Вентилируемые фасады зданий

Вентилируемые фасады зданий

В статье рассматриваются вопросы теплотехнического расчета и функционирования утепленных фасадов зданий с вентилируемой воздушной прослойкой, облицованных гранитно-керамическими плитками, установленными с открытыми швами. 

В настоящее время в большинстве развитых странах мира существуют технические и законодательные нормы, требующие строительство зданий с эффективным использованием энергии (ЗЭИЭ).

Задачу проектирования и строительства ЗЭИЭ можно успешно решить при осуществлении такой конструкции оболочки здания через которую в любое время в период эксплуатации здания и при любых погодных (климатических) условиях будут осуществляться устойчивые процессы потока тепла, влажности и воздуха (инфильтрация, эксфильтрация).

Данную задачу можно успешно решить если облицовка наружных стен здания будет выполнена в форме утепленных вентилируемых фасад.

Вентилируемыми утепленными фасадами обеспечивается разделенная защита от погодных условий, а также теплозащита наружных стен. Таким образом осуществляется устойчивый режим передачи тепла, влажности и воздуха через наружные стены при любых условиях эксплуатации здания.

Основные технические и эксплуатационные характеристики данных фасадов :

• возможность изменения архитектурного облика фасадов путем варьирования облицовочных материалов, форматов и цветов;
• с экономической и экологической точки зрения - это единственная правильная теплозащита и защита от погодных наружных условий;
• обеспечивается здоровый климат помещения посредством беспрепятственной диффузии водяного пара - здание "дышет";
• наилучшая звукозащита здания;
• увеличивается срок эксплуатации самого здания;
• длительное время сохраняется презентабельность здания;
• фасадная технология подходит как для новостроек, так и для зданий уже находящихся в длительной эксплуатации;
• небольшие раходы обслуживания;
• возможность ремонта фасада или замены их отдельных частей без разрушения конструкции наружных стен.

Основные тепло-технические достоинства фасада показаны

Процесс высушивания наружных стен из порыстого бетона при невентилируемой и вентилируемой фасадах [8] показан на

Имея в виду, что каждый процент объемной влажности (w_о), который остается в конструкции наружной стены в ходе строительства увеличивает потери тепла на 3-5% [1] становится очевидным преимущество утепленных вентилируемых фасадов по отношению к устойчивости тепловой защиты. Например, теплоизоляционный материал, обладающий объемной влажностью w_о = 5% имеет на 15-20% больше потерь тепла, чем сухой теплоизоляционный материал. 
 

Рис.1 Фасады с вентилируемой воздушной прослойкой
 

Рис.2 Процесс высушивания стен из пористого бетона 

a = 0,19 W/mK (DIN 4108); r_max = 600 kg/m³ 

1 - НЕВЕНТИЛИРУЕМЫЙ ФАСАД
2 - ВЕНТИЛИРУЕМЫЙ ФАСАД 

Расчет теплозащиты многослойных наружных ограждающих конструкций здания с вентилируемыми фасадами

Многослойная наружная стена здания с вентилируемым фасадом состоит из нижеперечисленных слоев (надо считать от помещения к наружной стороне); 

(1) внутренняя известково-песчанная штукатурка, толщиной d = 20 мм; 

(2) кирпичная кладка из сплошного глинянного кирпича на цементно-песчаном растворе, толщиной d = 250 мм, опирающаяся к ж/б обвязке, толщиной d = 250 мм; 

(3) теплоизоляция, мин.ватная плита "Роквул", толщиной d = 125 мм; 

(4) ветро-гидрозащитная паропроницаемая мембрана "Tyvek soft (1460 В)"; 

(5) вентилируемая воздушная прослойка, толщиной d = 50 мм; 

(6) облицовка фасада, гранитная керамическая плитка, толщиной d = 10 мм, номинального размера 600х600 мм с открытыми швами.

Облицовка фасада крепится к алюминиевой подконструкции (алюминиевый каркас) с помощью специального крепежа (видимое и невидимое крепление), а алюминиевая подконструкция к наружной стене (кирпич, бетон) прикрепляется с помощью специальных кронштейнов, высота которых зависит от толщины теплоизоляции и воздушной прослойки.

