Введение

Развитие строительной науки постоянно направлено на разработку и внедрение энергосберегающих технологий производства изделий, обеспечи­вающих снижение металлоемкости, стоимости и трудоемкости, широкое ис­пользование бездефицитных местных и попутных материалов. Применение в строительной индустрии попутных продуктов решает важные экологические задачи утилизации данных материалов.

Основным материалом при изготовлении строительных изделий, осо­бенно крупноразмерных, является бетон, полученный на основе цемента и извести. Доля цемента составляет более 20% всех применяемых в строитель­стве материалов. Необходимо отметить, что запасы сырья - известняков, мергелей - для производства цемента и извести ограничены. Поэтому следу­ет снижать их расходы на единицу продукции, повышая марочность, совер­шенствуя технологию.

В связи со значительным увеличением стоимости энергоносителей ве­дущие страны Западной Европы, США, Канада, Япония перешли на произ­водство ограждающих конструкций с повышенными теплоизолирующими свойствами. В России изменение нормативных требований по теплозащите ограждающих конструкций произошло только в последние пять лет.

Среди способов совершенствования бетонных технологий особое вни­мание следует уделять активации смесей, применению способов безвибраци­онной укладки и уплотнения смесей, химических реагентов, снижению водо-содержания материалов, управлению водомиграционными процессами, при­ложения температурных и барометрических воздействий.

Снижение энергозатрат на эксплуатацию зданий связано с применением теплоизоляционных материалов: пенополистирола и пенополиуретана.

Монолитное домостроение позволяет значительно сократить продолжи­тельность строительства, повысить его качество, снизить материалоемкость. Значительное внимание при этом следует уделять применению эффективных опалубок, химических добавок, непрерывному бетонированию с использова­нием бетононасосов.

Керамические материалы долговечны, экологичны и в наибольшей сте­пени отвечают требованиям биологической комфортности жилища, поэтому доля мелкоштучных керамических материалов - кирпича и керамических камней - значительна. Увеличение размеров керамических изделий позволит наряду с приданием им нового качества механизировать труд.

Снижение энергопотребления зданий находится в зависимости от их конструктивных особенностей и применяемых в защитных конструкциях ма­териалов. Применение зданий с низким энергопотреблением позволяет сни­зить эксплуатационные затраты, повысить долговечность сооружений, а так­же создать комфортные условия проживания.

1. Теплоизоляционные изделия, использование минеральных и органических попутных продуктов

В ИХ ПРОИЗВОДСТВЕ

1.1. Урбанизация, ее влияние на биосферу, стоимость и потребление энергоносителей жилыми зданиями

Взгляды людей на роль больших городов в истории цивилизации, как и сами большие города, претерпевают часто противоположные по сути измене­ния. В течение долгого исторического пути до недавнего времени человече­ство фактически вело непримиримую борьбу с Природой.«Город,- в первой половине нашего века писал Ле Корбюзье, - это символ борьбы человека с природой, символ его победы над ней». Вся мощь науки, техники, матери­альные и энергетические ресурсы общества, сосредоточенные в больших го­родах, были направлены на достижение победы в единоборстве с Природой. Как следствие этих устремлений человека в небывалых масштабах ускори­лась урбанизация, выросли большие города, где догородские экосистемы максимально преобразованы. В настоящее время более 2/3 населения России уже живет в городах. С течением времени человек стал все больше и больше понимать, что большие города всего лишь паразиты биосферы. Причем, чем больше город, тем больше он наносит вред Матери-Природе. Как ни пара­доксально (а может быть и закономерно), такой метаморфозе взгляд на роль больших городов в истории цивилизации впервые подвергся у жителя именно большого города. Все, что касается идей охраны Матери-Природы, исходит тоже из большого города. Впервые именно житель большого города задумал­ся : есть ли общебиологические корни у урбанизации, на чем основывается ее рост, имеются ли пределы этого роста, если имеются, то как работают эколо­гические механизмы регуляции и, наконец, кто их в большом городе регули­рует. Рост концентрации населения в городах, обусловленный социально-экономическими факторами, в первую очередь отвечает удовлетворению именно самых разносторонних социально-экономических запросов горожа­нина. В городах имеются наилучшие возможности для удовлетворения инди­видуальных пространственных и целого комплекса материальных и духовных запросов, причем, чем больше город, тем шире спектр предоставляемых го­родом для индивидуума услуг. Города потребляют наряду с продуктами и во­дой значительное количество энергоносителей на производственные, транс­портные нужды, создание комфорта в жилых и общественных зданиях. По­требности в топливе (уголь, нефть, природный газ) больших городов значи­тельны. При чем эти потребности имеют постоянную тенденцию к увеличе­нию. Возможности природы по удовлетворению потребностей человека в пе­ремещениях, биологическом комфорте, производственной и социальной дея-

тельности предельны. Это вызывает увеличение стоимости энергоносителей, ограничивающей удовлетворение потребностей человека.

