Навісні фасадні системи з утепленням і повітряним зазором

ТОВ " ДІАТ -2000"
к.т.н. Є.Ю. Цикановскій
д.т.н. В.Г. Гагарін
к.т.н. А.В. Грановський
к.т.н. М.О. Павлова

Навісні фасадні системи з утепленням і повітряним зазором ( іменовані надалі для простоти " навісні вентильовані фасади " ) відомі в Росії порівняно недавно, але в ряді країн (наприклад, у Німеччині та Фінляндії ) вже накопичено достатній досвід їх використання в громадських, адміністративних та промислових будівлях, а також при реконструкції будинків.



Тільки-но з'явившись в Росії, вентильовані фасади відразу завоювали популярність, як у архітекторів і будівельників, так і серед замовників. На це є свої причини, про які йтиметься нижче, але спочатку спробуємо дати визначення.

Навісні фасадні системи з утепленням і повітряним зазором являють собою конструкцію, що складається з облицювання ( плит або листових матеріалів ) і металевої подконструкции, яка кріпиться до стіни таким чином, щоб між облицюванням і стіною утворилася повітряна прошарок. Для додаткового утеплення огороджувальної конструкції між стіною і облицюванням може розміщуватися теплоізоляційний шар - в цьому випадку повітряний прошарок виконується між облицюванням і теплоізоляцією.

Подоблицовочная конструкція може кріпитися як на несучу, так і на самонесучу стіну, виконану з різних матеріалів (бетон, цегла і т.д.). Використання навісних конструкцій дозволяє, з одного боку, " одягнути " фасад в сучасні оздоблювальні матеріали, а з іншого - поліпшити теплоізоляційні показники захисної конструкції і захистити її від шкідливих атмосферних впливів.

Вентильовані фасади застосовують не тільки в новому будівництві, але і при реконструкції старих будівель.

Загальні відомості

Як уже згадувалося, у вентильованому фасаді окремі шари конструкції розташовуються таким чином ( від внутрішньої поверхні до зовнішньої ) : захисна конструкція ( стіна), теплоізоляція, в деяких випадках паропропуськающая гідроветрозащітная плівка, повітряний прошарок, захисний екран. Така схема є оптимальною, тому шари різних матеріалів до повітряного прошарку розташовуються у міру зменшення коефіцієнтів теплопровідності і збільшення коефіцієнтів паропроникності. Наявність вентильованого повітряного прошарку здатне істотно поліпшити стан вологості шару теплоізоляції, що є перевагою розглянутої конструкції в порівнянні з іншими.

Зовнішнє розташування додаткової теплоізоляції найкращим чином захищає стіну від поперемінного замерзання і відтавання. Вирівнюються температурні коливання масиву стіни, що перешкоджає виникненню деформацій. Через те, що в товщі несучої стіни практично відсутні перепади температур, температурно- деформаційні шви працюють в мінімальному ступені і весь конструктив функціонує в оптимальному режимі. Зона конденсації зрушується в зовнішній теплоізоляційний шар, який межує з вентильованим повітряним прошарком.

Іншою перевагою зовнішньої теплоізоляції є збільшення теплоаккумулирующей здатності масиву стіни. У цьому випадку при відключенні джерела теплопостачання стіна буде остигати в кілька разів повільніше, ніж при внутрішньому розташуванні шару теплоізоляції такої ж товщини.

Спільне застосування навісного вентильованого фасаду та теплоізоляційного шару істотним чином підвищує звукоізоляційні характеристики захисної конструкції, оскільки фасадні панелі й теплоізоляція мають звукопоглинальні властивості в широкому діапазоні частот ( наприклад, звукоізоляція стіни з легкого бетону підвищується в 2 рази при пристрої навісного фасаду із застосуванням облицювальних панелей).

Наявність повітряного прошарку у вентильованому фасаді принципово відрізняє його від інших типів фасадів, тому внутрішня волога вільно видаляється в навколишнє середовище. Вентильований повітряний прошарок знижує також і тепловтрати в опалювальний період, тому що температура повітря в ній дещо вище, ніж зовні. У свою чергу, зовнішній екран з оздоблювальних матеріалів захищає розташований за ним шар теплоізоляції, а також саму стіну, від атмосферних впливів. Влітку він виконує функцію сонцезахисного екрану, що відбиває значну частину падаючого на нього потоку променистої енергії.

