Резюме

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

Введение

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 "дышит";
• 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 на рис.1.

Процесс высушивания наружных стен из порыстого бетона при невентилируемой и вентилируемой фасадах [8] показан на рис.2.

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 фасад 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.

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 (ал.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

N	Слои конструкции наружной стены		go [kg/m3	A [m2]	d [mm]	l [W/m0k]	m[-]	r [N.h/kg]
1	Внутр. известково-песчаная штукатурка		1600	17,604	20	0,70	10	3,2.105
2	Наружная стена	сплошной глин. кирпич	1800	11,949	250	0,81	8,5	34.105
		ж/бетон	2500	5,655	250	2,04	-	-
3	Мин.ватная плита "Роквул"		156	17,604	125	0,047	1,2	2,4.105
4	Ветро-гидрозащитная паропроницаемая мембрана Tyvek soft(1460 В)		-	17,604	0,2	-	-	0,32.105
5	Вентилируемая воздушная прослойка		-	-	50	-	-	-
6	Облицовка гранитно - керамической плиты		-	-	10	-	-	-

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.

Модифицированный коэффициент теплоотдачи вентилируемой воздушной прослойки aмод [W/m2k]
СНиП-II-3-79* Таблица 6*	DIN 4701, Teil 2 Tabelle 16	BFE Richlinie [9]
12	11,11	8

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 таблицах 3 и 4. Расчеты осуществлены на основании диаграмм 3 и 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.

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 ен
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:

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

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.Москве и в России 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.

Литература.

[1] А8НКАЕНАМВВООК,Рип(1атеп1а181997
[2] Богословский В.Н. Тепловой режим здания М.: Стройиздат 1979 г.
[3] Богословский В.Н. Три аспекта концепции ЗЭИЭ Югосл.конгресс КГН 1998 г.
[4] DIN 4701,Teil 2
[5] ЕМРА, Schlussbericht Nr 158740, Wirmebricken von hinterlifteten Fassaden, 2 Auflage, Januar 1998
[6] Фокин К.Ф. Строительная теплотехника ограждающих частей зданий, Москва, Стройиздат 1973 (издание 4-е)
[7] FVHF-FOCUS 1-16
[8] Kinzel, H; Popp, W; Mayer E; Untersuchungen iber die Beliftung des Luftraumes hinter vorgesetzen Fassadenbekleidungen aus kleinformatigen Elementen, Bericht B Ho 22/80 Institut fir Bauphysik Stuttgart 1980
[9] Richtlinie: Besteimmung der wirmetechbischen Einflisse von Wirmebricken bei Vorgehanten hinterlifteten Fassaden, Ausgabe 1998 (ВРЕ, ЕМРА, РУНР)
[10] Rousseau M.Z. Facts and Fictions of Rain-Screen Walls, Construction Canada 32 (2) 1990 p.40, 40-44, 46
[11] СНиП II-3-79* Строительная теплотехника Госстрой России, Москва 1998
[12] Технические каталоги фирм:
"Mirage", "Marazzi", "Slavonia", "Wangner-System"
[13] J. W. Archer; Convektive Heat Loss With Mineral Fibre Insulation. The Canadian Architect 38 (9) 1993, р.45,47

Рис.1 Фасады с вентилируемой воздушной прослойкой

	Влияние мостика холода
	Обеспечивает благоприятный климат в помещении
	Гарантирует удаление влаги
	Обеспечивает надежную тепловую защиту
	Стойкость к погодным условиям
	Защищает строительную конструкцию от воздействия предельных температурных перепадов

Процесс высушивания стен из пористого бетона

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

1 -НЕВЕНТИЛИРУЕМЫЙ ФАСАД
2 - ВЕНТИЛИРУЕМЫЙ ФАСАД

Рис. 3 Для выравнивания давления необходимы:
воздухонепроницаемая конструкция стены, воздушная прослойка,
отражающая перегородка и открытые швы в облицовке

Параметры для определения сопротивления воздушного
потока через вентилируемую воздушную прослойку

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).

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 расчета. (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]

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).

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 расчета. (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]

См. также "Вентилируемые фасады" в информационном разделе НОУ-ХАУС.

• Крашеные фасады из МДФ от мебельного цеха "ДАНИОЛ" в Москве
• Как выбрать сайдинг для внешней обшивки дома?
• Виниловый сайдинг: эстетика, прочность и удобство фасадной отделки дома
• Выбор фасадного материала для отделки загородного дома
• Какие преимущества у винилового сайдинга?
• Для чего устанавливают подставки-утяжелители во дворах новостроек
• Особенности клинкерных термопанелей
• Компания ПетроСтрой выполняет машинную штукатурку стен в Москве
• Как производят сэндвич-панели
• Фасадные системы
• Изготовление сэндвич-панелей для использования в строительстве металлоконструкций
• Сайдинг для частного дома: какой выбрать?
• Металлический сайдинг: использование и преимущества
• Стеновые сэндвич-панели: характеристики материала
• Как покрасить стену из гипсокартона водоэмульсионной краской
• Штукатурная смесь «СПАДАР» по кирпичным стенам
• КАК защитить ОСП снаружи на долгие годы
• Типы и виды штукатурных смесей для отделки фасада.
• Японские фиброцементные фасадные панели: особенности и преимущества
• Преимущества вентфасада из алюминиевых композитных панелей
• Способы выравнивания стен
• Внешняя и внутренняя отделка дома: от сайдинга до вагонки и блок-хауса
• Монтаж сайдинга — из чего складывается
• Обновленная система стоечно-ригельного фасада — новые возможности для ваших архитектурных проектов
• Облицовка цоколя профнастилом: выбор инструмента и преимущества
• Внешняя отделка Baumit
• Укрытие для фасада
• Какой материал для отделки фасада выбрать: виды и характеристики
• Фасадный планкен: виды, назначение, преимущества
• Фасадная штукатурка с системой самоочищения
• За теплым стеклом: система стоечно-ригельного фасада ALT F50
• Почему вентилируемые фасады пользуются популярностью
• Ромбы RHEINZINK в архитектуре.
• Новая услуга Алюминстрой. Раскрой и фрезеровка композита
• Нюансы проектирования навесных вентилируемых фасадов
• Герметизация швов панельного дома: применяемые материалы и технологии
• Выбираем материал для строительства частного дома: обзор современных строительных материалов
• Фасадная штукатурка: преимущества и виды популярного отделочного материала
• Идеальные стены во влажных помещениях
• Учимся создавать идеальные стены
• Выбор винилового сайдинга
• Сэндвич-панели – современное решение для разнообразных областей строительства
• Цокольные панели Альта Профиль
• Способы применения сендвич панелей в строительстве
• Навесные вентилируемые фасады или Qbiss One?
• Новые керамоблоки Porotherm GL – европейское качество по доступной цене
• Ректус альянс»: кровельные и стеновые сэндвич-панели
• Почему горят фасады и как это остановить
• Монтаж опалубки стен
• Виниловый сайдинг – преимущества, история создания
• Облицовка вентилируемых фасадов и крепление облицовки
• Кровля и фасады должны выполняться в комплексе
• Почему владельцы домов в России выбирают виниловый сайдинг
• Сайдинг — материал для обшивки домов
• Вентилируемые фасады с отделкой керамогранитными плитами
• Эстетика стыка
• Металлический сайдинг – цена
• Блок хаус – эволюция сайдинга!
• Этапы монтажа вентилируемого фасада
• Вентилируемые фасады
• Виды армирования кирпичной кладки