Повышение энергоэффективности зданий путём применения ветро-гидрозащитных мембран в конструкциях навесных вентилируемых фасадов

Повышение энергоэффективности зданий путём применения ветро-гидрозащитных мембран в конструкциях навесных вентилируемых фасадов

С момента активного внедрения ветро-гидрозащитных мембран (ВГЗМ) в конструкциях навесных вентилируемых фасадов (НВФ) не утихает спор о целесообразности использования данного типа материала. Применение мембран обусловлено в первую очередь необходимостью защиты утеплителя от проявления внешних климатических воздействий (циркуляции воздушных масс, изменения температурного и влажностного режима, интенсивности УФ-излучения и т.п.) в системах НВФ, что напрямую влияет на степень энергоэффективности зданий.

Существуют разные точки зрения на этот вопрос. Например, согласно американским исследованиям использование ВГЗМ позволяет сэкономить от 20 до 50 % тепла жилых помещений в условиях умеренного климата. Так, в докладе 6-й отраслевой конференции “Buildings Conference”, посвященной инновационным технологиям в области строительства зданий и сооружений был представлен анализ результатов сравнительных экспериментов в климатической камере по воздействию воздушного потока на стекловолоконный утеплитель в системах с использованием и без использования ВГЗМ [1]. Для наглядности результаты данного анализа были представлены в виде графика зависимости величины сопротивления теплопередаче от скорости ветрового потока (Рис. 1).

Рис. 1 Зависимость величины сопротивления теплопередаче от скорости ветрового потока

Анализируя данную зависимость можно сделать вывод о том, что в системе без использования мембраны при скорости ветра более 3 м/с теплоизоляционный материал сохраняет менее 50 % своего расчётного сопротивления теплопередаче. Несмотря на это, в нашей стране появилось мнение, что утеплитель повышенной плотности (не менее 80 кг/м³) не нуждается в защите от ветра, так как он не промокает, не пропускает воздух и не имеет значительных потерь по массе и плотности в результате процесса эмиссии волокна [2]. Это мнение основано на тестировании самого утеплителя без учета испытаний всей конструкции вентилируемого фасада и не учитывает работу системы в целом [3].

Однако, ещё в 2005 году было проведено экспериментальное исследование изменения коэффициента теплопроводности образцов минераловатных плит, максимально приближенное к реальным условиям эксплуатации. В результате данного исследования было установлено, что в существующих в действительности параметрах окружающей среды, действующих на незащищённый утеплитель из минераловатных плит в системах НВФ, под воздействием повторяющихся циклов замораживания-оттаивания и циркуляции воздушных потоков, фильтрующихся через образец, теплопроводность плит плотностью 74 кг/м³ может увеличиться в 2,8 раза, а плит плотностью 156 кг/м³ - в 1,9 раза. Очевидно, что данные изменения могут привести к значительному уменьшению термического сопротивления слоя утеплителя и, как следствие, увеличению величины теплопотери здания в целом [4].

Традиционным аргументом противников применения ВГЗМ в системах НВФ является то, что наличие мембраны увеличивает коэффициент сопротивления паропроницанию теплоизоляционного слоя. Однако в докладе [5] при расчёте коэффициента диффузии водяного пара (g) были получены следующие значения:

· g = 0,24 кг/м2∙ч - для конструкции многослойной наружной стены с вентилируемой воздушной прослойкой без ВГЗМ;

· g = 0,239 кг/м²∙ч - для конструкции многослойной наружной стены с вентилируемой воздушной прослойкой с ВГЗМ. Из чего можно сделать вывод, что паропроницаемая мембрана незначительно (порядка 0,5 %) снижает диффузию водяного пара через многослойную конструкцию НВФ.

Для получения достоверных данных по рассматриваемому вопросу были проведены испытания фрагментов ограждающих конструкций (ОК) вентилируемого фасада в условиях, максимально приближенных к реальным. Эти испытания проводились в НПП РУП "СтройТехНорм" в Минске, который обладает необходимым оборудованием и квалифицированным персоналом, и имеет аккредитацию в РФ и РБ [6].

