Навесные фасадные системы с утеплением (Часть 1)

Декоративная отделка фасада с помощью навесных фасадных систем широко применяется в отечественном строительстве. Повышенные требования к энергосбережению привели к созданию систем с вентилируемой воздушной прослойкой и эффективной теплоизоляцией.

Навесная фасадная система с воздушным зазором представляет собой многослойную конструкцию утепления несущей части стены, выполненную в виде сборной облицовки, закрепленной к каркасу на относе от слоя теплоизоляции с образованием воздушной прослойки. Система включает элементы крепления на несущей части стены волокнистого теплоизоляционного материала на основе минеральной ваты группы НГ и облицовочных материалов (керамогранита, композитных панелей, фиброцементных плит, металлокассет и т.п.).


Конструктивная система и особенности расчета

Конструктивно система состоит из следующих слоев и элементов: декоративный экран или облицовочный слой; воздушная прослойка; слой теплоизоляции (толщина определяется теплотехническим расcчетом); несущий или навесной каркас; обрамляющие элементы проемов (окон и дверей); крепежные элементы; анкеровочные элементы.

Декоративный экран или облицовочный слой выполняет архитектурные функции, а также защищает слой теплоизоляции и несущие конструкции здания от атмосферных воздействий, представляет собой надежно закрепленные на фасаде различные плитные материалы (природный мрамор и гранит, плиты стеклофибробетона), асбестоцементные плоские листы, окрашенные или офактуренные цветной каменной крошкой, плиты керамогранита, а также стальные профилированные листы, стальные и алюминиевые кассеты.

Воздушная прослойка нормализует влажностный режим несущей части стены посредством удаления влаги из слоя эффективной теплоизоляции за счет естественной вентиляции прослойки в процессе эксплуатации здания, сооружения. Воздушная прослойка работает по принципу «дымовой трубы»: из-за перепада давления в воздушной прослойке на разных высотах происходит естественное движение воздуха внутри прослойки снизу вверх, в результате чего из слоя теплоизоляции и несущей части стены удаляется излишняя влага.

Слой теплоизоляции обеспечивает оптимальный комфортный температурный режим несущей части стены за счет повышения температуры внутренней поверхности стены выше значения температуры «точки росы», т.е. переносит «точку росы» из толщи ограждающей конструкции в слой теплоизоляции, что позволяет предотвратить образование конденсата внутри ограждающей конструкции и повышает теплоаккумулирующую способность «массива» несущей части стены.

В качестве эффективной теплоизоляции используются негорючие минераловатные плиты. Допускается использование их комбинаций: плиты на основе стекловолокна являются внутренним слоем, а плиты на основе каменной ваты толщиной не менее 40 мм – наружным. Защита слоя теплоизоляции от увлажнения и продувания обеспечивается размещением поверх утеплителя паропроницаемой пленки, обладающей ветро- и водозащитными свойствами. Монтаж пленки производится согласно рекомендациям производителя пленки.

Обрамляющие элементы служат для декоративного соединения плоскостей фасада, придания фасаду эстетической выразительности, предотвращения попадания воды и загрязняющих веществ внутрь системы вентилируемого фасада, а также для обеспечения требований пожарной безопасности системы. Обрамляющие элементы изготавливаются для каждого объекта индивидуально, по заданным проектом размерам. К ним относятся элементы обрамления окон, цоколя, парапета, входных групп, эркеров, балконов и т. д.

Несущий или навесной каркас обеспечивает выравнивание размерных отклонений, нивелирует неровности несущих стен здания, образует необходимое расстояние между слоем теплоизоляции и облицовкой, воспринимает на себя статическую нагрузку от веса облицовки, а также нагрузки от ветрового давления и ветрового подсоса.

В зависимости от конструктивной схемы многослойной стены с вентилированной воздушной прослойкой и защитным экраном из различных материалов можно выделить 3 основных типа навесных каркасов.

