строительных работ по возведению новых зданий, реконструкции и ремонту старого жилого фонда обусловили устойчивый и долговременный рост спроса на такие высокоэффективные теплоизоляционные материалы, как базальтовая вата, стекловата и экструзионный пенополистирол. Спрос на эти теплоизоляционные материалы превышает предложение, даже несмотря на нововведенные производственные мощности. Особенно дефицитным является сектор высококачественной базальтовой ваты высокой плотности. Высотное строительство, теплоизоляционные системы утепления плоских кровель, фасадов, сектор вентилируемых фасадов ощущают в ней острейшую потребность.

Поэтому, чтобы удовлетворить спрос на волокнистые утеплители, необходимо, во-первых, осуществить переход на производство минеральной ваты и изделий из горных пород габбро-базальтовой группы. Анализ применяемых в отечественной и зарубежной практике сырьевых материалов показывает, что наиболее качественную минеральную вату можно получать из шихт на основе горных пород габбро-базальтового типа. В течение последних 10-20 лет мы настоятельно всем рекомендуем переходить на габбро-базальтовое сырье. Многие вняли этим призывам и выпускают базальтовую вату не только из базальта, но и из габбро-диабаза, порфирита, амфиболита и других пород габбро-базальтовой группы. Термин прижился, но, к сожалению, стопроцентная шихта приживается пока туго из-за проблем с плавильными агрегатами: старые вагранки не тянут, на новые нет средств, а электропечи внедряются слишком медленно. Поэтому на повестке дня — разработка более эффективных плавильных агрегатов и технологического оборудования, их автоматизация и компьютеризация.

Недостатки ванных печей, на первый взгляд, перевешивают их достоинства. Это большие капитальные вложения (первоначальные затраты на огнеупоры), значительные затраты на периодические и капитальные ремонты, убытки при 30-40-дневном капитальном ремонте и вынужденные затраты на топливо в период остановок при отсутствии сбыта продукции. Вместе с тем, если сопоставить удельные затраты тепла и разницу в стоимости газа и кокса, эти недостатки не столь очевидны. Расчеты «Теплопроекта» показывают, что даже при увеличении стоимости природного газа до европейского уровня удельные затраты на топливо в ванной печи будут в 4-5 раз меньше, чем в вагранке (при условии, что стоимость кокса останется на нынешнем уровне). Расчеты также показывают, что при межремонтном сроке эксплуатации 18-20 месяцев экономия за счет разницы в стоимости топлива компенсирует затраты на текущие и капитальные ремонты печи и убытки от простоев. При длительности эксплуатации более двух лет ванная печь становится более предпочтительным плавильным агрегатом. Практика показывает, что сегодня кампания ванных печей при применении современных огнеупоров разработки НТЦ «Бакор» составляет три года и более.

Применяются и газоэлектрические агрегаты, а где нет проблем с коксом, там можно ставить и коксовые вагранки. Они тоже достаточно эффективны, просты в обслуживании. Их иногда делают еще и коксогазовыми, но не всегда удачно. Например, широко разрекламированная российско-итальянская газовая вагранка оказалась на самом деле коксогазовой, в которой расход кокса снижен по сравнению с обычной импортной всего на 15-20 процентов. Зато появился второй вид топлива в агрегате, сложности в эксплуатации, обучении и аттестации персонала на работу с газом и другие. Так стоило ли огород городить?

Тем не менее сегодня вагранка — наиболее распространенный вид плавильного агрегата. Ее производительность — до 3 т/ч (отечественные) и до 6 т/ч (импортные) по расплаву. Преимущества отечественных вагранок в простоте конструкции и обслуживания, относительной дешевизне, небольших производственных площадях, возможности быстрой остановки, ремонта и повторного запуска (в течение нескольких смен). Импортные вагранки на порядок дороже, так как они оснащены системами подогрева дутьевого воздуха, дожига СО, мокрой очистки отходящих газов, кислородного наддува, кислородного прожига для слива восстановленного металла, компьютерного управления ваграночным процессом и другими возможностями. Общим недостатком вагранок наряду с применением дефицитного и дорогостоящего металлургического кокса является необходимость применения крупнофракционного сырья, а также брикетирования мелких отходов расплава от центрифуги (их набирается до 1,5 т/ч).

Что касается электропечей, то выпускаемые на Алтае электропечи индукционного типа потребляют слишком много электроэнергии — 5-7 киловатт на килограмм. Но есть и масса электродуговых печей с производительностью от 400 кг/ч до 5-6 т/ч по расплаву. Эти печи на графитовых электродах раньше называли руднотермическими. В минераловатном производстве электропечи начинают потихоньку приживаться, и там, где электроэнергия не столь дефицитна, применение любых электропечей — индукционных, газоэлектрических или рудно-термических, вполне оправдано. Стоимость этих печей намного ниже импортных.

