О конструкциях и монтаже вентилируемых фасадов
рассказывает профессор МГСУ А. Д. Жуков.
рассказывает профессор МГСУ А. Д. Жуков.
Использование вентилируемых фасадов позволяет покрыть фасад в современные отделочные материалы, улучшить теплозащитные показатели ограждающей конструкции, защитить ее от вредных атмосферных воздействий.
Вентилируемый фасад как система наружного утепления
Вентилируемый фасад представляет собой конструкцию, состоящую из материалов облицовки (плит или листовых материалов) и подоблицовочной системы, которая крепится к стене таким образом, чтобы между облицовкой и стеной образовалась вентилируемая воздушная прослойка. Для дополнительного утепления между стеной и облицовкой может размещаться еплоизоляционный слой - в этом случае воздушная прослойка образуется между облицовкой и теплоизоляцией.
В вентилируемом фасаде (ВФ) отдельные слои конструкции располагаются следующим образом (от внутренней поверхности к наружной): ограждающая конструкция (стена), теплоизоляция, воздушная прослойка, защитный экран. Такая схема является оптимальной, т.к. слои различных материалов до воздушной прослойки располагаются по мере уменьшения коэффициентов теплопроводности и увеличения коэффициентов паропроницаемости.
Рис. 1. Системы вентилируемых фасадов
Наличие вентилируемой воздушной прослойки способно существенно улучшить влажностное состояние слоя теплоизоляции. Зона конденсации сдвигается в наружный теплоизоляционный слой, который граничит с вентилируемой воздушной прослойкой.
Расположение теплоизоляции снаружи способствует увеличению теплоаккумулирующей способности массива стены. Если произойдет отключение источника теплоснабжения, то при наличии наружной изоляции кирпичная стена будет остывать в несколько раз медленнее, чем при внутреннем слое теплоизоляции такой же толщины.
Применение навесного фасада и теплоизоляционного слоя существенным образом повышают звукоизоляционные характеристики ограждающей конструкции. Наружная облицовка ВФ за счет воздушного зазора и утеплителя является акустическим экраном для наружных звуков. Но при этом нельзя забывать, что сам зазор является акустической трубой и любые звуки, производимые в самом зазоре, будут распространяться практически по всему фасаду (в пределах одной плоскости). В первую очередь это относится к пароизоляционной мембране. Натянуть пароизоляционную мембрану так, чтобы можно было гарантировать отсутствие «хлопков», практически невозможно. Соответственно эти «хлопки» будут слышны на большой площади.
Наличие воздушной прослойки в вентилируемом фасаде принципиально отличает его от других типов фасадов, т.к. в окружающую среду свободно удаляется внутренняя влага.
При проектировании конструкций фасада с вентилируемой воздушной прослойкой особое внимание необходимо обращать на возможность свободной циркуляции воздуха в прослойке. Для высоких зданий рассчитывают циркуляцию воздуха в воздушном промежутке таким образом, чтобы соблюсти баланс, обеспечивающий беспрепятственный и эффективный воздушный поток по всей внутренний поверхности стены.
Вентилируемая воздушная прослойка снижает также и теплопотери в отопительный период года, т.к. температура воздуха в ней несколько выше, чем снаружи. Наружный экран из отделочных материалов защищает расположенный за ним слой теплоизоляции, а также саму стену от атмосферных воздействий. Летом он выполняет функцию солнцезащитного экрана, отражающего значительную часть падающего на него потока лучистой энергии.
Рис. 2. Подоблицовочная конструкция: 1 – теплоизоляция; 2 – стена; 3 – анкер для изоляционных материалов; 4 – крепежный профиль Г-образный; 5 – крепежный кронштейн усиленный ККУ4; 6 – крепежный профиль шляпный КПШ-90х20х3000 КПШ-50х20х3000; 7 – гидроизоляционная ветрозащитная мембрана
Благодаря специально разработанной схеме монтажа вентилируемого фасада к стене конструкция имеет возможность компенсировать термические деформации, возникающие при суточных и сезонных перепадах температур. Это позволяет избегать внутренних напряжений в материале облицовки и несущей конструкции, что исключает появление трещин и разрушение облицовки.