Предметом настоящего доклада не является расчет и конструирование алюминиевой подконструкции (каркаса), кронштейна, крепежа и т.д., а расчет их влияния на теплотехнические характеристики наружных стен.

Основные теплотехнические характеристики слоев многослойной
наружной стены приведены в нижеуказанной таблице 1. 

Таблица 1

Примечание : 
1) Все значения теплотехнических характеристик приведенные в табл.1 приняты для параметров Б согласно СНиП II-3-79*. 
2) m [-] - показатель сопротивления диффузии водяного пара. 
3) r [N^.h/kg] - удельное сопротивление диффузии водяного пара разных слоев.

Расчет термического сопротивления многослойной наружной стены осуществляется по следующей формуле:

R_о = 1/a_в + S d/l_Б + 1/a_мод (1)

где: 
a_в = 8,7 [W/m²k] - внутренний коэффициент теплоотдачи; 
d [т] - толщина разных слоев наружной стены; 
l_Б [W/mk] - коэффициент теплопроводимости разных слоев наружной стены для условий Б; 
a_мод [W/m²k] - модифицированный коэффициент теплоотдачи вентилируемой воздушной прослойки;

Сперва осуществлен расчет приведенного термического сопротивления наружной стены с теплоизоляцией (на глади стены) без воздействия алюминиевого каркаса фасада, который создает мостик холода, ухудшающий ее термическое сопротивление, а потом произведена корректировка (уменьшение) этого сопротивления из-за воздействия мостика холода, созданного алюминиевым каркасом фасада.

При расчете термического сопротивления многослойной ограждающей конструкции здания с вентилируемой воздушной прослойкой по формуле (1) не надо учитывать вентилируемую воздушную прослойку и облицовку фасада, которая установлена за ней. Их влияние учтено в a_мод.

В соответствующей литературе и нормах предусмотрены различные значения а_мод, что можно увидеть в таблице 2. 

Таблица 2

Согласно литературе "EMPA Schussbericht Nr 158740" формула для расчета а_мод гласит: 
 

1/a_мод= 1/a_н+R_эк (2)

где:

a_н [W/m²k] - наружный коэффициент теплоотдачи; 
R_эк [m²k/W] - эквивалентное термическое сопротивление вентилируемой воздушной прослойки; 
R_эк = 0,08 [m²k/W] - согласно SIA Norm 180;

Расчетом а_мод по формуле (2) получаются результаты, которые подтверждены при проведении измерений на действующих вентилируемых фасадах. 

На основании теплотехнических характеристик слоев конструкции наружной стены здания взятых их таблицы 1, а также a_в = 8,7 [W/m²k] и a_мод = 12 [W/m²k], по формуле (1) расчитано ее термическое сопротивление (без влияния алюминиевого каркаса), при чем получены следующие результаты: 

R_ожб = 3,195 [m²k/W] - для наружной ограждающей конструкции (часть наружной стены из ж/б); 

R_ок = 3,0089 [m²k/W] - для наружной ограждающей конструкции (часть наружной стены из кирпича); 

R_опр = 3,135 [m²k/W] - приведенное термическое сопротивление наружной ограждающей конструкции зданий; 

U_о = 0,319 [W/m²k] - коэффициент теплопередачи наружной ограждающей конструкции здания;

Расчеты влияния алюминиевого каркаса фасада (мостики холода) на уменьшение термического сопротивления многослойной наружной стены здания с вентилируемым фасадом для двух типов алюминиевого каркаса показаны в таблице 3 и таблице 4. Расчеты осуществлены на основании диаграммы 3 и диаграммы 4, указанных в соответствующей литературе [9]. 

Результаты, полученные при данном расчете показывают, что коэффициент теплопередачи наружной стены здания с вентилируемым фасадом увеличен вследствие действия алюминиевого каркаса (мостик холода)

• на 23,8% для алюмининевого каркаса с алюминиевым кронштейном и термической прокладкой;
• на 14,7% для алюмининевого каркаса с кронштейном из нержавеющей CrNiMo стали;

  Данный пример расчета показывает, что при проектировании вентилируемых фасадов особое внимание надо обратить на выбор алюминиевого каркаса фасада и способ его крепления к наружной стене. 
   

