Навязанное предложение рынка, или экономические аспекты применения лидирующей изоляции
«Итоги безответственной деятельности» − так называлась публикация в «ЛПИ» № 9 за 2008 год, в которой дипломированный инженер, технический директор проекта «Российская пробка» Валерий Лудиков поднимал ряд острых вопросов, связанных с проблемами жилищного строительства, сохранения окружающей среды и лесовосстановления в нашей стране. В развитие темы мы предлагаем следующую публикацию автора.
Отсутствие системного подхода при разработке мероприятий по снижению теплопотерь стенами зданий в жилищном секторе развитых стран привело к существенному противоречию между поставленными целями и полученными результатами. Возникли парадоксальные ситуации: снижение потерь тепла на единицу энергии влечет за собой утроение затрат энергии на производство лидирующей изоляции, а человек разумный оказался перед фактом биологической и химической агрессивности собственного жилья.
Какое жилье мы выберем
Общепризнано, что хозяйственная деятельность человеческого сообщества является существенным природообразующим фактором. К сожалению, из-за безответственного отношения к последствиям хозяйствования в настоящее время на планете под угрозой оказались многие виды флоры и фауны, происходит необратимое нарушение биологических процессов, очищающих воздух, почву и воду. Даже такая, казалось бы, созидательная деятельность, как жилищное строительство, продолжает разрушать и угнетать природу. К тому же, как будет доказано в этой публикации, человек строит жилье, проявляющее биологическую и химическую агрессивность к его здоровью (причем неважно, к какой категории относится дом − к элитному, коттеджному или «доступному и комфортному» жилью).
Казалось бы, если речь идет об угрозе здоровью человека, то приоритетными действиями должны быть выявление причин, обуславливающих вред, их ликвидация любой ценой и недопущение рецидивов. Во всяком случае, экономические соображения должны уступить место более широкому пониманию ситуации. Но безопасность человека в своем жилье нигде и никого не интересует. Новое в экологии и обеспечении безопасности жизнедеятельности обсуждается в России на встречах разного уровня, но строители к подобным мероприятиям интереса не проявляют, а власть имущих и их советников не знакомят с резолюциями этих обсуждений. Именно об этом свидетельствуют появившиеся в стране два взаимоисключающих приоритетных нацпроекта. Ибо, не дай бог, если реализуется проект о жилье в нынешних технологиях, то «торпедируется» проект о здоровье. Из-за биологической и химической агрессивности жилья возрастет заболеваемость населения, увеличится смертность, сократится спрос на… жилье. А ввиду того что российская строительная наука и практика заимствуют преимущественно зарубежные технологии, проблема сохранения здоровья человека в подобном аспекте носит глобальный характер.
Причины существующей абсурдности, очевидно, заключаются в том, что в человеческом сообществе господствуют политика и экономика, но игнорируются разум и духовность. Доминирующими объявлены рыночные отношения и их приводной механизм − спрос рождает предложение. Похоже, Бердяев прав: во всем мире происходит деградация человека. Далее я приведу аргументы, поясняющие такие выводы, но не для того, чтобы обвинить кого бы то ни было в содействии уничтожению жизни на Земле. Цель анализа − показать способ решения проблем строительства и лесовосстановления, содействовать переходу практики на истинные методы биологического строительства, в частности через замену применяемых сегодня в строительстве при изоляционных работах материалов из минеральной ваты и пенопласта на пробковые плиты. Такая замена позволит в 10 раз снизить энергоемкость производства изоляционных материалов и значительно понизить уровень биохимического загрязнения жилья. Причем это могут реализовать практически все страны умеренных широт.
В конце января сего года был официально опубликован поправленный текст основного закона страны [1]. В нем, в частности, говорится об охране труда и здоровья людей (ст. 6 ч. 2); о запрете медицинских, научных или иных опытов без добровольного согласия пациента (ст. 21 ч. 2); о праве каждого на труд в условиях, отвечающих требованиям безопасности и гигиены (ст. 37 ч. 3). Ближе к теме сегодняшнего разговора относилась бы цитата из ст. 42: «Каждый человек имеет право на благоприятную среду, достоверную информацию о её состоянии…» Сослагательное наклонение мною использовано только потому, что со времен В. И. Даля значение слова «благоприятный», то есть удобный, не изменилось, но в наши дни удобство не ассоциируется с безопасностью (безвредностью) для здоровья. И входит ли в понятие «среда» жилье? Кстати, если безопасность и гигиена труда государством хотя бы декларируются, то о жилье в Конституции РФ говорится буквально следующее: «Каждый имеет право на жилище» (ст. 41 ч. 1) и «Жилище неприкосновенно» (ст. 25). И все!!!