Задачей данного исследования было сравнение сопротивления теплопередаче трёх типов ОК НВФ в климатической камере при движении воздуха со скоростью 0,5-0,9 м/с:

· Тип А: утеплитель толщиной 100 мм и плотностью 14 кг/м³ с ВГЗМ.

· Тип Б: утеплитель толщиной 50 мм и плотностью 30 кг/м³, утеплитель толщиной 50 мм и плотностью 80 кг/м³ с ВГЗМ.

· Тип В: утеплитель толщиной 50 мм и плотностью 30 кг/м³, утеплитель толщиной 50 мм и плотностью 80 кг/м³ без ВГЗМ.

Данные фрагменты были установлены на стене из газосиликатных блоков толщиной 100 мм, что в совокупности образовало систему НВФ, размещённую в климатической камере при условии движении воздуха со скоростью 0,5-0,9 м/с (Рис.2).

Рис. 2 Схема фасадной системы, установленной в климатической камере

Тепло-влажностный режим, а также скорость движения воздуха в тёплом и холодном отсеках климатической камеры поддерживались автоматически.

Параметры теплого отсека: температура воздуха (+19,5 ± 1,0 ºС), относительная влажность (55,0 ± 2,5 %), скорость движения воздуха на расстоянии 100 мм от испытываемой конструкции (0,2-0,4 м/с).

Параметры холодного отсека: температура воздуха (-25,0 ± 1,0 ºС), скорость движения воздуха на расстоянии 100 мм от испытываемой конструкции (0,5-0,9 м/с).

Определение сопротивления теплопередаче фрагментов ОК проводилось в соответствии с требованиями ГОСТ 26254-84 «Здания и сооружения. Методы определения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций» (Заменён на ГОСТ Р 56623-2015 «Контроль неразрушающий. Метод определения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций») после достижения стационарного режима теплопередачи (по прошествии 20-ти суток). Для определения сопротивления теплопередаче измерялись: температуры воздуха на расстоянии 100 мм от испытываемых конструкций в холодном и теплом отсеках климатической камеры в однородных зонах, плотность тепловых потоков в центрах однородных зон, площадь однородных зон. Измерение тепловых потоков в однородных зонах проводилось в соответствии с требованиями ГОСТ 25380-82 «Здания и сооружения. Метод измерения плотности тепловых потоков, проходящих через ограждающие конструкции».

В результате проведенных исследований нужно отметить следующее показатели:

· Разница в сопротивлении теплопередаче между фрагментами с мембраной и без нее составила около 10 %, а в верхних частях образцов до 15 %.

· Разница между использованием утеплителя плотностью 14 кг/м³ с мембраной и утеплителя плотностью (80+30) кг/м³ с мембраной находилась в пределах погрешности измерений.

На Рис. 3 А представлена принципиальная схема работы системы НВФ с применением ВГЗМ, а на Рис. 3 Б поле температур в системе НВФ с применением однослойного утеплителя на основе минеральной ваты малой плотности (менее 75 кг/м³) без ВГЗМ.

Рис. 3 А Схема работы системы НВФ с применением ВГЗМ	Рис. 3 Б Поле температур в системе НВФ без применения ВГЗМ

Схема работы системы НВФ с применением ВГЗМ, изображённая на Рис. 1 А, представлена следующими конструкционными слоями:

1. Облицовочная конструкция

2. Вентилируемый воздушный зазор

3. Ветрогидрозащитная мембрана паропроницаемая мембрана

4. Теплоизоляция

5. Несущая стена

6. Декоративная штукатурка

На схеме с изображением температурного распределения в поперечной плоскости системы вентилируемого фасада видно, что отсутствие в конструкции НВФ ветро-гидрозащитной мембраны в холодный период приводит к смещению точки росы в глубь утеплителя, что в конечном итоге приводит к образованию влаги и разрушению связующего под действием сезонных колебаний температур в совокупности с ветряными потоками различного характера.