Для обеспечения пожарной безопасности в систему навесных фасадов включаются материалы и изделия, относящиеся к категории трудносгораемых или несгораемых, препятствующих распространению огня. Системы вентилируемых фасадов должны проходить обязательные пожарные испытания, на которых определяется максимальная высота применения системы и ее пожарная пригодность.
Элементы вентилируемого фасада
Подоблицовочная конструкция
Подоблицовочная конструкция состоит из кронштейнов, которые крепятся непосредственно к стене, и несущих профилей, устанавливаемых на кронштейны, к которым с помощью специальных элементов крепежа прикрепляются плиты (листы) облицовки. Утеплитель фиксируется на наружной поверхности стены с помощью дюбелей, специальных профилей и т.п.
Основное предназначение подоблицовочных конструкций – закрепление плит облицовки и теплоизоляции к стене таким образом, чтобы между теплоизоляцией и отделочной панелью осталась вентилируемая воздушная прослойка. При этом исключаются клеевые и другие «мокрые» процессы, а все соединения осуществляются механически.
Подоблицовочная конструкция должна обладать: высокой степенью устойчивости к воздействию ветровых нагрузок; достаточной прочностью при действии нагрузки от веса облицовки; антикоррозийной устойчивостью; определенной подвижностью узлов для выдерживания статических (собственный вес конструкции, включая вес панелей и утеплителя) и динамических (ветер, температурные перепады и т.д.) нагрузок; возможностью выравнивания стен; легкостью и высокой скоростью монтажа и т.д.
Наиболее широкое распространение имеют следующие подоблицовочные системы:
- Россия: ДИАТ, АЛКОН ТРЕЙД (U-kon), МОСМЕК завод металлоконструкция (КТС), ТЕХНОКОМ, ГРАНИТОРГЕСС, Металл Профиль и др.;
- Австрия: SLAVONIA (SPIDI), EUROFOX;
- Германия : WAGNER-SYSTEM.
Системы всех выше перечисленных производителей полностью удовлетворяют требованиям к подоблицовочным конструкциям. В каждой системе есть свои особенности – специальные решения, позволяющие преодолевать неровности стен, минимизировать «мостики холода», обеспечивать возможность крепления мелкоразмерной облицовки, надежное крепление теплоизоляционных плит.
Рис. 3. Дворец спорта «МЕГАСПОРТ» (конструктивное решение: система вентилируемого фасада с облицовкой фасадными кассетами (16 000 м²)
Рис. 4. Универсально-спортивный комплекс «ВИКТОРИЯ» (конструктивное решение: система вентилируемого фасада с облицовкой фасадными кассетами (4500 м²), cтеновые сэндвич-панели поэлементной сборки).
В России, при сооружении ВФ, приходится сталкиваться с проблемами, которые не знакомы западным производителям конструкций (например, значительные неровности стен). Это приводит к тому, что западную систему (даже очень высокого уровня) приходится приспосабливать к российским условиям. Каждая серьезная система запатентована и проходит очень серьезную проверку.
Подконструкция не может быть единой для всех типов зданий. Для того, чтобы подобрать и рассчитать требуемую номенклатуру изделий, ведущие фирмы требуют от заказчика предоставить ряд данных, например: климатический район застройки (по СНиП 2.01.07-85*), местонахождение (пустырь, плотная застройка и т.п.), высота и конфигурация здания, вид материала несущей стены, толщина и тип утеплителя, тип облицовки и способ ее крепления (видимый, невидимый) и т.п.
Таблица 1
Только проанализировав эти данные и сделав соответствующий расчет, можно подобрать требуемую номенклатуру изделий для конкретного фасада здания, а также составить калькуляцию (стоимость) подоблицовочной конструкции. Расчет конструкций вентилируемого фасада должны выполнять только специалисты.
