1 Введение

Система навесных вентилируемых фасадов известна давно и в настоящее время широко применяется при строительстве новых и реконструкции существующих зданий различного назначения. Успешное внедрение и развитие этих систем в России было обусловлено высокими эксплуатационными характеристиками, присущими данному типу строительных конструкций, а также повышением энергоэффективности зданий и повышенными требованиями к комфорту и качеству жизни [1]. По итогам 2017 года общее количество тендеров на вентилируемые фасады составило 16% от общей суммы заявок на строительство и капитальный ремонт, а площадь фасадов, утепленных с помощью систем вентилируемых навесных фасадов, составила около 20 млн кв. метров.

Вентилируемый фасад представляет собой многослойную ограждающую конструкцию, внутри которой предусмотрен воздушный зазор между теплоизоляцией и наружным декоративно-защитным слоем. Воздух, свободно циркулирующий внутри зазора, способствует проветриванию внутренних слоев системы и выведению влаги, накопившейся в процессе эксплуатации, тем самым обеспечивая оптимальный баланс влаги внутри конструкции, что значительно увеличивает срок службы строительных конструкций и сохраняет их тепловые свойства и технические характеристики [2].

2 Особенности монтажа теплоизоляции

Плиты минеральной ваты используются в качестве теплоизоляционного слоя в системах навесных вентилируемых фасадов, так как идеально подходят для этой системы. Утеплитель из минеральной ваты обладает низкой теплопроводностью, устойчивостью к перепадам температур и высокой паропроницаемостью, что позволяет полностью раскрыть потенциал вентилируемого воздушного зазора. Также характерными особенностями минеральной ваты являются негорючесть и способность плотно прилегать к утепляемой поверхности и элементам подсистемы, что является обязательным требованием к теплоизоляции в данном классе фасадных конструкций. Из минусов можно добавить только то, что в открытом состоянии не экологична и не способна ограничить проникновение ветра в глубь теплоизоляционного слоя.

Как показывает практика, проблемы, связанные с эксплуатацией вентилируемых фасадных систем, могут быть вызваны как ошибками при проектировании и подборе компонентов, так и при монтаже системы [3]. Качество монтажа навесной вентилируемой фасадной системы влияет на теплопотери стен здания в целом. Наиболее значимой проблемой при монтаже элементов вентилируемого фасада является монтаж теплоизоляционного слоя. Неправильно установленный утеплитель может свести эффект от установки вентилируемого фасада к нулю, ведь, в первую очередь, это решение представляет собой систему теплоизоляции, защищающую несущие конструкции от негативного воздействия окружающей среды, и только потом рассматривается как способ выполнения проектно-архитектурных задач. Хотя ветрозащитная мембрана и нивелирует теплопотери от неправильного монтажа. Теплоизоляционные плиты следует укладывать вплотную друг к другу. Только тогда достигается максимальный эффект от теплоизоляционного слоя. Все зазоры между плитами будут мостиками холода, снижающими термическое сопротивление всей ограждающей конструкции, так как постоянно циркулирующий в воздушной прослойке холодный воздух способствует отдаче тепла через стыки теплоизоляционных плит [4]. С учетом того, что общая длина таких стыков на фасаде довольно значительна, это окажет огромное негативное влияние на эффективность утепления.Негорючую мембрану нужно устанавливать в плотную к утеплителю, не допуская образования пузырей. Мембрану нужно подворачивать за утеплитель в торцах утеплителя по цоколю и вокруг оконных проёмов – это обеспечит воздохнепроницаемость теплоизоляционного слоя.

К сожалению, качеству монтажа изоляции не всегда уделяется должное внимание, в результате монтаж происходит со значительными нарушениями (рис. 1). Допустимая величина незаполненного шва 2 мм [5]. В реальности добиться необходимой ширины зазора между плитами просто невозможно, так как иногда требуется утепление неровных поверхностей и добиться требуемого качества стыков невозможно. В навесных фасадных системах может применяться однослойная или двухслойная схема теплоизоляции. В связи с этим в России рекомендуется использовать двухслойную схему утепления с применением ветрозащитной мембраны, когда плиты наружного слоя перекрывают стыки внутреннего, что позволяет избежать образования мостов холода, вызванных зазорами между плитами утеплителя [6]. К сожалению, пытаясь сэкономить, некоторые заказчики выбирают однослойную схему утепления, так как считается, что она несколько дешевле по сравнению с двухслойной, ввиду меньшего объема работ. Но насколько оправдана эта экономия?

