Жидкокерамические теплоизоляционные покрытия. Сказка о голом короле
После больших правительственных решений, касающихся развития нанотехнологий, четыре заманчивые буквы НАНО стали использоваться предприимчивыми дельцами как громкий рекламный слоган, повод для различных псевдонаучных спекуляций, а то и для банального «обувания» потребителя. Наша история про то, как самая обычная краска превратилась в нано-чудокраску — утепляющую, шумоизолирующую, огнезащитную, разглаживающую морщины и повышающую жизненный тонус; а также про то, что из этого вышло.
История вопроса
Откуда возникли жидкокерамические теплоизоляционные покрытия (ЖКП) — достоверно неизвестно: производители вырывают пальму первенства друг у друга из рук. Из наиболее популярных версий — рассказ о том, как в начале 1970-х гг. на рынке появилась и начала победоносное шествие американская разработка — покрытие Thermal-Coat, в состав которого входили наполнители: вакуумированные стеклянные микросферы и оксиды металлов (кремния, титана, кальция и цинка), а в роли связующего были выбраны латексы бутадиенстирольных и винилакриловых полимеров. Затем число подобных красок пополнили Liquid Siding, Multi-Gard, Multi-Gard R-20, Liquid Vinyl, Thermo-Shield и другие разнообразные жидкие сайдинги. Аппетит производителей и продавцов ЖКП все возрастал, и, продвигая свой товар, они так активно рассказывали экономным и впечатлительным американцам сказки о «космическом» происхождении своего товара, что в 2002 г. Федеральная торговая комиссия США инициировала расследование некоторых их методов и действий. Состоявшиеся судебные заседания вынесли постановления, запрещающие этим производителям в «явной или подразумевающей форме заявлять»:
- что любой ЖКП уменьшает энергопотери, стоимость электроэнергии, потребление энергии или величину счета за коммунальные услуги;
- о любом коэффициенте сопротивления теплопередаче данных продуктов;
- об изоляционных качествах таких ЖКП по сравнению с любыми другими материалами, включая изоляционные;
- об их преимуществах, результативности или эффективности.
Суд также обязал ответчиков предоставлять каждому лицу, купившему, покупающему или собирающемуся покупать в будущем данные материалы, копию данного решения суда.
Затем ЖКП попытались завоевать Западную Европу, но преградой на их пути стали заключения ведущих научных лабораторий строительной физики (Лейпциг, Ганновер).
В 2009 г. в Латвии на борьбу с жидкокерамической экспансией встает министр экономики Артис Кампарс. Он обратился к населению с призывом не доверять сомнительным предложениям по утеплению многоквартирных домов и направил письма в Строительную инспекцию, Латвийское общество строительных инженеров, а также в Совет по конкуренции и Центр защиты прав потребителей с просьбой выяснить, почему данный способ повышения энергоэффективности зданий не дал ожидаемого результата.
Более удачным и прибыльным оказался поход ЖКП в страны Восточной Европы, особенно в Беларусь…
Экспансия ЖКП в России началась в 2001–2002 гг. с двух американских материалов — Thermo-Shield и Thermal Coat.
В этой связи вспоминается сюжет известной сказки Ханса Кристиана Андерсена «Новое платье короля»: обнищавшие иностранные авантюристы предлагают нечто авангардное, при королевском дворе доселе неслыханное, что поначалу у придворных специалистов — молчаливое недоумение, а потом, после того как король (чиновник самого высокого ранга) принял решение, уже и высказываться как-то неловко, к тому же и головы можно лишиться…
Аналогия с продвижением на российском рынке ЖКП — прямая: сначала в рекламных буклетах продавцов банальные акриловые краски с микросферами (диаметром 10–100 мк) вдруг попадают в разряд нанотехнологий, а дальше — больше. Погрешности такого порядка становятся нормой, и значение коэффициента теплопроводности λ после пересечения государственной границы РФ каким-то чудесным образом понижается в 100 раз. Американская краска на акриловом связующем с керамическим пористым наполнителем, имеющая λ=0,1 Вт/мк и высокий коэффициент отражения солнечной радиации, а также малую температуропроводность и паро- и воздухопроницаемость превратилась благодаря манипуляциям предприимчивых людей — в производимую в Волгограде краску с коэффициентом теплопроводности 0,001 Вт/мк и гениальную разработку отечественных нанотехнологов!.. Так на самом деле был изобретен еще один способ «относительно честного» изъятия денег у доверчивых граждан, и начался отечественный сериал «Гербалайф в строительстве».
