Экономическая эффективность использования новых теплоизоляционных материалов в холодных регионах

Тепловая защита инженерных сооружений является важной проблемой для современного строительства в криолитозоне. Целью работы являлось получение критерия экономической целесообразности использования новых теплоизоляционных материалов вместо традиционно используемых материалов для тепловой защиты инженерных объектов. Рассмотрено два случая: полной замены одного материала другим и комбинированного использования традиционного и нового теплоизоляционного материалов. В качестве критерия использовано отношение затрат на материалы для достижения нормативного термического сопротивления всей теплоизоляционной конструкции. Получены новые показатели связи между экономическими и теплофизическими характеристиками материалов, в частности, между удельной стоимостью теплоизоляционных материалов (стоимость единицы объема) и их коэффициентом теплопроводности. Для общности анализа введены новые показатели: ценовой симплекс; тепловой симплекс; симплекс термического сопротивления. Установлено, что, с экономической точки зрения, использование новых материалов вместо традиционных будет оправдано в том случае, когда отношение стоимостей нового и традиционного материала не будет превышать обратной величины отношения их коэффициентов теплопроводности (т. е. при условии, что ценовой симплекс будет ниже обратной величины теплового симплекса). Приведены конкретные примеры применения разработанной методики при оценке целесообразности использования тонкопленочных теплоизоляционных материалов вместо минеральной ваты для достижения равного теплозащитного эффекта. Показано, что при существующей стоимости тонкопленочных материалов их использование обойдется в десятки раз дороже традиционной тепловой защиты с помощью минеральной ваты даже при существенном снижении ее термического сопротивления за счет увлажнения в период эксплуатации. Результаты вариантных расчетов позволяют наглядно убедиться в установленной новой закономерности связи экономических и теплофизических характеристик теплоизоляционных материалов.

1. Ковлеков И.И., Дмитриев А.А. Обоснование и расчет теплоизоляции для подготовки вскрышных пород к выемке при разработке россыпного месторождения золота. Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2013;(8):368–372.

2. Дугарцыренов А.В., Бельченко Е.Л. Параметры теплоизоляции при промерзании грунтов на допустимую глубину. Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2009;(6):44–47.

3. Дугарцыренов А.В., Бельченко Е.Л. О теплоизоляции складов-отвалов при разработке россыпных месторождений. Горный информационно-аналитический бюллетень (научнотехнический журнал). 2009;(2):129–133.

4. Galkin A.F. Calculation of parameters of cryolithic zone mine openings thermal protection coating. Metallurgical and Mining Industry. 2015;(8):64–69.

5. Галкин А.Ф., Наумов А.А. Исследование области эффективного использования легких бетонов в подземных рудниках Севера в криолитозоне. Горный журнал. 2014;(4): 99–101.

6. Галкин А.Ф. Эффективность применения теплоизоляции в подземных сооружениях криолитозоны. Энергобезопасность и энергосбережение. 2021;(4):18–21. https://doi.org/10.18635/2071-2219-2021-4-18-21

7. Бессонов И.В., Жуков А.Д., Боброва Е.Ю. и др. Анализ конструктивных решений в зависимости от типа изоляционных материалов в дорожных покрытиях в многолетнемерзлых грунтах. Транспортное строительство. 2022;(1): 14–17.

8. Бессонов И.В., Боброва Е.Ю., Агафонова Н.З. и др. Проектные решения и моделирование температурных полей в системах теплоизоляции в основаниях автомобильных дорог в многолетнемерзлых грунтах. Транспортное строительство. 2022;(3):32–34.

9. Ильичев В.А., Никифорова Н.С., Коннов А.В. Перспективы использования изделий из пеностекла в основании зданий и сооружений на многолетнемерзлых грунтах. Жилищное строительство. 2024;(9):36–41. https://doi.org/10.31659/0044-4472-2024-9-36-41

10. Ярцев В.П., Иванов Д.В., Андрианов К.А. Прогнозирование долговечности экструзионного пенополистирола в дорожных конструкциях. Научный вестник ВГАСУ. Строительство и архитектура. 2010;19(3):99–104.

11. Галкин А.Ф., Курта И.В., Панков В.Ю. Использование горелых пород при подземной прокладке кабельных линий связи в криолитозоне. Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2020;331(12):131– 137. https://doi.org/10.18799/24131830/2020/12/2946

12. Данилова Н.И. Современные методы утепления фасадов зданий и влияние теплоизоляции наружных стен на энергосбережение зданий. Вестник науки. 2023;4(12):1441– 1447. Режим доступа: https://www.вестник-науки.рф/article/ 12044 (дата обращения: 31.07.2025 г.)

13. Андреев М.К., Гамаюнова О.С. Утепление фасадов при реновации жилых зданий типовых серий. Инженерные исследования. 2023;12(2):19–26.

14. Логинова Н.А., Прищепов А.Ф. Характеристики применяемых и перспективных теплоизоляционных материалов и покрытий для систем теплоснабжения. Энергосбережение и водоподготовка. 2012;80(6):20–21.

15. Буланович В.Ф. Новая технология энергосберегающей гидротеплоизоляции трубопроводов. Практика противокоррозионной защиты. 2021;26(4):42–44. https://doi.org/10.31615/j.corros.prot.2021.102.4-4

16. Макарчук Г.В., Саркисов С.В., Мележик А.О. К вопросу о выборе современных теплоизоляционных материалов. В кн.: Коновалов В.Б. (ред.) Актуальные научные проблемы военных исследований: Сборник научных трудов. СПб.: Изд-во Политехнического университета; 2019. С. 336–343.

