Вентилируемые фасады. Все ли мы о них знаем?
Вентилируемые фасады, появившиеся в нашей стране около 10-ти лет назад, сегодня прочно вошли в повседневную практику многих строительных организаций. Площадь ежегодно монтируемых таких конструкций измеряется сотнями тысяч квадратных метров. Число применяемых навесных систем давно перевалило за десяток и не собирается на этом останавливаться. Каждая уважающая себя инженерно-строительная компания строит планы разработать свою собственную систему. Надежности этих систем посвящаются специальные семинары, пишутся статьи, их анализом и аттестацией занимается специальный отдел ФЦС Госстроя РФ.
Казалось бы, все хорошо — новые передовые технологии осваивают бурно развивающийся российский строительный рынок. Но во всей этой бочке меда есть одна большая ложка дегтя — увлекшись разработкой навесных систем, уделяя огромное внимание их надежности, пожаробезопасности, практически никто не пытается вникнуть в физику работы вентилируемого фасада, не задает себе вопрос: «А что же такое вентилируемый фасад? Как он работает и для чего же он вообще нужен?»
За рубежом именно этот вопрос стоит на первом месте, а вовсе не вопрос о преимуществах конструкции той или иной подвесной системы. Этой теме посвящаются десятки статей, проводятся исследования и ставятся эксперименты.
У нас за все прошедшее десятилетие единственный в России, кто пытался исследовать эту тему, был академик В. Н. Богословский, проводивший натурные исследования совместно с Радивое Батиничем на фасадах Газпрома. К сожалению, после смерти академика эти исследования прекратились. Кроме этого, стоит отметить аналитическую статью д. т. н. В. Г. Гагарина, В. В. Козлова, Е. Ю. Цыкановского, посвященную расчету теплопроводности вентилируемых фасадов. А также попытку разработки методики изучения водопроникания вентилируемых фасадов д. т. н. проф. В. А. Езерского и к. т. н. П. В. Монастырева (Тамбов), однако вследствие не учтенного большого числа факторов (об этом будет сказано ниже) эта методика является некорректной, а, значит, результаты эксперимента — ошибочными. Тем не менее, именно на эти результаты делаются ссылки при конструировании навесных систем и разработке нормативной базы. Мы опять «изобретаем велосипед» и, главное, изобретаем его неправильно.
Итак…
Две принципиальные ошибки. Или что такое вентилируемый фасад и для чего он нужен?
В настоящее время существует следующее устоявшееся представление о вентилируемых фасадах и физике их работы.
Вентилируемый фасад представляет собой многослойную систему, расположенную с внешней стороны несущей стены здания и состоящую из слоя паропроницаемого утеплителя, несущей конструкции и таким образом прикрепленному к ней облицовочному материалу, чтобы между ним и утеплителем образовывалась воздушная прослойка.
Вся физика работы такой системы сводится к тому, что парциальное давление водяного пара внутри здания, как правило, больше чем снаружи (разница температур). Поэтому такая конструкция одновременно с утеплением обеспечивает наиболее легкое удаление избыточной влаги из внутренних помещений, несущих стен и утеплителя (здание «дышит»). При этом считается, что вертикальный поток воздуха в прослойке способствует удалению избыточной влаги. В этом видится главный и практически единственный смысл применения такой системы.
Отсюда делаются два ошибочных вывода:
1. Чем лучше вентилируется воздушная прослойка, т. е. чем меньше препятствий к перемещению воздуха в ней, тем легче удаляется избыточная влага из здания.
2. Наружная облицовка выполняет защитно-декоративную роль, и отверстия в ней (швы и щели) являются либо технологическими (из-за невозможности по-другому закрепить облицовочный материал), либо вспомогательными для дополнительной вентиляции. А значит, при достаточной вентиляции (поддува снизу и выпускной щели сверху) эти швы необходимо минимизировать, чтобы уменьшить проникновение внутрь системы атмосферных осадков. (Это прямое следствие вышеупомянутых экспериментов В. А. Езерского и П. В. Монастырева).
Подозреваю, что многих ввело в заблуждение само название таких фасадов — «вентилируемые», на основе которого стали делаться необоснованные выводы. Не зря при освидетельствовании таких систем главный специалист ФЦС Госстроя Д. М. Лаковский не принял это название и ввел более нейтральный термин «фасадные системы с воздушным зазором».
