Некоторые аспекты энергоэффективности навесных вентилируемых фасадов

В современной практике наружного утепления стен зданий широкое применение получили конструкции навесных вентилируемых фасадов (НВФ) с вентилируемым зазором и защитно-декоративной облицовкой из листовых или плитных материалов. Рассмотрим, в чем состоит преимущество НВФ, и какими факторами определяется их энергоэфффетивность.

Навесные вентилируемые фасадные системы предоставляют собой конструкции, теплоизоляционного и ветрозащитного слоев и облицовочного покрытия (рис. 1).

     Металлическая подконструкция состоит из кронштейнов (крепятся непосредственно к стене) и несущих профилей, устанавливаемых на кронштейны, на которых при помощи крепежных элементов закрепляются элементы защитно-декоративного покрытия.

В качестве теплоизоляционного слоя применяются материалы из стеклянного штапельного волокна и каменной ваты. В качестве ветрозащитного слоя – проницаемые для водяного пара, но водо- и воздухонепроницаемые пленки, холсты или ткани. В качестве облицовочного покрытия – металлический и виниловый сайдинг, панели из профилированных металлических листов, фасадные керамические плиты, композитные панели и др.

Вентилируемый воздушный зазор шириной 40-100 мм располагается между наружным облицовочным покрытием и теплоизоляционным слоем.

К преимуществам навесных вентилируемых фасадов относят:

— наличие облицовочного покрытия из листовых или плитных материалов. Который предохраняет утеплитель от механических повреждений, атмосферных осадков, воздействия ветра и улучшает внешний вид здания;

— наличие вентилируемого зазора, который исключает накопление влаги и улучшает температурно-влажностный режим ограждающей конструкции.

     Энергоэффективность конструкций НВФ определяется конструктивными факторами. Теплотехнической эффективностью и эксплуатационной надежностью применяемых ТИМ, качеством монтажа и условиями эксплуатации конструкции (рис. 2).

Влияние конструктивных факторов

     Многослойные конструкции теплоизоляции в сравнении с однослойными характеризуются более высоким коэффициентом теплотехнической однородности (КТО), что достигается за счет перекрытия швов между смежными плитами внутреннего слоя плитами наружного слоя. Наружный теплоизоляционный слой в этих конструкциях одновременно выполняет функции ветрового барьера.

Однослойные конструкции теплоизоляции применяются при требуемой толщине теплоизоляционного слоя до 70 мм.

Альтернативным вариантом двухслойных конструкций теплоизоляции является использование разработанных некоторыми производителями теплоизоляционных плит двойной плотности (наружный слой жесткий, внутренний полужесткий или мягкий). Утепление швов между смежными плитами достигается за счет соединения типа шип-паз.

В эксплуатационных условиях в конструкции НВФ могут развиваться процессы свободной и вынужденной конвекции, которые увеличивают тепловой поток через конструкцию и, соответственно, снижают ее энергоэффективность.

Естественная конвекция в проницаемой пористой среде возникает при наличии градиента температуры или давления и, соответственно, разной плотности воздуха в различных точках теплоизоляционного материала.

Вынужденная конвекция в пористой среде возникает, если в пространстве. Граничащим  с материалом, присутствует направленное движение (поток) воздуха относительно граничной поверхности и граница является проницаемой.

Если граница между материалом и движущимся потоком воздуха является проницаемой. То возникает конвективный перенос массы через эту границу, который еще более увеличивает теплопередачу через слой материала. При наличии непроницаемого барьера между утеплителем и воздухом массоперенос воздуха из утеплителя и обратно и, соответственно, вынужденная конвекция в материале отсутствуют.

Наличие зазоров между смежными плитами в теплоизоляционном слое. Вентилируемых прослоек между утеплителем и стеной, снижают энергоэффективность конструкции НВФ.

Использование в качестве основного слоя в однослойных конструкциях и внутреннего слоя в двухслойных теплоизоляционных конструкциях мягких и полужестких теплоизоляционных материалов из стекловолокна и каменной ваты позволяет устранить воздушные прослойки между утеплителем и стеной.

