Вентильовані фасади будівель

Вентильовані фасади будівель

У статті розглядаються питання теплотехнічного розрахунку і функціонування утеплених фасадів будівель з вентильованим повітряним прошарком, облицьованих гранітно-керамічними плитками, встановленими з відкритими швами.

В даний час у більшості розвинених країнах світу існують технічні та законодавчі норми, що вимагають будівництво будівель з ефективним використанням енергії (ЗЭИЭ).

Задачу проектування і будівництва ЗЭИЭ можна успішно вирішити при здійсненні такої конструкції оболонки будівлі через яку в будь-який час в період експлуатації будівлі і при будь-яких погодних (кліматичних) умов будуть здійснюватися стійкі процеси потоку тепла, вологості повітря (інфільтрація, эксфильтрация).

Дану задачу можна успішно вирішити, якщо облицювання зовнішніх стін будівлі буде виконана у формі вентильованих утеплених фасад.

Вентильованими утепленими фасадами забезпечується розділена захист від погодних умов, а також теплозахист зовнішніх стін. Таким чином здійснюється стійкий режим передачі тепла, вологості і повітря через зовнішні стіни при будь-яких умовах експлуатації будівлі.

Основні технічні та експлуатаційні характеристики даних фасадів :

• можливість зміни архітектурного вигляду фасадів шляхом варіювання облицювальних матеріалів, форматів і кольорів;
• з економічної та екологічної точки зору - це єдина правильна теплозахист і захист від зовнішніх погодних умов;
• забезпечується здоровий клімат приміщення допомогою безперешкодної дифузії водяної пари - будівля "дихає";
• найкраща звукозахист будівлі;
• збільшується термін експлуатації самого будинку;
• тривалий час зберігається презентабельність будівлі;
• фасадна технологія підходить як для новобудов, так і для будівель вже перебувають у тривалій експлуатації;
• невеликі раходы обслуговування;
• можливість ремонту фасаду чи заміни їх окремих частин без руйнування конструкції зовнішніх стін.

Основні тепло-технічні переваги фасаду показано

Процес висушування зовнішніх стін з порыстого бетону при невентильованими і вентильованої фасадах [8] показано на

Маючи на увазі, що кожен відсоток об'ємної вологості (w_про), який залишається в конструкції зовнішньої стіни в ході будівництва збільшує втрати тепла на 3-5% [1] стає очевидним перевага утеплених вентильованих фасадів по відношенню до стійкості теплового захисту. Наприклад, теплоізоляційний матеріал, що володіє об'ємною вологістю w_про = 5% має на 15-20% більше втрат тепла, ніж сухий теплоізоляційний матеріал.
 

Рис.1 Фасади з вентильованим повітряним прошарком
 

Рис.2 Процес висушування стін з пористого бетону

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

1 - НЕВЕНТИЛИРУЕМЫЙ ФАСАД
2 - ВЕНТИЛЬОВАНИЙ ФАСАД

Розрахунок теплозахисту багатошарових зовнішніх огороджувальних конструкцій будівлі з вентильованими фасадами

Багатошарова зовнішня стіна будівлі з вентильованим фасадом складається з наступних шарів (треба рахувати від приміщення до зовнішньої сторони);

(1) внутрішня вапняно-піщана штукатурка, товщиною d = 20 мм;

(2) цегляна кладка з суцільного глинянного цегли на цементно-піщаному розчині товщиною d = 250 мм, яка спирається до ж/б обв'язку, товщиною d = 250 мм;

(3) теплоізоляція, хв. ватна плита "Роквул", товщиною d = 125 мм;

(4) вітро-гідрозахисна паропроникна мембрана "Tyvek soft (1460 В)";

(5) вентильована повітряна прошарок, товщиною d = 50 мм;

(6) облицювання фасаду, гранітна керамічна плитка, товщиною d = 10 мм, номінального розміру 600х600 мм з відкритими швами.

Облицювання фасаду кріпиться до алюмінієвої підконструкції (алюмінієвий каркас) з допомогою спеціального кріплення (видиме і невидиме кріплення), а алюмінієва подконструкция до зовнішньої стіни (цегла, бетон) прикріплюється за допомогою спеціальних кронштейнів, висота яких залежить від товщини теплоізоляції та повітряного прошарку.