Так как же на самом деле работает вентилируемый фасад?
Вентилируемый фасад — активная защита от осадков
Физика (или принцип) работы вентилируемого фасада, описанная выше, конечно правильная. Ошибка же состоит в том, что это только часть тех физических принципов, которые отличают такие фасады от других, скажем, от утепленных фасадов с воздушным зазором и внешней защитно-декоративной кирпичной кладкой с воздушными продухами.
Отличительной особенностью вентилируемого фасада является активная защита от атмосферных осадков путем создания в воздушном зазоре давления, препятствующего проникновению этих осадков внутрь системы.
А вот этот-то принцип с точностью до наоборот переворачивает многие выводы, сделанные на основе учета только одного принципа, описанного выше.
Итак, в чем состоит эта активная защита?
Давление ветра на фасад обычно равномерно по всей плоскости с небольшим увеличением по высоте. При наличии в облицовке достаточного количества отверстий (швов) поток воздуха легко проникает сквозь них, и давление в воздушном зазоре и снаружи облицовки выравнивается.
Однако вблизи углов, как вертикальных, так и горизонтальных (перед кровлей), образуется резкий перепад давления в связи с разностью ветровых нагрузок на соседних плоскостях (за углом). Эта разность давлений приводит к постоянному перетоку воздуха из одного воздушного зазора в другой (за угол), препятствуя выравниванию давления в зазоре с наружным давлением. Получается, что в этих местах фасад работает, как пылесос, втягивая в себя наружный воздух со всеми атмосферными осадками.
Чтобы устранить это явление необходимо воспрепятствовать горизонтальному потоку воздуха внутри вентилируемого фасада, а также вертикальному потоку вблизи кровель.
При этом скорость выравнивания давления в воздушной прослойке с внешним давлением тем больше, чем:
1) больше отверстия (швы) во внешней облицовке;
2) больше внутри системы воздушно-независимых (отделенных друг от друга) зон, т. е. перегородок (особенно вертикальных).
Чем быстрее внутреннее давление выровняется с внешним на каждом участке фасада, тем меньше влаги проникнет внутрь.
Немного о межплиточных швах
Теперь становится ясна роль межплиточных швов в защитно-декоративном экране.
Их наличие, в первую очередь, обеспечивает выравнивание давления внутри и снаружи облицовки. Именно эта их функция не была учтена в вышеупомянутом эксперименте В. А. Езерского и П. В. Монастырева. Соответственно, полученные ими результаты можно упрощенно свести к следующему: чем меньше швы, тем лучше (т. к. проникновение влаги внутрь зазора в их опыте всегда уменьшалось с уменьшением шва, только с разной скоростью). Ошибка в том, что в этом эксперименте косой дождь, создаваемый дождевальной установкой, создавал эффект постоянного превышения наружного давления над внутренним, чего не должно происходить при правильно спроектированной фасадной системе.
К сожалению, результаты именно этих экспериментов легли в основу разработки и проектирования многих фасадных систем.
Опасность малой ширины шва состоит еще в том, что при дожде на фасаде может образовываться водяная пленка (эффект поверхностного натяжения), затягивающая часть швов, что еще сильнее препятствует выравниванию давления.
Таким образом, вопрос об оптимальной ширине межплиточного шва требует проведения новых экспериментальных исследований с учетом всех вышеизложенных факторов. Думаю, что научный потенциал наших исследовательских учреждений (скажем, НИИСФа) вполне достаточен для выполнения такой работы.
Пока же можно сослаться только на зарубежный опыт, где минимальную ширину шва при плите размером 600х600 мм определяют в 5–6 мм. Хотя некоторые источники (Latta J. K. Walls, windows and roofs for Canadian climate. National Research Council of Canada, Division of Building Research, 1973) называют еще большую минимальную ширину — не менее 10 мм.
Практические выводы
Как все вышеизложенное должно влиять на проектирование реальных фасадов?
1. Толщина межплиточного шва не должна быть меньше 5 мм.
2. На расстоянии около 1,2–1,5 м от вертикальных углов и 1,2–1,5 м от верхнего угла (кровля, парапет) необходимо устанавливать вертикальные (наверху, соответственно, горизонтальные) максимально герметичные перегородки через каждые 0,6 м (для предотвращения перетока воздуха).
