Исходные данные для проектирования производств тепловой изоляции на основе резольноноволачного пенопласта (РНП).

К настоящему времени при неуклонном росте потери на отопление достигли примерно 400 млн.т.у.т., что эквивалентно 362 млн.м3 газа. Тепло уходит в землю в отопительный сезон из теплотрасс в непроходных ж/б каналах, трубы которых быстро «гниют» в мокрой минераловатной изоляции, и в локальных участках надземных теплотрасс, лишившихся металлического покрытия от дождя из-за нередкого «каннибализма».

Масса тепла теряется через стены наших жилых домов, общественных и промышленных зданий из-за плохой их теплоизоляции.  В последнее десятилетие в ряде российских городов ведется строительство многоэтажных, до 12 этажей, жилых домов с утеплением наружных стен плитами пенополистирола марки ПСБ-С плотностью до 20 кг/м3, по типу «колодцевой кладки» - двойной кирпичной кладки толщиной в два с половиной кирпича с внутренней и полкирпича с наружной стороны с заложением между ними плит пенопласта. Это самая дорогая стена с пенопластовым утеплителем.
 
Недостатки ее очевидны. Тонкая наружная кирпичная стена при большой ее высоте для устойчивости связывается с внутренней стеной жесткими или гибкими связями, что вряд ли обеспечивает ее долговечность до разрушения.
 
В щелевых стыках между плит трудно исключить тонкие мостики холода. А из-за термоокислительной деструкции ПСБ-С с распадом его до мономера стирола, случаи чего отмечены за четверть века эксплуатации таких домов, вряд ли можно поручиться за достаточную долговечность таких домов даже с лучшим по качеству пенополистиролом. Прогрессирующая во времени термоокислительная деструкция в стыках между плит неизбежно приведет к расширению между ними зазоров, в которых в отопительный период могут конденсироваться водяные пары.
 
Представляется более прогрессивной технология наружной тепловой изоляции фасадов зданий, о чем будет сказано ниже.
 
Исходные данные для проектирования производств тепловой изоляции ниже по тексту состоят из трех частей, объединенных использованием резольноноволачного пенопласта (РНП), являющегося пенопластом нового поколения.

Исходные данные для проектирования цеха по производству плит РНП

Производственная площадь цеха 700 м2.
Полупродукт – блоки пенопласта размерами 3,0 х 0,6 х 0,6 м.
Товарная продукция – плиты пенопласта размерами 3,0 х 0,6 х 0,07 м, нарезанные из блоков.
Объем производства 10 тыс.блоков в год при работе в одну смену, соответственно, 80 тыс.плит или 144 тыс.м2 .
Рабочий персонал цеха 30 человек.

Оборудование цеха включает:

1. Две емкости с мешалкой и рубашкой типа обычного реактора с вместимостью по 0,5 м3. К реактору подсоединен баллон с азотом.

2. Две заливочные машины низкого давления производительностью 60 л/мин.

3. Двадцать разъемных форм по размерам блока из прочной фанеры толщиной 10-12 мм. Каждая форма устанавливается на легкой тележке с колесами на подшипниках.

4. Три станка для резки блоков на плиты.

5. Двадцать полиэтиленовых баков вместимостью по 1 м3 в обрешетке и на поддоне под основные компоненты РНП.

6. Два стальных шестеренчатых насоса для подачи компонентов из полиэтиленовых баков в расходные емкости заливочных машин.

7. Приточно-вытяжная вентиляция с 10-кратным воздухообменом; подача воздуха через калорифер.

8. Транспорт: один грузовик «КАМАЗ», автокран, две легковые машины и три электрокара.

Технологический процесс
 
В одном отделении цеха формуют блоки пенопласта при близкой к комнатной температуре в деревянных формах. Исходными компонентами являются смола     НРВ-13Ф, кислотный катализатор Ларкс, поверхностно активное вещество (ПАВ) и вспенивающий агент торговой марки «петролейный эфир» - фракция углеводородов с температурой кипения 40-700С.
 