Предметом цієї доповіді не є розрахунок і конструювання алюмінієвої підконструкції (каркаса), кронштейна, кріплення і т. д., а розрахунок їх впливу на теплотехнічні характеристики зовнішніх стін.

Основні теплотехнічні характеристики шарів багатошарової
зовнішньої стіни наведені у таблиці таблиці 1.

Таблиця 1

Примітка :
1) Всі значення теплотехнічних характеристик наведені в табл.1 прийняті для параметрів Б згідно СНиП II-3-79*.
2) m [-] - показник опору дифузії водяної пари.
3) r [N^.h/kg] - питомий опір дифузії водяної пари різних шарів.

Розрахунок термічного опору багатошарової зовнішньої стіни здійснюється за наступною формулою:

R_о = 1/a_в + S d/l_Б + 1/a_мод (1)

де:
a_в = 8,7 [W/m²k] - внутрішній коефіцієнт тепловіддачі;
d [т] - товщина різних верств зовнішньої стіни;
l_Б [W/mk] - коефіцієнт теплопровідності різних верств зовнішньої стіни для умов Б;
a_мод [W/m²k] - модифікований коефіцієнт тепловіддачі вентильованого повітряного прошарку;

Спершу здійснено розрахунок приведеного термічного опору зовнішньої стіни з теплоізоляцією (на гладі стіни) без впливу алюмінієвого каркаса фасаду, який створює місток холоду, що погіршує її термічний опір, а потім проведено коригування (зменшення) цього опору з-за впливу містка холоду, створеного алюмінієвим каркасом фасаду.

При розрахунку термічного опору багатошарової огороджувальної конструкції будівлі з вентильованим повітряним прошарком за формулою (1) не треба враховувати вентильований повітряний прошарок і облицювання фасаду, яка встановлена за нею. Їх вплив враховано в a_мод.

У відповідній літературі і нормах передбачені різні значення а_мод, що можна побачити в таблиці 2.

Таблиця 2

Згідно літературі "EMPA Schussbericht Nr 158740" формула для розрахунку а_мод говорить:
 

1/a_мод= 1/a_н+R_ек (2)

де:

a_н [W/m²k] - зовнішній коефіцієнт тепловіддачі;
R_ек [m²k/W] - еквівалентне термічний опір вентильованого повітряного прошарку;
R_ек = 0,08 [m²k/W] - згідно SIA Norm 180;

Розрахунком а_мод за формулою (2) виходять результати, які підтверджені при проведенні вимірювань на діючих вентильованих фасадах.

На підставі теплотехнічних характеристик шарів конструкції зовнішньої стіни будівлі взятих їх таблиці 1, а також a_в = 8,7 [W/m²k] та a_мод = 12 [W/m²k], за формулою (1) розраховано її термічний опір (без впливу алюмінієвого каркаса), при чому отримані наступні результати:

R_ожб = 3,195 [m²k/W] - для зовнішньої огороджувальної конструкції (частина зовнішньої стіни з ж/б);

R_ок = 3,0089 [m²k/W] - для зовнішньої огороджувальної конструкції (частина зовнішньої стіни з цегли);

R_опр = 3,135 [m²k/W] - приведений термічний опір зовнішньої огороджувальної конструкції будівель;

U_про = 0,319 [W/m²k] - коефіцієнт теплопередачі зовнішньої огороджувальної конструкції будинку;

Розрахунки впливу алюмінієвого каркаса фасаду (містки холоду) на зменшення термічного опору багатошарової зовнішньої стіни будівлі з вентильованим фасадом для двох типів алюмінієвого каркаса показані в таблиці 3 та таблиці 4. Розрахунки здійснені на підставі діаграми 3 і діаграми 4, зазначених у відповідній літературі [9].

Результати, отримані при даному розрахунку показують, що коефіцієнт теплопередачі зовнішньої стіни будівлі з вентильованим фасадом збільшено внаслідок дії алюмінієвого каркасу (місток холоду)

• на 23,8% для алюмининевого каркаса з алюмінієвим кронштейном і термічної прокладкою;
• на 14,7% для алюмининевого каркаса з кронштейном з нержавіючої CrNiMo сталі;

  Даний приклад показує, що при проектуванні вентильованих фасадів особливу увагу треба звернути на вибір алюмінієвого каркаса фасаду і спосіб його кріплення до зовнішньої стіни.
   