Таким образом, из всего вышесказанного можно сделать следующие выводы:

1. ВГЗМ вносят значительный вклад в теплотехнические показатели фасадных систем.

2. Конструкция НВФ с использованием утеплителя плотностью 14 кг/м³ и ВГЗМ более эффективна в утеплении здания, чем конструкция с утеплителем плотностью в четыре раза большей, но без мембраны. Из чего следует, что данная система является некой золотой серединой в плане экономической выгоды и надёжности решения для теплоизоляции фасадов, которое позволит достичь значительного экономического эффекта при строительстве и иметь более высокие теплотехнические показатели.

Помимо рассмотренного выше примера осуществлялись и другие мероприятия, доказывающие надежность и эффективность ВГЗМ в конструкциях НВФ. Так экспертное исследование, проведенное компанией ООО «Компания РВМ-2000» в 2008 году на вентилируемом фасаде жилого дома на Хабаровской улице, 24 в Москве, показало, что однослойный теплоизоляционный материал из штапельного стекловолокна плотностью 15 кг/м³, с применением ветрозащитной мембраны, сохранял свои теплотехнические и физико-механические свойства после 7 лет эксплуатации [7, 8].

Резюмируя представленную информацию можно сделать вывод о том, что применение ВГЗМ в конструкциях НВФ с целью защиты теплоизоляционного материала от внешних климатических воздействий является способом значительного увеличения степени энергоэффективности зданий.

Список использованной литературы

1. David C. Jones Impact of airflow on the thermal performance of various residential wall systems utilizing a calibrated hot box // "Buildings Conference" - Buildings VI proceedings / Heat Transfer in Walls II-Principles. - 1995. - pp. 247-260.

2. Гагарин В.Г. Моделирование эмиссии волокон из минераловатного утеплителя навесной фасадной системы с вентилируемой прослойкой / Гагарин В.Г., Гувернюк С.В., Лушин К.И. // Промышленное и гражданское строительство. - 2013. - № 9. - С. 29-31.

3. Гагарин В.Г. Расчет эмиссии волокон минераловатных теплоизоляционных изделий производства АО «ИЗОРОК» после искусственного состаривания при возможной эксплуатации в течение 50-ти лет в навесной фасадной системе с вентилируемой прослойкой по методике ГОСТ Р 56732-2015: Экспертное заключение / Гагарин В.Г., Пастушков П.П., Баранников С.Н., Павленко Н.В., Зубков А.Ф. - М.: НИИ механики МГУ, ФГБУ «НИИСФ РААСН», 2019. - 28 с.

4. Гусев Б.В. Теплопроводность минераловатных плит в условиях эксплуатационных воздействий / Гусев Б.В., Езерский В.А., Монастырев П.В. // Промышленное и гражданское строительство. - 2005. - № 1. - С. 48-49.

5. Батинич Радивое. Вентилируемые фасады зданий // Сборник докладов. «Проблемы строительной теплофизики систем обеспечения микроклимата и энергосбережения в зданиях». – М.: РААСН, НИИСФ, 1999. – С. 157-174.

6. Протокол испытаний наружных ограждающих конструкций по определению сопротивления теплопередаче № 13 / (1)-435 / 12 от 10.12.2012. - Минск: ЦИСП НИПИ РУП “Стройтехнорм”, 2012.

7. Багин А.С. О работоспособности утеплителя ISOVER низкой плотности в конструкции вентилируемого фасада системы "Марморок" / Багин А.С., Оськин В.М. // Academia. Архитектура и строительство. - 2009. - № 5. - С. 336-340.

8. Шойхет Б.М. Теплоизоляция ISOVER в навесных вентилируемых фасадах / Шойхет Б.М., Касьянов В.Ф., Багин А.С. // Промышленное и гражданское строительство. - 2006. - № 6. - С. 60-62.