Смола и катализатор в таре поставщиков – в кубометровых полиэтиленовых баках хранятся в этом отделении цеха, как и ПАВ в таре поставщика.
 
Технологические особенности процесса позволяют исключить взрыво- и пожароопасность его при соблюдении необходимых предупредительных мер.
 
Образующийся РНП сам по себе не поддерживает горения при наличии в его микроячейках петролейного эфира в концентрации по рецептуре.

Взрыво- и пожароопасность последовательных технологических операций обеспечивается производственными мерами. Первой операцией является предварительное смешение вспенивающих добавок со смолой. Ее осуществляют в закрытой емкости в инертной атмосфере азота или углекислоты. В реактор вместимостью 0,5 м3 из тары поставщика подается дозировочным насосом смола в количестве около 360 кг (300 л).

Воздух из реактора над смолой вытесняется азотом, и при включенной мешалке в смолу перекачивают ручным насосом из канистры 33 кг (50,8 л) петролейного эфира и 7,2 кг ПАВ. В атмосфере азота компоненты перемешиваются в течение 0,5-1 час. Смесь смолы с добавками дозируют через проточный смеситель (смесительную головку) заливочной машины синхронно с дозировкой через него кислотного катализатора непосредственно из тары поставщика. Масс-соотношение кислотного катализатора к смоле без добавок составляет 35-37%. Вспенивающаяся композиция из смесительной головки подается порцией около 53 кг (48 л) последовательно в каждую, заранее подготовленную, с откинутой крышкой форму.

Соответствующим изменением рецептур можно варьировать по потребности плотность пенопласта в интервале 20-100 кг/м3. Подготовка формы включает обклеивание бумагой или смазку внутренних поверхностей ее для защиты от прилипания вспенивающейся композиции. Время дозирования композиции в форму около 1 мин. Форму немедленно закрывают и на тележке откатывают от заливочной машины в соседнее вентилируемое помещение. Затем форму раскрывают, извлекают из нее блок пенопласта и выдерживают его в помещении в течение 2-3 суток для испарения в атмосферу основной массы петролейного эфира.
 
Освободившуюся форму на тележке возвращают в производственное помещение и подготавливают к заливке в нее следующей порции вспенивающейся композиции.
 
Блоки пенопласта режут на плиты на станках тонко заточенной лентой без зубьев во избежание пыли. Готовые плиты упаковывают пачками в полиэтиленовую пленку.
 
В основном производственном помещении за время заливки композиции в каждую форму около 1 мин. и при немедленном ее закрытии утечка паров петролейного эфира практически исключена. Основная масса петролейного эфира удаляется в атмосферу в помещении категории А, где светильники и электродвигатель вытяжной вентиляции должны быть во взрывобезопасном исполнении. Приточный вентилятор с калорифером на всю длину производственного корпуса смонтирован над основным производственным помещением.
 
Расход компонентов на 1 блок РНП плотностью 40 кг/м3 составляет, кг:

Смола НРВ-13Ф   63,7
Катализатор Ларкс   22,9
Петролейный эфир   6,1
ПАВ торговой марки «Реопон» 1,4
 
Подсчитанная стоимость с НДС компонентов  на 1 м2 плит РНП по состоянию на май 2005г. составляет около 6 евро, а затраты по труду с накладными расходами около 2,4 евро. Для сравнения: в прайс-листах проспекта фирмы ООО «BauColor» (Москва) 2003г. указаны справочные цены 1 м2 при толщине 0,1 м минераловатных плит плотностью 150-170 кг/м3 производства зарубежных фирм, евро:

 ROCKWOOL Fasade Batts  13,0

 PAROC FAS4   14,5

За последние 2 года цены энергоносителей, используемых в энергоемком производстве базальтового волокна, выросли в два с лишним раза. Пока нам неизвестна продажная цена 1 м2 зарубежных минераловатных плит, но, по-видимому, она превышает 20 евро.
 
При существенно меньшей стоимости, вчетверо меньшая масса плиты РНП размерами 3,0 х 0,6 м (4,2 кг) облегчает производство работ по наружной теплоизоляции фасадов зданий, удешевляя ее дополнительно.
 