В данной статье предлагается рассмотреть итоги теплосберегающих мероприятий с применением лидирующей теплоизоляции, дать оценку роли ограждающих конструкций в деле снижения теплопотерь, определить, какова долговечность лидирующей изоляции и каков срок окупаемости мероприятий по энергосбережению. И все это с учетом того, что сегодня в обществе вопросы экономики более значимы, чем проблемы здоровья.
Чем лучше стены утеплять?
В комплексе архитектурно-технических мероприятий по энергосбережению жилых зданий немалая роль отводится разработке ограждающих конструкций с применением так называемой эффективной изоляции. Для удовлетворения запросов строителей, как было отмечено выше, в промышленно развитых странах создана и интенсивно развивается индустрия теплоизоляции, представленная по объемам выпуска на 95% минераловатной и пенопластовой, на 3% ячеистобетонной и на 2% прочей.
Производители лидирующих тепло-изоляционных материалов (ТИМ) бездоказательно утверждают, что их продукция способствует экономии энергии, защите окружающей среды, а её производство и применение безопасны.
Начнем с анализа лидирующей изоляции в экономическом ракурсе и для наглядности выведем критерий положительного экономического эффекта от мероприятий по дополнительному утеплению ограждающих конструкций зданий. Заметим, что некоторые параметры, применяемые в расчетах, потребуют со временем уточнений, что, однако, не изменит алгоритм определения предлагаемого критерия.
Известно, что жилищный сектор − самый энергоемкий из всех отраслей экономики. Так, например, здания в США потребляют около 40% всей производимой энергии в стране, больше, чем все виды транспорта [2]. Почти такие же показатели характерны для Европейского союза [3] и России [4, 5]. Исследователями установлено: здания без утепления теряют более половины потребляемого тепла [6], причем, по мнению многих специалистов, треть потерь приходится на стены. По данным Бюро технологических оценок при конгрессе США, на отопление и освещение зданий в промышленно развитых странах в 1985 году было затрачено 37 ЭДж энергии [7] (по расчетам авторов, один эксаджоуль эквивалентен количеству тепла, получаемому при сжигании 170 млн баррелей сырой нефти. Напомню, что 1 Дж равен 2,78×10−7 кВт·ч, а нефтяной баррель в США − 159 л).
Если принять за основу факт, что только на отопление жилья тратилось 30 ЭДж, а в 2010 году этот показатель возрастет до 45 ЭДж, то получается, что ежегодно через стены зданий будет теряться примерно 8 ЭДж (2 224 000 ГВт·ч), а в денежном выражении − $68 млрд при цене нефти $50 за баррель.
Это трудно представить, но получается, что во всем мире на полную мощность бесполезно будут работать более 2 млн крупных электростанций, которые к тому же будут производить тепловое загрязнение среды!!! Энергетики и государственные чиновники должны понимать такое состояние дел и требовать повышения эффективности использования энергоресурсов конечными потребителями.
Очевидно, что величина теплопотерь через стены на уровне 8 ЭДж объективно может характеризовать экономическую эффективность мероприятий по снижению этих потерь. При подсчетах эффективности не следует забывать энергозатраты на производство материалов, с помощью которых реализуются эти мероприятия, в частности тепло-изоляционные материалы. Выведенный показатель можно назвать критерием экономической эффективности утепления стен.
Найти альтернативу лидирующим тепло-изоляционным материалам
Широкое применение лидирующих тепло-изоляционных материалов в мире было вызвано глобальным энергетическим кризисом 70-х годов прошлого столетия, не затронувшим Россию, где в то время киловатт-час был дешевле стакана газировки с сиропом. Имеются итоги проведенных в ряде стран мероприятий по применению лидирующих тепло-изоляционных материалов для некоторых типов зданий. По данным того же Бюро технологических оценок при конгрессе США, «на обогрев некоторых домов с суперусиленной теплоизоляцией в Миннесоте требуется на 68% меньше тепла по сравнению с обычным домом американской постройки. В некоторых домах Швеции экономия тепла достигает 89%" [7]. Успехи российских новаторов скромнее: в некоторых домах теплопотери снизились на 30−35% [8; 9].
Для простоты расчетов примем этот показатель для всех жилых зданий в развитых странах в 2010 году за 50%, тогда ожидаемый эффект снижения теплопотерь через стены будет равен 4 ЭДж.
А сколько потребуется произвести лидирующих тепло-изоляционных материалов для дополнительного утепления всех стен? Каковы энергозатраты на получение этих объемов?
