Наука и жизнь // Иллюстрации

Фото Н. Домриной.

Для крепления блоков пеностекла к стенам и перекрытиям используют специальные фасадные элементы из оцинкованной или нержавеющей стали.

Пеностекло можно использовать для теплоизоляции наружных и внутренних стен, кровель, межэтажных перекрытий.

Из пеностекла изготавливают плоские блоки для изоляции стен и перекрытий, а также самые разнообразные фасонные детали для защиты трубопроводов и арматуры.

На блоках пеностекла отлично держится традиционная известковая штукатурка.

Относительно тонкая стена с эффективной термоизоляцией отлично держит тепло: 1 — внутренняя кладка; 2 — детали фиксации; 3 — пеностеклянные термоизолирующие блоки; 4 — наружная кладка.

В редакции журнала «Наука и жизнь» готовится к выпуску книга руководителя секции «Инновационные технологии» Экспертного совета Комитета по строительству и земельным отношениям Государственной думы, заслуженного изобретателя РФ, профессора В. И. Речицкого. Книга, названная автором «Инфраструктура», посвящена массовому жилищному строительству. За этой казённой фразой стоит исключительно интересный взгляд на проблему. Автор считает, что наибольшее внимание следует уделять созданию посёлков из относительно небольших, 2—4-квартирных, а то и вовсе индивидуальных домов. Такие компактные дома можно производить в массовом количестве на современных домостроительных комбинатах. Одним из главных достоинств новой технологии, получившей наибольшее развитие в странах Западной Европы и частично модернизированной и внедряемой в России, стало то, что от начала сборки «коробки» дома и до её завершения проходит всего два (!) рабочих дня; общий же срок сдачи дома площадью около 150 квадратных метров «под ключ» не превышает одного месяца. Большой раздел книги посвящён проблемам энергосбережения, в частности использованию ночных тарифов энергопотребления и накопителей тепла для горячего водоснабжения и отопления зданий. Материалы, вошедшие в книгу, частично публиковались в «Науке и жизни». Излагаемые автором взгляды на проблему интересны, прежде всего, комплексным подходом, умением связать, казалось бы, несоединимые проблемы и предложить неожиданное и простое решение. Предлагаем вниманию читателей главу из будущей книги, посвящённую пеностеклу — новому, а по правде говоря, хорошо забытому старому материалу. Его использование обещает произвести маленькую революцию как в реконструкции жилого фонда, так и в новом строительстве. В том числе в технологии производства панельно-каркасных деревянных домов, за которыми, по мнению автора, будущее массового социально ориентированного жилищного строительства.

НОВОЕ — ХОРОШО ЗАБЫТОЕ СТАРОЕ

Сначала — свежий случай из «экспертной практики». Поводом к беседе с широко известным с советских времён строительным «гуру» стал кусок похожего на пемзу материала, лежащего у него на столе. Презент был оставлен ему на память некими энтузиастами, назвавшимися авторами принципиально новой технологии и пришедшими за материальной поддержкой в её продвижении. В рассказе об этом эпизоде меня удивила безмерная «скромность авторов» технологии: сначала они «скромно» умолчали о создавшем и начавшем производство пеностекла ещё в начале тридцатых годов прошлого века академике И. И. Китайгородском. Затем с не меньшей «скромностью» высказали свои условия сотрудничества — 25% плюс одна акция создаваемого предприятия. Заметим, что даже весьма благосклонная к авторам изобретений американская практика редко «начисляет» роялти выше 17—18%.

Сама же технология очевидным образом перекликалась с одним из разделов обширной научной практики Института стекла в Москве (ГИСа); техническое решение касалось модификации небольшого фрагмента базовой технологии, позволяющего использовать в качестве сырья бой бутылочного стекла… Но забудем про этих доморощенных изобретателей, за живое взяла сама тема — уникальный теплоизоляционный материал, который был незаслуженно забыт на многие десятилетия.

Развитие уникальной отечественной технологии пеностекла затормозила Великая Отечественная война. Интересно отметить, что в США война, наоборот, ускорила внедрение пеностекла. С 1942 года на его основе выполнялась практически вся термоизоляция подводных лодок. А в послевоенное время новый материал активно шагнул в западную стройиндустрию. Производилось оно и в СССР, но после распада страны на территории всего СНГ остался один крупный производитель, продолжающий выпуск пеностекла по технологическим наработкам середины прошлого века, — весьма уважаемый Гомельский завод в Белоруссии. В России же, если не считать нескольких полукустарных «свечных заводиков», пеностекло до сих пор не делает никто. А надо бы, да ещё как!

