Павильон «Теплоснабжение» Сектор «Трубы, трубопроводы, тепло- и гидроизоляция»

В настоящее время в России активно развивается производство высококачественных полимерных трубопроводов для комплекции объектов производственного, общественного, административного и жилого назначения.

В сфере ЖКХ даже говорить не приходится о состоянии водопроводных труб. Давно напрашивается вывод, что необходимо искать решение проблемы ржавых труб, и искать самым кардинальным способом, а именно - применять трубы, которые не подвержены коррозии, что позволит впредь не заботиться об антикоррозионном покрытии, не проводить ингибирование, исключить дорогостоящие ремонты и устранение утечек. С точки зрения экономической эффективности одним из наиболее приемлемых вариантов решения данной проблемы является переход к стеклопластиковым трубам.

ПОЛИЭТИЛЕНОВЫЕ ТРУБЫ

Несмотря на свою сравнительно небольшую историю, пластиковые трубы успели зарекомендовать себя в качестве достойного преемника стальных труб в трубопроводных системах самых разных отраслей промышленности и коммунального хозяйства. Это обусловлено такими их достоинствами, как относительно невысокая себестоимость, экологическая безопасность, стойкость к замерзанию воды, долговечность и легкость монтажа.
Преимущества пластиковых труб перед стальными были оценены давно, и развитые страны уже завершают процесс перехода на трубопроводы из пластмасс везде, где это возможно. В европейских странах удельный вес стальных труб не превышает 20-30%. Структура потребления пластиковых труб в различных регионах мира (рис.1) является отражением степени их технического и экономического развития.
В европейских странах замена стальных тру6 на пластмассовые началась более 50-ти лет назад, и их применение, например в газораспределительных сетях, где потребность в трубах определяется уже преимущественно строительством новых трасс, выходит в область насыщения рынка. Исключением является разве что Италия, в которой бурно развивающаяся программа массовой газификации жилья под управлением компании Italgas ДОПОЛНИТЕльно стимулирует рост производства труб. Тем не менее, рост потребностей в пластиковых трубах и. соответственно, рост их производства значительно опережают средние значения по другим отраслям промышленности. Особо бурное развитие ожидается в азиатском регионе и Латинской Америке. Страны Восточной и Центральной Европы (в составе ЕС) потребляют пока не более 20% от всего объема экструдируемых пластиковых труб, что в основном связано с существующей в них сетью трубопроводов из устаревших материалов (сталь, железобетон, керамика). Но здесь темпы прироста монтажа новых трубопроводов выше, чем в Западной Европе. Этот сектор рынка стремительно расширяется и заменяет устаревшие, дорогостоящие и ненадежные канализационные сети, даже в условиях, когда в ЕС нужны особо веские доводы для оправдания применения более дорогих пластиковых трубопроводов в городских хозяйствах.
Таблицы показывают, каков был рост потребления пластиковых труб за последние годы и дают примерный прогноз до 2010 г. При оценке этих таблиц следует иметь в виду, что в странах Западной Европы, которые мы рассматриваем как некий ориентир, газораспределительные сети практически все уже полиэтиленовые, и рост потребления происходит в основном за счет строительства новых объектов. А системы водоснабжения находятся в несравненно лучшем состоянии, чем российские, хотя здесь цифра ожидаемого годового роста может оказаться заниженной. Это связано с тем, что при переходе некоторых стран на новые системы водоочистки, использующие, в тон чнсле и хлорирование, внутридомовые медные водопроводные сети, которые составляют довольно значительный процент и имели репутацию «вечных», перестают удовлетворять нормам экологической безопасности, и их, видимо, также придется частично заменять.
В России применение пластиков для трубопроводных систем началось с большим отставанием от ведущих стран мира. Но уже сейчас видны приметы изменения ситуации, и в 2002 г. потребление пластиковых труб превысило 100 тыс. т. Наиболее актуальными областями применения этих труб можно считать газораспределительные системы и жилищно-коммунальную сферу. До последнего времени в России для внутренних трубопроводных систем холодного и горячего водоснабжения и отопления применялись, как правило, стальные трубы, и только для гибких подводок к приборам использовались ПОЛИЭТИЛЕН и сплавы меди. Однако многолетний опыт эксплуатации показал, что стальные трубы подвержены коррозии, на их стенках происходит накопление вредных веществ, срок их эксплуатации невелик и высока степень аварийности. При этом происходит ухудшение качества воды, засорение внутренней полости труб, уменьшение их пропускной способности, ухудшение работы арматуры и устройств системы автоматического регулирования. Нынешнее состояние коммуникационных сетей ЖКХ такое, что спасти страну от надвигающегося и уже очень близкого кризиса может только глобальная замена существующих систем на новые, более долговечные, экономичные и экологически безопасные. В этом мы видим проблему номер один трубопроводных сетей России.
Место России на Европейском рынке труб из термопластиков можно представить из рисунков 2 и 3. Процентное соотношение по используемым маркам полиэтилена для производства труб в России и Западной Европе проиллюстрировано на рисунке 4.