Тип I – кронштейны, закрепленные на несущей части стены, и профили (вертикальные и горизонтальные), закрепленные к кронштейнам.
Тип II – вертикальные и горизонтальные профили, непосредственно закрепленные на несущей части стены.
Тип III – анкерные шпильки и вертикальные профили, навешиваемые на шпильки.

Крепежные детали осуществляют механическое соединение элементов несущего каркаса и крепление элементов декоративного экрана к несущему каркасу. В качестве крепежа используются: дюбели распорные, анкера для крепления кронштейнов; саморезы, заклепки для крепления элементов несущего каркаса между собой; тарельчатые дюбели для крепления плит теплоизоляции.

Анкеровочные элементы обеспечивают механическое анкерное крепление кронштейнов несущего каркаса к стене. Диаметр дюбелей и анкеров подбирается в зависимости от материала стены и выдергивающей нагрузки.

Устройство защитного экрана и вентилируемой воздушной прослойки в многослойной конструкции стены способствует уменьшению начальной влажности эффективной теплоизоляции, в летний период снижают теплопоступления через стены, а зимой – способствуют удалению парообразной влаги, проникающей в стену из помещения.

Несмотря на то, что такие конструктивные решения известны относительно давно, их эксплуатационные характеристики изучены еще недостаточно хорошо.

Температура воздуха в воздушном зазоре зависит в основном от геометрических параметров прослойки и теплотехнических характеристик стены. Она изменяется по высоте. При этом, чем выше расположен участок стены, тем выше значение температуры воздуха.

Кроме того, температура в зазоре зависит также от скорости движения воздуха в нем. При малых скоростях движения воздуха температура в зазоре практически равна своему предельному значению на малых высотах.

Расчет теплообмена в вентилируемом воздушном зазоре должен учитывать, что между поверхностью облицовки и слоем теплоизоляционного материала происходит лучистый теплообмен, интенсивность которого зависит от температуры.

Конвективный теплообмен происходит между воздухом зазора и элементами конструкции. Коэффициенты конвективного теплообмена зависят от скорости движения воздуха, его температуры и элементов конструкции.

Скорость движения воздуха в зазоре во всех случаях возрастает при снижении температуры наружного воздуха и снижении значения термического сопротивления ограждающей конструкции. Существенное влияние на скорость движения воздуха в зазоре оказывает также ширина воздушного зазора (при уменьшении ширины – скорость воздуха снижается, что можно объяснить возрастанием сопротивления ) и его толщина (чем тоньше зазор – тем медленнее движется в нем воздух, тем быстрее он нагревается).

Увеличение теплопроводности материала эффективной теплоизоляции ведет к увеличению коэффициента теплотехнической однородности конструкции.

Исследование влияния теплотехнической прокладки из паронита, устанавливаемой между кронштейном и несущей частью стены, свидетельствует о том, что при изменении термического сопротивления такой прокладки в 5 раз, коэффициент теплотехнической однородности ограждающей конструкции изменяется на 1,5-2,0 %. Это вызвано малой (по сравнению с металлом) теплопроводностью материала несущей части стены и значительной площадью основания кронштейна.

На теплоизолирующие качества многослойных стен с вентилируемым воздушным зазором оказывают влияние количество и расположение кронштейнов, а также теплопроводность материала, из которого они выполнены (сталь или алюминий).

Влажностное состояние многослойных конструкций стен с эффективной теплоизоляцией и вентилируемой воздушной прослойкой зависит от их конструктивного решения: необходимо учитывать значения коэффициентов паропроницаемости теплоизоляционного и конструктивного слоев. Рекомендуется, чтобы конструктивный слой был выполнен из материала с сопротивлением паропроницанию не менее 2 (м²·ч·Па)/мг, при этом отношение коэффициентов паропроницания материалов утеплителя и конструкционного слоя должно быть не менее 3:1.

Расчет многослойных конструкций стен со слоем эффективной теплоизоляции и вентилируемой воздушной прослойкой должен включать:
– определение необходимой толщины теплоизоляционного слоя из условий невыпадения конденсата на внутренней поверхности ограждения и энергосбережения;
– определение параметров воздушной прослойки, обеспечивающих нормальный температурно-влажностный режим стенового ограждения.