Для забезпечення пожежної безпеки в систему навісних фасадів включаються матеріали і вироби, що відносяться до категорії негорючих (НГ) або важкогорючих (Г1), що перешкоджають поширенню вогню. Крім того, у відповідності з існуючими нормативними документами, системи вентильованих фасадів повинні проходити обов'язкові пожежні випробування, на яких визначається максимальна висота застосування системи і її пожежна придатність.

Основні переваги вентильованих фасадів:
- Можливість використання сучасних фасадних облицювальних матеріалів;
- Високі тепло- і звукоізоляційні характеристики;
- Вентиляція теплоізоляційного шару забезпечує видалення вологи, що утворюється в результаті дифузії водяної пари зсередини будівлі;
- Захист стіни й теплоізоляції від атмосферних впливів;
- Нівелювання термічних деформацій;
- Можливість проведення фасадних робіт у будь-який час року - виключені "мокрі" процеси ;
- Відсутність спеціальних вимог до геометричних параметрів несучої стіни ( не потрібно попереднє вирівнювання ) ;
- Тривалий термін безремонтної експлуатації (25-50 років залежно від застосовуваного матеріалу).

На підставі наведеної інформації можна зробити висновок, що вентильований фасад є сучасною прогресивною системою, яку можна застосовувати як для нових, так і для реконструйованих будівель.

Елементи вентильованого фасаду

Металева подконструкция ( фахверк ) складається з кронштейнів, які кріпляться безпосередньо до стіни, і несучих профілів ( напрямних ), що встановлюються на кронштейни, до яких за допомогою спеціальних кріпильних елементів прикріплюються плити ( листи) облицювання. Утеплювач фіксується на зовнішній поверхні стіни за допомогою дюбелів, спеціальних профілів і т.п.

Основне призначення подконструкции - надійно закріпити плити облицювання і теплоізоляції до стіни таким чином, щоб між теплоізоляцією і облицювальною панеллю залишилася повітряний прошарок. При цьому виключаються клейові й інші "мокрі" процеси, а всі з'єднання здійснюються механічно.

Подконструкция повинна володіти :
- Високу корозійну стійкість ;
- Несучою здатністю і міцністю, здатними протистояти статичним (власна вага конструкції, включаючи вагу панелей і утеплювача ) і динамічним ( пульсуюча складова вітрового навантаження, температурні перепади і т.д.) навантажень;
- Можливістю нівелювання кривизни основи (несучих стін);
- Простотою і високою швидкістю монтажу і т.д.

На російському ринку представлена ​​велика кількість різних підконструкцій, як західних, так і вітчизняних виробників.

Необхідно також зупинитися ще на одному, досить істотному, моменті. На жаль, на сьогоднішній день рівень якості будівництва в СНД ще не досяг європейських стандартів, тому при спорудженні вентильованих фасадів в нашій країні доводиться стикатися з проблемами, які незнайомі західним виробникам конструкцій (наприклад, значні нерівності несучих стін). Це призводить до того, що імпортні системи (навіть дуже високого рівня) доводиться пристосовувати до місцевих умов.

Об'єктивна оцінка вимог, яким повинна задовольняти подконструкция, дозволяє зрозуміти, наскільки складною і відповідальною частиною фасаду вона є. Саме тому кожна система повинна проходити дуже серйозну перевірку.

У процесі розрахунку подконструкции необхідно враховувати цілий ряд даних, наприклад:
- Кліматичний район забудови;
- Місцезнаходження (відкритий простір, щільна забудова і т.п.) ;
- Висота, конфігурація і тип будівлі;
- Вид матеріалу несучої стіни, товщина і тип утеплювача, тип облицювання й спосіб її кріплення ( видимий, невидимий ) ;
- Особливості середовища ( слабо-, середньо-або сільноагрессівних ) і т.п.

Слід особливо підкреслити, що розрахунок конструкцій вентильованого фасаду повинні виконувати тільки фахівці.