Мягкие материалы во внутреннем теплоизоляционном слое, в отличие от жестких теплоизоляционных изделий, обеспечивают плотное прилегание утеплителя к стене без образования воздушных прослоек, что повышает энергоэффективность конструкций.

Определенное влияние на энергоэффеективность НВФ может оказывать проницаемость границы между утеплителем и воздухом в прослойке.

Влияние естественной конвекции в конструкциях со свободной границей между утеплителем и воздухом в прослойке и вынужденной конвекции в конструкциях с направленным движением воздуха вдоль проницаемой (свободной)границы устраняется конструктивными методами, а именно устройством ветрового барьера, либо должно учитываться при расчете термического сопротивления стен зданий.

Снижение энергоэффективности НВФ, обусловленное естественной и вынужденной конвекцией воздуха в теплоизоляционном слое из волокнистых теплоизоляционных материалов может быть либо исключено конструктивными средствами, путем устройства воздухонепроницаемых барьеров между утеплителем и воздушной средой. Либо компенсировано увеличением толщины теплоизоляционного слоя. Целесообразность того или иного способа решения этой задачи может определяться по минимуму затрат на его реализацию.

При принятии решения о необходимости применения ветрозащиты утеплителя в конструкциях НВФ следует учитывать, что помимо объективного улучшения теплозащитных свойств, ветрозащитный слой повышает эксплуатационный ресурс теплоизоляционной конструкции за счет предотвращения ветровой эрозии (эмиссии) волокна из утеплителя и его защиты от атмосферных осадков в процессе монтажа и эксплуатации.

Влияние тепловых мостов

     В двухслойной конструкции теплоизоляции НВФ сквозными тепловыми мостами являются кронштейны и дюбель-анкеры наружного слоя. Поэтому определенный эффект в плане повышения энергоэффективности НВФ может быть достигнут за счет снижения количества анкеров на единицу поверхности при применении в наружном слое жестких теплоизоляционных плит большего размера (например, 1,2 × 1,5 м) и меньшей толщины (30 мм).

Влияние анкеров внутреннего слоя на КТО конструкции является пренебрежимо малым и их количество при необходимости может быть увеличено без заметного снижения КТО.

Влияние воздухопроницаемости теплоизоляционных материалов

Теплоизоляционные материалы, применяемые в конструкциях НВФ, должны отвечать общим требованиям теплотехнической эффективности, эксплуатационной надежности, пожарной и экологической безопасности.

Особенность условий эксплуатации ТИМ в конструкциях НВФ заключается в том, что теплоизоляционный материал в конструкции взаимодействует с восходящим потоком воздуха, что при отсутствии ветрового барьера создает условия для эксфильтрации (вынужденной конвекции) воздуха из утеплителя в вентзазор. В этих условиях актуальным становится показатель воздухопроницаемости утеплителя.

В соответствии с требованиями СП23-101 к применению в НВФ в качестве наружного слоя рекомендуются волокнистые теплоизоляционные материалы плотностью не менее 80 кг/м³. Рекомендуемая толщина наружного слоя – не менее 50 мм.

Плотность теплоизоляционного материала в этих конструкциях не является определяющим параметром, т.к. при равной плотности теплоизоляционные изделия из каменной ваты и стекловолокна разных марок и производителей могут значительно отличать по деформативным характеристикам, теплопроводности, воздухопроницаемости и другим показателям.

В качестве обоснования ограничений в применении теплоизоляционных материалов плотностью ниже 80 кг/м³ в НВФ указывается их повышенная воздухопроницаемость.

     На рис. 3 приведены результаты исследования проницаемости различных видов волокнистых теплоизоляционных материалов, выполненные институтов CRIR (Франция). Из приведенных данных видно, что проницаемость ТИМ изменяется в широком диапазоне от 0,2 × 10-9 до 4,0× м² в зависимости от плотности и вида материала (стекловолокно, камвата).

В двухслойных конструкциях теплоизоляции наружный слой выполняется из минераловатных плит более высокой плотности, чем внутренний, с целью обеспечения ветрозащиты, поэтому очевидно, что при определении конструктивного требования к толщине слоя должна учитываться проницаемость материала.