В различных регионах нашей страны появляются генетические братья Thermo-Shield и Thermal Coat. По сути те же самые стеклянные шарики, размешанные в краске, получили торговые марки «Корунд» (г. Волгоград), «Астратек» и «Изоллат» (г. Екатеринбург), «Альфатек» и «Теплос-Топ» (Москва), Moutrical (г. Волжский, Волгоградская обл.), RE-THERM (г. Казань и г. Красноярск). В Санкт-Петербурге ЗАО «Рикон» предлагает покрытие THERMATEС (производства MatMix Technologies, Германия), в г. Волжском Волгоградской области ЗАО «Теплоэнерго» — «TEMP-COAT» (производства Brand Products, LLC, США), в Красноярске ООО НЦ «Сибирская Теплосберегающая Компания» — официальный дистрибьютор TSM Ceramic (на официальном сайте значится, что TSM Ceramic был ранее известен как thermal). Поди разберись! Еще одна американская краска поставляется в Россию и Украину под торговой маркой Mascoat, а в другие страны СНГ — под торговой маркой Thermal-Tec.
Другой американский производитель своей устаревшей разработке Thermal Coat дал новое название — теперь это TC Ceramic HB. А украинские вариации на тему Thermal Coat — «ТСМ Керамiчний» и «КЕРАМОIЗОЛ» (г. Харьков).
Интересно отметить, что американцы объясняли природу уникального энергосберегающего эффекта своих покрытий исключительно коэффициентом излучения поверхности, а коэффициенты теплопроводности декларировали честно — порядка 0,097 Вт/мк для TC Ceramic HB и Mascoat (измерены по ASTM C177 — американский аналог ГОСТ 7076; см. англоязычные спецификации на сайтах производителей) или λ=0,15 Вт/мк — для немецкого Thermo-Shield (как у обычной краски). Однако на самом деле ЖКП хорошо отражают не тепловое инфракрасное, а коротковолновое солнечное излучение в видимой части спектра. Поэтому первоначально они использовались в качестве покрытий для кровель, эксплуатировавшихся в жарком климате, например, в Калифорнии. Неужели в Екатеринбурге, Красноярске или Москве кого-то сильно беспокоит нагрев крыши дома прямыми солнечными лучами?
Если проследить историю продвижения этих материалов в Интернете, то открывается любопытный факт: зачастую администраторы и модераторы различных интернет-форумов, посвященных строительству, уличают производителей и поставщиков ЖКП в том, что под разными логинами одни и те же люди (одни ip-адреса) дискутируют сами с собой. Каковы же должны быть достоинства материалов, если для их успешного продвижения в ход идут рекламные приемы такого уровня — псевдоспоры и псевдоутверждения об успешном опыте применения?
По поводу корректности проведенных исследований: фокусы для дилетантов
Применяя манипуляции из арсенала рыночных наперсточников, продавцы ЖКП убеждают покупателей в особой уникальности своих материалов. Продавцы Thermo-Shield строят свою рекламу на фантастически низком коэффициенте излучения поверхности материала, продавцы остальных обсуждаемых материалов — на фантастически низком коэффициенте теплопроводности.
Перетасовка единиц измерений, некорректный перевод из одной системы мер в другую, ошибочная методология определения теплопотерь и прочие ухищрения приводят к сильно преувеличенной теплоизолирующей способности этой «сверхтонкой теплоизоляции». Обычно расчеты, показывающие снижение теплопотерь при изоляции ЖКП в технических целях (трубы, резервуары и пр.), очень ловко строятся на измерениях только единственного параметра — температуры изолированной поверхности, которую измерить без грубых ошибок довольно сложно.
Для корректной оценки теплосберегающего эффекта должны использоваться специально разработанные методики, т. е. такие методики, точность которых доказана. Проводимые испытания должны адекватно воссоздавать реальные условия эксплуатации, а фокусы, вроде опыта с кусочками льда, тающими на изолированном и неизолированном участках горячей трубы, где количество тепла, проходящее под маленьким кубиком льда, сравнивают с теплом, проходящим через всю поверхность трубы, хороши для дилетантов.