Благодаря гидрофобности изоляционного слоя РНП его сопротивление теплопередаче мало изменяется при любых погодных условиях. Сопротивление теплопередаче слоя гидрофильной минераловатной плиты снижается в условиях реальной эксплуатации при высокой относительной влажности воздуха.

Внутреннее утепление плитами РНП наружных стен в строительстве малоэтажных зданий

Межэтажные перекрытия несут деревянные брусья сечением 10 х 10 см или несколько более. Одним концом длиной около 12 см брус опирается на кирпичную кладку внешней стены. Пол настилается на брусья, гипсокартон крепится механически к деревянным брусьям снизу, а на него укладываются плиты РНП толщиной 7 см малой, 20-30 кг/м3, плотности и, соответственно, малой массы 2-3 кг в 1 м2.
 
В стоимости кирпичной стены с утеплителем велика доля стоимости кирпичной кладки. С год тому назад 1 м3 ее стоил около 5000 руб., из них около половины стоил кирпич (около 5 руб. за 1 шт.). За год стоимость энергоносителей, используемых в производстве кирпича при его обжиге, значительно выросла и, соответственно, выросла стоимость кирпичной кладки.
 
С внутренним утеплением самую низкую стоимость 1 м2 имеет кирпичная стена достаточной толщины в полкирпича в мыслимых одноэтажных зданиях: сельскохозяйственных постройках, дешевых жилых помещениях, садовых домиках и т.д.
 
Экономически выгодно с внутренним утеплением ограждающих конструкций строить малоэтажные, до 4-х этажей, дома. В каждом нижнем этаже по отношению к этажу над ним кирпичная кладка по толщине больше на полкирпича, как показано на рисунке 2-х этажной стены.
 
Тонкая кирпичная стена (один-полтора кирпича) с наружным утеплением фасада существенно дороже из-за высокой стоимости многослойной изоляции, выполняемой вручную.
 
В прайс-листе упомянутого проспекта фирмы «BauColor» ориентировочная стоимость 1 м2 утепления с учетом стоимости материалов системы этой фирмы, минераловатной плиты ROCKWOOL и работ по монтажу с лесами составляет          47-50 евро//м2 при стоимости плит утеплителя 13 евро/м2. С учетом подорожания используемых основных материалов ориентировочная стоимость 1 м2 стены толщиной в 1 кирпич с наружным утеплением превышает 100 евро. По подсчету ориентировочная стоимость стены с внутренним утеплением ее РНП почти вдвое ниже, а с учетом удешевления возможной отделки гипсокартоном взамен штукатурки, обклеивания и т.п. стены в помещении, более чем вдвое.
 
Очевидна, но не рассматривается здесь, эффективность постройки легких одноэтажных обитаемых жилых домов в северных регионах страны с ограждающими деревянными конструкциями с внутренней их теплоизоляцией плитами РНП.
 
Использование плит РНП для внутренней теплоизоляции наружных стен обитаемых малоэтажных зданий возможно и целесообразно, поскольку по данным химических анализов РНП не содержит никаких следов свободных летучих токсичных веществ. Исходные при синтезе смолы НРВ-13Ф и катализатора Ларкс для РНП на их основе фенол и формальдегид полностью связаны химически в полимерной основе пенопласта. В отличие от пенополистирола он не подвержен какой-либо термической или термоокислительной деструкции с выделением токсичных веществ в условиях долговечной реальной эксплуатации, о чем сказано в первой из упомянутых выше статей.

Исходные данные для проектирования производства трубчатых  теплогидроизоляционных (ТГИ) элементов  из РНП  в пенополиэтиленовой (ППЭ) оболочке

Производственная площадь цеха 1000 м2 .

Товарная продукция – ТГИ-трубчатые элементы (цилиндры) разных диаметров.

Мощность производства при односменной работе 108 тысяч ТГИ-цилиндров длиной 1,23 м.