Анкерні кріплення - одні з найважливіших елементів конструкції, які забезпечують механічне кріплення кронштейнів підконструкції до стіни. До них пред'являються найвищі вимоги : міцність закладення в стінах з різних матеріалів при дії поздовжніх і поперечних (щодо осі анкера ) сил, довговічність, збереження фізичних властивостей в умовах високих або дуже низьких температур і т.д. Діаметри анкерів ( дюбелів і шурупів ), а також глибину їх закладення вибирають виходячи з зусиль, що діють на кронштейн кріплення конструкції до стіни залежно від величини сил, спрямованих уздовж (зусилля вириваючи ) і перпендикулярно ( зрізаючий зусилля) осі анкера і матеріалу стіни, в яку встановлюється даний тип анкера.

Теплоізоляція

Утеплювач, який використовується в конструкціях вентильованих фасадів, повинен мати такими властивостями:
- Бути довговічним, стійким до старіння матеріалом;
- Бути біологічно стійким ;
- Мати дозвіл органів пожежного нагляду на застосування у вентильованих фасадах ;
- Зберігати стабільну форму протягом усього періоду експлуатації будівлі;
- Володіти високими теплоізоляційними характеристиками ;
- Дозволяти водяній парі і волозі з приміщення потрапляти в повітряний прошарок, запобігаючи утворення і накопичення конденсату;
- Бути стійким до вітрового потоку ;
- Бути неагресивним до металу подконструкции ;
- Відповідати вимогам ГОСТ 9573-96 Плити з мінеральної вати на синтетичному зв'язуючому теплоізоляційні. Технічні умови в частині вимог, що відносяться до жорсткості використаного матеріалу.

В якості теплоізоляції в вентильованих фасадах використовують мінераловатні утеплювачі, виготовлені з вологостійкої і водовідштовхувальним кам'яної ( базальтової ) або скляної вати. Ці матеріали найбільш повно відповідають вимогам, що пред'являються до ізоляції, і вже більше тридцяти років застосовуються в усьому світі в складі вентильованих фасадів. Даний факт дозволяє впевнено говорити про них як про довговічні, стійкі до старіння будівельному матеріалі (принаймні, протягом терміну служби будівлі в різних кліматичних зонах).

Мінераловатні утеплювачі біологічно стійкі - не схильні до дії різного виду грибків, вологостійкі і, будучи по структурі пористим матеріалом, прекрасно поглинають шум. З точки зору пожежної безпеки, вони класифіковані як негорючі (НГ ) або важкозгораємі (Г1) матеріали (залежно від конкретної марки матеріалу).

Теплоізоляційні плити можуть бути Кашоване і некашірованнимі. Некашірованний матеріал повинен мати досить високу щільність зовнішнього шару. З нашої точки зору допустимо застосування кашированного матеріалу тільки з приклеєною (а не просто натягнутою ) склотканиною або нетканим геохолстом (типу Tyvek ).

Tyvek, будучи пароізоляційним матеріалом з однобічною провідністю вологи з конструкції стіни в напрямку вулиці, захищає таким чином утеплювач від зволоження, при цьому пари з приміщення безперешкодно виходять у вентильований простір.

Каширование (як і шар утеплювача високої щільності) служить для істотного зменшення руху повітря всередині утеплювача і, як наслідок, поліпшення його теплотехнічних властивостей. Може також застосовуватися мінераловатна плита з подвійною щільністю або комбінований утеплювач з двома шарами різної щільності : більш щільний шар встановлюється до зовнішньої сторони фасадних конструкцій, менш щільний - безпосередньо на несучу стіну.

Облицювальні вироби. Облицювальні матеріали в конструкції вентильованого фасаду виконують захисно- декоративну функцію. Вони захищають утеплювач, підконструкцію і стіну будівлі від пошкоджень і атмосферних впливів. Водночас облицювальні панелі, будучи зовнішньою оболонкою будівлі, формують його естетичний вигляд. В даний час існує великий вибір фасадних панелей для облицювання стін будівлі. Крім зовнішнього вигляду вони відрізняються між собою за матеріалом, розміром, типом кріплення ( видиме, невидиме ), вартості і т.д.

Список матеріалів, використовуваних для виготовлення панелей, постійно поповнюється : це метали, композитні матеріали, бетони, фіброцементи (цементно -волокнисті матеріали), керамічний граніт, а також скло зі спеціальним покриттям, ламінат високої щільності і т.п. Захисно -декоративні вироби можуть імітувати традиційні матеріали (камінь, дерево, цегла) або підкреслювати сучасність і незвичність за рахунок застосування металу, кольору, фактури і т.д. Облицювальні панелі кріпляться до подконструкции за допомогою прихованих або видимих ​​елементів кріплення.