Рис. 1. Примеры низкого качества монтажа изоляции в навесном вентилируемом фасаде (зазоры между теплоизоляционными плитами от 5 до 15 мм).

3 Модель и методика расчета

Авторами статьи проведены исследования влияния различных схем утепления (однослойной и двухслойной) и зазоров между теплоизоляционными плитами на значения приведенного сопротивления теплопередаче и коэффициента равномерности показателей теплопередачи навесных фасадных систем с воздушным зазором методом двумерных температурных полей. Расчеты проводились в соответствии с требованиями европейских стандартов [7].

В качестве основания фасадных систем выбраны: монолитный железобетон толщиной 160 мм или кладка из газобетонных блоков D500 толщиной 300 мм с цементно-песчаной штукатуркой толщиной 20 мм с внутренней стороны. Для однослойной теплоизоляции использовалась минеральная вата толщиной 120 мм. При двухслойном утеплении рассматривались два варианта: верхний слой – Утеплитель (плотность 70 кг/м³) 30 мм, нижний – Утеплитель (плотность 30 кг/м³) 90 мм или верхний слой – Утеплитель (Плотность 70 кг/м³) 50 мм, нижний – Утеплитель (плотность 30 кг/м³) 70 мм. Коэффициенты теплоотдачи материалов приведены в таблице 1. Расчетные температуры наружного и внутреннего воздуха принимаются: t _нар. = –25 ^° С и t _вн. = +20 ^ᵒ С. Сопротивление теплоотдаче наружной поверхности стен R _se, а также сопротивление теплопередаче внутренней поверхности стен, перекрытий R _si был принят равным 0,13 [7].

Таблица 1. Коэффициент теплопередачи используемых материалов

При расчетах по DIN EN ISO 6946 теплоотдача наружной и внутренней поверхностей принимается в зависимости от типа вентилируемого слоя между стеной и фасадом. В настоящем стандарте рассматриваются три типа этих зазоров (таблица 2).

Таблица 2. Воздушные зазоры.

Воздушный зазор считается закрытым, если площадь сообщающихся с наружным воздухом отверстий составляет менее 500 мм² на 1 погонный метр длины (в горизонтальном направлении) вертикальной конструкции (для вертикальных воздушных слоев). Воздушный зазор считается слабовентилируемым, если площадь проемов, сообщающихся с наружным воздухом, находится в пределах 500 - 1500 мм² на 1 погонный метр длины (в горизонтальном направлении) вертикальной конструкции (для вертикальных воздушных зазоров) или на 1 м² горизонтальной конструкции (для горизонтальных воздушных зазоров). Воздушный зазор считается сильно вентилируемой прослойкой, если площадь сообщающихся с наружным воздухом отверстий превышает 1500 мм² на 1 погонный метр длины вертикальной конструкции или на 1 м² площади горизонтальной конструкции.

Таблица 3. Результаты расчетов в соответствии с DIN EN ISO 6946.

Для того что бы упростить расчеты, негорючую мембрану в расчет принимать не будем. При размере плит утепляющего слоя 1000х600 мм площадь расчетного фрагмента составляет 0,6 м², при этом длина зазора в расчетном фрагменте составляет 1,6 м. При увеличении площади расчетного фрагмента до 1 м² получаем зазор длиной 2,67 м. Таким образом, площадь отверстий, сообщающихся с наружным воздухом, составляет S = 2670 ∙ 2 = 5340 мм². Для эксперимента взята фасадная система с сильно вентилируемой воздушной прослойкой, поэтому согласно DIN EN ISO 6946: R_se= R_si=0,13 (м² ∙ K)/Вт. Для всех видов утепления считается следующая ширина зазоров между теплоизоляционными плитами: 2, 4 и 8 мм, где 2 мм — максимально допустимый зазор между плитами [5], а значения 4 и 8 мм берут для оценки влияния увеличенного зазора на сопротивление теплопередаче.