ГРАЖДАНЕ, БЕРЕГИТЕ ТЕПЛО!

Наберите слова «энергетическая реконструкция» в любом интернетовском поисковике и в ответ получите целую россыпь информации о реконструкции объектов энергетики — от гигантских ГЭС и ЛЭП с проводами толщиной в руку до мелких трансформаторных подстанций. И рядом — несколько неброских упоминаний, расшифровывающих реальный смысл названного термина: «реконструкция объектов гражданского и промышленного строительства под флагом энергосбережения». В Германии, одной из стран-лидеров в области энергосбережения, применительно к реконструкции зданий с целью принципиального снижения энергетических эксплуатационных затрат используют непривычный для нашего уха термин: «комплексная санация зданий». Но в обоих случаях новая терминология обозначает принципиальное уменьшение энергоёмкости процесса эксплуатации зданий, в частности жилого фонда. И немецкий опыт в этом направлении весьма поучителен из-за практически полной идентичности самого объекта «санации» в наших странах. Ведь и сейчас главная проблема жилищной политики объединённой Германии — доставшиеся ей в наследство от ГДР многоквартирные панельные дома — родные братья наших массовых построек 1960—1970-х годов.

Заметим, что в последние годы облезлые квазисоветские дома бывшего Восточного Берлина значительно повеселели. Фасады преобразились как внешне, так и с точки зрения теплофизических характеристик. Преобладающая технология реконструкции — теплоизоляция на базе вентилируемых фасадов из минеральной ваты и внешняя отделка керамогранитом, знакомая и нам. Но на таком подходе предприимчивые немцы уже не останавливаются — они ищут, прежде всего, новые утеплители и способы формирования фасадов, принципиально не требующих вентиляции.

Мероприятия по комплексной санации зданий могут быть условно разделены на первоочередные (обязательные) и дополнительные (не слишком обязательные). Первоочередные — это те, которые дают очевидный энергетический эффект. Дополнительные формируют скорее эстетический результат, но прямой энергетической экономии не обеспечивают.

К обязательным можно отнести утепление чердаков, кровель и фасадов, замену старых окон и балконных дверей на современные энергоэффективные модели, утепление перекрытий подвалов, оптимизацию систем отопления и вентиляции.

В ходе модернизации крупнопанельных домов ГДР-ского жилого фонда (путём утепления фасадов) получены весьма впечатляющие результаты. В зависимости от конструкции первоначально использованных в строительстве стеновых панелей достигнутая экономия энергии, потребляемой на отопление, лежит в пределах от 30 до 70%. За этими цифрами стоит более чем десятилетний опыт масштабной реконструкции сотен и сотен крупнопанельных домов в Берлине и на всех остальных «восточных территориях», а также и многочисленных старых домов исходно «западного» происхождения. Статистике, приводимой обстоятельными по определению и не лукавящими без особого повода немецкими специалистами, стоит верить, а вполне удобоваримую даже для новой-старой столицы Германии внешнюю эстетику я готов подтвердить на основе собственных впечатлений.

Так что проблема энергетической реконструкции крупнопанельного жилого фонда вполне решаема. Заметим, что только в Москве более 30 тыс. жилых домов общей площадью до 150 млн квадратных метров не соответствуют современным требованиям по энергосбережению. А в целом по России? В Евросоюзе обычно приводят следующее соотношение: вводимые в течение года объекты составляют примерно 1% наличного жилого фонда, а требующие реконструкции — 40%. Наши же цифры назвать готовы только безоглядно смелые люди…

ВРАГИ ФАСАДА — СОЛНЦЕ, ВОЗДУХ И ВОДА

А теперь самое время сравнить наиболее распространённые технологии утепления стен. Самая простая (чуть не сорвалось — «примитивная») из них — оклейка стен листовым пенополистиролом 40—70 мм толщиной с последующей штукатуркой по сетке. Стоимость — долларов 30—35 за квадратный метр с учётом всех необходимых телодвижений. Это нижняя ценовая планка, верхняя (100 долларов и выше) —чемпион по популярности — вентилируемые фасады с навешиваемой на металлическую конструкцию поверх минераловатной теплоизоляции декоративной панелью, составленной, например, из плиток керамогранита, алюминия или фольгированного пластика. Недёшево, но сердито.