  ---

  
  Рис.5 Алюмінієвий каркас (подконструкция) фасаду

  1 - Внутр. штукатурка, a_B = 0,81 W/mK, d = 20 mm.
  2 - Зовнішня цегляна стіна a_B = 0,81 W/mK, d = 250 мм.
  3 - Кронштейн (H. О.) AIMgSi 0,5 F25, a = 170 W/mK.
  3a, 5a - Термічна прокладка PVC-GHS, d = 6mm, a = 0,09 W/mK.
  4 - Теплоізоляція, хв. вати. плита a_Б = 0,047 W/mK, d = 125 mm.
  5 - Кронштейн (П. О.) AIMgSi 0,5 F25, a = 170 W/mK.
  6 - AI - профіль, AIMgSi 0,5 F25, a = 170 W/mK.
  7 - Вітро-гідрозахисна паропроникна мембрана Tyvek SOFT (1460 B),
  паропроникність за 24 години не менше від 0,75 Кг/м, ГОСТ 2678-94; (Sd = < 0,02 m, DIN 52615).
   

  ---

  
  Таблиця 3

  Площа фасаду без вікон	17,604	м2
  Загальна довжина l лінійного містка холоду	0	м
  Кількість пунктирних містків холоду (Н.Про.) 8(бетон)+8(цегла)	16	шт.
  Кількість пунктирних містків холоду (П. О.) 8(бетон)+8(цегла)	16	шт.
  Розрахунок теплопередачі
  Термічний опір частини зовнішньо. стіни, до якої кріпиться кронштейн з допомогою анкера	бетон - 0,049	м2K/W
  	цегла - 0,31	м2K/W
  Товщина теплоізоляції d	0,125	м
  Коефіцієнт теплопровідності теплоізоляції a	0,047	W/mK
  Коефіцієнт теплопередачі зовнішньої стіни Uo без містка холоду (кронштейн)	0,319	W/м2K
  Коефіцієнт тепловтрати при пунктирном містку холоду з термічною прокладкою c	бетон - 0,049	W/K
  	цегла - 0,035	W/K

  КОЕФІЦІЄНТ ТЕПЛОПЕРЕДАЧІ :
  (0,319x17,604 + 16x0,049 + 16x0,035) / 17,604 = 0,395 W/м²K
  
  ЗБІЛЬШЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА ТЕПЛОПЕРЕДАЧІ ЗОВНІШНЬОЇ СТІНИ З-ЗА МІСТКА ХОЛОДУ :
  ( (0,395 - 0,319) / 0,319 ) x 100 = 23,8 %
   

  ---

  
  Діаграма 3

  Тепловтрати містка холоду залежно від термічного опору R=d/l частини зовнішньої стіни, на який кріпиться кронштейн через термічну прокладку (PVC-GHS прокладка товщиною 6 мм).

  Коефіцієнт тепловтрати при пунктирном містку холоду c [W/K]

  Термічний опір R частини зовнішньої стіни, до якої кріпиться кронштейн з допомогою анкера [m²K/W]
   

  ---

  
  Рис.6 Алюмінієвий каркас (подконструкция) фасаду
   

  1 - Внутр. штукатурка, a_B = 0,81 W/mK, d = 20 mm.
  2 - Зовнішня цегляна стіна a_B = 0,81 W/mK, d = 250 мм.
  3 - Кронштейн (H. О.), нерж. сталь CrNiMo, a = 15 W/mK.
  4 - Теплоізоляція, хв. вати. плита a_Б = 0,047 W/mK, d = 125 mm.
  5 - Кронштейн (П. О.) нерж. сталь CrNiMo, a = 15 W/mK.
  6 - AI - профіль, AIMgSi 0,5 F25, a = 170 W/mK.
  7 - Вітро-гідрозахисна паропроникна мембрана Tyvek SOFT (1460 B),
  паропроникність за 24 години не менше від 0,75 Кг/м, ГОСТ 2678-94; (Sd = < 0,02 m, DIN 52615).
   

