В настоящее время в мире большое внимание уделяется вопросам энер - го - и ресурсосбережения вследствие постоянно растущей рыночной стоимо­сти электроэнергии, экологических проблем, связанных с ее производством и общей ограниченностью ресурсов.

Для экономии энергозатрат в жилищно-коммунальном хозяйстве, по­требляющем существенную долю топливно-энергетических ресурсов [126], за последнее 20-летие в нашей стране был принят ряд мер по снижению рас­хода тепловой энергии на отопление зданий.

Для решения данной задачи в период с 1995 по 2004 гг. состоялся по­этапный переход к новым требованиям по теплозащите наружных ограж­дающих конструкций. Согласно [106] значение требуемого сопротивления теплопередаче Rreq стеновых ограждающих конструкций с 1 сентября 1995 г. было увеличено в среднем в 2 раза (1 этап) по сравнению с предыдущим зна­чением, асі января 2000 г. еще приблизительно на 75 % (2 этап). Позже нормативные документы СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» [105] и СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий» [107] впервые стали регламентировать классы энергетической эффективности зданий в за­висимости от значений расчетных комплексных показателей по расходу теп­ловой энергии на отопление qhdes.

С выходом Приказа Минрегионразвития РФ от 28 мая 2010 г. № 262 «О требованиях энергетической эффективности многоквартирных домов» [90] и принятием Постановления Правительства РФ от 25 января 2011 г.

№ 18 «Об утверждении правил установления требований энергетической эф­фективности для зданий, строений и сооружений и требований к правилам определения класса энергетической эффективности многоквартирных до­мов» [69] в нашей стране были установлены требования по повышению энер­гетической эффективности жилищно-коммунального сектора по отношению к базовому уровню, регламентирующие сокращение тепловых расходов не менее чем:

• на 15 % по отношению к базовому уровню с 1 января 2011 г. (на пери­од 2011-2015 гг.);

• 30 % по отношению к базовому >ровню с 1 января 2016 года (на пе­риод 20 16-2020 гг.);

• 40 % по отношению к базовому уровню с 1 января 2020 года.

За базовый уровень принято теплопо греблей ие зданий нормируемое в соответствии с положениями [105].

Ужесточение требований к тепловой зашите зданий привело к бурному развитию рынка теплоизоляционных материалов в России (рис. 1.1).

35 30 25 20 15 10 5 0

К ^ Х ш с; 1 э ^ 1- X Э г: S £ Ю О

19У& 2001 2004 2005 2006 2008 2010 Год

Рис. 1.1. Гистограмма динамики роста объемов потребления теплоизоляционных материа­лов по данным компании Dow® в России [113]

Согласно [25] к теплоизоляционным относят материалы, обладающие теплопроводностью не более 0,175 Вт/м-°С при 25 °С и имеющие плот­ность ро не более 500 кг/м3. Теплоизоляционные материалы и изделия клас­сифицируются:

• по виду основного исходного сырья (органические, неорганические);

• структуре (волокнистые, ячеистые, зернистые);

• форме (рыхлые, плоские, фасонные, шнуровые);

• возгораемости (несгораемые, трудносгораемые, сгораемые);

• содержанию связующего вещества (содержащие и не содержащие связующее звено).

Для обеспечения высоких требований к тепловой защите зданий наи­более широкое применение нашли высокоэффективные утеплители, коэффи­циент теплопроводности ^которых ниже 0,05...0,06 Вт/м-°С. Применение данного вида материалов, особенно для регионов с суровыми климатически­ми условиями, зачастую является единственным решением, позволяющим выполнять требования [105] при экономически оправданной толщине наруж­ной ограждающей конструкции [17].

На рис. 1.2 представлена гистограмма, отображающая условную тол­щину однослойной наружной стены для различных вариантов ее исполнения из наиболее распространенных строительных материалов. Расчет толщин ог­раждающих конструкций произведен согласно требованиям по тепловой за­щите зданий [105], рассмотренным для условий г. Красноярска (нормируемое значение сопротивления теплопередаче стенового ограждения Rreq = 3,7 м2-°С/Вт [74]).

В результате в настоящее время наиболее распространенным решени­ем наружных ограждений зданий являются многослойные конструкции с вы­сокоэффективными утеплителями [124].

Современный анализ строительного рынка показывает [113], что наи­более широкое применение среди всех теплоизоляционных материалов полу­чили изделия из минеральной, стеклянной ваты и пенополистирола (рис. 1.3).

8,0

%

30

Рис. 1.3. Сегментация объемов потребления теплоизоляционных материалов по их основ­ным видам: ■ - стекловата; □ - минеральная вата; □ - пенополистирол вспененный; □ - пенополистирол экструзионный; □ - прочие

6,80

Рис. 1.2. Гистограмма требуемой толщины условного однослойного стенового ограждения согласно требованиям [105J при его исполнении из различных видов строительных мате­риалов

Теплоизоляционные свойства наиболее распространенных теплоизоля­ционных материалов по данным [105] представлены в табл. 1.1.