Когда же поклонники Thermo-Shield собираются этим утеплять фасады зданий, вывод о 40–50%-ной экономии тепла они делают, определяя температуру стены не из равенства тепловых потоков через слой утеплителя и с поверхности стены, а считая температуру наружной стены неизменной. Даже при двукратном увеличении сопротивления теплообмену у наружной поверхности суммарное сопротивление теплопередаче конструкции изменяется незначительно: повышение температуры поверхности стены и уменьшение теплоотдачи с ее поверхности будут практически полностью скомпенсированы за счет увеличения температуры стены. Поэтому получить теплосберегающий эффект от утепления нанокраской можно, но вот только чтобы измерить его, придется запастись аптекарскими весами, ведь кое-какую экономию тепла дает даже оклейка стен обоями.
В рекламных материалах встречается информация о том, что применение ЖКП для утепления наружных стен позволит сэкономить затраты на энергию или на отопление на 40%, и производители рассказывают о прочих эффективных составляющих. Но могут ли приводимые ими доказательства быть приняты во внимание, если сравнения с традиционными системами утепления отсутствуют?
Интересен в этой связи отчет ООО «Лаборатория качества и технологии строительства» (г. Самара, 2006 г.) «О результатах испытаний покрытия «Термошилд» с целью определения энергоэффективности при нанесении его на фасад». В первом пункте выводов отчета значится подсчитанный по какой-то секретной методике энергосберегающий эффект в 17%, а в последнем (п.3.5.) — констатируется факт, что методология подобных испытаний этой лаборатории не известна, в частности: «необходимо разработать и утвердить вначале на региональном уровне методы испытаний покрытия «Термошилд» по оценке его энергоэффективности»?.. В этом же отчете авторы отмечают, что оценка теплопроводности по ГОСТ 26254 прибором ПИТ-2 не выявляет теплоизоляционных свойств испытываемой термокраски. Очень забавно выглядит оценка тепловых потоков в представленных протоколах испытаний:
1) лист полиуретана 50 мм — получены значения от 16,02 до 24,89 (обратите внимание: погрешность измерения 55%);
2) лист полиуретана 50 мм с покрытием термокраской — от 17,08 до 19,81 (погрешность измерения 16%).
Вывод лаборатории: «Средний уровень тепловых потоков через образец без покрытия — 19,21, а с покрытием термокраской — 18,53, соответственно, имеет место эффект снижения теплопотерь на 4%». Это при погрешности измерений в 55%?!
На часто повторяемый всеми продавцами ЖКП аргумент, что существующие инженерно-технические модели не применимы к их материалам, приведем лишь неоспоримую истину: теплоперенос осуществляется через теплопроводность, конвекцию и излучение. Эти три универсальных механизма работают как внутри самого пористого теплоизолятора, так и в примыкающем к поверхности слое воздуха, но они существенны в разной степени. Аккредитованные лаборатории пользуются методологией, основанной именно на этом утверждении фундаментальной физики. Существующие официально принятые методологии описаны в ГОСТ 26254-84 «Здания и сооружения. Методы определения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций», а также в разработанном Всемирной организацией по нормированию стандарте DIN ISO 6946 «Сопротивление теплопроводности элементов здания/коэффициент теплопроводности».
Так что все эти фокусы для дилетантов не убедительны для людей, владеющих знаниями законов физики хотя бы в рамках курса технического вуза.
Зарубежные исследования аналогов ЖКП
Германия. НИИ по исследованию материалов, лаборатория по испытанию материалов для строительства в Лейпциге (2000 г.):
«В рамках проведенных исследований при нанесении покрытия наружной стены (k = 1,0 W/(m2⋅K)) продуктом Thermo-Shield Еxterieur не удалось подтвердить сколько-нибудь заметной экономии энергии, необходимой для отопления здания, по сравнению с характеристиками аналогичной необработанной наружной стены. Для неустановившегося случая (включая ливневую нагрузку) удалось рассчитать экономию энергии для отопления, выраженную лишь значением в 2%. Привлеченная же для сравнения конструкция WDVS (пенополистирол 80 мм) показала, в отличие от необработанной наружной стены, экономию энергии для отопления в 55% в стационарном, установившемся случае и 46% для нестационарного случая».
