CC BY
159
БЕЗОПАСНОСТЬ СТРОИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ.
ГЕОЭКОЛОГИЯ
УДК 502 : 691.8 П.М. Жук
ФГБОУВПО «МГСУ»
СИСТЕМА ОЦЕНКИ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
ПО ЖИЗНЕННОМУ ЦИКЛУ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ВОЛОКНИСТЫХ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Выполнена разработка единого интегрального критерия оценки волокнистых теплоизоляционных материалов, который отражает аспекты их жизненного цикла. Единая система оценки экологической безопасности позволит проводить адекватную с научной точки зрения оценку материалов теплоизоляционного назначения на всех уровнях и этапах жизненного цикла от определения конкурентного преимущества поставщиков на рынке до экологической ситуации в конкретном районе.
Ключевые слова: экологическая безопасность, неорганические волокнистые материалы, теплоизоляционные материалы, оценка жизненного цикла.
Проблемы оценки экологической безопасности любых производств встают на современном этапе особенно остро. В рамках такой оценки особую роль играют количественные критерии и рациональные выводы о мероприятиях по снижению негативных воздействий на окружающую среду. Вопрос экологической безопасности неорганических волокнистых материалов актуален, в т.ч. в связи с огромным интересом к этой группе теплоизоляционных материалов как со стороны специалистов, так и со стороны государственных органов и обычных потребителей [1, 2].
В связи с таким интересом необходима разработка методики оценки экологической безопасности неорганических волокнистых теплоизоляционных материалов на основе системного и комплексного подхода с учетом достижений ученых, представителей производства, архитекторов, строителей и тех, кто на практике эксплуатирует конструкции и здания с использованием таких материалов. Тенденции рынка однозначно указывают на необходимость повышения уровня экологических требований к теплоизоляционным материалам в целом и к рассматриваемой группе в частности [3, 4].
Очевидно, что при оценке экологической безопасности волокнистых теплоизоляционных материалов следует принимать во внимание общие принципы экологической оценки продукции, заложенные в международных стандартах ИСО серии 14000, а также в европейских стандартах. Кроме того, необходимо учитывать специфику рассматриваемой группы материалов. В частности, теплоизоляционные материалы позволяют достигать большей энергетической эффективности ограждающих конструкций. Специфичным являются некоторые санитарно-гигиенические показатели этих материалов (эмиссии волокна
118
© Жук П.М., 2013
Безопасность строительных систем. Экологические проблемы в строительстве. Геоэкология
VESTNIK
MGSU
и компонентов связующих). Помимо этого необходимо принимать во внимание климатические и экологические особенности расположения предприятий, а также существующий технологический уровень в данной отрасли промышленности.
В рамках исследования особенностей неорганических волокнистых теплоизоляционных материалов следует обращать внимание на эмиссионную активность материалов как на стадии их производства, так и для уже готовой продукции. При этом отслеживают эмиссии волокна и токсичных компонентов связующего. Важно увязать эти параметры безопасности с характеристиками качества теплоизоляционного материала. Исследования показали, что по сравнению с готовой продукцией не менее важно оценивать эмиссии в местах ее производства. При этом следует учитывать вклад заводов по производству минеральной ваты в общее загрязнение компонентов среды по определенным параметрам (веществам).
Исследование проблем экологической безопасности по жизненному циклу волокнистых теплоизоляционных материалов включает анализ воздействий на окружающую среду по жизненному циклу. При этом необходимо учитывать доступность и качество сырья, особенности технологии производства, эксплуатации и возможной утилизации материалов, руководствуясь критериями воздействия как на глобальном уровне (например, парниковый эффект, разрушение озонового слоя), так и на локальном уровне (значительные воздействия на конкретные биогеоценозы).
Методика оценки экологической безопасности волокнистых теплоизоляционных материалов должна предусматривать системный подход. Например, в Российской Федерации имеется уникальное сырье, которое практически не требует подшихтовки [5], с другой стороны в ряде регионов могут возникать проблемы с сырьем для заводов по производству каменной ваты. Следует учитывать социальный и экономический эффекты производств неорганических волокнистых теплоизоляционных материалов (рабочие места в экономике региона, удобство поставки сырья для потребителей и т.д.). Оценивать размещение производства необходимо и с точки зрения градостроительства. При оценке самого производственного предприятия следует учитывать критерии, заложенные в системах экологической сертификации зданий и оценки устойчивого строительства типа LEED (США), BREEAM (Великобритания), DGNB (Германия), HQE (Франция), «Зеленые стандарты» (Россия) и т.п. Однако для производства важно соблюдение и требований стандартов ИСО серии 14000 по системе качества окружающей среды. Кроме того, практика показывает, что любая система должна быть адаптирована под условия конкретной отрасли промышленности и региона. Вопросы логистики готовой продукции так же входят в оценку. Важными являются качество монтажа, корректность и продолжительность эксплуатации теплоизоляционных материалов, а также возможность и простота процесса утилизации рассматриваемых материалов. При исследовании этапа эксплуатации важно рассматривать варианты конструктивных решений ограждающих конструкций.