3. Максимально использовать декоративные элементы (например, карнизы), конструктивные элементы (оконные откосы, подоконные сливы) для препятствия горизонтальному току воздуха внутри системы (а также, отчасти, и вертикальному потоку).
4. Предпочтение должно быть отдано системам, использующим в качестве вертикальных направляющих Т-образный, Г-образный или П-образный профили с большой ножкой, образующие естественные перегородки для горизонтального потока воздуха.
5. Еще одним важным, хотя и побочным эффектом применения вертикальных перегородок вдоль углов здания является то, что ветровые нагрузки на плоскость фасадной системы на углах здания при этом снижаются до 70–75% от расчетных! (Rousseau M. Z. Facts and Fiction of Rain-Screen Walls, Construction Canada). Понятно, сколь важным становится учет этого фактора, особенно при проектировании высотных зданий, на которых практически всегда применяются вентилируемые фасады.
В целом, чем больше на фасаде воздушно-замкнутых зон — тем лучше.
При этом, использование систем с вертикальными Т-образными, Г-образными и П-образными профилями с большой ножкой может даже снять необходимость устройства вертикальных перегородок (см. п. 2), поскольку они сами являются такими перегородками.
При этом, в системе таких профилей образуется т. н. «дроссельный эффект», обеспечивающий эффективное препятствие горизонтальному воздушному потоку, даже когда между ножкой профиля и утеплителем существует воздушный зазор. Наличие «дроссельного эффекта» в системе КТС-1ВФ было иследовано на стенде на производственной базе компании «Каптехнострой».
Заключение
Понимание принципов работы вентилируемых фасадов поможет, во-первых, избавиться от существующих в настоящий момент многих «мифов»:
- о необходимости достижения максимальной «вентиляции» путем свободного движения воздуха внутри воздушной прослойки;
- об уменьшении проникновения влаги внутрь фасада путем минимизации толщины межплиточных швов;
- о необходимости уменьшения толщины швов и применения плоских профилей для предотвращения т. н. звучания фасада и мн. др.
Во-вторых, знание этих принципов указывает реальные направления, в которых надо вести исследовательскую работу, как экспериментальную, так и теоретическую, позволяет избежать принципиальных ошибок.
В третьих, позволяет грамотно спроектировать реальную фасадную систему и максимально использовать ее преимущества.
Литература:
1. Батинич Р. Вентилируемые фасады зданий: Проблемы строительной теплофизики систем обеспечения микроклимата и энергосбережения в зданиях. Сб. докл. IV научно-практич. конф. М.: НИИСФ, 1999.
2. Езерский В. А., д. т. н., Монастырев, к. т. н. Повышение водонепроницаемости стыков облицовочных панелей //Жилищное строительство. — 11/1998.
3. Богословский В. Н. Тепловой режим здания. М., 1979.
4. Гагарин В. Г., д. т. н., Козлов В. В. НИИСФ, Цыкановский Е. Ю. к. т. н. Теплозащита фасадов с вентилируемым воздушным зазором, 2004.
5. Rousseau M. Z. Facts and Fiction of Rain-Screen Walls. Construction Canada.
6. Garden K. Rain penetration and its control. National Research Council of Canada, Division of Building Research, Canadian Building Digest no. 40, 1963.
7. Latta J. K. Walls, windows and roofs for Canadian climate. National Research Council of Canada, Division of Building Research, 1973.
8. Brown W. C., Rousseau M. Z., Dalgliech W. A.«Field testing of pressure-equalized rain screen walls» Exterior Wall Systems: Glass and Concrete Technology, Design and Construction, 1991.
9. Kinzel H, Popp W. Mayer E. Untersuchungen iber dieBeliftung des Luftraumes hinter vorgesetzen Fassadenbekleidungen aus kleinformatigen Elementen, Bericht B Ho 22/80 Institut fir Bauphysik Stuttgart, 1980.
| Автор: Д. А. Дрижук Дата: 08.10.2004 Журнал Стройпрофиль 6-04 Рубрика: фасадные системы. фасады Внимание: Публикация является архивной и на текущий момент может быть не достоверной. |