Обращает на себя внимание различие в марочном ассортименте полиэтилена. В России основную долю составляют трубы из полиэтилена устаревшего типа ПЭ-63, е то время как е Европе доля подобного полиэтилена минимальна, зато «сотый» полиэтилен, позволяющий изготавливать трубы повышенного давления с меньшей толщиной стенки, занимает уже треть потребительского рынка, и его доля неуклонно продолжает расти. Проблема освоения выпуска ПЭ-100 сейчас актуальна для России, но срок ее разрешения пока трудно спрогнозировать. Переход на «сотый» полиэтилен более значим для заводов, производящих трубы, и их потребителей, нежели ряд производителей сырья, которых в России всего два и они не испытывают видимых трудностей со сбытом продукции.
Другие полимеры тоже расширяют свои возможности, особенно полипропилен; с каждым годом ширится его применение в системах обогрева полов, холодного/горячего водоснабжения (статистический сополимер пропилена ППС), в оросительных и дренажных системах благодаря его высокой химустойчнвостн, ударной вязкости, способности выдерживать повышенное давление и хорошим сварным свойствам. Еще более перспективен «сшитый» полиэтилен. Трубы из него превосходят трубы из полипропилена и ППС по предельной температуре эксплуатации, номинальному давлению, предельному времени работы и материалоемкости. Кроме того, они гибкие и легче монтируются, не требуя большого количества соединительных фитингов.
Но применение полимерных материалов для отопительных систем зданий у нас пока еще чрезвычайно мало, также как и использование их в нефтяной промышленности, для технических трубопроводов, воздуховодов и т. п. Основные объемы поставок полиэтиленовых труб сейчас приходятся на водоснабжение и газораспределительные сети.
В России насчитывается более 40 заводов, производящих полиэтиленовые трубы. При этом 90% продукции производится наиболее крупными заводами, с объемом производства в 2002 г. более 1 тыс. т. Более крупные заводы производят дополнительно комплектацию фитингами и большинство предоставляет сварочное оборудование, что реже встречается у менее крупных заводов.
На всех российских предприятиях с оптимизмом смотрят на перспективы развития отрасли, и многие предполагают расширение производства. Темпы роста потребления полимерных труб в России в среднем оцениваются как 10-15% в год, причем крупные заводы более оптимистичны в своих прогнозах. Ориентация производства направлена почти исключительно на внутренний рынок. Доля экспорта в общем объеме производимых труб пока очень мала - 4-5% (в основном Украина и Казахстан). В значительно большей степени осуществляется экспорт сырья. Ожидаемое оживление рынка может привести к перестановкам в приведенной таблице и появлению новых сильных игроков. Интерес к российскому рынку проявляют многие западные компании, такие как PipeLite, Wavin, KWH Pipe, Uponor и другие. Пока их присутствие незначительно, но оно есть, и отечественным производителям нужно быть готовым к довольно жесткой конкуренции с прекрасно оснащенными конкурентами, обладающими самыми передовыми технологиями. Наращивание и модернизация производственных мощностей необходимы России и сдерживаются неуверенной политикой правительства в жилищно-коммунальной сфере, длительной практикой использования металлических труб и сложившимися стереотипами принятия решений, далеко не всегда опирающимися на экономическую, социальную и экологическую целесообразность.
К сожалению, пока еще мало насчитывается производителей полиэтиленовых труб для теплотрасс - теплоизолированных труб по системе «труба в трубе» с напорной трубой (или несколькими трубами) из сшитого полиэтилена, имеющего рабочую температуру до 95 градусов, в защитной оболочке. Прокладка одной такой трубы может полностью решить вопрос теплоснабжения дома и, к тому же, производиться бестраншейным способом. Потребности России в этом виде продукции велики, но, опять-таки, сдерживаются финансовой стороной вопроса. Деньги, выделяемые на реконструкцию теплотрасс, пока еще далеки от потребностей, а более высокая, по сравнению с традиционным металлом, стоимость самих труб все еще отпугивает многих заказчиков. Хотя полная калькуляция стоимости теплотрассы вместе с прокладкой (с учетом отсутствия компенсаторов, фитингов и стыков) не превышает соответствующей сметы для металлических труб с пенополиуретановой изоляцией. А учет уменьшения эксплуатационных расходов благодаря снижению тепловых потерь: уменьшению числа аварий и большей долговечности полиэтиленовых труб дает дополнительную экономическую эффективность новых технологий.
В заключение хочется еще раз подчеркнуть, что:
- пластмассовые грубы уверенно выигрывают конкурентное соревнование с другими видами труб во всем мире;
- реформирование системы жилищно-коммунального комплекса невозможно до тех пор, пока изношенные системы водоснабжения, отопления и канализации не будут заменены или отремонтированы с использованием современных технологий:
имеющийся в России производственный потенциал способен решить задачи по модернизации трубопроводной системы страны при условии модернизации существующего оборудования (которое на большинстве заводов уже устарело) а также освоении и расширении собственного производства современных марок сырья, в первую очередь ПЭ-100.