17. Бегич Я.Э., Турнаев Е.Е., Еникеев А.И. Эксплуатационные свойства штукатурных фасадов с теплоизоляционным слоем из минеральной ваты и экструзионного пенополистирола. В кн.: Беляев Н.Д. (ред.) Неделя науки инженерно-строительного института – 2025: Сборник материалов Всероссийской конференции, г. Санкт-Петербург, 1–4 апреля 2025 г. Ч. 2. СПб.: ПОЛИТЕХ-ПРЕСС; 2025. С. 418–420.

18. Агапитова А.А., Ахмерова Г.М. Особенности выбора и расчета теплоизоляции воздуховодов. Строительные конструкции, здания и сооружения. 2022;1(1):22–32.

19. Галкин А.Ф., Железняк М.Н., Жирков А.Ф. Повышение тепловой устойчивости дорожных одежд в криолитозоне. Строительные материалы. 2021;(7):26–31. https://doi.org/10.31659/0585-430X-2021-793-7-26-31

20. Панченко Ю.Ф., Зимакова Г.А., Панченко Д.А. Энергоэффективность использования нового теплозащитного материала для снижения теплопотребления зданий и сооружений. Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2011;33(4):97–105.

21. Исанова А.В., Кретова Е.Д., Драпалюк Д.А., Драпалюк Н.А. Анализ использования современной теплоизоляции на основе аэрогеля при проектировании энергоэффективных зданий. Инженерно-строительный вестник Прикаспия. 2023;44(2):5–11. https://doi.org/10.52684/23123702-2023-44-2-5-11

22. Ярцев В.П., Мамонтов А.А., Мамонтов С.А. Эксплуатационные свойства и долговечность теплоизоляционных материалов (минеральной ваты и пенополистирола). Кровельные и изоляционные материалы. 2013;(1):8–11.

23. Гусев Б.В., Езерский В.А., Монастырёв П.В. Теплопроводность минераловатных плит в условиях эксплуатационных воздействий. Промышленное и гражданское строительство, 2005;(1):48–49.

24. Гусев Б.В., Езерский В.А., Монастырёв П.В. Потеря массы минераловатных плит в условиях эксплуатационных воздействий. Кровельные и изоляционные материалы, 2005;(2):48–49.

25. Рыженков В.А., Прищепов А.Ф., Логинова Н.А., Кондратьев А.П. О влиянии структурированного тонкопленочного теплоизоляционного покрытия на термическое сопротивление теплопроводов. Энергосбережение и водоподготовка. 2010;(5):58–59.

26. Бухмиров В.В., Гаськов А.К. Исследование энергетической эффективности покрытий для утепления зданий. Вестник Череповецкого государственного университета. 2015;69(8):7–11.

27. Бухмиров В.В., Гаськов А.К. Экспериментальное исследование тонкопленочных энергосберегающих покрытий на основе полых микросфер. В кн.: Современные научные достижения металлургической теплотехники и их реализация в промышленности: сборник докладов II Международной научно-практической конференции, г. Екатеринбург, 18–21 сентября 2017 г. Екатеринбург: Изд-во УрФУ; 2018. С. 37–40.

28. Панченко Ю.Ф., Зимакова Г.А., Степанов О.А., Панченко Д.А. Теплоизолирующее покрытие на основе жидкой фольги и полых микросфер. Строительные материалы. 2012;(8):83–85.

29. Георгияди В.Г., Агапов А.А., Поверенный Ю.С. и др. Применение сверхтонкой теплоизоляции при обустройстве месторождений в районах распространения многолетнемерзлых грунтов. Нефтяное хозяйство. 2023;(1):52–57. https://doi.org/10.24887/0028-2448-2023-1-52-57

30. Ширинян В.Т. Поход жидко-керамического «супертеплоизоляционного» покрытия по тепловым сетям России. Новости теплоснабжения. 2007;(9):46–51. Режим доступа: https://www.rosteplo.ru/Tech_stat/stat_shablon.php?id=1953 (дата обращения 14.06.2025)

31. Матвиевский А.А., Абызова Т.Ю., Александрия М.Г. Жидкокерамические теплоизоляционные покрытия. Сказка о голом короле. Стройпрофиль. 2010;(3):28–30. Режим доступа: https://stroyprofile.com/archive/3983 (дата обращения 14.06.2025)

32. Половников В.Ю. Кондуктивный теплоперенос в слое тонкопленочной тепловой изоляции. Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2019;330(5):189–197. https://doi.org/10.18799/24131830/2019/5/279

33. Эффективность теплоизоляционных красок. Режим доступа: https://fibroblok.ru/info/info/effektivnost_teploizolacyonnyh_krasok#!/back (дата обращения 14.06.2025)

34. Галкин А.Ф., Железняк М.Н., Жирков А.Ф. Критерий выбора строительных материалов для теплоизоляционных слоев дорожных одежд и оснований. Успехи современного естествознания. 2022;(8):108–113. https://doi.org/10.17513/use.37875

35. Galkin A.F., Zheleznyak M.N., Zhirkov A.F. Increasing thermal stability of the roads in cryolithic zone. Transportation Research Procedia. 2022;63:412–419. https://doi.org/10.1016/j.trpro.2022.06.029

36. Дульнев Г.Н., Заричняк Ю.П. Теплопроводность смесей и композиционных материалов. Л.: Энергия; 1974. 264 с.

37. Lichtenecker K. Zur Widerstands berech ung misch kristall freier Legier ungen. Physikalische Zeitschrift. Bd.30. 1929;22:805–810.