Возможна разработка единого интегрального критерия оценки волокнистых теплоизоляционных материалов, который будет отражать большое коли-
чество аспектов их жизненного цикла. При разработке такого критерия придется использовать как расчетные, так и экспертные методы оценки. В частности, в качестве методической базы могут использоваться методы из теории рисков (методы Элмери, Файн-Кинни и др.), важную роль играют методы квалиме-трии (например, построение диаграмм Шухарта). Кроме того, имеются уже зарекомендовавшие себя для оценки строительных материалов методы построения сетки параметров, экологических сит, экологического следа, рюкзаков с воздействиями на окружающую среду и т.д.
Одним из важнейших показателей, показывающих эффективность источников энергии, является предложенный Чарльзом Холлом (Charles A.S. Hall), из Колледжа экологии и лесоведения Университета штата Нью-Йорк, коэффициент «отдача энергии на затрату энергии» (energy return on investment—EROI) [6]. Этот показатель для источников энергии желателен выше, поскольку тогда при одинаковых затратах на ее добычу будет больше ее отдача. К недостаткам метода сравнения с помощью коэффициента специалисты относят эффекты от выбросов диоксида углерода, а также фактор непостоянства альтернативных источников энергии [7].
Предлагается использовать подобный показатель и для характеристики тех материалов, которые позволяют экономить значительное количество энергии за счет своей работы в ограждающих конструкциях. В этом случае показатель выглядит следующим образом: удельное количество сохраненной энергии, приведенное к кубическому метру материала, делят на количество энергии, затраченной по всему жизненному циклу этого материала, так же приведенное к кубическому метру. При расчете первого показателя следует учитывать в каком виде и для какого типа конструкций применяется теплоизоляционный материал, а также климатические параметры рассматриваемого года. Например, снижение потерь тепла при изоляции чердака составляет 3.. .7 %, а при изоляции внешних стен от 9 до 13 %. При расчете энергозатрат по жизненному циклу важен корректный расчет срока службы, который также в значительной степени зависит от конструкции (например, отличается для вентилируемых фасадов и сэндвич-панелей). Для учета выбросов парниковых газов предлагается рассчитывать снижение эмиссии за счет уменьшения энергозатрат отнести к количеству выбросов СО2 по всему жизненному циклу. Альтернативный вариант расчета снижения эмиссий парниковых газов за счет снижения энергозатрат связан с вычислением отношения сохраненной за счет теплоизоляции энергии к количеству энергии, которое может потребоваться для утилизации СО2. Поскольку технологии утилизации парниковых газов пока недостаточно развиты, то последний коэффициент получается довольно низким для большинства материалов. Расчеты показывают, что 1 м3 теплоизоляционного материала из неорганических волокон позволяет в год экономить от 1,4 до 1,6 т условного топлива.
Единая система оценки экологической безопасности позволит проводить адекватную с научной точки зрения оценку материалов теплоизоляционного назначения на всех уровнях и этапах жизненного цикла от определения конкурентного преимущества поставщиков на рынке до экологической ситуации в конкретном районе.
Безопасность строительных систем. Экологические проблемы в строительстве. Геоэкология
VESTNIK
MGSU
Библиографический список
1. Buschmann R. Umweltverträglichkeit von Gebäudedämmstoffen: Schleswig-Holstein, Ministerium für Umwelt, Natur und Forsten. Kiel, 2003.
2. Luenser H. Auswahl und Bewertung von Dämmstoffen. Wirtschaftsministerium Baden-Württemberg, Referat 64, Stuttgart.
3. Овчаренко Е.Г. Тенденции в развитии производства утеплителей в России // Уралстройинфо. М., 2002. Режим доступа: www.uralstroyinfo.ru. Дата обращения: 31.08.13.
4. Румянцев Б.М., Жуков А.Д. Принципы создания новых строительных материалов // Интернет-вестник ВолгГАСУ Сер.: Политематическая. 2012. Вып. 3 (23). Режим доступа: http://www.vestnik.vgasu.ru.
5. Буянтуев С.Л., Дамдинова Д.Р., Сультимова В.Д. Технология получения эффективной базальтовой теплоизоляции с помощью низкотемпературной плазмы // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2006. № 12. С. 30—31.
6. Hall C.A. Introduction to Special Issue on New Studies in EROI (Energy Return on Investment). Sustainability 2011, 3 (10), pp. 1773—1777. Режим доступа: www.mdpi. com/2071-1050/3/10/1773.
7. Инмен М. Истинная цена ископаемого топлива / пер. И.Е. Сацевич // В мире науки. 2013. № 6. С. 68—71.