Велика розмаїтість оздоблювальних матеріалів для навісних фасадів дає архітекторові воістину безмежні можливості для вирішення естетичних завдань.

Проблеми, що виникають при проектуванні та будівництві вентильованих фасадів

Вентильовані фасади, як конструкції з штучних матеріалів, вельми критичні до відстані між вікнами ( по вертикалі і горизонталі). Різна ширина простінків більш помітна, ніж при штукатурної обробці, тому що видна " пошаговость " облицювання. Крім того, ця обставина призводить до значного подорожчання робіт через значну кількість підрізування плитки.

Величезне значення має правильний вибір матеріалу стіни. З нашої точки зору великою помилкою є використання для закладки стінних прорізів сільнопорістих матеріалів з малою несучою здатністю анкерних кріплень. Застосування таких матеріалів не виправдано, в першу чергу, з економічних міркувань, оскільки їх теплова ефективність нижче, ніж теплова ефективність мінеральної вати, використовуваної як утеплювач.

Зовнішнє облицювання вентильованого фасаду за рахунок повітряного зазору і утеплювача є ефективним акустичним екраном. При цьому не можна забувати, що сам зазор є акустичною трубою і будь-які звуки, вироблювані в ньому, будуть поширюватися практично по всьому фасаду ( в межах однієї площині). У першу чергу це відноситься до каширується матеріалу. Справа в тому, що на даний момент існують два принципових рішення, обидва з яких офіційно дозволені. Перше - каширований утеплювач, друге - некашірованний. У разі застосування кашированного утеплювача також є два офіційно дозволених варіанти: перший - застосування утеплювачів, кашированих приклеєною мембраною, і другий - коли мембрана натягується цільними полотнами великої площі по некашірованному утеплювачу при монтажі прямо на стіні. Друге рішення, з нашої точки зору, хибно. Справа в тому, що натягнути пароізоляційну мембрану так, щоб можна було гарантувати відсутність " хлопків ", - практично неможливо. Відповідно ці " хлопки " будуть чутні на великій площі.

Застосування систем кріплення з алюмінієвих сплавів. При уявній привабливості застосування таких систем, вони мають ряд проблем :

Температура плавлення алюмінію 630 - 670 ° С (залежно від сплаву ). Температура при пожежі на внутрішній поверхні плитки (за результатами випробувань Центру протипожежних досліджень ЦНДІБК ім. В.А. Кучеренко ) досягає 750 ° C. Це може призвести до розплавлення елементів подконструкции і обвалення частини фасаду (у зоні віконного отвору). Для коректного вирішення цієї проблеми необхідні спеціальні заходи: установка захисних екранів, заміна частини алюмінієвих елементів підконструкції на сталеві, застосування особливої ​​конструкції віконних обрамлень і т.п. Це, крім можливого утворення гальванічних пар, призводить до подорожчання і " зводить нанівець " багато переваги алюмінієвих підсистем.

Несуча здатність алюмінію і його сплавів може бути різною. Так, наприклад, межа міцності sв (несуча здатність ) алюмінієвого сплаву АД- 31 - 18 кг/мм2, алюмінієво -магнієвого сплаву АМг6 - 31 кг/мм2. Для прикладу, межа міцності стали 3-40 кг/мм2, а нержавіючої сталі 12х18Н10Т - 55 кг/мм2. Крім того, необхідно враховувати, що з усіх алюмінієвих сплавів тільки АД- 31 піддається процесу екструзії, а алюмінієво- магнієві сплави практично ніколи не бувають екструзійними. Проектувальникам, при виборі і розрахунку системи, з нашої точки зору, необхідно враховувати ці показники для визначення товщини металу і кількості кронштейнів на 1 м2.

Приведений опір теплопередачі стіни. Цей параметр характеризує теплозахисні властивості стіни. Він дорівнює умовному опору теплопередачі стіни ( без урахування теплопровідних включень), помноженому на коефіцієнт теплотехнічної однорідності ( який не може перевищувати одиницю). Коефіцієнт теплотехнічної однорідності визначається впливом теплопровідних включень і показує ефективність використання теплоізоляції - чим він менше, тим більша товщина теплоізоляції потрібно для забезпечення необхідного опору теплопередачі стіни.