Химические технологии и
экология совместимы?
Человек постоянно повышает
уровень комфортности своего жилища,
используя для этого достижения
науки и техники. Можно сказать,
строительство "домашнего очага" -
одна из наиболее восприимчивых к
новациям отраслей. К тому же,
требования к современному жилью
столь высоки, что без использования
самых совершенных технологий и
материалов их не удовлетворить.
Помимо этого, внедрение
современных строительных
материалов и наукоемких технологий
способствует снижению
себестоимости работ, повышению
производительности труда, а значит -
повышению рентабельности отрасли в
целом. Вот почему развитие
стройиндустрии - это процесс
постепенного вытеснения природных
материалов синтетическими
(искусственные полимеры и
композиты). Вступает ли эта
тенденция в противоречие с
совершенствующимися требованиями
экологической безопасности?
Полимерная революция
в стройиндустрии
В ХХ веке благодаря достижениям
науки в стройиндустрию пришли
продукты высоких технологий -
полимерные материалы. Из полимеров
изготавливают детали машин и
оборудования. Они используются в
качестве вспомогательных
компонентов (катализаторов,
стабилизаторов, наполнителей,
вспенивающих агентов и др.), которые
значительно усиливают
функциональные свойства привычных
строительных и отделочных
материалов. Они входят в состав
многих отделочных материалов, а
такие сектора современного
строительства, как гидро- и
теплоизоляция, просто немыслимы без
продукции химии полимеров. Не
последнюю роль играет то
обстоятельство, что синтетические
материалы, вытесняя природные,
отчасти способствуют их сохранению.
Показателен пример
поливинилхлорида - одного из
старейших искусственных материалов.
Впервые он был получен в
лабораторных условиях еще в 1835 году
французским горным инженером и
химиком Анри Виктором Реньо. Однако
промышленное применение ПВХ
началось лишь спустя сто лет. Такие
качества поливинилхлорида, как
низкая теплопроводность, высокая
химическая стойкость,
долговечность, были по достоинству
оценены, и после Второй мировой
войны началось массовое применение
ПВХ в изготовлении труб, профилей,
покрытий для пола, пленок, кабельной
изоляции и множества других изделий.
С тех пор популярность этого
материала, правда, различными
темпами в разных странах, непрерывно
растет. Примерно половина
изготавливаемого в мире ПВХ
используется для производства
строительных изделий, другая
половина - упаковочные материалы,
электротехника, бытовые изделия,
транспорт и пр. ПВХ широко
используется в медицине, из него
изготавливают емкости для
жидкостей, капельницы и многое
другое.
Сырьем для производства ПВХ
служат каменная соль и нефть, причем
на это идет менее одного процента
добываемой в мире нефти. Кстати,
специалисты отмечают, что в
последнее время взамен нефтяных
фракций все большее использование
находит газовый конденсат. Так что
это действительно яркий пример того,
как появление искусственных
материалов способствует сохранению
природных ресурсов, в частности,
хвойных и широколиственных лесов.
Ведь дерево - материал, из которого
традиционно изготавливались окна и
двери до появления оконных систем из
ПВХ-профиля.
Экологическая
составляющая успеха
Развитие технологии каждого
современного материала немыслимо
без совершенствования
экологической составляющей. Так,
древесно-стружечная плита (ДСП),
которая позиционируется как продукт
более дешевый, влагостойкий и
долговечный по сравнению с
материалами из цельной древесины, на
старте технологии ее производства
служила негативным экологическим
примером.
Для производства ДСП в качестве
связующего звена еще несколько
десятилетий назад использовались
токсичные фенолформальдегидные
смолы, в больших количествах
выделявшие свободный формальдегид.
Однако им на смену пришли безопасные
карбамидо-фармальдегидные
связующие, уровень мономерного
формальдегида в которых
пренебрежимо мал. Кроме того,
современные виды ДСП с
ламинированным покрытием из ПВХ
позволяют полностью исключить
выделение формальдегида.
Экологический аспект
производства полимеров и, в
частности, ПВХ всегда был в центре
внимания общественности. Это
обстоятельство оказало серьезное
влияние на его развитие и
совершенствование. В результате
исследований и инженерных
разработок, активно
осуществлявшихся в 70-е годы, были
резко снижены выбросы мономера
винилхлорида (из которого
образуется поливинилхлорид) в
окружающую среду.