Термическое сопротивление слоя эффективного утеплителя следует определять без учета теплоизолирующих качеств декоративного экрана, а так как прослойка вентилируемая, – необходимо ввести коэффициент 0,5 к величине термического сопротивления замкнутой воздушной прослойки.

Требуемое сопротивление Rут определяют по формуле:

где:
– приведенное сопротивление теплопередаче стены, (м²·°С)/Вт, принимаемое по таблице 4 СНиП 23-02-2003;
– термическое сопротивление конструкционного слоя стены, (м²·°С)/Вт;
– термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки;
– коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции;
– коэффициент теплоотдачи (для зимних условий) наружной поверхности ограждающей конструкции Вт/(м²·°С).

Влияние теплопроводных включений в виде металлических кронштейнов на снижение величины приведенного сопротивления теплопередаче учитывается коэффициентом теплотехнической однородности.


Технология работ

Монтаж навесной фасадной системы с вентилируемой воздушной прослойкой должен выполняться в соответствии с предусмотренным регламентом строительными организациями, имеющими лицензию на данный вид строительной деятельности, специалисты которых прошли обучение у разработчика системы и имеют соответствующее подтверждение.

Монтаж фасадной системы с вентилируемой воздушной прослойкой следует начинать только после проведения работ по обследованию и сбору сведений о строении, испытания поверхности стены на несущую способность анкерных болтов, разработки проектно-сметной документации и оформления соответствующего разрешения на производство работ. К началу монтажа системы утепленного вентилируемого фасада должны быть завершены работы по устройству кровли, установлены все оконные и дверные конструкции, завершены все объемные «мокрые процессы» внутри здания.


Подготовка основания

Перед установкой в проектное положение кронштейнов необходимо выполнить следующие технологические операции: старую осыпающуюся или непрочную штукатурку сбить; разрушенную кирпичную кладку восстановить; прочную штукатурку (после испытания на нагрузку от распорных дюбелей) оставить.


Монтаж кронштейнов

Перед началом монтажа элементов несущего каркаса и кронштейнов, в частности, для определения степени отклонения поверхностей и граней от вертикали и горизонтали все части фасада тщательно выверяют. Вертикальность откосов оконных проемов, кронштейнов, устанавливаемых по одной оси, выверяют отвесами, «брошенными» по всей высоте фасада. Горизонтальность всех архитектурных решений выверяется натягиванием шнура по линиям откосов, сливов и т.п. Все перечисленные подготовительные работы могут быть выполнены с помощью геодезических инструментов.

Несущие кронштейны системы применяют в соответствии с монтажными схемами их расстановки. Каждая схема предусматривает восприятие конструкцией определенной ветровой нагрузки в сочетании с максимально возможной нагрузкой от собственного веса конструкций системы. В зависимости от расчетной ветровой нагрузки, определяемой для соответствующих расчетных участков фасада здания (сооружения), рекомендуется ряд монтажных схем для установки кронштейнов и направляющих, каждая из которых рассчитана на определенное значение ветровой нагрузки.

Марка применяемых анкерных дюбелей (анкеров) должна быть прописана в проекте на строительство в соответствии с результатами расчета в зависимости от подтвержденного соответствующим техническим свидетельством допускаемого усилия дюбеля (анкера) при проектных характеристиках основания (прочности и плотности).

Фактическую несущую способность анкерного дюбеля применительно к реальному основанию проверяют при монтаже системы в соответствии с процедурой, описанной в технической оценке на систему. При необходимости, марка дюбеля уточняется.

Кронштейны состоят из неподвижной части и соответствующих вставок. Неподвижная часть и вставка жестко соединяются между собой в конечном положении при помощи заклепок. Количество заклепок определяется схемой размещения кронштейнов.