Известно, что уже на стадии добычи любого сырья происходит разрушение природных ландшафтов и начинается загрязнение среды. При производстве лидирующих тепло-изоляционных материалов продолжаются выбросы вредных веществ и антропогенного тепла в биосферу. Например, плавка раздробленных горных пород, используемых в производстве тепло-изоляционных материалов, осуществляется при температуре +1500°С, что сравнимо с технологиями металлургических процессов, и приводит практически к таким же последствиям по воздействию на окружающую среду.
Абсолютные значения энергозатрат (кВт·ч) на производство кубометра наиболее распространенных строительных материалов дает в своей монографии европейский специалист Мейер-Бое: алюминий − 72 500, изоляция из ППС − 18 900, минвата − 10 000, цемент − 1700, клинкер − 900, ДСП − 800, кирпич − 500, газобетон − 450, силикатный кирпич − 350, древесина − 180, осока или солома − 9 [10]. Аналогичные данные приводит профессор Московского архитектурного института В. П. Князева [11].
Если учесть, что потребность одного только российского жилищного сектора в лидирующих тепло-изоляционных материалах на 2010 год колоссальна [12], а в развитых странах она будет на порядок больше, то при сохранении соотношения мировые объемы минваты составят 225 млн м3, а пенопластов − 60. Для производства суммарных объемов этих материалов потребуется 12,5 ЭДж энергии. Другими словами, для того чтобы снизить теплопотери через стены зданий на единицу энергии, потребуется затратить в три раза больше энергии на получение лидирующих тепло-изоляционных материалов…
Очевидно, сознавая подобный парадокс, одна из ведущих компаний в индустрии теплоизоляции объясняет его так: «Применение теплоизоляции в целом имеет положительный эффект для окружающей среды. Производство тепло-изоляционных материалов, включая получение сырья, его транспортировку и монтаж, негативно влияет на окружающую среду, но это компенсируется в течение первого года использования тепло-изоляционных материалов. Принято считать, что польза, приносимая окружающей среде в результате применения тепло-изоляционных материалов, в несколько сотен раз больше наносимого ей ущерба. Если рассматривать полный срок жизни здания, то эксплуатация и техническое обслуживание составляют примерно 85% от его общей нагрузки на окружающую среду. Приблизительно 15% приходится на строительство здания, и менее 1% − на его ликвидацию. Легко можно увидеть, что вложение в дополнительную изоляцию окупится много раз, если принять во внимание эти соотношения за весь жизненный цикл здания» [13].
Оставим эти рассуждения без комментариев и продолжим разбор экономического аспекта. Автор твердо убежден, что приоритетными разработками или мероприятиями могут быть определены лишь те, эксплуатация (а ни в коем случае не внедрение!) которых даст не мнимый эффект, и даже не десятки процентов, а сотни. В нашем случае, исходя из данных Мейер-Бое [10] и В. П. Князевой [11], если энергозатраты на получение 1 м³ тепло-изоляционных материалов будут не более 1 тыс. кВт·ч, можно рассчитывать на экономический эффект не менее 400%. Таким образом, если задаться целью найти альтернативу лидирующей изоляции, то подобный продукт должен не иметь недостатков по энергоемкости, соответствовать выведенному выше критерию экономической эффективности и обеспечивать теплозащиту зданий не хуже материалов, у которых наилучшие показатели.
Никчемный параметр?
Армянская мудрость гласит: «Любить надо так, будто живешь последний день, а строить − будто собираешься прожить вечность». Но сегодня строителям даже при желании невозможно построить поистине долговечное здание, так как существует целый ряд проблем, препятствующий успешному решению этой задачи. Если о долговечности традиционных конструктивных материалов можно судить на основании опыта, то тепло-изоляционные материалы характеризуются относительными показателями. Так, например, проведя серию температурно-влажностных воздействий на образцы экструдированного пенополистирола, испытательная лаборатория Института строительной физики (Москва) выдала следующее заключение: «Прогнозируемый уровень долговечности − 50 условных лет эксплуатации» [14]. Аналогичные декларации делаются и в отношении минераловатных утеплителей [13].
Ведомственные строительные нормы [15], в частности, указывают на минимальную продолжительность эффективной эксплуатации до капитального ремонта (с заменой) утепляющих слоев чердачных перекрытий из минеральной ваты (плит) − 15 лет. Лаборатория теплофизических характеристик и долговечности стройматериалов (НИИ СФ, Москва) провела исследования стойкости фасадных систем наружного утепления к температурно-влажностным воздействиям. Испытаниям были подвергнуты фрагменты фасадных систем с включением плит из экструзионного пенополистирола и минваты.