Сегодня производство ПВХ в
Европе - одно из самых экологически
чистых. Австралийский независимый
институт научных и промышленных
исследований "GSIRO" по результатам
проведенных в 1997 году исследований
опубликовал официальный доклад, в
котором содержится вывод, что ПВХ
является "экологически чистым
строительным материалом... и
отрицательное воздействие
строительных ПВХ-материалов не
больше, чем у других строительных
материалов".
В то же время постановка
проблемы стимулировала бурное
развитие технологии утилизации
отходов в Европе. Сегодня в Европе
большая часть отходов ПВХ
перерабатывается, а не сжигается.
Современная наука рассматривает
проблему переработки отходов ПВХ
многосторонне, учитывая
многокомпонентный состав
полимерных композиций, источники
образования отходов, опасность,
которую представляют данные отходы
для окружающей среды и те продукты,
которые можно получить при
переработке ПВХ различными
методами.
Так, отходы производства окон из
ПВХ и конструкции, отслужившие свой
срок, поступают в центры
переработки, где их отделяют от
прочих материалов, перемалывают и
снова пускают в технологический
процесс.
Другое направление переработки
отходов ПВХ - так называемый
химический и химико-термический
рециклинг. Разработано несколько
методов, позволяющих использовать
хлор, находящийся в полимерной цепи
ПВХ, и использовать его для
образования других соединений. Так,
применяется метод рециклинга,
позволяющий поэтапно извлекать из
полимерной композиции ее
компоненты. При нагревании до
температур порядка 130-160?С сначала
происходит испарение
пластификатора, затем извлекается
хлористый водород, а на третьем
этапе - смесь углеводородов, которые
можно использовать в дальнейшем.
Скачок вперед
Логическим продолжением
тенденции максимальной
экологизации производства стал
отказ от использования в составе ПВХ
стабилизаторов свинца. Напомним, что
ПВХ без специальных
пластифицирующих и стабилизирующих
добавок не может использоваться как
конструкционный материал. Именно
благодаря стабилизаторам он
противостоит таким неблагоприятным
факторам, как температурные
колебания, ультрафиолетовое
излучение и т.п. Модификаторы делают
его прочным и эластичным.
Здесь следует несколько слов
сказать о том, что профили из ПВХ, в
составе которых есть свинцовые
стабилизаторы, абсолютно безопасны
для потребителя, поскольку свинец
здесь находится в связанном
состоянии и не вступает во
взаимодействие с окружающей средой.
В данном случае речь идет о большей
безопасности производства ПВХ и его
рециклинга.
Дискуссия о стабилизации
изделий из ПВХ с помощью солей
свинца ведется с 80-х годов ХХ века.
Уже в то время промышленность
развитых стран начала разработки
альтернативных стабилизирующих
систем, безопасных для человека и
окружающей среды. При этом
использовались научные данные и
опыт применения кальциево-цинковых
соединений, которые хорошо себя
зарекомендовали в производстве
бутылок для минеральной воды,
упаковки для продуктов питания и
фармацевтики.
Не так давно ведущие
представители европейской
ПВХ-индустрии (производители
профиля, стабилизаторов и т.д.)
выступили с предложением полностью
исключить использование свинца в
промышленности. Эта инициатива была
поддержана Комиссией по охране
окружающей среды Евросоюза. В
частности, принято постановление о
том, что до 2006 года производители
ПВХ-профиля должны значительно
сократить применение свинцовых
соединений. А к 2015 году должен быть
принят закон о полном запрете
использования свинца. В некоторых
европейских странах, таких как
Дания, Австрия и Швейцария, полный
запрет на свинец уже введен.
Первыми, весной 2004 года, на новую
бессвинцовую технологию
производства ПВХ перешли все заводы
международного концерна profine GmbH и
входящей в него марки КБЕ - лидера
рынка пластикового профиля для окон
и дверей в России. Специалистами
концерна была разработана рецептура
стабилизации "КБЕ green line" на основе
экологически безопасного
соединения кальций-цинка (CaZn).
Надо отметить, подобные подходы
минимизации вреда окружающей среде
и здоровья человека разработаны и
для других типов полимеров -
полиуретанов, пенополистирола,
полипропилена, искусственных
каучуков и многих других материалов,
используемых в строительстве.