Анкерные крепления
Анкерные крепления - один из основных элементов конструкции, которые обеспечивают механическое крепление кронштейнов подоблицовочной конструкции к стене. К ним предъявляются самые высокие требования: прочность заделки анкеров в стенах из различных материалов при действии продольных и поперечных относительно оси анкера сил, долговечность, сохранение физических свойств в условиях высоких или очень низких температур и т.д.
Диаметры анкеров (дюбелей и шурупов), глубина их заделки подбираются в зависимости от усилий, действующих на кронштейн крепления конструкции к стене в зависимости от величины усилий, направленных вдоль (усилие вырыва) и перпендикулярно (срезающее усилие) оси анкера и материала стены, в которую устанавливается данный тип анкера.
Теплоизоляционные материалы
Теплоизоляционные материалы (ТИМ), используемые для ВФ, должны обладать следующими свойствами:
- являться долговечным, биостойким, устойчивым к старению материалом;
- обладать высокими теплоизолирующими характеристиками;
- иметь стабильную форму, монтироваться сплошным слоем, исключая возникновение «мостов холода»;
- иметь разрешение органов пожарного надзора на применение в вентилируемых фасадах;
- позволять водяному пару и влаге попадать в воздушную прослойку, предотвращая образование и скопление в конструкциях конденсата;
- быть устойчивым к ветровому потоку;
- быть неагрессивным к металлу подоблицовочной конструкции.
В качестве утеплителя в ВФ применяются жесткие плиты, изготовленные из влагостойкой и водоотталкивающей минеральной (каменной или стеклянной) ваты. При выборе теплоизоляционного материла необходимо обращать внимание на возможность возникновения вибрации в вентиляционном промежутке конструкции, где могут возникать мощные воздушные потоки.
Рис. 5. Оздоровительный комплекс «ГАММА» (конструктивное решение: система вентилируемого фасада с облицовкой профлистом, сайдингом, фасадными кассетами (10 500 м²).
Рис. 6. Стадион футбольного клуба «Сатурн» (конструктивное решение: система вентилируемого фасада с облицовкой металлическим сайдингом (7000 м²).
Существуют два принципиальных решения, оба из которых официально разрешены. Первое - применение утеплителей кашированных (т.е. с приклееной) мембраной и второе, когда мембрана натягивается цельными холстами большой площади по некашированному утеплителю при монтаже прямо на стене.
Для борьбы с вибрациями необходимо применять кашированный материал с обязательно приклеенной (не просто натянутой) стеклотканью (нетканым геохолстом, Tayvek) на плиту теплоизоляционного материала.
Материал Tayvek является пароизоляционным материалом с односторонней проводимостью влаги из конструкции стены в направлении улицы, таким образом, утеплитель защищен от увлажнения, при этом пары из помещения беспрепятственно выходят в вентилируемое пространство. Также кашировка служит для существенного уменьшения движения воздуха внутри утеплителя и, соответственно, значительного улучшения его теплотехнических свойств.
В настоящее время ведущие производители ТИМ предлагают специальные решения, позволяющие исключить применение горючих ветрозащитных мембран. В частности, предлагаются минераловатные плиты с двойной плотностью: более плотный слой устанавливается к внешней стороне фасадных конструкций, менее плотный - непосредственно на несущую стену.
Облицовочные изделия
Облицовочные материалы в конструкции ВФ выполняют защитно-декоративную функцию. Они защищают утеплитель, подоблицовочную конструкцию и стену здания от повреждений и атмосферных воздействий. В то же время облицовочные панели являются внешней отделкой здания и формируют его эстетический облик.
Для изготовления панелей применяют металлы, композитные материалы, бетоны, фиброцемент (цементно-волокнистые материалы), керамический гранит, стекла со специальным покрытием, ламинаты высокого давления. Защитно-декоративные покрытия могут имитировать традиционные материалы - камень, дерево, кирпич; подчеркивать современность и необычность за счет применения металла, цвета, фактуры и т.п.
Облицовочные изделия могут крепиться к подоблицовочной конструкции с помощью скрытых или видимых элементов крепежа. Причем перевязки между панелями могут быть вертикальными или горизонтальными.
Фотоматериалы предоставлены компанией «Металл Профиль»