Объем производства цилиндров каждого диаметра приведен в приложенной таблице исходных данных для калькуляции стоимости производства.

Рабочий персонал цеха 50 человек.

Оборудование цеха включает:

1. Две емкости с мешалкой и рубашкой типа обычного реактора вместимостью по 0,25 м3.

2. Две заливочные машины низкого давления: одна производительностью 10 л/мин., другая 25 л/мин. Можно обе по 25 л/мин.

3. 90 форм из 1,5 мм стали, которые закреплены на легких тележках: по две формы диаметром от 140 до 250 мм на каждой из 38 тележек и по одной форме диаметром до 560 мм на каждой из 14 тележек. Трехколесная тележка с колесами на подшипниках и на резиновом ходу имеет каркас из уголка.

4. 148 полиэтиленовых труб-вкладышей разных диаметров длиной по 1,45 м. Вкладыши должны иметь припуск по диаметру на 2-4 мм по отношению к диаметру стандартных ст.труб, подлежащих теплоизоляции.

5. Десять полиэтиленовых баков вместимостью по 1 м3 под основные компоненты РНП.

6. Два шестеренчатых ст.насоса для подачи компонентов из полиэтиленовых баков в емкости заливочной машины.

7. Приточновытяжная вентиляция с 10-кратным воздухообменом; подача воздуха через калорифер.

8. Транспорт: грузовик «КАМАЗ», автокран, две легковые машины и три электрокара.

Технологический процесс
 
Исходные данные включают прилагаемый эскиз (устройство) трубчатого ТГИ-элемента и форму для его получения по патенту РФ на полезную модель 36482.
 
Вариант формы в сборе для получения цельного ТГИ-цилиндра не имеет пластин 3 и 8 в пазах (прорезях) торцовых крышек и по всей длине межтрубного пространства. В другом варианте формы в сборе в пазы торцевых крышек и по длине межтрубного пространства вложена пластина 8. В извлеченном из такой формы трубчатом элементе с продольной щелью в слое РНП с одной стороны прорезь с другой стороны делается электролобзиком с тонким лезвием.
 
Цельные ТГИ-цилиндры предназначены для предизоляции в заводских условиях стандартных 12-ти метровых ст.труб для тепловых сетей и для изоляции в полевых условиях монтируемых трубопроводов по мере наращивания их длины. Перед монтажом ТГИ-цилиндров с торца ст.трубы на нее наносят термостойкий антикоррозионный клей. На сопрягаемые торцовые поверхности слоя РНП ТГИ-цилиндров перед монтажом их на трубопроводе наносят термостойкий тиксотропный клей.
 

Возможное производство предизолированных труб из РНП в ППЭ-оболочке

Технология производства предизолированных труб идентична технологии производства трубчатых элементов, но дозировка вспенивающейся композиции в раскрытую форму при ее горизонтальном положении увеличена соответственно ее длине 12 м.
 
Мыслимы два варианта обеспечения равномерного розлива композиции по длине раскрытой формы: или перемещать заливочную машину вдоль формы за отрезок времени около 1 минуты, или форму перекатывать на роликах мимо машины за столь же короткий отрезок времени. Второй вариант технологически более приемлем. При использовании рольгангов длиной около 50 м соответствующего устройства, можно на четырех технологических линиях, снабженных двумя заливочными машинами и при численности рабочего персонала в цехе 30 чел., обеспечить производство предизолированных труб в объеме около 150 км в год при односменной работе. Затраты по труду на 1 пог.м ТГИ 12-ти метровой трубы меньше в два с лишним раза, чем ТГИ 1 пог.м трубчатого элемента. Но эта разница компенсируется большей стоимостью и сложностью громоздкого производства предизолированных труб и существенно более высокими затратами при транспортировке их на дальние расстояния.

Примечание по используемому вспенивающему агенту
 
В производстве с использованием для вспенивания композиции дихлорфтор-этана (торговая марка «салькан») нет летучих пожаро- и взрывоопасных веществ, но лучшее качество ТГИ-трубчатых элементов и с меньшими затратами достигается при использовании для вспенивания отечественного петролейного эфира – фракции насыщенных углеводородов с температурой выкипания 40-700С (фракция легче бензина).
 