  ---

  
  Рис.5 Алюминиевый каркас (подконструкция) фасада

  1 - Внутр. штукатурка, a_B = 0,81 W/mK, d = 20 mm. 
  2 - Наружная кирпичная стена a_B = 0,81 W/mK, d = 250 mm. 
  3 - Кронштейн (H. О.) AIMgSi 0,5 F25, a = 170 W/mK. 
  3a, 5a - Термическая прокладка PVC-GHS, d = 6mm, a = 0,09 W/mK. 
  4 - Теплоизоляция, мин. ват. плита a_Б = 0,047 W/mK, d = 125 mm. 
  5 - Кронштейн (П. О.) AIMgSi 0,5 F25, a = 170 W/mK. 
  6 - AI - профиль, AIMgSi 0,5 F25, a = 170 W/mK. 
  7 - Ветро-гидрозащитная паропроницаемая мембрана Tyvek SOFT (1460 B),
  паропроницаемость за 24 часа не менее от 0,75 Кг/м, ГОСТ 2678-94; (Sd = < 0,02m, DIN 52615). 
   

  ---

  
  Таблица 3

  Площадь фасада без окон	17,604	м2
  Общая длина l линейного мостика холода	0	м
  Кол-во пунктирных мостиков холода (Н.О.) 8(бетон)+8(кирпич)	16	шт.
  Кол-во пунктирных мостиков холода (П.О.) 8(бетон)+8(кирпич)	16	шт.
  Расчет теплопередачи
  Термическое сопротивление части наружн. стены, к которой крепится кронштейн с помощью анкера	бетон - 0,049	м2K/W
  	кирпич - 0,31	м2K/W
  Толщина d теплоизоляции	0,125	м
  Коэффициент теплопроводимости теплоизоляции a	0,047	W/mK
  Коэффициент теплопередачи наружной стены Uo без мостика холода (кронштейн)	0,319	W/м2K
  Коэффициент теплопотери при пунктирном мостике холода с термической прокладкой c	бетон - 0,049	W/K
  	кирпич - 0,035	W/K

  КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ :
  (0,319x17,604 + 16x0,049 + 16x0,035) / 17,604 = 0,395 W/м²K
  
  УВЕЛИЧЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ НАРУЖНОЙ СТЕНЫ ИЗ-ЗА МОСТИКА ХОЛОДА :
  ( (0,395 - 0,319) / 0,319 ) x 100 = 23,8 % 
   

  ---

  
  Диаграмма 3

  Теплопотери мостика холода в зависимости от термического сопротивления R=d/l части наружной стены, к который крепится кронштейн через термическую прокладку (PVC-GHS прокладка толщиной 6 мм).

  Коэффициент теплопотери при пунктирном мостике холода c [W/K] 

  Термическое сопротивление R части наружной стены, к которой крепится кронштейн с помощью анкера [m²K/W] 
   

  ---

  
  Рис.6 Алюминиевый каркас (подконструкция) фасада
   

  1 - Внутр. штукатурка, a_B = 0,81 W/mK, d = 20 mm. 
  2 - Наружная кирпичная стена a_B = 0,81 W/mK, d = 250 mm. 
  3 - Кронштейн (H. О.), нерж. сталь CrNiMo, a = 15 W/mK. 
  4 - Теплоизоляция, мин. ват. плита a_Б = 0,047 W/mK, d = 125 mm. 
  5 - Кронштейн (П. О.) нерж. сталь CrNiMo, a = 15 W/mK. 
  6 - AI - профиль, AIMgSi 0,5 F25, a = 170 W/mK. 
  7 - Ветро-гидрозащитная паропроницаемая мембрана Tyvek SOFT (1460 B),
  паропроницаемость за 24 часа не менее от 0,75 Кг/м, ГОСТ 2678-94; (Sd = < 0,02m, DIN 52615). 
   