Рис. 1. Конструктивные элементы несущего каркаса

Направляющие и угловые элементы из полок и стоек, служащие для крепления элементов облицовки, крепятся к торцевой части вставок кронштейнов по плоскости фасада. Конструктивные элементы несущего каркаса представлены на рис. 1. Схема крепления кронштейнов на фасаде здания представлена на рис. 2.

Рис. 2. Схема крепления несущих кронштейнов (1) на фасаде здания

Монтаж кронштейнов на стене выполняется в следующей последовательности:
– производится привязка проекта к фактически имеющимся ограждающим конструкциям здания;
– устанавливаются вертикальные и горизонтальные маяки по вертикальным и горизонтальным осям;
– производится разметка отверстий крепления несущих кронштейнов (согласно проекту);
– производится бурение отверстий в стене механизированным инструментом ударно-вращательного действия либо алмазными сверлильными коронками производится монтаж кронштейнов в проектное положение через паронитовую прокладку 60х60х5 мм (для предотвращения образования «мостиков холода») при помощи устойчивых к коррозии анкеров (рис. 3).

Рис. 3. Крепление кронштейнов к несущей части стены: 1 – кронштейн; 2 – анкер; 3 – паронитовая прокладка; 4 – несущая стена

Анкера устанавливают в кронштейн через шайбу (в случае с двумя анкерами – верхняя шайба с ребрами, нижняя – круглая). После установки кронштейна он должен стоять строго вертикально, а шайба с ребрами строго горизонтально. Закручивание анкера производится ручным либо электроинструментом. Момент затяжки определяется с помощью динамометрического ключа.

В случаях, когда основанием является кирпичная кладка, нельзя устанавливать дюбеля (анкера) в швы кладки, при этом расстояние от центра дюбеля до ложкового шва должно быть не менее 35 мм, а от тычкового – 60 мм.

Минимально допустимое расстояние от оси дюбеля (анкера) с распорной частью до грани каменной конструкции (наружный угол, оконный откос и т.д.) должно составлять не менее 100 мм. Минимальная глубина анкеровки в бетон – 50 мм, кирпич – 80 мм, в легкий бетон – 100 мм.

Глубина отверстий в несущей стене под анкеры должна быть на 10 мм больше расстояния заглубления анкера. Перед установкой анкера-дюбеля удаляют строительную пыль из отверстия. В пористых и щелевых материалах бурение осуществляется только механизированным инструментом вращательного действия.


Монтаж теплоизоляции

Без ограничения высоты зданий и сооружений в качестве однослойной теплоизоляции в навесных фасадных системах с воздушным зазором компания «KNAUF Insulation» рекомендует минераловатные плиты на основе каменной ваты (марок: KNAUF Insulation FRE 75 (ранее Nobasil FRE 75), Техническая оценка № ТО-2303-08)

При двухслойном выполнении теплоизоляционного слоя в навесных фасадных системах с воздушным зазором без ограничения высоты зданий и сооружений различного назначения рекомендуются в качестве первого (внутреннего) слоя – плиты на основе стекловолокна Venti Thermo Slab 034, Venti Thermo Slab 032 (Техническая оценка № ТО-2127-08), в качестве второго (наружного) слоя – плиты на основе каменной ваты марки KNAUF Insulation FRE 75, KNAUF Insulation MPN 35 (ранее Nobasil FRE 75, Nobasil MPN 35 ), Техническая оценка № ТО-2303-08.

При креплении утеплителя тарельчатыми дюбелями в навесных фасадных системах с воздушным зазором на зданиях и сооружениях высотой до 4 этажей – плиты на основе стекловолокна марок: Venti Thermo Slab 034, Venti Thermo Slab 032 (Техническая оценка № ТО-2127-08).

На все рекомендуемые материалы выданы Технические свидетельства ФГУ ФЦС России. Толщина утеплителя определяется на основании теплотехнического расчета в соответствии с существующими нормами и правилами.

Физико-механические показатели минераловатных плит на основе каменной ваты и плит на основе стекловолокна марок: Venti Thermo Slab 034, Venti Thermo Slab 032 представлены в таблице.