Таблица 1.1 Наименование материала Плотность ро, кг/м3 Теплопро­водность *кф Вт/м-°С Расчетный коэффициент теплопроводности при условиях эксплуатации А Б 1 2 3 4 5 Пеностекло или газостекло 400 0,11 0,12 0,14 300 0,09 ' 0,11 0,12 200 0,07 0,08 0,09 Маты минераловатные прошив­ные (ГОСТ 21880-94) 100 0,044 0,061 0,067 75 0,046 0,058 0,064 Плиты из стеклянного штапель­ного волокна на синтетическом связующем (ГОСТ 10499-95) 45 0,047 0,060 0,064 Плиты из стеклянного штапель­ного волокна URSA 75 0,040 0,043 0,047 45 0,039 0,041 0,045 20 0,040 0,043 0,048 Пенополистирол (ГОСТ 15588-86) 40 0,037 0,041 0,050 Пенополистирол «Стиропор» 15 0,039 0,040 0,044 20 0,037 0,038 0,042 30 0,035 0,036 0,040 Экструзионный пенополистирол STYROFOAMГм 28 0,029 0,030 0,031 Экструзионный пенополистирол STYRODVR™ 25 0,029 0,031 0,031 33 0,029 0,031 0,031 45 0,030 0,031 0,031 Экструзионный пенополистирол «Пеноплэкс» 35 0,028 0,029 0,030 45 0,030 0,031 ■ 0,032

По данным табл. 1.1 видно, что наименьшей теплопроводностью обла­дают пенополистиролы, являющиеся, следовательно, наиболее эффективны­ми утеплителями по сравнению с другими. Как видно на рис. 1.3, суммарная доля пенополистирольных материалов составляет более 20 % от общего объ­ема потребления теплоизоляционных материалов в нашей стране.

Пенополистиролы относятся к классу пенопластов, основным полиме­ром у которых является полистирол. Пенопласты - класс гетерогенных по­лимерных материалов, представляющих собой газонаполненные пластиче­ские массы ячеистой структуры [91].

Полимерная матрица пенопластов может быть выполнена из большого числа разнообразных природных и синтетических полимеров, но наибольшее распространение получили пенопласты на основе полистирола, поливинил - хлорида, полиэтилена, полиуретанов, эпоксидных, карбамидных и кремний - органических смол. В данных материалах газообразной фазой является воз­дух или различные газы вспенивающих агентов (фреоны, углекислый газ и др.). Известно, что большое значение на свойства пенопласта оказывает не только материал полимерной матрицы и вид газа, заполняющего ячейки, но и соотношение объемов газовой и полимерной фаз, которое может составлять от 10 до 30 [36].

Прессовый метод получения пенопластов на основе термопластичных полимеров был впервые предложен в 1928 г. в Европе. В нашей стране пер­вопроходцами в данной отрасли были такие ученые, как А. А. Берлин, А. А. Моисеев, Ф. X. Абель, которые в 1946 г. разработали и запатентовали общие способы получения пенопластов [12].

Газонаполненные пластмассы за свою более чем 80-летнюю историю получили широкое применение в различных отраслях промышленности (аэ­рокосмической, строительной, судостроении, машиностроении) из-за своих превосходных тепло - и звукоизоляционных свойств и низкой плотности.

В строительной отрасли, как уже было отмечено выше, наибольшее применение нашли пенопласты на основе полистиролов (пенополистиролы).

По технологии производства пенополистиролы подразделяются:

• на прессовые (ПС-1, ПС-2, ПС-4, ПС-5 и др.) [82];

• беспрессовые (ПСБ, ПСБ-С) [24];

• экструзионные ОSTYRODUR™, STYROFOAM™, URSA XPS, THER­MIT XPS, ПЕНОПЛЭКС, ТЕПЛЕКС, ТИМПЛЕКС, ТЕХНОПЛЕКС, ЭКС - ТРОЛ и др.) [61, 66, 88, 89, 113, 164].

В Красноярском крае основными производителями пенополистиролов являются:

1 ООО «Технологъ», выпускающее изделия из ЭГШС (плиты THER­MIT XPS, плиты с нанесенной на них армирующей сеткой с полимерцемсш - ным составом THERMIT SP, сэндвич-папели THERMITS).

2. ООО «Завод Стиропласт», производящее выпуск изделий из вспе­ненного пенополистирола (ПСБ, ПСБ-С по [24], несьемная опалубка, тепло­изоляционные скорлупы и пр.).

3. ЗАО «Фирма Культбытстрой», выпускающее плиты ПСБ и Г1СБ-С, основной объем которых направляется на внутренний теплоизоляционный слой собственных наружных стеновых панелей серии 11 1-97.

Среди пенополистиролов наиболее совершенным с технической точки зрения (по данным табл. 1-ій [88, 89, 164]) является ЭППС. В связи с этим в настоящее время во всем мире данный материал получает всё большое рас­пространение, постепенно вытесняя своих конкурентов (рис. 1.4) [113].

2005 2006 2007 2008 2009 2010 Год Рис. 1.4. Рост мирового спроса на экструзионный пенополистирол

Основными областями применения ЭППС в строительной отрасли яв­ляются [1, 4, 40]:

• утепление наружных стеновых конструкций;

• производство слоистых ограждающих конструкций;

• изготовление конструкций в несъемной опалубке из пенополистирола;

• теплоизоляция в инверсионных кровлях, скатных крышах и чердач­ных перекрытиях;

• теплоизоляция перекрытий и подвальных помещений;

• дорожное и аэродромное строительство.

Реально оценить эффективность использования пенополистиролов в строительстве можно только после определения безремонтного срока их экс­плуатации, в течение которого будет обеспечиваться их работоспособность (долговечность).

За последнее время в нашей стране было опубликовано большое коли­чество статей, касающихся темы пожарной и экологической опасности при­менения пенополистирольных утеплителей для теплоизоляции зданий [6, 7, 8, 112]. Стоит отметить общемировую тенденцию увеличения объемов по­требления пенополистиролов (рис. 1.4), а также наличие различных конст­руктивных решений, обеспечивающих минимизацию представленных воз­можных опасностей. Данные вопросы требуют отдельных исследований и в диссертационной работе не рассматривались.