(Сергей Топалов // Полимерные трубы, № 1, 2003)

Напомним, что трубы из полипропилена прочнее и легче стальных, не подвержены химической и электрокоррозии, не ржавеют и не засоряются в процессе эксплуатации, не передают вибрацию и звуки, не разрываются при замерзании воды, не проводят блуждающие токи. Также монтаж и эксплуатация полипропиленовых труб намного экономичнее чем обычные обычные оцинкованные. Именно поэтому правительство Москвы санкционировало применение полипластовых водопроводов при строительстве или капитальном ремонте столичных зданий.

Водостойкость теплоизоляции

Физико-технические свойства используемых в строительстве теплоизоляционных материалов оказывают определяющее влияние на теплотехническую эффективность и эксплуатационную надежность конструкций.
Применение в современных конструкционных решениях специальных теплоизоляционных материалов с высоким термосопротивлением (коэффициент теплопроводности всего 0,030-0,040 Вт/м·К) считается наиболее действенным способом повышения энергоэффективности зданий и инженерных сооружений. Это позволяет при относительно небольших материальных вложениях существенно повысить уровень комфортности, тепло- и звукоизоляции жилых и производственных зданий, а также сократить эксплуатационные расходы и добиться весомой экономии топливных ресурсов. Поэтому круг задач, для решения которых в настоящее время используются теплоизоляционные материалы, весьма широк: утепление фасадов, покрытий, фундаментов и подвалов зданий, различных видов коммуникаций и трубопроводов.
Основными показателями, характеризующими свойства теплоизоляционных материалов, являются плотность, теплопроводность, химическая стойкость и т.п. Не менее важными для теплоизоляционных материалов являются также такие свойства, как водостойкость (устойчивость структуры волокна к долговременному воздействию влаги) и паропроницаемость.
Как известно, теплозащитные свойства утеплителей сильно зависят от содержания в них влаги, поскольку низкий коэффициент теплопроводности таких материалов обусловлен тем, что их структура на 85-92% состоит из пор, которые в сухом состоянии заполнены воздухом. В случае если поры теплоизоляционного материала заполняются влагой (коэффициент теплопроводности которой в 20 раз больше, чем у воздуха), это приводит к многократному снижению теплоизоляционных характеристик материалов и всей конструкции. Способность теплоизоляционных материалов поглощать влагу и удерживать ее в порах (пустотах) характеризуется таким параметром, как водопоглощение, которое определяется количеством воды, которое впитывает сухой материал при контакте с водой за определенное время, отнесенным к массе или объему сухого материала. Это один из самых важных показателей, характеризующих эксплуатационные свойства утеплителя, поскольку с повышением влажности теплоизоляционных материалов повышается их теплопроводность, и в конструкциях возникают такие деструктивные явления, как коррозия или развитие плесневых грибков. Подсчитано, что каждый процент влаги, содержащейся в теплоизоляции, ухудшает коэффициент теплопроводности (по сравнению с сухим состоянием) в среднем на 6-8%.
Для ячеистых теплоизоляционных материалов с относительно большим водопоглощением актуальным является еще один параметр - морозостойкость, то есть способность материала в насыщенном влагой состоянии выдерживать многократное замораживание и оттаивание без разрушения структуры. От этого показателя существенно зависит долговечность всей конструкции, так как влага, находящаяся в порах, промерзает и сначала ослабляет, а затем и разрушает связи в твердой основе, что приводит к значительному ухудшению физико-механических свойств утеплителя и ограничению срока его службы.
Водостойкость и способность к водопоглощению у различных теплоизоляционных материалов очень разнятся и сильно зависят как от их структуры, так и от химического состава твердой основы.
По структуре твердой основы теплоизоляционные материалы делятся на ячеистые (твердые пены) и волокнистые. В ячеистых (вспененных) материалах чаще используются органические полимеры и реже - минеральная основа (вспененное стекло, пенобетон).
Такие теплоизолирующие материалы на основе органических полимеров, как пенополистирол, пенополиуретан, пенополиэтилен, вспененный каучук и т.п., ввиду высокой гидрофобности твердой основы и закрытой ячеистости материала обладают крайне малым водопоглощением, ничтожной паропроницаемостью и негигроскопичны. К примеру, водопоглощение пенополистирола при погружении в воду на 7 дней составляет всего 0,5-1,5% от объема. Поэтому такие материалы хорошо подходят для утепления конструкций и инженерных коммуникаций, подверженных обильному увлажнению: фундаментов, тепловых сетей, водопроводов и т.п. Притом горючесть этих утеплителей, сравнительно узкие температурные рамки эксплуатации и прочие негативные свойства значительно ограничивают их использование для теплоизоляции фасадов и покрытий зданий.