Не претендуя на глубокую оценку эксплуатационных характеристик вентилируемого фасада, задам-таки давно не дающий покоя вопрос: «А что, собственно, мы вентилируем?». Первичная бетонная стена в этом явно не нуждается, а вот навешенный на неё слой утеплителя нуждается безусловно. Увлажнение минеральной ваты из-за внешних воздействий либо из-за процесса конденсации влаги в «гуляющей» по её толщине точке росы снижает термосопротивление данного утеплителя порой в разы. При этом резко возрастает и удельный вес материала, он начинает «проседать», появляются пустоты — читай: мостики холода. Выход один — проветривание той самой дополнительной теплоизоляции, которую мы (по собственной интуиции или, скорее, следуя мудрому западному опыту) бездумно навесили на фасад.

Однако и к пенополистиролу возврата не предвидится. Да, этот дешёвый материал с закрытыми порами по определению не мокнет и конденсату в его толще образовываться вроде бы не из чего. Всем хорош этот материал — и дёшев, и штукатурить легко, и как утеплитель — просто класс! Только пока не загорелся (постучим по дереву) или просто не рассыпался.

Кстати, до непосредственного знакомства с ситуацией автор считал разрушение пенополистирола процессом естественным и чётко прогнозируемым. Но в основе этого явления видел скорее некие «родовые» дефекты структуры указанного материала, совершенно забыв о таком немаловажном факторе, как коэффициент теплового расширения. А разница в этой естественной реакции любого материала на температурные изменения условий существования для пары бетон — пенополистирол составляет почти порядок, то есть, извините за менторство, десять (!) раз. Намертво приклеенный к практически неподвижному бетонному основанию, «играющий» в размере не только в сезонном цикле зима—лето, но и в суточном (ночь—день), пенополистирол, несмотря на свою неплохую эластичность, должен либо оторваться (а клеи нынче хорошие), либо разрушиться. Причём не дожидаясь заложенного в его природе и так-то небольшого срока.

Ещё один враг пенополистирола — солнце. Термический механизм распада «запускается» лишь при довольно высоких температурах (более 85^оС). Белый от рождения полистирол нагреваться до таких температур даже на ярком итальянском солнце вроде бы не должен. Но лишь до того момента, пока его не оштукатурили и не покрасили в какой-нибудь насыщенный цвет. Статистика показывает, что при подобных обстоятельствах реален нагрев штукатурного слоя до 100оС и более, а это «убивает» соприкасающийся с ним слой пенополистирола за один-два летних сезона.

В ОГНЕ НЕ ГОРИТ, В ВОДЕ НЕ ТОНЕТ

Если ограничиваться традиционным на сегодня набором изоляционных материалов, наша энергетическая реконструкция окажется в финансовом тупике. Более 100 долларов за квадратный метр стены с вентилируемым фасадом — дорого, а 35 с пенополистиролом — и даром не надо. Так что подсказка из далёкого советского прошлого в виде доклада классика отечественного стеклоделия академика Китайгородского на Всесоюзной конференции по стандартизации и производству новых материалов, прочитанного Исааком Ильичём аж в 1932 году, срабатывает и через три четверти века. Пеностекло давно пора вытаскивать на свет, то есть на отечественный рынок, заполненный иноземной экзотикой. Ведь оно «и в огне не горит, и в воде не тонет»! При смертельной для большинства известных термоизоляционных материалов температуре 500^оС пеностекло начинает лишь чуть размягчаться, а для плавления его придётся поднять уровень минимум втрое.