  ---

  
  Таблиця 4

  Площа фасаду без вікон	17,604	м2
  Загальна довжина l лінійного містка холоду	0	м
  Кількість пунктирних містків холоду (Н.Про.) 8(бетон)+8(цегла)	16	шт.
  Кількість пунктирних містків холоду (П. О.) 8(бетон)+8(цегла)	16	шт.
  Розрахунок теплопередачі
  Термічний опір частини зовнішньо. стіни, до якої кріпиться кронштейн з допомогою анкера	бетон - 0,049	м2K/W
  	цегла - 0,31	м2K/W
  Товщина теплоізоляції d	0,125	м
  Коефіцієнт теплопровідності теплоізоляції a	0,047	W/mK
  Коефіцієнт теплопередачі зовнішньої стіни Uo без містка холоду (кронштейн)	0,319	W/м2K
  Коефіцієнт тепловтрати при пунктирном містку холоду з термічною прокладкою c	бетон - 0,029	W/K
  	цегла - 0,0225	W/K

  
  КОЕФІЦІЄНТ ТЕПЛОПЕРЕДАЧІ :
  (0,319x17,604 + 16x0,029 + 16x0,0225) / 17,604 = 0,366 W/м²K
  
  ЗБІЛЬШЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА ТЕПЛОПЕРЕДАЧІ ЗОВНІШНЬОЇ СТІНИ З-ЗА МІСТКА ХОЛОДУ :
  ( (0,366 - 0,319) / 0,319 ) x 100 = 14,7 %
   

  ---

  
  Діаграма 4

  Тепловтрати містка холоду залежно від термічного опору R=d/l частини зовнішньої стіни, на який кріпиться кронштейн.

  Коефіцієнт тепловтрати при пунктирном містку холоду c [W/K]
  Термічний опір R частини зовнішньої стіни,
  до якої кріпиться кронштейн з допомогою анкера [m²K/W]
   

  ---

  Розрахунок дифузії водяної пари через багатошарову зовнішню стіну з вентильованим фасадом

  Загальновідомо, що при правильному зведенні багатошарових конструкцій зовнішніх стін з вентильованим повітряним прошарком в товщі конструкції не повинен з'являтися конденсат. У доповіді розрахунок виконується з метою визначення впливу гідро-вітрозахисною паропроницаемой мембрани на дифузію водяної пари через багатошарову зовнішню стіну.

  Розрахунок дифузії водяної пари для стаціонарного режиму здійснюється за формулою:

  де:
  е_в [N/m²] - пружність водяної пари в повітрі приміщення;
  е_н [N/m²] - пружність водяної пари в зовнішньому повітрі;
  r [N^.h/kg] - питомий опір дифузії водяної пари різних шарів конструкції зовнішньої стіни;
  
  Розрахунок дифузії водяної пари виконаний для наступних розрахункових умов:
  - 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] (місяць січень для Москви)
  
  При розрахунку дифузії водяної пари за формулою (3) на підставі даних, зазначених у таблиці 1 отримані наступні результати:
  g = 0,24 [g/m²h] - для багатошарової конструкції зовнішньої стіни з вентильованим повітряним прошарком без гідро-вітрозахисною паропроницаемой мембрани
  g = 0,239 [g/m²h] - для багатошарової конструкції зовнішньої стіни з вентильованим повітряним прошарком з гідро-вітрозахисною паропроницаемой мембраною
  
  Результати розрахунку підтверджують, що гідро-вітрозахисна паропроникна мембрана практично дуже мало (0,5%) впливає на зменшення дифузії водяної пари через багатошарову конструкцію зовнішньої стіни з вентильованим повітряним прошарком.
  
  Також здійснено розрахунок Е (максимальна пружність водяної пари) і е на всіх місцях стиків різних шарів багатошарової конструкції зовнішньої стіни , при чому встановлено, що Е > е, тобто в товщі стіни немає конденсації.
   

  Чому потрібна гідро-вітрозахисна паропроникна мембрана ?

  З метою забезпечення довговічності конструкції зовнішньої стіни та стійкості її теплового і вологісного і запобігання повітряного потоку через багатошарову конструкцію зовнішньої стіни з вентильованим повітряним прошарком треба створити такі умови для теплоізоляції:
  
  1) Теплоізоляція повинна залишатися сухою у будь-який час року і при будь-яких погодних (кліматичних) умов.
  2) Запобігти поздовжнє рух повітряного потоку вздовж товщини теплоізоляції.