В волокнистых материалах, как правило, используется твердая основа минерального происхождения (базальтовые горные породы, доменные шлаки или стекло). Такие волокнистые теплоизоляционные материалы, как минеральная вата и стекловата, характеризуются хорошей паропроницаемостью. Это свойство особенно важно при утеплении многослойных фасадных систем и покрытий, а также при акустической изоляции подвесных потолков, перекрытий, полов и перегородок зданий различного назначения, поскольку позволяет избыточным водяным парам беспрепятственно проходить через конструкцию, не скапливаясь в толще утепляющего слоя и не снижая его теплозащитных и звукоизолирующих свойств. Однако наряду с этим многие волокнистые материалы подвержены увлажнению и гигроскопичны. В частности, распространенные в прежние годы в России шлаковата из доменных шлаков и негидрофобизированные марки стекловаты из отходов стекольной промышленности способны впитывать значительное количество влаги (до 200-300% по объему). Это значительно снижает срок службы материалов, а также создает неблагоприятную химическую среду для защищаемых несущих конструкций или инженерных коммуникаций. То есть долговечность теплоизоляционных материалов в строительных конструкциях, помимо свойств самих материалов, напрямую зависит от степени увлажнения теплоизоляционного материала в конструкции.
Для теплоизоляционных материалов из минерального и стеклянного волокна, применяемых в наружных ограждающих конструкциях зданий, показатель водостойкости является особенно важным.
Водостойкость минеральной ваты зависит от модуля кислотности (отношение суммы кислотных окислов (SiO2+Al2O3) к сумме щелочных окислов (CaO+MgO)) и характеризуется показателем рН. Модуль кислотности продукции различных производителей имеет значения в диапазоне от 1,2 до 2-2,5. Водостойкость минеральной ваты возрастает с увеличением модуля кислотности волокна.
Водостойкость стеклянных волокон существенно зависит от химического состава и диаметра волокна. Увеличение содержания щелочных окислов до значений более 15-16% и уменьшение диаметра волокна приводит к снижению водостойкости волокна.
Водостойкость теплоизоляционных изделий из минерального и стеклянного волокна зависит также и от свойств применяемого при их изготовлении связующего. При изготовлении минераловатных изделий наиболее широко используется синтетическое связующее на основе фенолоспиртов с модифицирующими добавками, а также связующее на основе карбамидных смол, причем синтетическое связующее характеризуется более высокими показателями водостойкости.
Принимая во внимание возможность разрушения минеральных волокон с низким модулем кислотности и стеклянных волокон щелочного состава при контакте с влагой, при разработке конструкций с применением этих теплоизоляционных материалов следует предусматривать технические решения, ограничивающие деструктивное воздействие влаги на материал в процессе эксплуатации.
К таким решениям относятся гидрофобизация материалов в процессе производства и применение конструктивных решений, предотвращающих или ограничивающих возможность конденсации влаги в конструкции. В качестве гидрофобизирующего компонента используются различные водоотталкивающие добавки. При гидрофобизации волокнистых материалов снижается их смачиваемость, т. е. уменьшается поверхность взаимодействия волокон с капельной влагой, что приводит к повышению водостойкости и, соответственно, срока службы материала.
Водопоглощение гидрофобизированных и негидрофобизированных марок утеплителей может различаться в 2-3 и более раз. В современных минераловатных материалах введением специальных гидрофобизирующих добавок влагопоглощение снижается менее чем до 1% (по объему).
Основные пути проникновения влаги в теплоизоляционные материалы в составе строительной конструкции - это увлажнение атмосферными осадками, грунтовыми водами и влагой, образующейся в результате конденсации водяных паров, диффундирующих через толщу конструкций. Конкретные меры и способы предупреждения этих негативных явлений в ограждающих конструкциях предусматриваются в процессе проектирования и строительства зданий. Мы рассмотрим наиболее важные из них.