Для проверки эффективности теплоизоляционного материала «Термошилд-Экстерьер» в университете Ганновера была проведена научная работа по исследованию его термических свойств. В ходе этого исследования какого-либо существенного термоизолирующего эффекта от нанесения этого покрытия на поверхность испытуемых образцов выявлено не было.
После того как компетентное отраслевое объединение «Теплоизоляционные единые системы» подало в суд на местного лицензиата ЖКП продуктов и юридически одержало победу, продавцы этих «чудо-продуктов» перебрались в Швейцарию.
Латвия. Эксперимент по утеплению одного панельного дома (по ул. Иерикю, 44, Рига) вызвал такой резонанс, что даже министр экономики Латвии Артис Кампарс обратился к населению с призывом не доверять сомнительным предложениям по утеплению многоквартирных домов (2009 г.). Как показали результаты проверки, проведенной Рижским агентством энергетики (РАЭ), после реновации здания затраты на отопление не изменились даже в пределах 10%.
США. Американская Федеральная торговая комиссия, являясь официальным регулятором местного рынка, опубликовала официальное заявление, что на их местном рынке работали жулики, нагло обманывавшие американского потребителя, рекламируя чудо-термоизоляцию, наполненную полыми стеклянными микросферами.
Объекты и опыт применения: адреса, пароли, явки…
С ловкостью карточных шулеров продавцы ЖКП манипулируют примерами эффективного применения своих материалов. Например, на официальном сайте компании «Научный центр. Сибирская энергосберегающая компания» (г. Красноярск), реализующего материал TSM-Ceramic, целая фотогалерея утепленных по чудо-технологии объектов: фрагменты труб, кусочки цоколей, какой-то печально возвышающийся панельный дом в Кемерово в четырех ракурсах (?), покрашенные изнутри офисы, квартиры, гаражи и подвалы. Чем не документальное подтверждение победоносного шествия жидкокерамических красок-утеплителей по городам и весям? Вот только одно смущает — Союз строителей Красноярского края ничего об этом не знает. Цитата из письма Союза строителей Красноярского края: «На ваш (Ассоциации АНФАС) запрос … сообщаем следующее:
1. Применение покрытия TSM Ceramic в качестве наружного утепления на объектах г. Красноярска имело место на единичных объектах и носило фрагментарный характер (изоляция колонн, металлоконструкций, внутреннее утепление).
2. Адреса конкретных строительных объектов, утепленных с применением данного материала, Союзу строителей Красноярского края не известны.
3. Ведущий проектный институт «Красноярскгражданпроект» никаких работ по проектированию зданий с применением подобных красок в качестве теплоизолирующего слоя не вел.
В связи с вышеизложенным дать какую-либо справку об эксплуатационных и энергосберегающих характеристиках краски TSM Ceramic не предоставляется возможным, в связи с отсутствием у нас документального подтверждения оных».
На этом же сайте есть слоган: «TSM Ceramic — утеплит все, что можно покрасить». После просмотра фотографий хочется поправить: красим все, что нужно утеплять, получаем деньги, ждите эффекта…
Классическая теплофизика: фольга вместо шубы
Наука уже давно вдоль и поперек исследовала все процессы, происходящие при теплообмене, по крайней мере, для классических макроскопических систем, какими, собственно, и являются стены и кровли наших домов. Радиационную составляющую теплообмена никто и никогда со счетов не сбрасывал, во всех уравнениях действующих строительных нормативов она обязательно учитывается, измерить и вычислить такие параметры для специалиста труда не составит. Видимо, поэтому зимой в России народ, несмотря на то, что живет в высокотехнологичном XXI век, по старинке носит шубы, а не заворачивается в фольгу.