  Для багатошарових конструкцій зовнішніх стін будівель заввишки понад 22 м треба застосовувати негорющий утеплювач з невеликим коефіцієнтом дифузії водяної пари (паропроникливий). На сьогоднішній день ці вимоги можуть удовлетоврить тільки мінераловатні плити (наприклад, "Роквул"). Однак, теплоізоляційні характеристики даного утеплювача можуть погіршиться протягом зимового періоду (t_н < -5 ^°З) на 20-36% якщо на поверхні утеплювача залишиться 6% повітропроникних щілин [13], через які може рухатися повітряний потік. Ці повітропроникні щілини знаходяться на місцях стикування мінераловатних плит і проходу кронштейнів алюмінієвого каркаса через них.
  
  Застосування гідро-вітрозахисною паропроницаемой мембрани здійснюється з метою:

  Основними перевагами даної мембрани є: водонепроникність, повітронепроникність, але паропроникність.
   

  Основні технічні параметри конструкції зовнішньої стіни з вентильованим повітряним прошарком

  Для правильного функціонування конструкції зовнішньої стіни з вентильованим повітряним прошарком при експлуатації, особливу увагу необхідно звернути на визначення ширини відкритих швів облицювання, товщина вентильованого повітряного прошарку і повітронепроникності основної конструкції зовнішньої стіни (цегляна кладка і теплоізоляція).

  Ці важливі параметри необхідно визначити, враховуючи забезпечення дуже швидкого вирівнювання тиску зовнішнього повітря (з зовнішньої сторони фасаду) і тиску в вентильованого повітряного прошарку при змінному вітровому впливі.

  Швидке вирівнювання тиску зовнішнього повітря і тиску в вентильованого повітряного прошарку необхідно, щоб уникнути попадання дощових крапель в вентильований повітряний прошарок і зайвої вітрового навантаження при змінному вітровому впливі.

  В літературі [10] пропонується поверхню вентильованого прошарку (тобто поверхню за облицюванням) розділити на секції різних розмірів у середині фасаду і по периферії. З метою швидкого вирівнювання тиску при змінних вітрових впливах, рис.З розрахунок товщини вентильованого повітряного прошарку можна здійснити на підставі методології, запропонованої в літературі [2] і [7]. При вимірах на існуючих вентильованих фасадах швидкість руху повітря в вентильованого повітряного прошарку становить v = 0,3 - 0,4 m/s.

  Німецький DIM 18516 Teil 1 наказує мінімальну товщину вентильованого повітряного прошарку 20 мм.

  Рекомендовані значення основних технічних параметрів вентильованих фасадів вказані на рис.4.

  ---

   

  Висновок

  Незважаючи на те, що вентильовані фасади застосовуються на практиці протягом понад 15 років, і що в Німеччині існує окрема Асоціація, яка займається питаннями розрахунків та застосування вентильованих фасадів (РУНР), до теперішнього часу немає єдиної науково обґрунтованої методології розрахунку таких фасадів.

  Останнім часом р. в Києві та в Україні при будівництві цивільних будівель часто застосовують вентильовані фасади. У зв'язку з цим необхідно розробити єдину методологію по теплотехнічному і аеродинамічного розрахунку вентильованих фасадів.

  Особливу увагу необхідно звернути на здійснення правильного вибору теплоізоляції і створення умов, при яких теплоізоляція забезпечить розрахункові параметри і довговічність.

  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;
  • забезпечення висушування утеплювача і конструкції зовнішньої стіни.

Статті pp-budpostach.com.ua Все про лазні

Статті по пїноблоку,пінобетону,пінобетонним блокам

Статті pp-budpostach.com.ua Статті по бетону

Статті Все про парканах

Статті pp-budpostach.com.ua Все про дахах ( види, матеріал, як краще вибрати)

Статті Все про Фундаменті

Статті по газобетону ( газоблокам ), газобетонних блоків, блоків газосиликатнных

Новини, статті, чутки, факти, різне і по чу-чуть

Статті по цеглині ( рядовому, особового,облицювальної,клинкерному, шамотною, силікатній,)