4 Результаты и их разбор

Расчеты показали, что для однослойной изоляции даже минимально допустимый зазор 2 мм приводит к значительному снижению величины сопротивления теплопередаче, тогда как двухслойная схема теплоизоляции остается эффективной (табл. 3).

Аналогичные расчеты проводились по российским стандартам [8-11]. Результаты моделирования по российской и европейской методикам идентичны, что повышает уровень достоверности полученных результатов.

Таблица 4. Иллюстрации расчетов.

По полученным данным наиболее эффективным вариантом утепления является двухслойное решение Верх Paroc WAS35 30 мм, низ Paroc WAS120 90 мм. Это объясняется тем, что зазоры, образованные краями плит утеплителя нижнего слоя толщиной 90 мм, перекрываются верхним 30-мм ветрозащитным слоем и становятся замкнутой воздушной прослойкой с низкой теплопроводностью (коэффициент теплопроводности воздушного зазора зависит от ширины зазора). В этом случае нижний слой имеет максимальную толщину и минимальное воздействие наружного воздуха в изоляционные зазоры.

По результатам расчетов в соответствии с DIN EN ISO 6946 приведем несколько иллюстраций расчетов (табл. 4). Все расчеты двумерных полей температуры выполнены в пакете программ HEAT2.

5 Выводы

Проведенные расчеты позволяют сделать однозначный вывод о неэффективности однослойной теплоизоляции в навесных вентилируемых фасадных системах. Даже при минимально допустимой ширине шва 2 мм снижение величины сопротивления теплопередаче фрагмента фасада на железобетонном основании может достигать 52-55 %. Для достижения максимального эффекта утепления не должно быть никаких зазоров. При однослойной схеме теплоизоляции уменьшить негативное влияние зазоров можно только одним способом – применением ветрогидрозащитной мембраны.

При этом двухслойная система теплоизоляции показывает более хорошие результаты чем однослойная, но она также крайне подвержена негативным процессам, особенно в угловых зонах, на верхних этажах, вокруг оконных проемов и у кронштейнов. Оптимальным для использования в условиях российской действительности является двухслойное утепление совместно с негорючей мембраной.

Использованная литература

1.       Е. Мацейко. Вентилируемые фасады: «за» или «против»? Construction.ru/Российский интернет-журнал (2014)

2.       Я. Федяков. Краткий анализ плюсов и минусов «мокрых» и навесных вентилируемых фасадов. Фасады Россия/Интернет-журнал Фасадный рынок. Доступно на «//fasad- rus.ru/kratkii-analiz-plyusov-i-minusov-article_376.html» (2018)

3.       Особенности вентилируемых фасадов и их монтаж. ГРАНД:Фасадные системы. Доступно на «//fsgrand.ru/2016/02/15/» (2016)

4.       Я. Мальцева, А. Елохов, К.Ткачук, К. Мальцева, ЭДП наук, 146 , 03002 (2018)

5.       СТО НОСТРОЙ 2.14.67-2012. Облицовочная фасадная система с воздушной прослойкой. Монтаж работает. Общие требования к производству и контролю работ (2013)

6.       А.А. Верховский, Н.П. Умнякова. Особенности применения наружных ограждающих конструкций в холодных климатических условиях Budownictwo o Zoptymalizowanym Potensjale Energetycznym, 2 (20) , 129-134 (2017)

7.       DIN EN ISO 6946:2007 Строительные компоненты и строительные элементы. Термическое сопротивление и коэффициент теплопередачи. Метод расчета; Немецкая версия EN ISO 6946:2007 (2007)

8.       СП 50.13330.2012. Свод правил. Тепловые характеристики зданий (2012)

9.       СП 230.1325800.2015 Свод правил. Характеристики ограждающих конструкций зданий по теплопроводным включениям (2015 г.)

10.    ГОСТ р 57356-2016/РУ ИСО 6946:2007, Строительные компоненты и строительные элементы — Тепловое сопротивление и коэффициент теплопередачи — Метод расчета, IDT (2017)

11.    СП 50.13330.2012. Свод правил. Строительная климатология (2012)