Надеемся, что не за горами тот день, когда в отечественную промышленность придут плазменные печи, хотя, строго говоря, они не совсем плазменные. Это печи циклонного типа, в которых основную роль будет играть твердое топливо, например, бурый или черный уголь. Для инициирования разжигания угольной пыли и мгновенной газификации в плазме будет установлен плазмотрон небольшой мощности. Механизм запуска агрегата напоминает схему работы двигателя внутреннего сгорания. Только в нашем случае роль искры будет играть плазменная струя, которая в небольшом объеме заставит мгновенно газифицироваться угольную пыль. По предварительным расчетам, такая печь при расходе 350 кг угля на тонну базальта и 10 киловаттах плазменной искры позволит получать тонну расплава в час.

Многое предстоит сделать и для повышения качества синтетического связующего, выпускаемого отечественными предприятиями, доведения его до мирового уровня и разработки новых более экологически допустимых связок. Проблема чрезвычайно низкого качества смол, производимых российскими предприятиями, — одна из наиболее актуальных на сегодняшний день. Практически все известные виды связующих, применяемых в отечественной промышленности, были разработаны 15-20 лет назад, когда к утеплителю предъявлялись не столь жесткие требования по долговечности, как сегодня.

В последние годы появился целый ряд предложений по модификации известных и разработке новых связующих. Разработаны технологии приготовления многокомпозиционного состава на силанах, испытано новое связующее на основе солей алюминия с аммиачной водой. Выпускаются плиты на основе суспензии антисептирующих и огнезащитных добавок в пленкообразующей дисперсии. Ряд заводов в качестве связующего применяют бентонитовую глину. Нижнетагильский завод пластмасс предпринял попытку наладить выпуск смол, не уступающих финским и немецким аналогам. Но пока отечественные версии зарубежных продуктов получаются дороговатыми.

Другой путь повышения качества и расширения номенклатуры волокнистых материалов — совершенствование способов переработки расплава в волокно, разработка и внедрение современных камер тепловой обработки. Наиболее распространенным в России способом переработки минеральных расплавов в волокно является центробежно-дутьевой способ. К сожалению, этот способ не позволяет получить волокно нужного качества — диаметр волокна составляет от 8 до 12 мкм, к тому же расход пара на центробежно-дутьевых центрифугах достигает 1,5-2 т/ч на одну центрифугу. Ведущие отечественные и мировые фирмы производят вату на многовалковых центрифугах, позволяющих снизить диаметр волокна до 4-6 мкм, в связи с чем свойства утеплителя значительно улучшаются. Кроме того, при использовании новых способов раздува волокна заметно уменьшаются потери расплава с неволокнистыми включениями и исключается применение пара. Однако в России многовалковыми центрифугами оснащено всего 26 процентов технологических линий, поскольку придать процессу реконструкции узлов волокнообразования массовость не позволяют стесненные условия существующих цехов.

Важное звено в технологической цепочке — камера тепловой обработки волокна. Известные мировые производители применяют камеры полимеризации, способные по «сухому» способу обеспечить на одной быстро переналаживаемой линии поточное производство высококачественного плитного утеплителя различной плотности (до 250 кг/м2) и толщины (от 40 до 250 мм). А на большинстве отечественных предприятий эксплуатируются устаревшие камеры тепловой обработки с несовершенными схемами подачи теплоносителя, что не позволяет создать щадящие режимы для правильного протекания процессов полимеризации и предотвратить охрупчивание пленки.

Таким образом, всю волокнистую теплоизоляционную продукцию, предлагаемую на рынке стройматериалов в России, можно подразделить на две категории. К первой относится качественная теплоизоляция из расплавов стекла или габбро-базальтовых пород (иногда с добавкой до 20-25 процентов карбонатных пород), изготовленная на импортном оборудовании (сюда же можно причислить и продукцию, ввозимую по импорту). Ко второй категории относится менее качественная изоляция, производимая большинством отечественных заводов, оснащенных устаревшим оборудованием, из металлургических шлаков и других отходов с небольшой добавкой (до 20 процентов) габбро-базальтовых пород.

В группе производителей низкокачественной продукции сосредоточена основная масса отечественных заводов. Пока, по нашим данным, значительная часть отечественных заводов выпускает продукцию, обладающую по сравнению с иностранной заниженными характеристиками по влагопоглощению и устойчивости к деформации.

Импортные изделия обладают лучшими характеристиками прежде всего за счет высокого качества связующих компонентов. Ассортимент выпускаемой продукции ограничивается не только используемым связующим, но и возможностями эксплуатируемого оборудования (камеры тепловой обработки). На многих заводах эксплуатируются камеры тепловой обработки, приспособленные для производства мягких и полужестких плит одной толщины (главным образом 50, 60 или 80 мм) и конвейеры, рассчитанные на плотность плит не более 125 кг/м3. В то же время технологический узел переработки ковра в готовые изделия (плиты и маты) должен обеспечивать поточное производство широкого спектра материалов разных толщин и плотностей.