Гидроизоляция
Гидроизоляционный слой, предназначенный для предотвращения проникновения влаги извне (атмосферных осадков или грунтовых вод) в строительные конструкции, весьма важен для предотвращения преждевременного разрушения несущих и теплоизолирующих конструкций. В том или ином виде гидроизоляционный слой предусматривается в ограждающих конструкциях, в покрытиях, конструкциях фундамента и инженерных коммуникациях. Так, для гидроизоляции плоских крыш применяют приклейку горячим битумом, рулонными водонепроницаемыми материалами. В скатной кровле функцию гидроизоляции берет на себя кровельное покрытие (черепица, металлочерепица, листовой металл) в совокупности с ветрозащитной мембраной, располагаемой на утеплителе (зазор 50-100 мм), граничащей с вентилируемой прослойкой. А в навесных фасадных системах гидроизолирующую функцию берут на себя дождевой экран из облицовочных материалов и та же ветрозащитная пленка.

Устройство пароизоляции
Важная проблема при устройстве покрытий - устройство пароизоляционного слоя для предотвращения проникновения пара из жилых помещений в толщу строительной конструкции. Как известно, влажность теплого внутреннего воздуха обычно выше, чем холодного наружного, поэтому диффузия водяных паров направлена из помещения наружу. Если с наружной стороны ограждения расположен плотный материал, плохо пропускающий водяные пары, то часть влаги будет скапливаться в толще конструкции и теплоизоляционного слоя, а разница наружных и внутренних температур без наличия слоя пароизоляции и вентиляционных отверстий в кровле может привести к выпадению конденсата в толще утеплителя и на элементах конструкций. Следствием этого могут стать преждевременное разрушение несущей конструкции и ухудшение теплоизолирующих свойств утеплителя.
Утеплитель защищают слоем пароизоляционного материала, расположив его с внутренней ("теплой") стороны утеплителя. Некоторые теплоизоляционные материалы уже имеют на внутренней поверхности основание из фольги, специально предназначенное для обеспечения пароизоляции. В случае отсутствия такового теплоизоляционный материал защищают слоем пароизоляции - полиэтиленовой пленкой, пергамином, рубероидом или фольгированным пароизоляционным материалом.

Воздушная прослойка
Для удаления влаги, попавшей по каким-то причинам в теплоизоляционный материал, между слоем утеплителя и наружным (гидроизоляционным) слоем ограждающей конструкции (кровельным покрытием или дождевым экраном в навесных фасадных системах) предусматривают вентилируемую воздушную прослойку.
К примеру, ширина воздушного зазора в скатной кровле между утеплителем и кровельным покрытием зависит от профиля и материала покрытия. В случае использования профилированных листов из оцинкованной стали, черепицы, металлочерепицы и других волнистых листов толщина вентилируемой воздушной прослойки должна составлять не менее 25 мм. При устройстве кровли из плоских листов (асбестоцементные листы, оцинкованная сталь, мягкая битумная черепица, рулонные материалы) необходима воздушная прослойка толщиной не менее 50 мм.
В вентилируемых навесных фасадах ширина воздушной прослойки варьируется от 40 до 100 мм.
Вентиляция воздушной прослойки осуществляется через отверстия, расположенные на разной высоте, - чтобы создавался перепад давлений. Через зазоры удаляется атмосферная влага, попавшая под кровельное покрытие. Благодаря вентиляции деревянные конструкции кровли (контробрешетка и обрешетка) постоянно проветриваются, что обеспечивает их долговечность.
Итак, мы рассмотрели особенности взаимодействия с влагой различных теплоизоляционных материалов и некоторые решения для предотвращения увлажнения утепляющего слоя. Нужно подчеркнуть, что расчет влажностного режима работы утеплителя в конструкции является необходимым условием для обоснованного анализа долговечности и оценки эксплуатационного ресурса утеплителя в конструкции. Результаты расчетов влажностного режима различных вариантов ограждающих конструкций зданий с применением эффективных утеплителей позволяют делать выводы о необходимости дополнительной парозащиты и обоснованности принимаемых технических решений.

Михаил Некрасов
(Новости рынка недвижимости. Проект Поволжской Гильдии Риэлторов)