Наружный теплоизоляционный слой выполняет как теплоизоляционные, так и ветрозащитные функции, поэтому регламентировать следует не отдельно плотность или толщину наружного слоя, а его сопротивление воздухопроницанию.

В соответствии с законом Дарси, для слоя пористой среды сопротивление воздухопринцанию R пропорционально его толщине и обратно пропорционально проницаемости К:

•  • K =   • S =   •S

где Q – объемный расход (поток) газа, м²/с;

∆Р – перепад давления, Па;

Е – толщина образца, м;

S – площадь сечения образца, через которую проходит поток газа, м²;

μ – динамическая вязкость газа, Па•с;

К – проницаемость, м².

Проницаемость волокнистых материалов К зависит от их структуры, пористости, диаметра волокна, удельной поверхности волокон в единице объема.

Относительно технических требований к материалу наружного теплоизоляционного и ветрозащитного слоя из приведенных соображений вытекают следующие практические выводы.

Если принять в качестве базового варианта сопротивление воздухопроницанию наружного слоя из каменной ваты плотностью 80 кг/м³ и толщиной 50 мм, то при использовании плит из стекловолокна эквивалентное сопротивление воздухопроницанию достигается:

1. При толщине слоя 25 мм, ели применяются плиты из стекловолокна плотностью 70 кг/м³ (например, «ИЗОВЕР Вентфасад-верх» (RKL));
2. При плотности плит из стекловолокна 40 кг/м³, если толщина наружного слоя принята 50 мм.

Приведенные выше аргументы учтены в новом документе Москомархитектуры ТР 211-2011 «Технические рекомендации… по проектированию, обследованию и эксплуатации систем наружного утепления зданий». Это является основанием для внесения изменений в технические свидетельства на конкретные системы НВФ, в которых указана требуемая толщина наружного (ветрозащитного) слоя утеплителя без учета его вида и воздухопроницаемости.

Влияние качества монтажа теплоизоляционного слоя

     Низкое качество монтажа может приводить к снижению термического сопротивления конструкции за счет уменьшения толщины теплоизоляционного слоя при установке дюбель-анкеров и снижению ее эксплуатационной надежности вследствие разрушения структуры утеплителя (рис. 4).

Следует отметить, что глубина погружения анкера практически не зависит от деформативных свойств используемых теплоизоляционных плит (мягкие, жесткие, полужесткие).

Определяющими факторами являются глубина засверливания отверстия под  дюбель и прочность стены (кирпич, ячеистый бетон), в которую забивается дюбель-анкер.

Качество монтажа зависит также от квалификации рабочих, выполняющих монтаж, и используемого ими инструмента (например, массы молотка или киянки).

Предоставляется, что изложенные аргументы могут способствовать внесению обоснованных изменений в ТС на системы НВФ по применению в составе этих конструкций эффективных современных теплоизоляционных материалов.

Литература

1. Eric Arquis, Cristian Cicasu. Convention phenomen in mineral wool installed on vertical walls: Сб. Докладов Международной научно-практической конференции «Эффективные тепло- и звукоизоляционные материалы в современном строительстве и ЖКХ». М., 2006.
2. Шойхет Б.М. Структура и проницаемость волокнистых теплоизоляционных материалов//Энергосбережение. 2008 №7.
3. Шойхет Б.М., Ставрицкая Л.В., Овчаренко Е.Г. О технических требованиях к волокнистым теплоизоляционным материалам для строительства//Энергосбережение. 2002. №1.
4. Шойхет Б.М. К вопросу о теплотехнической эффективности навесных вентилируемых фасадов//Развитие теории и технологии в области теплоизоляционных и отделочных материалов: Сб. докладов. М., 2006.

Б.М. Шойхет, профессор МГСУ, заместитель директора по техническому развитию «Сен-Гобен Изовер». Журнал Энергосбережение, 2011, № 7, стр. 60.

По вопросам членства в СРО Энергоаудиторов и получения допуска к проведению энергоаудита обращайтесь:

НП СРО «Межрегиональный союз энергоаудиторов «ИМПУЛЬС»

125310, г. Москва, ул. Митинская, д. 55, стр. 1, офис 58

Телефон СРО +7 (495) 943-14-48;     Факс СРО +7 (495) 759-55-36.