Актуальность данной работы заключается в выявлении главной проблемы повышения эффективности фасадных систем для сибирского климата в результате комплексного изучения современных технологий.
Наружные стены всех зданий одновременно выполняют конструктивные и теплозащитные функции. [1] Выбор конструкции наружной стены определяется особенностями сооружения: этажностью, конструктивной особенностью (схемой), сложностью фасада и т.д. Поэтому повышение требований к теплозащите зданий привело к внедрению конструкций с расположением утеплителя внутри стены и так называемых фасадных систем, закрепляемых на внешней поверхности вновь возводящихся или реконструируемых зданий [6].
Под понятием «фасадная система» понимается конструкция, закрепляемая на наружной поверхности стен здания и обеспечивающая требуемые тепло-, влагозащитные и эстетические характеристики [2].
Выбор той или иной фасадной системы осуществляется заказчиком совместно с проектной организацией на основании технико-экономических расчетов вариантов фасадных систем и других энергосберегающих мероприятий в проекте здания [8].
Как показывает практика российского строительства, вопрос утепления наружных стен необходимо рассматривать в комплексе с другими мероприятиями, [5] снижающими энергозатраты зданий: применение современных конструкций окон, воздухообменных клапанов, автоматического регулирования системы теплоснабжения, использование возможности рекуперации [10].
С теплотехнической точки зрения фасадная система должна совмещать в себе свойства защиты от атмосферных воздействий и одновременно не препятствовать удалению паров воды из толщи стены, то есть быть паропроницаемой. [9] Теплозащита в обеих системах обеспечивается теплоизоляционным слоем, влагозащита – применением водонепроницаемых защитно – декоративных материалов. Удаление паров влаги в невентилируемых (совмещенных) системах обеспечивается применением паропроницаемых материалов, в вентилируемых фасадах этот процесс происходит в воздушной прослойке между утеплителем и облицовкой. [8] Зазор работает по принципу вытяжной трубы: давление создается за счет разницы температур на входе и выходе из прослойки, создаваемых щелями, — зазорами в облицовочном слое. Величина вентилируемой прослойки решается за счет элементов конструкции несущего каркаса – кронштейнов, профилей. [7] Несущая конструкция воспринимает нагрузки от внешних воздействий и веса фасада.
В зависимости от температурного режима для каждого конструктивного решения даны численные значения нормируемых показателей – сопротивления теплопередаче, [2] при соответствующем номенклатурном значении толщины теплоизоляционного слоя.
Наружные стеновые конструкции можно утеплить тремя способами: внутренняя теплоизоляция, наружная теплоизоляция и конструкции, где изоляция выступает в качестве среднего слоя [3].
Вентилируемый фасад — это уникальная конструкция облицовки здания, которая крепится к несущей наружной стене сооружения с помощью профилей и специальных болтов. Сама конструкция вентилируемого фасада состоит из нескольких слоев, между которыми предусмотрено небольшое воздушное пространство. [4] Оно обеспечивает воздухообмен и защищает стены от скопления влаги.
Особенности конструкции [2]:
- защитно-декоративный материал;
- каркас с крепежными изделиями (подсистема для вентилируемого фасада);
- изоляционный слой;
- вентиляционный зазор.
На рисунке 1 изображена общая конструкция фасадной системы.
Рисунок 1. Конструкция фасадной системы
Изоляционный слой состоит из тепло -, паро -, или гидроизоляционного материала. [5] Он крепится непосредственно к стенам с помощью механических болтов, т.к. строительный клей может не обеспечить качественное прилегание к неровным поверхностям. Изоляционное покрытие состоит из минеральных волокон, пенопласта или пенополиуретана.
Выбор изоляционного материала зависит от следующих эксплуатационных показателей [4]:
- теплоизоляция;
- водонепроницаемость;
- пожароустойчивость;
- шумоизоляция.
Крепежный каркас (подсистема) состоит, как правило, из алюминиевых элементов: кронштейнов, стоек, поперечин, анкерных болтов и заклепок. Помимо крепкого соединения всех слоев, каркас выполняет функцию переноса веса облицовочных плит на стены здания и предотвращает вибрации [5].