Поскольку ожидается запрет в России на использование фреона «салькан» в производстве пенополиуретанов согласно Монреальской декларации о защите озонового пояса земли, целесообразно проектировать производство с использованием петролейного эфира. Взрыво- и пожаробезопасность производства обеспечивается за счет описанных выше по тексту производственных мероприятий. Петролейный эфир вместе с поверхностно активным веществом надлежит смешивать со смолой в расходной емкости под азотом или углекислым газом. При дозировании смеси смолы с катализатором из смесительной головки заливочной машины в течение около 1минуты в форму утечка паров фреона из композиции практически исключена. Как показали проведенные опытные работы, утечка летучих паров из относительно герметично закрытой пенополиэтиленом формы практически исключена, а извлеченный из открытой формы пенопластовый цилиндр, закрытый с внешней стороны пенополиэтиленовой оболочкой, отдает пары петролейного эфира в атмосферу медленно, в течение многих дней. Для исключения взрывоопасности в производственном помещении цеха достаточно постоянно переносить готовые ТГИ-цилиндры в вентилируемое складское помещение

Дополнительные опытные работы для исключения риска в проектировании производства
 
Риск денежных потерь сводится к минимальному за счет подготовки и проведения в ограниченном масштабе дополнительной опытной работы.

Для этого достаточно изготовить по одной форме и по одной полиэтиленовой трубе-вкладышу на ТГИ-цилиндры трех диаметров, мм: 89/180, 159/250 и 426/560. Для отработки операций по изготовлению этих цилиндров достаточно одной опытно-промышленной партии 2,5-3,0 т смолы НРВ-13Ф с предприятия ОАО «Карболит» (г.Орехово-Зуево) и опытно-промышленной партии 1,0-1,2 т катализатора Ларкс с предприятия «Хим-Лэнд» (г.Дзержинск).

Опытную работу по изготовлению плит можно провести с минимальными затратами в одной форме размерами 0,3 х 0,6 х 0,6 м с нарезкой плит из полученного блока.
 

Внешний вид экспонатов продукции показан на фотографиях. Это плита РНП с надрезом на углу, плита с видимым разрезом по торцу, на которой стоит человек, цельный ТГИ-цилиндр диаметром 89/180 мм и разрезанный по длине цилиндр диаметром 89/160 мм с частично оторванным слоем ППЭ от слоя РНП и др.

Действующий как частный патентообладатель автор данной информационно-технологической статьи с маленькой группой помощников нуждается в действенной помощи в продвижении своей подлинно энергосберегающей технологии в строительную индустрию в рамках государственной программы, если руководители соответствующих органов инициируют незамедлительно разработку такой программы участия государственных и частных предприятий в решении проблемы массового использования предлагаемой эффективной тепловой изоляции.

Таблица
Исходные данные для калькуляции производства и расчета приемлемой цены продажи ТГИ-трубчатых элементов (пенопластовых цилиндров)

Руководители одной крупной акционерной компании строительного профиля и другой частной фирмы, ознакомившись с печатной информацией советских времен о разработке возглавляемой мною в те времена лабораторией фенолоформальдегидных пенопластов с массовым использованием их в гражданском и промышленном строительстве, по своей инициативе вышли на переговоры о создании производства РНП и описанного его использования в строительстве. Но при наличии финансовых возможностей создания предлагаемых производств, руководители этих компаний озабочены известным противодействием рынку сбыта новой тепловой изоляции при монопольном положении на рынке минераловатной изоляции. Это основное препятствие могут снять директивно государственные органы для подлинного, в государственном масштабе, энергосбережения.

C текущей ситуаций и прогнозом развития российского фенопластов можно познакомиться в отчете Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Рынок фенопластов и текстолитов в России».

Доктор технических наук по специальности «Химия высокомолекулярных соединений», заслуженный изобретатель РСФСР  
         В.Д. Валгин

www.newchemistry.ru