Технологии

Вопрос энергосбережения в промышленности и строительном секторе экономики России приобретает все большую актуальность. Проблему повышения энергоэффективности ограждающих конструкций жилых, общественных и производственных зданий можно решить путем применения эффективных теплоизоляционных материалов в конструкциях наружных стен, перекрытиях и перегородках.

Теплоизоляционные материалы – это строительные материалы и изделия, предназначенные для тепловой изоляции конструкций зданий и сооружений, а также различных промышленных установок, аппаратуры, трубопроводов, холодильников и транспортных средств и т.д.

Одним из наиболее эффективных материалов является волоконная теплоизоляция. В литературе часто под термином «минеральная вата» подразумевают стеклянную, базальтовую и шлаковую вату. Это определение верно, поскольку при изготовлении таких материалов используется минеральное сырье. В производстве стеклянной ваты – это песок, сода, известняк; базальтовой ваты – в первую очередь, габбро-базальтовые минеральные породы; шлаковаты – доменные шлаки (вторичный продукт переработки минеральных пород).

Тем не менее, в дальнейшем мы будем придерживаться иной, более распространенной классификации, принятой нами лишь в целях упрощения. Под словами «минеральная вата» подразумевается только каменная и шлаковая вата, а под термином «каменная вата» - в первую очередь, базальтовая вата. Все эти материалы можно объединить в «волоконную теплоизоляцию».

Основой технологического процесса производства каменной ваты является плавление в печи горных пород (диабаз, базальт, известняк, доломит, глина и др. породы габбро-базальтовой группы и их аналоги). Тонкое волокно, сформированное в равномерный "ковер", пропитывают связующим, затем подвергают термообработке в камере полимеризации, где происходит окончательное «рождение» продукта. Шлаковую вату получают из шлаков черной и цветной металлургии. После чего осуществляется резка материала по заданным размерам и упаковка.

К неволоконым видам теплоизоляционных материалов относятся: вспененный пенополистирол, экструдированный пенополистирол, ячеистый бетон (пенобетон и газобетон), вспененные полиолефины, пенополиуретан и вспененный синтетический каучук.

К достоинствам продукта следует отнести меньшую, чем у минеральной ваты, теплопроводность, а также низкую стоимость материала. Недостатками являются более низкая (нежели у минеральной ваты) паропроницаемость, высокая трудоемкость работ (сложнее подогнать «в размер» при установке) и более высокая горючесть материала, что вызывает ограничения при его использовании. По этой же причине он не рекомендуется для вентилируемых фасадов каменных домов. Поэтому единственная область применения пенополистирола — в мокрых системах утепления фасадов с последующим оштукатуриванием. Низкая паропроницаемость делает невозможным использование пенополистирола для утепления деревянных фасадов.

Процесс экструдирования придает полистиролу однородную структуру, состоящую из мелких закрытых ячеек размером 0,1-0,2 мм. Именно благодаря этому изоляционные плиты из него имеют целый ряд преимуществ: низкая теплопроводность; высокая механическая прочность; отсутствие капиллярности; практически нулевое водопоглощение; устойчивость к циклам замораживания-оттаивания; долговечность. Основной недостаток при использовании для наружного утепления стен – отсутствие паропроницаемости.

Пенобетон предотвращает значительные потери тепла зимой, не боится сырости, позволяет избежать слишком высоких температур летом и регулировать влажность воздуха путем впитывания и отдачи влаги. Он обладает относительно высокой способностью к поглощению звука. В зданиях из ячеистого бетона обеспечиваются действующие требования по звукоизоляции.

Благодаря пористой структуре пенобетон является и конструкционным и теплоизоляционным материалом. Его теплоизолирующая способность в 3 – 3,5 раза выше, чем у кирпичной стены. Стандартный пеноблок размером 200х188х388 имеет массу всего 11 кг, что позволяет значительно снизить транспортные и монтажные расходы.