Стройиндустрия, как и
промышленное производство, все в
большей степени подвергается
жесткому экологическому контролю со
стороны специализированных
институтов и со стороны общества.
Поэтому перспектива дальнейшего
развития предприятий связана с их
способностью гибко реагировать на
современные экологические
требования.
Дом будущего - уже сегодня
Термин "пассивный дом" появился
в русском строительном лексиконе
всего несколько лет назад. В
пассивном доме расход энергии на
отопление сводится к минимуму
благодаря использованию внутренних
источников тепла, современных
энергосберегающих технологий и
высокоэффективных
теплоизоляционных материалов.
Надо отметить, концепция здания,
не нуждающегося в мощной системе
отопления, уже нашла в нашей стране
благодатную почву. В самом деле,
низкая энергоэффективность
существующих зданий и огромные
расходы энергоресурсов на отопление
являются для России источником
множества экономических и
социальных проблем. Самая очевидная
тому причина - тарифы на все виды
энергоресурсов растут гораздо
быстрее доходов населения. В связи с
этим задача сокращения расходов на
отопление становится все более
актуальной как для российских
домовладельцев, так и для
муниципальных властей.
С другой стороны, концепция
пассивного дома привлекает еще и
тем, что в ней заложена сильная
природосберегающая компонента.
Благодаря разумному использованию
внутренних источников энергии и
применению экологически чистых
материалов пассивный дом не несет
опасности окружающей среде и
здоровью человека.
То есть идея "пассивного дома"
развивается на пересечении роста
экологического сознания и вполне
конкретного стремления сократить
расходы. Но насколько она реализуема
в отечественных условиях?
Принципы и подходы
Пассивный дом - это, в первую
очередь, комплексный подход к
энергосбережению жилища. Более 20 лет
назад американский исследователь
Дэвид Opp разработал концепцию
здания, отвечающего самым высоким
требованиям экологичности и
энергоэффективности. Основные
составляющие пассивного дома
таковы:
- применение материалов и
конструкций с максимальным
сопротивлением теплопередаче для
сокращения непродуктивных потерь
тепла;
- организация приточно-вытяжной
вентиляции с применением
рекуператоров, использующих тепло
выбрасываемого воздуха для
обогрева, поступающего извне;
- использование природных
источников энергии для отопления и
горячего водоснабжения (энергии
солнца, ветра, термальных подземных
источников).
Красивой иллюстрацией
пассивного дома служит солнечный
дом, который отличает большая
площадь остекления окон с южной
стороны и солнечные батареи на
крыше, аккумулирующие энергию для
хозяйственно-бытовых нужд.
Почему пассивный дом обходится
без отопления? Это становится
возможным благодаря рациональному
использованию источников тепла и
энергии самого дома и окружающей его
территории. Источников тепла в жилом
доме немало - это кухонная плита,
работающие бытовые электроприборы,
лампы освещения. Выделяют тепло люди
и животные. Например, спокойно
сидящий человек имеет тепловую
мощность 120 ватт. Суммарно эти
тепловыделения достигают немалых
величин, сравнимых с мощностью
систем отопления.
По отечественным строительным
нормативам рекомендуется принимать
внутренние тепловыделения в жилых
домах на уровне 10 вт/кв.м (против 50-80
вт/кв.м систем отопления), на
практике они могут быть и больше. Их
достаточно для "отопления" наших
жилищ в период до достижения
среднесуточными температурами
значения в 8 С, ниже которого
включается система отопления.
Практический опыт
Наибольшим практическим опытом
реализации проектов пассивных домов
обладают страны Западной Европы, и в
первую очередь, Германия. Именно
здесь был построен первый в Европе
пассивный дом, отличительными
признаками которого были:
- непрерывная изолирующая
оболочка здания из
высокоэффективных
теплоизоляционных материалов;
- современные оконные системы;
- механическая приточно-вытяжная
система вентиляции с рекуперацией
тепла уходящего из помещений
воздуха;
- грунтовый теплообменник для
предварительного подогрева воздуха
с использованием тепла грунта.
Годовой расход тепла такого
дома составляет менее 15 квтч/куб.м.
Для сравнения, на отопление
российских домов требуется до 300
квтч/куб.м год. На настоящий момент
более 4000 зданий по всей Германии
признаны соответствующими
критериям пассивного дома.