В итоге ориентировочный срок службы до капремонта был определен для экструзионного ППС − 10 условных лет, для минваты − 15 условных лет [16].
К сожалению, автору неизвестны нормативы, определяющие долговечность стройматериалов, а если доверять утверждению ведущих специалистов «Теплопроекта», то подобных регламентов пока нет вообще, так же как нет и утвержденных методик определения абсолютных значений долговечности изоляции [17].
Напрашиваются закономерные вопросы: информированы ли покупатели жилья − будь то квартиры в монолитно-бетонных и панельных зданиях или частные дома в элитных коттеджных поселках − о том, что примерно через 25 лет в связи с деструкцией тепло-изоляционных материалов в стенах, перекрытиях, на стыках панелей, внутри каркасов ограждающие конструкции потеряют способность удерживать тепло?
И за чей счет будет произведена замена теплоизоляции? Как планируется производить установку новой изоляции на стыках панелей без разборки здания? А если фасад облицован кирпичом?
Само собой разумеется, что продукты деструкции лидирующих утеплителей за это время загрязнят среду и могут нанести вред здоровью населения.
Сроки окупаемости
Специалисты в своих оценках сроков окупаемости затрат на мероприятия по энергосбережению при реконструкции и новом строительстве расходятся, их мнение отличается также и от оптимистического заключения производителя тепло-изоляционных материалов [13].
Одни утверждают: «За счет экономии тепла значительные единовременные затраты на мероприятия по энергосбережению во вновь строящихся зданиях окупаются в течение 7−8 лет, а в существующих домах − в течение 12−15 лет» [14]. 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, то есть за срок, превышающий долговечность утеплителей из пенополистирольных и минераловатных плит» [18]. Через шесть лет один из авторов этого возражения на семинаре высказался ещё более категорично: «Проводившаяся на протяжении десяти лет кампания по снижению энергозатрат на отопление на 40−50% 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 дала отрицательный эффект» [19].
И совсем уж пессимистично заключение относительно реконструируемых зданий: «Окупаемость даже без учета амортизационных отчислений и процентов на кредит составляет около 100 лет» [20].
В подобных случаях говорят: «Комментарии излишни».
Предварительное заключение
Краткие выводы по предыдущей (см. «ЛПИ» № 9, 2008) и настоящей публикациям:
− древесина − наилучший конструктивный и комфортный в использовании материал, который следует шире применять в малоэтажном строительстве;
− все существующие способы устранения излишней влаги из древесины не достигают цели: во время эксплуатации внутренние напряжения проявляются в трещинах усушки, гигроскопичность древесины вызывает усадку;
− защита древесины от биодеструкторов и огня с помощью химических препаратов, как правило, кратковременна и снижает механическую прочность;
− сортимент пиломатериалов и кругляка не обеспечивает комфортности рубленого дома по теплу и шумам при постоянном проживании даже на Черноморском побережье;
− современные методы производства клееного бруса не предотвращают усушечных растрескиваний (даже по месту склейки) и усадки;
− нет достоверных данных по долговечности клееных элементов, а потому отсутствует уверенность, что возросшие более чем в три раза затраты на клееный брус (по сравнению с брусом профилированным, но естественной влажности) окупятся в приемлемые сроки;
− для выполнения требований СНиП по теплу и шумам деревянное домостроение заимствовало изоляционные материалы, применяемые в жилищном и промышленном строительстве;
− лидирующее место в строительной изоляции занимают минераловатные и пенопластовые тепло-изоляционные материалы (95% всех объемов);
− жилищный сектор − самый энергоемкий из всех отраслей и самый расточительный: теплопотери через стены зданий, например, в развитых странах эквивалентны энергии, производимой более 2 млн крупных электростанций;
− предлагается алгоритм определения критерия экономической эффективности, способствующий объективной характеристике мероприятий по энергосбережению;
− выявлен парадокс энерго-сбережения в жилищном секторе: снижение теплопотерь через стены зданий на единицу энергии требует утроения энергозатрат на получение лидирующих тепло-изоляционных материалов;
− строительная практика остро нуждается в достоверных методиках определения абсолютной долговечности строительных материалов и соответствующих нормативах;
− определенная исследователями низкая долговечность лидирующей изоляции в условных годах эксплуатации (20−50 лет) свидетельствует о серьезной проблеме их несочетания с долговечными конструктивными материалами (бетоном, металлом, деревом);
− современные технологии создания комфортного по теплу и шумам жилья через несколько десятков лет вызовут неразрешимые проблемы с заменой разложившейся изоляции в фасадах зданий, перекрытиях, перегородках и на стыках панелей;
− большинство специалистов считает, что «прогрессивные» способы энергосбережения стенами зданий не окупаются даже через 50 лет, за срок, превышающий долговечность пенопластовых и минераловатных тепло-изоляционных материалов;
− альтернативой лидирующим тепло-изоляционным материалам может стать изоляционный материал, на производство кубометра которого будет тратиться не более 1000 кВт·ч, не имеющий выявленных недостатков и обеспечивающий теплозащиту зданий на уровне или выше достигнутых лучших результатов;
− прогнозируемый экономический эффект использования альтернативного тепло-изоляционного материала − не менее 400%;
− утеплением стен зданий следует заниматься, так как резервы энергосбережения колоссальные и при экстенсификации подобных мероприятий с альтернативными тепло-изоляционными материалами жилищный сектор сможет не только решить вопрос энергетического дефицита, но и позволит использовать высвободившиеся энергоресурсы для нужд других отраслей.