При низкой объемной массе пенобетон имеет достаточно высокую прочность на сжатие (3,5-5,0 МПа). Максимальная этажность здания с несущими стенами из пенобетона Д-900 три этажа. Пенобетон относится к негорючим материалам, выдерживает одностороннее воздействие огня в течение не менее 5 - 7 часов. Пеноблоки не подвержены гниению и старению. Большое значение имеет такое свойство пенобетона, как легкая обрабатываемость простейшими инструментами.

Чрезвычайно интересным видом современных утеплителей являются вспененные полиэтилен и полипропилен. Характерные особенности этих материалов — малый вес и низкий коэффициент теплопроводности (почти в 1,5 раза меньше, чем у стеклянных и базальтовых утеплителей). Немаловажное достоинство — простота монтажа. Как недостаток стоит отметить то, что такие утеплители абсолютно паро– и газонепроницаемы, то есть помещение перестает «дышать» и, если его не вентилировать, можно столкнуться с эффектом термоса или парника. Невелик и диапазон рабочих температур – до 80°C для вспененного полиэтилена и до 150°C – для вспененного полипропилена.

Пенополиуретан является неплавкой термореактивной пластмассой с ярко выраженной ячеистой структурой. Только 3% от его объема занимает твердый материал, образующий каркас из ребер и стенок. Эта «кристаллическая» структура придает материалу механическую прочность. Остальные 97% - полости и поры, заполненные газом фторхлорметаном с чрезвычайно низкой теплопроводностью, причем доля замкнутых пор достигает 90-95%.

Пенополиуретан используется преимущественно в трубной теплоизоляции. Материал крепится к трубам либо в виде скорлуп, либо напыляется при помощи специального оборудования. Пенополиуретан имеет сравнительно низкий коэффициент теплопроводности – 0,02-0,04 Вт/м*К, устойчив к агрессивным средам, в целом, экологически безопасен. Однако, по сравнению с минеральной ватой, имеет сравнительно низкую рабочую температуру, не превышающую 150° C.

 Вспененный синтетический каучукВспененный синтетический каучук применяется в основном для изоляции трубопроводов и воздуховодов. Лучшие материалы на его основе, по заявлениям производителей, выдерживают температуру от -200 до +150°C. В конце 2005 г. в России (в Московской области) было создано первое производство материала под торговой маркой K-Flex с использованием иностранного капитала. Также в России в начале 2006 г. организовано производство вспененного синтетического каучука компанией Thermaflex Int. Hold. Bv. В основном предприятие производит вспененный полиэтилен, а вспененный синтетический каучук производит лишь в небольших объемах. Помимо этого на российском рынке действует ряд представительств других зарубежных компаний, представляющих подобные продукты. 

Потребление

Само значение термина «теплоизоляционные материалы» свидетельствует о главном назначении этих материалов – сберегать тепло. По информации, полученной в разговоре со специалистами Госстроя России, использование одного кубического метра теплоизоляции позволяет экономить до 1,6 т условного топлива в год. Наша страна в потреблении теплоизоляционных материалов на душу населения существенно отстает от развитых стран. В таблице 1 указано среднее потребление различных теплоизоляционных материалов на одну тысячу жителей в развитых странах и в России.

Учитывая то, что в среднем климат в нашей стране более суровый, чем в перечисленных странах и в целом, скорее, схож со Швецией и Финляндией, где потребление теплоизоляционных материалов близко к максимальным значениям, то, очевидно, стоит равняться именно на эти страны. Чтобы обеспечить ту же норму сбережения тепла необходимо даже превысить указанные для этих стран значения.

К тому же, учитывая то, что в указанных странах используют скорее всего качественную теплоизоляцию, то в России применяемые материалы весьма различны по своим характеристикам и свойствам (хотя доля качественной теплоизоляции год от года увеличивается, но она пока достаточно далека от желаемой).

Низкие показатели использования теплоизоляционных материалов на душу населения обуславливают высокие потери тепла непосредственно в теплосетях – в плохо изолированных зданиях и сооружениях.