Одним из примеров общественного
сооружения, построенного как
пассивный дом, является здание
компании Wagner und Co. Теплоизоляция
фасадов и крыши выполнена с
использованием высокоэффективных
теплоизоляционных материалов,
применено тройное остекление.
Воздухообмен осуществляется
вентиляционной установкой с
рекуперацией тепла. В качестве
источников электрической и тепловой
энергии используются солнечные
коллекторы, фотобатареи и
мини-блочная ТЭЦ на газе.
От домов с низким
энергопотреблением (где за счет
повышенной теплоизоляции
достигается экономия затрат
энергии) пассивный дом
эволюционировал в дом добавочной
энергии и даже в дом как источник
доходов - поистине чудеса
энергосбережения! В данном случае
установленные на доме модули
солнечных батарей или коллекторов
производят больше энергии, чем
расходуют. "Излишки" электричества
поступают в местную электросеть.
Энергоэффективные дома, по сути,
становятся европейским стандартом.
В ряд ключевых показателей,
оцениваемых при выборе жилья,
наравне с ценой квадратного метра,
вошло удельное теплопотребление.
Часто, для лучшего понимания,
киловатты на квадратный метр в год
переводят в цифры расхода топлива.
Так, например, появился термин
"трехлитровый" дом. На отопление 1 м2
площади такого дома расходуется
всего 3 л жидкого топлива в год. Это в
2,5 раза меньше по сравнению с
действующими в Германии нормами
энергопотребления.
Воплощение в жизнь концепции
пассивного дома на российской земле
сталкивается с рядом трудностей.
Простое заимствование проектов и
технических решений, реализованных
в Германии или странах Скандинавии
невозможно из-за большого различия
климатических условий. Тем не менее,
отдельные принципы
энергосбережения реализуются
сегодня во множестве проектов по
всей России.
В качестве примера из
отечественной практики можно
привести экспериментальный
16-этажный дом, построенный в
московском районе Никулино. Система
горячего водоснабжения в этом
здании не зависит от центрального
теплоснабжения: ее работа основана
на использовании
низкопотенциального тепла грунта. В
системе механической вентиляции
применяется тепло вытяжного
воздуха. В результате расход
тепловой энергии на нужды отопления,
горячего водоснабжения и вентиляции
такого дома на треть меньше, чем в
домах типовых серий.
Энергоэффективные
материалы и конструкции
в действии
Как было отмечено выше, одним из
фундаментальных принципов
"пассивного дома" является
использование материалов и
технологий, радикально сокращающих
непродуктивные потери тепла через
ограждающие конструкции (стены и
кровлю). И приоритет здесь отдается
специально разработанным и
подобранным многокомпонентным
фасадным и кровельным системам,
одними из важнейших компонентов
которых являются высокоэффективные
теплоизоляционные материалы.
Для теплоизоляции стен наиболее
эффективными и долговечными
признаны системы наружного
утепления здания. Это вентилируемые
навесные фасады и системы фасадного
утепления со штукатурным слоем. На
данный момент разработано немало
фасадных систем на основе таких
современных теплоизоляционных
материалов как каменная вата. В
России адоптация подобных систем
происходит довольно успешно -
достаточно лишь рассчитать
необходимую толщину
теплоизоляционного материала для
конкретных климатических условий.
Но применение современных
систем фасадного утепления не
решает полностью проблему
теплопотерь. Как считают эксперты,
наиболее слабым в этом смысле
участком стены являются окна - на них
приходится около 30-40% суммарных
теплопотерь дома. Поэтому в
концепции пассивного дома важное
место занимает использование
оконных систем с высоким уровнем
теплозащиты. Современные
светопрозрачные конструкции не
только изготавливаются из
материалов с низкой
теплопроводностью (в первую очередь,
ПВХ - поливинилхлорида), но и
конструктивно устроены так, чтобы
обеспечивать максимальную
теплозащиту. Для этого
предусмотрены герметичные
стеклопакеты, не менее двух контуров
уплотнений между рамой и створками,
а также наличие воздушных камер в
профилях, из которых собираются
окна.
Надо отметить, для
использования в пассивных домах в
климатических условиях Германии
вполне подходят пятикамерные
системы с монтажной шириной профиля
70 мм, обладающие высокими
показателями по тепло- и
шумоизоляции. В таких оконных
системах можно не только применять
энергосберегающие стекла, чтобы
достичь еще более высокой
теплоизоляции, но и просто
установить стеклопакет большей
толщины (до 42 мм).