  ---

  
  Таблица 4

  Площадь фасада без окон	17,604	м2
  Общая длина l линейного мостика холода	0	м
  Кол-во пунктирных мостиков холода (Н.О.) 8(бетон)+8(кирпич)	16	шт.
  Кол-во пунктирных мостиков холода (П.О.) 8(бетон)+8(кирпич)	16	шт.
  Расчет теплопередачи
  Термическое сопротивление части наружн. стены, к которой крепится кронштейн с помощью анкера	бетон - 0,049	м2K/W
  	кирпич - 0,31	м2K/W
  Толщина d теплоизоляции	0,125	м
  Коэффициент теплопроводимости теплоизоляции a	0,047	W/mK
  Коэффициент теплопередачи наружной стены Uo без мостика холода (кронштейн)	0,319	W/м2K
  Коэффициент теплопотери при пунктирном мостике холода с термической прокладкой c	бетон - 0,029	W/K
  	кирпич - 0,0225	W/K

  
  КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ :
  (0,319x17,604 + 16x0,029 + 16x0,0225) / 17,604 = 0,366 W/м²K
  
  УВЕЛИЧЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ НАРУЖНОЙ СТЕНЫ ИЗ-ЗА МОСТИКА ХОЛОДА :
  ( (0,366 - 0,319) / 0,319 ) x 100 = 14,7 % 
   

  ---

  
  Диаграмма 4

  Теплопотери мостика холода в зависимости от термического сопротивления R=d/l части наружной стены, к который крепится кронштейн.

  Коэффициент теплопотери при пунктирном мостике холода c [W/K]  
  Термическое сопротивление R части наружной стены,
  к которой крепится кронштейн с помощью анкера [m²K/W] 
   

  ---

  Расчет диффузии водяного пара через многослойную наружную стену с вентилируемым фасадом

  Общеизвестно, что при правильном возведении многослойных конструкций наружных стен с вентилируемой воздушной прослойкой в толще конструкции не должен появляться конденсат. В докладе расчет выполняется с целью определения влияния гидро-ветрозащитной паропроницаемой мембраны на диффузию водяного пара через многослойную наружную стену.

  Расчет диффузии водяного пара для стационарного режима осуществляется по формуле:

   где: 
  е_в [N/m²] - упругость водяного пара в воздухе помещения; 
  е_н [N/m²] - упругость водяного пара в наружном воздухе; 
  r [N^.h/kg] - удельное сопротивление диффузии водяного пара разных слоев конструкции наружной стены; 
  
  Расчет диффузии водяного пара выполнен для следующих расчетных условий: 
  - РВУ: t_в = 20 ^°С; (ф_в = 50%; е_в = 1170 [N/m²] 
  - РНУ: t_н = -10,2 ^°С; ф_н = 83%; е_н = 261 [N/m²] (месяц январь для Москвы) 
  
  При расчете диффузии водяного пара по формуле (3) на основании данных, указанных в таблице 1 получены следующие результаты: 
  g = 0,24 [g/m²h] - для конструкции многослойной наружной стены с вентилируемой воздушной прослойкой без гидро-ветрозащитной паропроницаемой мембраны 
  g = 0,239 [g/m²h] - для конструкции многослойной наружной стены с вентилируемой воздушной прослойкой с гидро-ветрозащитной паропроницаемой мембраной 
  
  Результаты расчета подтверждают, что гидро-ветрозащитная паропроницаемая мембрана практически очень мало (0,5%) влияет на уменьшение диффузии водяного пара через многослойную конструкцию наружной стены с вентилируемой воздушной прослойкой. 
  
  Также осуществлен расчет Е (максимальная упругость водяного пара) и е на всех местах стыков разных слоев многослойной конструкции наружной стены , при чем установлено, что Е > е, т.е. в толщи стены нет конденсации. 
   

  Почему нужна гидро-ветрозащитная паропроницаемая мембрана ?

  С целью обеспечения долговечности конструкции наружной стены и устойчивости ее теплового и влажностного и предотвращения воздушного потока через многослойную конструкцию наружной стены с вентилируемой воздушной прослойкой надо создать следующие условия для теплоизоляции:
  
  1) Теплоизоляция должна оставаться сухой в любое время года и при любых погодных (климатических) условиях. 
  2) Предотвратить продольное движение воздушного потока вдоль толщи теплоизоляции.