В таблице 2 представлена информация на основе данных Института народнохозяйственного прогнозирования РАН, а также из открытых вторичных источников – Интернета и других СМИ.

По экспертным оценкам, потери тепла только в теплосетях составляют 458 млн. Гкал, что составляет 21,93% от совокупного его производства. Кроме того, необходимо учитывать, что большая часть жилищного фонда и производственных зданий построены в 60-х, 70-х гг., когда строительные нормы по теплоизоляции зданий, а также толщина стен были существенно ниже. В то время перед экономикой страны ставились совершенно другие приоритеты, нежели энергосбережение. В результате, сегодня мы имеем весьма «энергорасточительные» здания и сооружения. Какое количество тепла из-за этого теряется, оценить довольно сложно. Эта цифра может достигать до 25%.

В условиях современной экономики приходит понимание необходимости сохранения производимого тепла. Принимаются новые нормы по строительству, объем производства теплоизоляционных материалов увеличивается, а их качество улучшается.

С другой стороны, рынок перестает быть конкурентным в той степени, в какой этого хотелось бы. Если в центральном регионе России существует конкуренция среди игроков, причем, конкуренция заметна лишь среди иностранных компаний, то на региональных рынках уже давно действуют местные монополии.

Тот факт, что рынок весьма олигополистичен, применим ко многим мировым развитым странам. Необходимо обратить внимание и на то, что теплоизоляционных материалов производится мало.

На стекловату в 2005 г. пришлось около 8222 тыс. м³, на минеральную вату – 10320 тыс. м³, а на вспененный полистирол (в т.ч. экструдированный пенополистирол) – примерно 5470 тыс. м³. Эти материалы являются безусловными лидерами по объемам их потребления. На все остальные приведенные нами материалы приходится не более 3045 тыс. м³. В относительном соотношении те же данные будут выглядеть следующим образом, рис. 1.

 Рис. 1. Структура потребления теплоизоляционных материалов. Россия, 2005 г.  Прогноз спроса

Как уже говорилось, российский рынок обладает значительной потенциальной емкостью. В настоящее время объем потребления теплоизоляционных материалов крайне низок: существующий уровень в 2,3 меньше необходимого.

В ближайшие пять лет будет происходить рост спроса на все виды теплоизоляции. Увеличение объемов предложения какого-либо отдельного вида теплоизоляции не будет приводить к уменьшению спроса на другие виды. Даже выход на российский рынок мировых производителей стекловаты в 2004 г. не привел к уменьшению объемов потребления минеральной ваты. Темпы роста спроса на различные виды теплоизоляционных материалов находились в 2006 г. на уровне 30-50%. Сохранение подобной динамики можно ожидать еще долгое время.

В настоящее время актуальным является выход на рынок новых производителей практически всех видов теплоизоляционных материалов. Главным для потенциальных инвесторов является выбор места размещения нового производства.

Кратко остановимся на оценке перспектив открытия новых производств наиболее крупнотоннажных теплоизоляционных материалов.

Производство минеральной ваты может рассматриваться в качестве перспективного проекта в плане эффективности и срока окупаемости. На рынке каменной базальтовой ваты отсутствуют столь же сильные конкуренты, как на рынке стеклянного штапельного волокна. Внутреннее производство «размыто» по многим небольшим производствам. Поэтому, рисковые факторы, связанные с возможной ценовой конкуренцией, не так актуальны для данной продукции.

В настоящее время существует дефицит предложения минеральной ваты на российском рынке. Практически треть объема российского потребления данной продукции поставляется из-за рубежа.

Рынок обладает значительным потенциалом роста. Перспективы спроса связаны как с развитием строительных технологий и культуры строительных работ, так и с возможностью замещения стекловаты.