Что касается «очень высокой отражающей способности», то, действительно, у этих материалов она очень высокая. Но только для солнечной радиации. Именно поэтому они эффективны как защита от прямых солнечных лучей. Любое тело с температурой, отличной от абсолютного нуля, излучает энергию в виде электромагнитных волн. Световое излучение — частный случай электромагнитного излучения. Для видимых световых лучей длина волны составляет от 0,4 до 0,8 мкм, а для тепловых (инфракрасных) лучей — от 0,8 до 800 мкм, с максимумом спектральной плотности излучения для обсуждаемых температур в районе 10 мк. И если говорить об отражающей способности применительно к тепловому излучению комнатной температуры, то она у ЖКП, как и у большинства полимерных композиций, довольно низкая. Именно поэтому в рекомендациях производителей их разрешается колеровать, когда не требуется защита от нагрева прямыми солнечными лучами. На сайте белорусского «Термошилда» упоминался измеренный в Голландии коэффициент поглощения теплового излучения 0,85 (далеко от нуля), но после некоторой дискуссии на Интернет-форумах все цифры и таблицы значений были убраны. По другим данным, коэффициент излучения «Термошилда» — 0,75 (без уточнения длины волны). Для сравнения — относительный коэффициент излучения (при температуре 0±150 0С): рубероид — 0,93, дерево — 0,7–0,9, гладкая бетонная поверхность — 0,62, оцинкованная сталь — 0,28, полированная поверхность алюминиевого сплава — 0,04. Так что кровельное железо излучает гораздо меньше. К тому же температура внешней поверхности стены обычно близка температуре внешнего воздуха, то есть уменьшение коэффициента излучения поверхности на 10% по сравнению, скажем, с рубероидом не может дать даже несколько процентов экономии тепла.
Более «дешево и сердито» можно сэкономить на лучистом теплообмене, отполировав горячую трубу до зеркального блеска или просто обернув ее фольгой. Вот только следует учесть, что зимой на такую теплоизоляцию легко налипнет снег, а после летнего ливня — грязь, и даже легкий ветерок будет способствовать сильному росту теплопотерь, сдувая пограничный слой воздуха у поверхности теплоизолированной таким образом конструкции.
Даже если допустить тот факт, что тонкое жидкокерамическое покрытие работает как сверхмощный теплоизолятор, все равно — краску начнет коробить на стене (!):
в пределах тоненького (0,7–1 мм) слоя краски будет происходить резкий скачок температур, причем с градиентом в добрый десяток градусов… Закономерен другой вопрос: насколько уникальной должна быть пластичность у этой краски, чтобы из-за подобных температурных деформаций она не потрескалась и не отвалилась.
А то что вопреки законам физики аргументация в пользу эффективности применения ЖКП для утепления крыш и фасадов зданий оказалась вполне убедительной для некоторых чиновников и, к сожалению, научных работников, видимо, объясняется уже законами другой науки — социологии.
Горючесть
О возможности применения ЖКП в качестве строительной теплоизоляции наружных ограждающих конструкций можно будет дискутировать только после прохождения этими покрытиями пожарных испытаний, причем в полном объеме и с огневой нагрузкой, соответствующей системам теплоизоляции фасадов и кровель. На данный момент пожарная безопасность данных материалов вызывает опасения, так как они имеют полимерную основу, которая горюча, а при возгорании сильно дымится и выделяет токсичные газы.
Технология
Закономерен будет вопрос к производителям некоторых ЖКП, например, TSM Ceramic, которые рекомендуют для достижения требуемого термического сопротивления 4 мм слоя краски. А сколько времени и трудозатрат потребует многократное повторение операции «нанесение — сушка» до набора необходимой толщины? Чрезвычайно низкая технологичность такого способа утепления очевидна.
Возможно, ЖКП смогут найти успешное применение в других областях промышленности, где их реальные, а не вымышленные физические свойства будут удовлетворять требованиям российских стандартов. Однако немедленное широкомасштабное применение ЖКП в качестве строительной теплоизоляции, в силу недостаточной эффективности, пожарной опасности, а также непрогнозируемой долговечности, может привести к неоправданному расходу бюджетных и прочих средств, а также личных накоплений граждан России, которые более целесообразно направить на приведение старого жилого фонда в соответствие с новыми требованиями по теплозащите.
Мизансцена. крик из толпы: «А король-то … голый».
| Автор: А. А. Матвиевский, Т. Ю. Абызова, М. Г. Александрия Дата: 28.04.2010 Журнал Стройпрофиль 3-10 Рубрика: теплоизоляционные материалы Внимание: Публикация является архивной и на текущий момент может быть не достоверной. |  |