Вторую основную группу теплоизоляционных материалов представляют пенопласты. Сюда относят пенополистирол, пенополиуретаны, пенополиизоционаты, фенолформальдегидные и карбомидформальдегидные пенопласты.

По сравнению с волокнистыми утеплителями пенопласты применяются в значительно меньших объемах. Однако в последние годы в связи с изменением требований к термическому сопротивлению ограждающих конструкций объем производства пенопластов значительно возрос и продолжает расти. Это в первую очередь обусловлено значительно меньшими в сравнении с другими утеплителями удельными капитальными затратами на организацию их производства. Очевидно, в ближайшие годы эта тенденция сохранится. Об этом свидетельствуют и многочисленные технические решения теплоэффективных наружных стен жилых зданий, выполненные с применением пенопластов, и появление на рынке новых материалов. Но проблем с их применением пока немало. Вот лишь несколько тому примеров.

В течение последних лет на рынке России появился новый полимерный утеплитель для строительства — карбамидный пенопласт, получивший торговое название пеноизол. Разработчиком материала и оборудования для его производства является подмосковный Научно-технический центр «МЕТТЭМ» (г. Балашиха). Пеноизол представляет собой материал, изготовленный беспрессовым способом и без термической обработки из пенообразующего состава, включающего полимерную смолу, пенообразователь, воду и специальные модификаторы. Сырьем для производства пеноизола служат дешевые и недефицитные российские компоненты. Хорошие теплофизические характеристики материала, возможность приобретения у разработчика комплекта оборудования по его производству способствовали достаточно быстрому распространению пеноизола в стране. Газожидкостные установки НТЦ «МЕТТЭМ» сегодня используются в строительных организациях Московской области, Санкт-Петербурга, Кирова, Новосибирска, Сыктывкара, Сургута, Владикавказа, Кемеровской, Мурманской, Омской областей, в Татарстане и других регионах России.

В настоящее время «МЕТТЭМ» много внимания уделяет вопросу долговечности пеноизола, предлагая широко использовать его в жилищном и промышленном строительстве. Однако есть ряд аспектов, связанных с природой этого материала, которые заставляют очень осторожно оценивать его долговечность, особенно в условиях увлажнения как сорбционного, так и капельного.

Есть проблемы и с применением пенофола — тепло-, шумо - и пароизоляционного материала с высоким коэффициентом отражения излучаемой тепловой энергии. Он состоит из одного или двух слоев алюминия толщиной 12-30 мкм и слоя вспененного полиэтилена. Плотность материала — 44 кг/м3, толщина — 3-10 мм, ширина — 600 и 1200 мм, теплопроводность — 0,038 Вт (м-К), звукопоглощение — не менее 32 дБ. Пенофол повышает теплозащитные свойства конструкций без увеличения их объема. Он используется как в качестве самостоятельной теплозвукоизоляции, так и совместно с другими изоляционными материалами. Являясь пароизолятором, он полностью заменяет в ограждающих конструкциях дополнительную изоляцию. Однако, на наш взгляд, к декларируемым разработчиками свойствам следует относиться весьма осторожно, так как в стационарных процессах теплопередачи при достаточно низких температурах, а в таковых работает большинство конструкций тепловой изоляции, доля лучистой составляющей пренебрежимо мала.

Таким образом, в сфере производства налицо несоответствие между существующими производственными возможностями и конкретными запросами потребителей. Основные игроки инвестируют деньги в совершенствование и развитие своих производств, однако устаревшим отечественным производствам в одиночку, без государственной поддержки, создать современную базу для изготовления утеплителей чрезвычайно сложно. В результате европейские производители контролируют уже половину российского рынка теплоизоляции, но объемы строительства в стране таковы, что одни лишь импортные утеплители нам погоду не сделают.

Необходимо осознание на государственном уровне необходимости возрождения отечественного производства высококачественной базальтовой ваты. Поддержка развития производства качественных минераловатных утеплителей на высшем уровне руководства нашей страны гарантирует всем производителям продолжение устойчивого роста объемов потребления их продукции, а инвесторам — окупаемость вложений, направленных на развитие производства.

Практика настойчиво требует развития отечественного производства современных теплоизоляционных материалов. Нужна федеральная целевая программа. Нужен центр координации всех научно-производственных усилий, направленных на достижение этой цели. Есть возможности для ускорения решения важной для отрасли проблемы. Все объекты должны обеспечиваться эффективными энергосберегающими материалами.

Вячеслав БЕРБЕНЕВ,

кандидат технических наук,

директор Научно-исследовательского центра

;
Владимир ПОНОМАРЕВ,

кандидат технических наук, заместитель директора.

Апрелевка, Московская область.