Особенности конструктивных решений вентилируемых фасадов с воздушными пространствами

Одним из важных элементов оболочки здания являются стеновые конструкции, которые выполняют как несущую функцию и отвечают требованиям прочности, жесткости, устойчивости, так и ограждающую, которая обеспечивает тепловую защиту здания и внутренних помещений от различных негативных воздействий внешней среды и создание благоприятных условий и комфортной среды для человека.

Традиционно в России на протяжении веков стены каменных зданий выполняли из кирпича, известняка и других каменных материалов. С началом индустриального домостроения с конца 50-ых годов XX века при возведении наружных стен начали использовать крупные блоки и стеновые панели. Использование в каменных конструкциях стен различных теплоизоляционных материалов позволило не только повысить их тепловую защиту, но и создать во внутренних помещениях зданий благоприятную и комфортную среду для нахождения человека. Для оценки их тепловой защиты и эффективности были разработаны методы расчета [5, 18, 19, 23, 209, 216], которые применяются до сих пор в практике проектирования зданий.

Для обеспечения вопросов энергосбережения в зданиях в 90-ые годы XX века требования к тепловой защите наружных ограждающих конструкций были резко повышены [142, 144], что привело к необходимости применения в строительстве новых конструктивных решений стен, в частности, конструкций вентилируемых фасадов с воздушными пространствами.

Конструкция вентфасада представляет собой фасадную систему, состоящую из теплоизоляционного слоя, несущего металлического каркаса и наружной

облицовки, с вентилируемым воздушным пространством между поверхностью утеплителя и плитами наружной облицовки. В системах вентфасадов утеплитель крепится к несущему основанию с помощью дюбелей, а наружная облицовка защищает теплоизоляционный материал от негативного воздействия внешней среды. Наружная облицовка, выполненная из натурального или искусственного камня, керамогранита, цементных и фиброцементных плиток, металлических кассет и других материалов, крепится к несущим частям вентфасада так, чтобы между плитами утеплителя и облицовки располагалось воздушное пространство, вентилируемое наружным воздухом.

Несущая часть вентфасада или подсистема, выполненная из горизонтальных и вертикальных профилей, крепится к несущим элементам здания - к стене или междуэтажным перекрытиям. Схемы основных конструктивных решений вентфасадов приведены на рисунках 1.1-1.4. Возможно крепление плит облицовки вентфасада непосредственно к несущим кронштейнам [123-127].

На рисунке 1.1 показана навесная фасадная конструкция с креплением плит облицовки фасада к вертикальным направляющим, а на рисунке 1.2 - с креплением фасадных облицовочных плит к горизонтальным направляющим, установленным на вертикальных профилях.

Крепление плит облицовки может осуществляться к вертикальным направляющим, которые в свою очередь установлены на горизонтальных несущих профилях, крепящихся к анкерам (рисунок 1.3). Возможным вариантом вентфасада является установка горизонтальных профилей непосредственно на несущей стене. На них крепятся вертикальные направляющие, на которые устанавливают плитки облицовки (рисунок 1.4).

При проектировании вентфасадов для обеспечения безопасных и комфортных условий для людей проводят прочностные и теплофизические расчеты этих конструкций.

В вентфасаде основную теплозащитную функцию выполняет теплоизоляционный материал, толщина которого вычислялась в зависимости от требуемого сопротивления теплопередаче RQ^p.