Однако для суровых российских
условий этого может быть
недостаточно. Для максимальной
теплозащиты специалистами
рекомендуются оконные системы с так
называемой "широкой" рамой. В
частности, в ряду последних
разработок КБЕ (крупнейшего
поставщика оконного и дверного
профиля из ПВХ в России) есть оконная
система с монтажной шириной рамы 127
мм и створки 70 мм. Данная система
создана на основе хорошо себя
зарекомендовавшей в российских
регионах оконной системы "КБЕ
Эксперт".
Не стоит забывать и о сокращении
потерь тепла через конструкции
фундамента. Для этого еще на этапе
котлована предусматривается
создание непрерывного
теплоизолирующего контура,
предотвращающего контакт
фундамента непосредственно с
грунтом.
В потоке воздуха
Мы подошли к такому важному
аспекту, как обеспечение
воздухообмена с минимальными
теплопотерями. По разным оценкам, от
30 до 70% потерь тепла приходится на
традиционную для российских домов
вытяжную вентиляцию. Непременным
атрибутом пассивного дома является
контролируемый воздухообмен,
обеспечиваемый приточно-вытяжными
устройствами с рекуператорами.
Принудительная вентиляция
позволяет возвратить до 90% тепла
уходящего воздуха. Достигается это
посредством установки
теплообменника, где и происходит
нагревание поступающего свежего
воздуха теплом уходящего.
Современное оборудование,
помимо рекуперации тепла, может
улучшать гигиенические
характеристики воздуха - не только
выполнять обеззараживание и
дезинфекцию, но и озонировать его.
Кроме того, современные системы
вентиляции, оснащенные автоматикой,
регулируют температуру и расход
воздуха, переходят в экономный режим
работы в случае отсутствия людей в
помещении и пр.
Такое повышение
интеллектуального коэффициента
пассивного дома сближает его с
"умным домом", где автоматика
регулирует работу всех инженерных
систем в соответствии с заданными
параметрами, причем с
использованием дистанционного
управления.
Контроль и регуляция
Пересечение концепций
"пассивного" и "умного" дома
происходит и в направлении
регулирования подачи тепла и
горячей воды от нескольких
источников. В частности,
использование энергии солнца и
термальной энергии подземных
источников.
В "умном доме" осуществляется
автоматическая координация работы
различных источников тепла и
нагрузок. Наиболее часто на практике
встречается комбинация
отопительного котла с солнечной
тепловой установкой, которая служит
обычно для приготовления горячей
воды для бытовых нужд. Задача
регулирования такой системы состоит
в настройке регулирующих приборов с
тем, чтобы в наибольшей мере
использовать солнечное тепло. И
только в том случае, когда его
недостаточно, включаются
использующие дорогие источники
тепла (газ или мазут) отопительные
котлы.
При этом у владельца
сохраняется возможность некоторого
дистанционного управления,
например, перед возвращением из
отпуска по телефону перевести
систему в режим комфортного
отопления.
Дальнейшие перспективы
развития "пассивного дома", очевидно,
будут связаны с более широким
использованием возобновляемых
источников энергии. Уже сегодня
одним из направлений реализации
энергосберегающей политики многих
европейских стран (в частности,
Германии) является развитие
технологий использования
нетрадиционных источников энергии.
Планируется к 2010 году увеличить в
два раза использование
альтернативных источников энергии.
Таких, например, как биореакторы,
которые из органической массы
(зерновые культуры, силос и пр.)
вырабатывают метан, идущий на
отопление дома.
Будущее начинается сегодня
Итак, многие составляющие
концепции пассивного дома вполне
реализуемы в России. Так, при
реконструкции жилого фонда уже
успешно применяют технологии,
способствующие повышению
энергоэффективности зданий. Это
утепление фасадов с использованием
современных теплоизоляционных
материалов, применение схем
принудительной вентиляции и
современных оконных систем.
Правда, практическое внедрение
энергосберегающих технологий на
первых порах стоит недешево. Однако,
как показывают расчеты, большие
капитальные затраты быстро
окупаются за счет низких
эксплуатационных расходов. То есть
вложение в энергосберегающие
решения можно считать долгосрочной
и весьма надежной инвестицией.