Темпы урбанизации населения земного шара, начиная с 1900 года, пока­заны на рис. 1.1. Они свидетельствуют об уменьшении количества сельских жителей в период с 1900 года по 1990 год с 86,4 до 37,5%. Основным потре­бителем энергоносителей являются крупные города, в которых более развиты транспортные, социальные услуги, предпочтительнее биологический ком­форт. Увеличение количества жителей крупных городов с населением более 1 млн. человек происходило в период начиная с 1900 года по 1950 год. В этот период количество крупных городов увеличилось с 1,6 до 21,4 %.

Объемы добычи основных энергоносителей, средние экспортные цены на нефть, каменный уголь показаны в таблицах 1.1. и 1.2.

Таблица 1.1 Добыча нефти (миллионов тонн)

	1970	1975	1980	1985	1990	1991	1992	1993	1994	1995	1996	1997
Нефть, газовый конденсат, в том числе нефть газовый конденсат	285 282 2.9	411 406 5.7	547 541 5.8	542 536 6.6	516 506 10.2	462 452 10.3	399 390 9.5	354 345 8.6	318 310 7.7	307 298 8.3	301 293 8.3	306 297 8.8
Добыча угля (миллионов тонн)
Всего	345	381	391	395	395	353	337	306	272	263	257	245

Усредненные данные о входных и выходных потоках веществ для ти­пичного города США с населением 1 млн. человек показаны на рис. 1.2. Таблица 1.2

Средние экспортные цены на основные товары в торговле со странами вне СНГ (долларов за тонну)

	1993	1994	1995	1996	199 7
Нефть сырая Нефтепродукты Уголь каменный	105 98.4 32.4	101 86.2 33.0	108.2 104 35.7	133.5 130 38.8	119 116 35.7
со странами СНГ
Нефть сырая Нефтепродукты Уголь каменный		58.4 95.2 26.3	74.2 125 30.8	93.0 182 45.2	103 188 37.6

Как видно из данных, приведенных в таблице 1.2, стоимость энергоно­сителей, в особенности нефти, имеет тенденцию постоянного роста. Измене­ния стоимости нефти более значительны по сравнению с каменным углем (рис. 1.3).

Р ис. 1.3. Динамика изменения цен на нефть

Н аряду с промышленным производством, как уже отмечалось, значи­тельно потребление энергоносителей на эксплуатацию зданий и сооружений. Основные затраты в энергоносителях на эксплуатацию зданий относятся в первую очередь к жилым и общественным зданиям. Вот почему задача сни­жения их энергопотребления является особенно актуальной. Повышение тре­бований по теплозащите жилых зданий показано на рис. 1.4 изменениями нормативной базы в Германии и Швеции.

Рис. 1.4. Потребление тепла (в кВт-ч) на м² жилого пространства по разным стандартам

Указанные нормативные показатели по теплозащите зданий в Германии и Швеции значительно превосходили аналогичные показатели, применяемые в России и других странах СНГ до 1996 года.

Анализ потребления энергоносителей при эксплуатации жилых зданий, показанный на рис. 1.5, демонстрирует, что основное количество энергоноси­телей расходуется на отопление зданий. В связи с этим увеличение (до 80 %) теплозащитных свойств ограждающих конструкций - наружных стен, окон, дверей, приобретает особо важное значение в плане снижения затрат на экс­плуатацию зданий.

Р ис. 1.5. Распределение энергетических потребностей жилища

Работы по конструированию зданий с низким энергопотреблением ве­дутся в большинстве развитых стран Запада [30-34]. По данным Института жилья и окружающей среды (ФРГ) дом с низким энергопотреблением (сокращенно ДНЕ) расходует в среднем, в зависимости от соотношений внешней площади, внутреннего объема и степени вентиляции, от 140 до 180 кВт-ч энергии на 1 м² жилой площади в год. Это примерно соответствует потреблению 3-7 л нефти или 3-7 м³ газа на 1 м² жилой площади в год.

Из-за плохой теплоизоляции потребность в энергии для отопления ста­рых построек является очень высокой: там потребляется 18-30 литров нефти на отопление 1 м² жилой площади в год. Немецкий стандарт на теплозащиту от 1982 г., который действовал по 1994 г., ограничил в новостройках потреб­ность в энергии для отопления до уровня 15-18 литров нефти на 1 м² площади в год. Дополнительный стандарт на теплозащиту 1995 г., который приблизи­тельно соответствует уровню шведского стандарта 1980 г., ограничивает по­требность в энергии для отопления 9-13 литрами нефти на 1 м² в год. Но это предписание еще не соответствует домам с низким энергопотреблением. До­ма с низким энергопотреблением обеспечивают более высокий уровень ком­фортности, потребляя меньше энергоносителей. Потребности в энергоноси­телях с низким электропотреблением являются показателями уровня развития техники.