Преимущества вентилируемого фасада [3]:
- большой выбор материалов в зависимости от цены, гибкости, прочности и прочих факторов;
- хороший уровень тепло- и шумоизоляции;
- экономия на отоплении здания (для частного дома и батарей с терморегулятором);
- подходит для облицовки многоэтажных домов;
- быстрый монтаж в любое время года;
- имеют более долгий срок службы (до 50 лет);
- быстрый и локальный ремонт;
- устойчивость к негативным атмосферным изменениям;
- пожаростойкость, защита от коррозии;
- легкость в уходе;
- позволяют выполнять фасадные работы в любое время года.
Система вентилируемых фасадов — удовольствие не из бюджетных, поэтому, если при монтаже были допущены ошибки, срок службы значительно сокращается [2].
Конструктивный расчет вентилируемых фасадных систем включает: проверку прочности и деформаций металлических профилей и кронштейнов, несущих нагрузки от массы облицовки фасадной системы, собственной массы и от ветровой нагрузки, [6] стыковых соединений профилей и элементов между собой, их креплений к основным несущим конструкциям здания.
Соответственно, невентилируемые фасадные системы [10]:
- имеют более высокую теплотехническую однородность;
- позволяют без значительного удорожания выполнять элементы сложного фасада;
- применимы также на основаниях из легких конструкционных материалов;
- имеют меньшие единовременные затраты;
- требую дополнительных затрат на выравнивание основания.
Также устройство невентилируемой (совмещенной) фасадной системы допускается только при положительных температурах наружного воздуха.
Проблема повышения энергоэффективности систем навесных вентилируемых фасадов в строительстве и реконструкции является одной из актуальных; [1] в этой проблемной области проведено большое количество исследований, накоплен значительный практический опыт. [6] Направление реконструкции зданий с помощью навесных вентилируемых фасадов имеет ряд преимуществ и недостатков. В результате анализа современных исследований опыта применения систем навесных вентилируемых фасадов выявлены следующие проблемы [8]:
- образование зон пониженных температур в местах включения теплопроводных механизмов;
- наличие пожароопасных горючих материалов и элементов в конструкции НВФ;
- не высокий срок службы и малый экономический эффект.
Можно сделать вывод, что среди путей решения выявленных проблем находятся такие как поиск или применение современных материалов для [5] анкеровочных креплений, а так же расчет тепловлажностного режима конструкций [7] для каждого индивидуального случая. Несмотря на значительный вклад ученых в исследование данной проблемы, тема остается актуальной и требует более тщательного изучения с позиции несущей способности, теплофизических расчетов и пожаробезопасности [3]. Также, в целях снижения эксплуатационных затрат на ремонт фасадных систем, они должны иметь увеличенные проектные сроки службы (для зданий I-го уровня ответственности – не менее 50 лет, а для зданий II-го уровня – не менее 30 лет) [9].
Список литературы:
- Овсянников С.Н. Фасадные системы для сибирского климата [Текст] / С.Н. Овсянников [и др.]; под ред. С.Н. Овсянникова.-Томск: Изд-во Том. гос. архит.-строит. ун-та, 2006.-217с+4 л.вкл.
- Ватин Н.И., Немова Д.В., Рымкевич П.П., Горшков A.C. Влияние уровня тепловой защиты ограждающих конструкций на величину потерь тепловой энергии в здании // Инженерно-строительный журнал . 2012. №8(34). С. 4-14.
- Гагарин В.Г., Козлов В.В., Цыкановский Е.Ю. Теплозащита фасадов с вентилируемым воздушным зазором. Часть 1 // АВОК. 2004. №2. С. 20-26.
- ГОСТ Р 54257-2010 Надежность строительных конструкций и оснований. М.: Стапдартипформ, 2011. С 1-6.
- СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003. М.: Минрегион России, 2012. 95с.
- Граник Ю. Г. Тепловая изоляция жилых и гражданских зданий // Энергосбережение. 2005. № 10. С. 104-107.
- Федеральный закон от 23.11.2009 N 261-ФЗ (ред. от 29.07.2017) «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации».
- Иванов В. В., Тихомиров С. А. Нестационарные процессы теплопереноса через ограждающие конструкции / ФГБОУ ВПО Ростовский государственный строительный университет. Ростов н/Д., 2014. 117 с.
- Ватин Н. И., Горшков А. С., Немова Д. В. Энергоэффективность ограждающих конструкций при капитальном ремонте // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2013. № 3(8). С. 1-11.
- Фролов И. Д., Чупайда А. М. Термодинамические проблемы в конструкциях навесных вентилируемых фасадов // Молодой ученый. 2019. № 14 (252). Часть 1. С. 24-26.