Рисунок 1.1 - Система вентилируемого фасада с креплением плит облицовки к вертикальным направляющим несущего каркаса: 1 - несущее основание стены; 2 - металлический кронштейн; 3 - анкерный болт для крепления кронштейна; 4 - вертикальный профиль; 5 - резиновая прокладка; 6 - облицовочная (фасадная) плита; 7 - заклепка для крепления облицовочных (фасадных) плит; 8 - утеплитель; 9 - дюбель; 10 - паронитовая прокладка

Рисунок 1.2 - Система вентилируемого фасада с креплением плит облицовки к горизонтальным профилям: 1 - несущее основание стены; 2 - металлический кронштейн; 3 - анкерный болт для крепления кронштейна; 4 - вертикальный профиль; 5 - горизонтальный профиль; 6 -кронштейн для крепления облицовочных (фасадных) плит; 7 - распорный винт; 8 - облицовочная (фасадная) плита; 9 - утеплитель; 10 - дюбель; 11 - паронитовая

прокладка

Рисунок 1.3 - Система вентилируемого фасада с креплением плит облицовки к вертикальным профилям: 1 - несущее основание стены; 2 - металлический кронштейн; 3 - анкерный болт для крепления кронштейна; 4 - горизонтальный профиль; 5 - вертикальный профиль; 6 - вертикальный профиль; 7 - утеплитель; 8 - дюбель; 9 - облицовочная (фасадная) плитка; 10 - стальная заклепка для крепления облицовочных (фасадных) плит; 11 - металлическая планка вертикального шва; 12 - паронитовая прокладка

Рисунок 1.4 - Система вентилируемого фасада с креплением плит облицовки к вертикальным профилям: 1 - несущее основание стены; 2 - горизонтальный профиль; 3 - верхний вертикальный профиль; 4 - нижний вертикальный профиль; 5 - дюбель; 6 - саморез; 7 -утеплитель; 8 - облицовочная (фасадная) плитка.

Металлические кронштейны, воспринимающие внешние нагрузки от ветра, от фасадной облицовки и металлических профилей и передающие их на стену, пронизывают толщу утеплителя и крепятся анкерами к несущей стене.

допускалось брать в расчет значения rпо таблицам, приведенным для кирпичных и бетонных стен в зависимости от толщины и материала стены, а также толщины и теплопроводности утеплителя [123 - 127].

В настоящее время в [121, 150, 153] приведена методика расчета приведенного сопротивления наружных ограждений с учетом теплотехнических неоднородностей и представлен теплофизический расчет фасадных систем с вентилируемыми воздушными пространствами. На ее основе при проектировании конструкции толщина теплоизоляционного материала вычисляется по формуле

- требуемое сопротивление теплопередаче,- толщина

конструкционного слоя, м; Х_к- коэффициент теплопроводности материала конструкционного слоя,толщина теплоизоляционного материала,

м; λy_r- коэффициент теплопроводности утеплителя, Вт/(м ⁰C); l_i- протяженность линейной неоднородности ζ-того вида, , приходящейся на 1м² площади фасада; ψi- удельные потери теплоты через линейную неоднородность i-ого вида, Вт/(м⁰С); n_fc- количество точечных неоднородностей k-ого вида, приходящихся на 1м² площади фасада.; χ_k- удельные потери теплоты через точечную неоднородность k-ого вида.

Расчетные величины удельные потери теплоты через линейную неоднородность, полученные в результате численных расчетов приведены в [152]. Аналогичные методы расчетов широко с использованием результатов численных расчетов применяются в других странах [256].

Однако в расчете по [121, 150, 153] не учитываются теплозащитные свойства вентилируемого воздушного пространства, которое находится в вентфасаде между утеплителем и фасадной облицовкой. В нем происходит постоянное движение воздуха, поступающего и удаляющегося через зазоры между элементами облицовки. В тоже время из внутренних помещений через стеновую конструкцию и утеплитель происходит диффузия водяных паров, которые

поступают в воздушное пространство и с воздушным потоком удаляются наружу. Благодаря вентилированию воздушного пространства теплоизоляционный материал в конструкции вентфасада не увлажняется парообразной влагой, остается в сухом состоянии и сохраняет свои теплозащитные качества, а парообразная влага с движущимся воздухом удаляется из конструкции наружу, что предупреждает образование конденсата на поверхности облицовки, обращенной в воздушное пространство. Таким образом, вентилируемое воздушное пространство имеет большое значение для обеспечения тепловой защиты конструкции наружной стены с вентфасадом.

1.3