Перед началом монтажа теплоизоляции необходимо проверить наличие сертификата соответствия, паспорта качества завода-изготовителя на поставленную партию и соответствие физико-механических свойств материала заявленным показателям в сопроводительных документах.

К началу монтажа плит теплоизоляции захватка, на которой производятся работы, должна быть укрыта от попадания влаги на стену и теплоизоляционные плиты. Выявленные изъяны в теплоизоляционных плитах (деформации, отклонения от заявленных размеров, повреждения и т.п. ) должны быть устранены. В случае, когда это не представляется возможным сделать на месте монтажа, плиты отбраковываются.

Монтаж плит теплоизоляции выполняется до установки вертикальных несущих профилей и начинается с нижнего ряда, который устанавливается на опорный профиль.

На плитах в местах прохождения кронштейна делается крестообразный надрез, а вставка удаляется из кронштейна.

Физико-механические показатели минераловатных плит

** По согласованию с потребителем допускается изготовление плит других размеров.
** Измерение толщины, в т.ч. для определения плотности, производится под удельной нагрузкой (50±1,5) Па плиты на основе стекловолокна Venti Thermo Slab 034, Venti Thermo Slab 032 (Техническая оценка № ТО-2127-08) при креплении утеплителя решетчатым каркасом.

На рис. 4 приведена однослойная схема крепления теплоизоляционных плит на основе каркаса типа I с кронштейнами, имеющими выдвижной шток, с помощью которого и обеспечивается рихтовка положения защитного экрана. Теплоизоляционные плиты плотно прижимаются друг к другу и устанавливаются без зазоров между собой и зазором между плитой и поверхностью несущей части стены (строительным основанием). Отклонение от данного требования ведет к образованию «мостиков холода» в первом случае и образованию «карманов холода» во втором с конденсацией влаги на поверхности стены, и, следовательно, к понижению сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции в целом.

Рис. 4. Схема крепления к несущей стене одного слоя теплоизоляции: 1 – элементы крепления утеплителя

Не допускается смятие утеплителя в местах крепления его пластмассовыми тарельчатыми дюбелями с распорным стержнем. Следует помнить, что наличие зазоров между плитами утеплителя (6 % от общего количества стыков) ведет к ухудшению показателя теплопередачи стены на 20-36 %.

При двухслойной схеме выполнения теплоизоляционного слоя в фасадных системах с воздушной прослойкой плиты наружного слоя устанавливаются со смещением по горизонтали и вертикали относительно внутреннего слоя для перекрытия стыков. Разбежка швов между плитами утеплителя наружного и внутреннего слоев должна составлять 100–150 мм.

Для обеспечения требуемых нормами характеристик теплозащиты непосредственно к поверхности утеплителя, если это требуется расчетом, на соответствующих участках плотно крепится ветрозащитная пленка.

Плита первого слоя утеплителя крепится к основанию двумя тарельчатыми дюбелями, плита наружного слоя фиксируется 5 тарельчатыми дюбелями, при этом 3 дюбеля устанавливаются под ветрозащитную пленку, а 2 крепятся сверху, одновременно фиксируя пленку и утеплитель. Возможно крепление второго слоя теплоизоляции двумя дюбелями, а ветрозащитной пленки тремя. Подробная схема крепления теплоизоляционных слоев к строительному основанию должна быть приведена в проекте с привязкой к конкретному типу здания.

Конструктивная схема крепления теплоизоляционных плит на несущей части стены (строительном основании) представлена на рис. 5. Вид дюбеля, его длина, глубина и диаметр отверстия под дюбель определяются расчетом на стадии разработки проектно-сметной документации.