Несмотря на то, что материалы на основе базальтовой ваты схожи по свойствам со стекловатными, однако, все же это – две группы разных материалов (как по свойствам, так и по направлениям использования). Если материалы на основе базальтовой ваты можно применять в любой области теплоизоляции – от кровли до фундамента, то стекловата стандартной плотности годится далеко не везде. Например, для утепления внешних стен здания, необходимы стекловатные материалы плотностью не ниже 35 кг/м³. Но такая теплоизоляция – достаточно дорогостоящие, вследствие чего часто применяют дешевые стекловатные материалы низкой плотности (11-13 кг/м³), назначение которых совершенно иное. Этот факт отмечают и сами производители стекловаты. Стоит отметить, именно с использованием дешевых материалов низкой плотности, в том числе в областях, где рекомендуется применять материалы на основе каменной ваты, и связан резкий рост потребления стекловатной изоляции. Вероятно, в будущем ситуация изменится, и качеству изоляции зданий заказчик начнет уделять большее внимание. Это произойдет, в первую очередь, именно в Москве и Московской области, где эластичность спроса по цене ниже, чем в других регионах.

Экструдированный пенополистирол

В настоящее время российский рынок характеризуется значительным потенциальным спросом на плиты XPS, который сложно реализовать даже с условием ввода в строй всех планируемых мощностей.

Учитывая, что усилия производителей экструзионного оборудования неизбежно должны привести к удешевлению технологии экструзии пенополистирола и к сокращению разницы в стоимости между плитами XPS и плитами из вспененного полистирола (ВПС), можно смело утверждать: данное производство сегодня является очень привлекательным для потенциальных инвесторов.

Поскольку расходы на транспортировку вспененной продукции занимают существенную долю в ее себестоимости, производство плит XPS подобно производству плит из ВПС в ближайшее время все больше будет приобретать местную локальную ориентацию. Так, предположительно в каждом крупном городе целесообразна установка линии мощностью 30-50 тыс. м³ в год, а в крупных центрах – линий по 100-150 тыс. м³ в год. В настоящее время можно выделить лишь несколько регионов, где уже существует достаточно мощностей и новые вводить нецелесообразно.

Риски, связанные с возможной монополизацией рынка производителями сырья, сегодня здесь отсутствуют. «Нижнекамскнефтехим», крупнейший производитель полистирола общего назначения, в ближайшие годы будет нацелен на продажу товарного ПС, нежели на собственную переработку.

Технологии производства плит из EPS ориентированы на местные локальные рынки, поэтому прогноз спроса на данную продукцию в первую очередь связан с расширением географии производства. В силу дешевизны технологии и большой величины издержек на транспортировку, производство данной продукции должно располагаться в непосредственной близости с местом потребления. Поэтому развитие производства плит EPS будет происходить за счет открытия линий в «новых регионах». Так, сегодня индустрия плит EPS очень слабо представлена в Сибирском, Южном, Северо-Западном ФО…

Конечно, новые мощности будут открываться и в тех, городах, где подобные производства уже существуют. Развитие рынка будет «подстегивать» прогресс в технологиях. Будущее будет за высокопроизводительными линиями, которые позволят добиваться свойств данной продукции, близких к XPS, но при этом смогут обеспечить более эффективную экономику производства. Этому будет также способствовать доступность современного высококачественного сырья.

В настоящее время дефицит ВПС очень сильно тормозит развитие российского рынка. На сегодняшний день, отечественный вспенивающийся полистирол несопоставим по качеству с импортным. А производство качественных плит из отечественного сырья невозможно. Суспензионная технология полимеризации стирола, которая применяется на российских  предприятиях, безнадежно устарела.

Сегодня работы по организации новых производств ВПС ведутся на трех предприятиях. Из них - два действующих производителя ВПС (ОАО «Салаватнефтеоргсинтез» и ОАО «Пластик»), а также ОАО «Нижнекамскнефтехим». Суммарный объем вводимых мощностей составит около 100 тыс. т.

Актуальным для России является открытие производств и менее «массовых» видов теплоизоляционных материалов. Речь идет о продукции из вспененных полиолефинах, вспененных каучуков и пенобетонов. Существующие отечественные мощности либо недостаточны, либо давно устарели и являются неконкурентоспособными, либо вовсе отсутствуют.