Поступила в редакцию в ноябре 2013 г.
Об авторе: Жук Петр Михайлович — кандидат технических наук, доцент кафедры инженерной геологии и геоэкологии, Московский государственный строительный университет (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, peter_05@bk.ru.
Для цитирования: Жук П.М. Система оценки экологической безопасности по жизненному циклу неорганических волокнистых теплоизоляционных материалов // Вестник МГСУ 2013. № 12. С. 118—122.
P.M. Zhuk
EVALUATION SYSTEM OF ECOLOGICAL SAFETY ON LIFE CYCLE OF INORGANIC FIBROUS HEAT-INSULATING MATERIALS
In the article the author develops uniform integrated criterion of fibrous heat-insulating materials assessment, which reflects all the aspects of their life cycle. When developing such criterion both computational and expert methods of assessment are used. The uniform ecological safety assessment system will allow to carry out assessment of materials of heat-insulating application adequately beginning with the scientific point of view at all levels and stages of the life cycle from specifying competitive strength of the uppliers in the market and to an ecological situation in the given area.
When developing the uniform criterion the author uses the approach offered by Charles A.S. Hall (State University of New York) for efficiency assessment of fuel production (energy return on investment — EROI). The offered criterion provides the analysis of thermal energy quantity, which allows to keep a heat-insulating material throughout the year, the energy referred to expenses on life cycle of a considered heater. As a methodical base for calculations the methods of the theory of risks can be used (Elmeri, Fine-Kinney methods, etc.), an important role is played by quality management methods (for example, creation of charts of Walter Andrew Shewhart). Besides, there already exist acknowledged methods of building materials assessment: methods of parameters grid generation, ecological sieves, ecological trace, backpacks with impacts on environment, etc. The most important factor of the analysis of an offered indicator is discounting
BECTHMK 12/2013
12/2013
of the indicators connected with economy or expenses of energy resources as it allows to increase objectivity of an assessment. Besides, the article offers the way of analyzing emissions of greenhouse gases throughout life cycle of heat-insulating materials. In particular, it is offered to count the decrease of greenhouse gases emissions by reducing energy consumption taking account for the number of emissions of CO2 on the whole life cycle.
Key words: ecological safety, inorganic fibrous heat-insulating materials, life cycle assessment.
References
1. Buschmann R. Umweltverträglichkeit von Gebäudedämmstoffen. Schleswig-Holstein, Ministerium für Umwelt, Natur und Forsten, Kiel, 2003.
2. Luenser H. Auswahl und Bewertung von Dämmstoffen. Wirtschaftsministerium BadenWürttemberg, Referat 64, Stuttgart.
3. Ovcharenko E.G. Tendentsii v razvitii proizvodstva utepliteley v Rossii [Tendencies of the Development of Heaters Production in Russia], Uralstroyinfo Publ., Moscow, 2002. Available at: www.uralstroyinfo.ru. Date of access: 31.08.13.
4. Rumyantsev B.M., Zhukov A.D. Printsipy sozdaniya novykh stroitel'nykh materialov [Principles New Building Materials Development] Internet-vestnik VolgGASU, Seriya Poli-tematicheskaya [Internet Bulletin of Volgograd State University of Architecture and Civil Engineering. Series: Polythematic]. 2012, vol. 3 (23). Available at: http://www.vestnik.vgasu.ru.
5. Buyantuev S.L., Damdinova D.R., Sul'timova V.D. Tekhnologiya polucheniya effek-tivnoy bazal'tovoy teploizolyatsii s pomoshch'yu nizkotemperaturnoy plazmy [Technology of Producing Effective Basalt Thermal Insulation by Means of Low-temperature Plasma]. Stroitel'nye materialy, oborudovanie, tekhnologii XXI veka [Construction Materials, Equipment, Technologies of the 21st Century]. 2006, no. 12, pp. 30—31.
6. Hall C.A. Introduction to Special Issue on New Studies in EROI (Energy Return on Investment). Sustainability 2011, 3 (10), pp. 1773—1777. Available at: www.mdpi.com/2071-1050/3/10/1773.
7. Inmen M. Istinnaya tsena iskopaemogo topliva [True Price of Fossil Fuel]. V mire nauki [The World of Science]. I.E. Satsevich, Translator. 2013, no. 6, pp. 68—71.
About the author: Zhuk Petr Mikhaylovich — Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Department of Engineering Geology and Geoecology, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; peter_05@bk.ru.
For citation: Zhuk P.M. Sistema otsenki ekologicheskoy bezopasnosti po zhiznennomu tsiklu neorganicheskikh voloknistykh teploizolyatsionnykh materialov [Evaluation System of Ecological Safety on Life Cycle of Inorganic Fibrous Heat-Insulting Materials]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2013, no. 11, pp. 118—122.