Рис. 5. Конструктивная схема крепления двух слоев теплоизоляции: 1 – профиль ГО; 2 – заклепка 4х10

Крепление осуществляется в следующей технологической последовательности:
– установка плиты нижнего слоя утеплителя на место;
– вырезка прорезей под кронштейны в плите утеплителя;
– разметка отверстий под дюбеля для крепления утеплителя;
– бурение 2 отверстий в основании (механизированным инструментом ударно-вращательного действия или алмазными сверлильными коронками);
– забивка дюбеля тарельчатого типа в отверстие;
– забивка распорного стержня во втулку дюбеля;
– установка плиты верхнего слоя утеплителя на место;
– вырезка прорезей под кронштейны в плите утеплителя;
– разметка отверстий под крепители утеплителя;
– бурение 5 отверстий в основании (механизированным инструментом ударно-вращательного действия или алмазными сверлильными коронками);
– забивка 2 дюбелей тарельчатого типа в отверстия;
– забивка распорного стержня во втулку дюбеля;
– установка ветрозащитной пленки;
– забивка 3 дюбелей тарельчатого типа в отверстия поверх пленки;
– забивка распорного стержня во втулку дюбеля.

Окончание процесса забивки стержня тарельчатого дюбеля должно соответствовать моменту, когда торец стержня перестает выступать над прижимной частью дюбеля. Глубина установки дюбелей должна быть не менее 30 мм.

Рис. 6. Схема установки двух слоев теплоизоляции: 1 – внутренний слой; 2 – опорный ряд внутреннего слоя; 3 – дюбель тарельчатый

На рис. 6 схематично представлена последовательность крепления двух слоев теплоизоляции на строительном основании с перевязкой горизонтальных и вертикальных швов минимум на 150 мм (вариант 2). Принципиальная схема крепления двух слоев теплоизоляции и ветрозащитной пленки посредством дюбелей и анкеров на фасаде здания с двумя оконными проемами представлена на рис. 7.

Рис. 7. Схема крепления двух слоев теплоизоляции на фасаде здания с оконными проемами: 1 – дюбель тарельчатый; 2 – кронштейн

Отличительной особенностью крепления теплоизоляционного слоя в фасадных системах с вентилируемой воздушной прослойкой «Марморок», «Союз Метроспецстрой», «Интерал», «Гранитогрес», «Каптехнострой» и др. является отсутствие механического (анкерного) крепления слоя теплоизоляции к несущей части стены. Теплоизоляционный слой закладывается в ячейки, образованные горизонтальными металлическими термопрофилями, которые, в свою очередь, устанавливаются с шагом 600 мм по вертикали и опираются на стальные кронштейны, закрепленные к несущей стене дюбель-анкерами с распорными полимерными втулками. С наружной стороны плиты теплоизоляции прижимаются к стене вертикальными металлическими профилями, располагаемыми с шагом 300 мм по горизонтали.

Системы подобного типа еще называют «системами на основе решетчатого каркаса». Крепление профилей осуществляется самонарезающими винтами. Мягкие теплоизоляционные плиты на основе стекловолокна устанавливаются с монтажным уплотнением по вертикали, горизонтали и толщине в 3-5 %.

Рис. 8. Схема крепления теплоизоляции в системе с решетчатым каркасом: 1 – консоли выравнивающие; 2 – ветрозащитная мембрана; 3 – плитка МАРМОРОК 600х105х25; 4 – горизонтальные монтажные профили (шаг по вертикали 600 мм); 5 – вертикальные профили (шаг по горизонтали 300 мм); 6 – утеплитель (закладывается между горизонтальными профилями)

Схема крепления теплоизоляционного слоя в системах подобного типа (рис. 8) представлена на примере системы «Марморок». Известен также метод крепления слоя теплоизоляции к несущей стене посредством металлической пластины-шайбы (система «Мосрекон»). На конце шпильки устанавливается фигурная пластина с гайкой, к которой дюбелями или заклепками крепится вертикальный профиль. В отличие от других систем, здесь отсутствуют кронштейны и горизонтальные профили. Несущий каркас включает анкерные шпильки, на которые навешиваются все остальные элементы системы, включая теплоизоляционные плиты, вертикальные профили с крючками и облицовочную плитку, висящую на этих крюках. Достигается это за счет того, что анкерная шпилька с помощью дюбеля, надежно укрепленная в основании (несущей стене), имеет свободную длину, достаточную, чтобы закрепить на нее все вышеперечисленные элементы системы.