  Для многослойных конструкций наружных стен зданий высотой свыше 22 м надо применять негорющий утеплитель с небольшим коэффициентом диффузии водяного пара (паропроницаемый). На сегодняшний день эти требования могут удовлетоврить только минераловатные плиты (например, "Роквул"). Однако, теплоизоляционные характеристики данного утеплителя могут ухудшится в течение зимнего периода (t_н  < -5 ^°С) на 20-36% если на поверхности утеплителя останется 6% воздухопроницаемых щелей [13], через которые может двигаться воздушный поток. Эти воздухопроницаемые щели находятся на местах стыковки минераловатных плит и прохода кронштейнов алюминиевого каркаса через них. 
  
  Применение гидро-ветрозащитной паропроницаемой мембраны осуществляется с целью:

  Основными достоинствами данной мембраны являются: водонепроницаемость, воздухонепроницаемость, но паропроницаемость. 
   

  Основные технические параметры конструкции наружной стены с вентилируемой воздушной прослойкой

  Для правильного функционирования конструкции наружной стены с вентилируемой воздушной прослойкой при эксплуатации, особое внимание необходимо обратить на определение ширины открытых швов облицовки, толщины вентилируемой воздушной прослойки и воздухонепроницаемости основной конструкции наружной стены (кирпичная кладка и теплоизоляция).

  Эти важные параметры необходимо определить, учитывая обеспечение очень быстрого выравнивания давления наружного воздуха (с наружной стороны фасада) и давления в вентилируемой воздушной прослойке при переменном ветровом воздействии.

  Быстрое выравнивание давления наружного воздуха и давления в вентилируемой воздушной прослойке необходимо во избежание попадания дождевых капель в вентилируемую воздушную прослойку и излишней ветровой нагрузки при переменном ветровом воздействии.

  В литературе [10] предлагается поверхность вентилируемой прослойки (т.е. поверхность за облицовкой) разделить на секции разных размеров в середине фасада и по периферии. С целью быстрого выравнивания давления при переменных ветровых воздействиях, рис.З расчет толщины вентилируемой воздушной прослойки можно осуществить на основании методологии, предложенной в литературе [2] и [7]. При измерениях на существующих вентилируемых фасадах скорость движения воздуха в вентилируемой воздушной прослойки составляет v = 0,3 - 0,4 m/s.

  Немецкий DIM 18516 Teil 1 предписывает минимальную толщину вентилируемой воздушной прослойки 20 мм.

  Рекомендованные значения основных технических параметров вентилируемых фасадов указаны на рис.4. 

  ---

   

  Заключение

  Несмотря на то, что вентилируемые фасады применяются на практике в течение свыше 15 лет, и что в Германии существует отдельная Ассоциация, занимающаяся вопросами расчетов и применения вентилируемых фасадов (РУНР), до настоящего времени нет единой научно обоснованной методологии расчета таких фасадов.

  В последнее время в г. Киеве и в Украине при строительстве гражданских зданий часто применяют вентилируемые фасады. В связи с этим необходимо разработать единую методологию по теплотехническому и аэродинамическому расчету вентилируемых фасадов.

  Особое внимание необходимо обратить на осуществление правильного выбора теплоизоляции и создание условий, при которых теплоизоляция обеспечит расчетные параметры и долговечность.

  Для вентилируемых фасадов нельзя применять паронепроницаемую теплоизоляцию (материалы с закрытыми порами). В случае использования такой изоляции были бы аннулированы основные достоинства вентилируемого фасада.

  Также очень важным является правильный монтаж оконных блоков в проемах наружных стен с вентилируемыми фасадами, но из-за ограниченного объема настоящего доклада данный вопрос не затрагивается. 
   

  • предотвращения увлажнения утеплителя (вследствие возможного попадания дождевых капель в вентилируемую воздушную прослойку фасада);
  • предотвращение возможных воздушных потоков;
  • обеспечение высушивания утеплителя и конструкции наружной стены.

Статьи pp-budpostach.com.ua Все о бане

Статьи по пеноблоку,пенобетону,пенобетонным блокам

Статьи pp-budpostach.com.ua Статьи по бетону

Статьи Все о заборах

Статьи pp-budpostach.com.ua Все о крышах ( виды, материал, как лутше выбрать)

Статьи Все о Фундаменте

Статьи по газобетону ( газоблоку ), газобетонных блоков, газосиликатнных блоков

Новости, статьи, слухи, факты, разное и по чу-чуть

Статьи по кирпичу ( рядовому, лицевому,облицовочному,клинкерному, шамотному, силикатному,)