В энергетической реконструкции зданий этот уникальный по набору свойств материал может оказаться просто безальтернативным. Судите сами: долговечен, вдвое прочнее экструдированного пенополистирола и имеет близкое к нему термосопротивление, негорючий и химически инертный, легко клеится к базовой поверхности и практически совпадает с ней по коэффициенту температурного расширения, просто пилится, сверлится и штукатурится. Всем хорош, только пока дороговат. Особенно если ввозить из Бельгии, Германии и даже из Гомеля (хотя белорусское пеностекло в 2,5 раза дешевле европейского). А стоит чуть поднатужиться, построить серьёзное отечественное производство — и соревнование с вентилируемыми фасадами на базе волокнистых материалов закончится, даже толком не начавшись…

Но что именно строить? Повторять Гомельский завод бессмысленно — технология 1954—1970-х годов устарела. Мировой лидер — американский «Питтсбург Корнинг», выпускающий пеностекло с 1943 года, на своих европейских производствах в Бельгии, Чехии и Германии создаёт широкую гамму изделий, среди которых блоки 600×600 мм, плиты толщиной 40—180 мм с шагом 10 мм и плотностью 110—222 кг/м³, с теплопроводностью соответственно в пределах 0,04—0,058 Вт/мК. Продукция Гомельского завода несколько уступает импортным образцам, поэтому при организации нового производства лучше ориентироваться на лидера.

Нельзя при этом, конечно, игнорировать и последние разработки отечественной технологии, опыт небольших производств во Владимире, Нижнем Новгороде, Томске, Перми. Но ждать от них реальной поддержки при проектировании, оснащении и запуске серьёзного предприятия наивно. В сложившейся ситуации разумно опереться на западный опыт, чётко сформулировать задачу и достойно расплатиться за результат.

Кстати, о формулировке задачи. Посмотрим на технологическую схему производства пеностекла, лежащую в основе функционирования практически всех современных предприятий. Первый этап полного цикла изготовления идентичен классическому порядку производства оконного стекла.

В стекловаренную установку из цеха подготовки шихты поступает сырьё, состоящее из семи хорошо известных стеклоделам компонентов (сульфата калия, натриевой селитры, оксида железа, полевошпатового песка, доломита, соды и песка). В ней при температуре около 1300^оС происходит собственно процесс варки. Фритта стекла, охлаждённая под установкой водяного распыления, подаётся в дробилку, формирующую фрагменты размером не более 4—5 см. Окончательный размол стекла осуществляется в шаровой мельнице в углеродной среде.

Весь дальнейший цикл формирования пеностекла происходит в специальных контейнерах (формах), двигающихся по конвейеру. Заметим, что непосредственно перед засыпкой шихты на внутреннюю поверхность контейнера напыляется пропиточное средство (гидроксид алюминия). Шихта в контейнере уплотняется и поверх него надевается крышка.

В печи вспенивания при температуре около 850оС последовательно происходит спекание шихты, вспенивание размягчённого (текучего) стекла и его затвердевание. В печи отжига, куда практически готовый блок пеностекла, освобождённый от контейнера, поступает для снятия напряжений, процесс формирования материала заканчивается. После этого остаётся блок отшлифовать и раскроить на элементы требуемых размеров, качество которых контролируется на выходе технологической цепочки.

Итак, вроде бы всё понятно. Остаётся найти проектировщика, поставщика оборудования и «пускача» для раскручивания производства. Задача непростая, но принципиально реализуемая — при правильном сочетании политической воли и экономических возможностей. Первым делом нужно определиться с сырьём. Казалось бы, ориентация на первичное сырьё (песок, соду, доломит) правильная, так как не сажает нас «на иглу» зависимости от стеклобоя. С другой стороны, планируя использование в качестве сырья стеклобоя, мы начнём технологический процесс с операции дробления, оставив вовне губительно энергоёмкий этап непосредственно стекловарения.

Даже самый поверхностный анализ описанной ситуации приводит к интересным выводам. В зоне интенсивного производства «стеклосодержащих» изделий (особенно — широко распространённых стеклопакетов), позволяющего уверенно рассчитывать на 20—25% регулярных отходов, оправданна технологическая схема, базирующаяся именно на вторичном сырье. В то же время, создавая производство пеностекла вдали от промышленных центров, ориентироваться надо только на первичное сырьё. Но одновременно следует позаботиться и о доступности энергетических ресурсов. Учитывая общность сырьевых интересов, можно «присоседиться» и к родственному выпуску листового стекла.

Размышляя о чисто производственных проблемах, следует подумать и о не менее важном аспекте законодательной поддержки процесса выведения пеностекла на рынок стройиндустрии — о соответствующих СНиПах, технических нормативах. Законодательные инициативы в этом направлении ждут своих авторов.

№9, 2008