В следующих публикациях, продолжающих тему, вниманию читателей «ЛПИ» будет предложен анализ высокой опасности лидирующей изоляции для человека при эксплуатации жилья и её смертельной опасности при пожарах.
Валерий ЛУДИКОВ
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Конституция Российской Федерации (с учетом поправок № 6-ФКЗ и № 7-ФКЗ от 30.12.2008) //Российская газета. 2009. 21 янв. С. 3.
2. Розенфельд А. Г., Хафмейстер Д. Энергоэкономичные здания//В мире науки. 1988. № 6. С. 34−43.
3. Люкс А. Европейский рынок отопительного оборудования — ориентация на высокоэффективные технологии и возобновляемые источники энергии//Энергосбережение. 2007. № 4. С. 57−59.
4. Булгаков С. Н. Энергосберегающие технологии вторичной застройки реконструируемых жилых кварталов//АВОК. 1998. № 2. С. 5.
5. Кочегаров А. Д. Повышение эффективности ЖКХ обеспечит его переход к рыночным отношениям//Теплоэнергоэффективные технологии: ИБ. 2002. № 2. С. 11−13.
6. Техника и жилище в США: Проспект строительной выставки США в Ленинграде. 1975. 49 с.
7. Гиббонс Д., Блэр П., Гуин Х. Стратегия использования энергии//В мире науки. 1989. № 11. С. 76−85.
8. 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.
9. Ильюшенко А. Н. Экологические основы ресурсосберегающей деятельности в Москве//Энергосбережение. 2002. № 1. С. 46−47.
10. Мейер-Бое В. Строительные конструкции зданий и сооружений. М.: Стройиздат, 1993. 408 с.
11. Князева В. П. Экологические аспекты выбора материалов в архитектурном проектировании. М.: Архитектура-С, 2006. 296 с.
12. Овчаренко Е. Г., Артемьев В. М. и др. Тепловая изоляция и энергосбережение//Энергосбережение. 1999. № 2. С. 37−41.
13. Insulation Theory. PAROC OY AB.VANTAA, 2003. 60 p.
14. Конструкция стен, покрытий и полов с теплоизоляцией из экструзионных вспененных полистирольных плит «ПЕНОПЛЭКС»: Материалы для проектирования и рабочие чертежи узлов. СПб.: ПЕНОПЛЭКС СПб, 2005. 206 с.
15. ВСН 58−88 (р). Положение об организации и проведении реконструкции, ремонта и технического обслуживания зданий, объектов коммерческого и социально-культурного назначения. Нормы проектирования/Госкомархит. М.: Стройиздат, 1990. 32 с.
16. Бессонов И. В. Исследования стойкости фасадных систем наружного утепления с тонким штукатурным слоем к температурно-влажностным воздействиям//Строительная теплотехника: Актуальные вопросы нормирования: Тр. I Всеросс. науч.-техн. конф. СПб.: СПб ЗНИИ и ПИ, 2008. С. 199−207.
17. Шойхет Б. М., Ставрицкая Л. В., Овчаренко Е. Г. О технических требованиях к волокнистым теплоизоляционным материалам в строительстве//Энергосбережение. 2002. № 1. С. 48−51.
18. Ананьев А. И., Комов В. М. и др. Экономия тепловых ресурсов в жилых зданиях//Теплоэнергоэффективные технологии: ИБ. 2001. № 4. С. 74−80.
19. Паспортный контроль в строительстве//Строительный еженедельник. № 14 (255), 16.04.2007. С. 66.
20. Ливчак В. И. Реалистичный подход к энергосбережению в существующем жилом фонде города//Энергосбережение. 2002. № 5. С. 14−16.
