С вентфасадами в Беларуси ясности еще мало

На конференции «Современный фасад в Республике Беларусь: опыт проектирования и строительства», состоявшейся 20 мая 2009 года в Минске, немалый интерес вызвала информация о тепловлажностном режиме наружных стен зданий, утепленных по системе навесного вентилируемого фасада. Эту информацию дал научный сотрудник минского института БелНИИС Антон КРУТИЛИН. Ниже – изложение ее версии, опубликованной в сборнике тезисов конференции, а также дополняющий эту версию фрагмент стенограммы конференции.

Печатное слово

Антон КРУТИЛИН:
– Для повышения теплозащитных качеств наружных стен эксплуатирующихся и вновь строящихся в Беларуси зданий широко используется их наружная теплоизоляция. Такая теплоизоляция выполняется с использованием как «мокрых», так и «сухих» технологий. Преобладающими на сегодня являются «мокрые» способы устройства теплоизоляции в виде легких штукатурных систем утепления, так как они наиболее дешевые. Основной недостаток этих систем – невысокая долговечность наружного укрывного штукатурного слоя, которая по данным различных авторов оценивается в пределах 3-20 лет. Более долговечны в эксплуатации продукты «сухих» способов теплоизоляции стен зданий и, в частности, теплоизоляционные системы с вентилируемой воздушной прослойкой. Особенность «сухих» способов утепления состоит в укрытии слоя теплоизоляции облицовочными экранами, защищающими ее от атмосферных воздействий. Панели экрана размещаются на некотором расстоянии от теплоизоляции и образуют вентилируемую воздушную прослойку. Экран крепится на подоблицовочной конструкции из металла, закрепленной к стене. В качестве панелей экрана наибольшее распространение получил металлический профилированный сайдинг.

Исследованиям теплотехнических особенностей вентилируемых воздушных прослоек и их влиянию на тепловлажностный режим наружных стен посвящен ряд работ, например, книги Вячеслава Богословского и Константина Фокина. В этих работах решались частные вопросы, связанные с нормализацией тепловлажностного режима ограждающих конструкций, защиты их от перегрева и т.д. В то же время остались невыясненными вопросы расчета потока влаги, диффундирующей через ограждение, ассимиляция ее воздухом в вентилируемой воздушной прослойке, условия конденсации водяного пара на внутренней поверхности экрана и др.

Чтобы ответить на указанные вопросы, в Минске были выполнены натурные экспериментальные исследования на эксплуатируемых зданиях с вентфасадом. Данные исследования выполнены в период с 2002 года по 2008 год на семи объектах Минска. На пяти объектах вентфасады устроены по проектной документации разных организаций, а для двух объектов документация выполнена на основании рекомендаций Белорусского национального технического университета.

Упомянутые натурные измерения, проведенные в годовых циклах исследований, показали, что скорость движения воздуха и распределение его температуры по высоте прослойки зависит от температуры наружного воздуха, ее геометрических характеристик и теплозащитных качеств стен. Однако основное влияние на движение в них воздуха оказывает ветровое воздействие на фасады зданий. В вентилируемых воздушных прослойках зданий высотой до четырех этажей были зафиксированы случаи опрокидывания движения воздуха в прослойках и поступление его в прослойки через верхние выходные отверстия. Воздействие ветра положительно сказывается на интенсификации вентиляции прослоек.

Измерения скорости движения воздуха в вентилируемых воздушных прослойках при отсутствии ветрового воздействия на здания показали, что в большинстве случаев при эксплуатации в климатических условиях Минска эта скорость менее 0,1 метра в секунду. При температурах наружного воздуха ниже минус 10 градусов скорость движения воздуха составляла 0,1-0,15 метра в секунду и возрастала до 1,0 метра в секунду при ветровом воздействии на здания.

На трех исследуемых объектах движение воздуха в вентилируемой воздушной прослойке вообще не было зафиксировано. В то же время по результатам анализа распределения температур воздуха по высоте прослоек можно сделать вывод, что в них образовывались циркуляционные кольца, препятствующие сквозному прохождению воздуха. Причинами возникновения циркуляционных потоков являются неверно принятые размеры входных и выходных отверстий и ошибки при определении аэродинамического режима прослоек.

Результаты натурных исследований также указали на значительное расхождение результатов измерений и расчетных значений температур воздуха на выходе из прослоек или в различных сечениях по высоте прослоек, рассчитанных по общеизвестным методикам.

Методика расчета, разработанная на основании натурных и аналитических исследований, позволяет уточнить локальные и средние коэффициенты конвективного теплообмена и температуры на поверхностях прослоек вентилируемых фасадов. Методика расчета использована при проектировании навесных фасадных теплоизоляционных систем жилых зданий в Минске, которые в дальнейшем были детально исследованы. Основное положение методики расчета – подбор толщины и высоты вентилируемой воздушной прослойки производится без учета ветрового воздействия. Результаты исследований подтвердили, что если обеспечивается вентиляция прослойки при отсутствии ветрового воздействия, то не возникает проблем с вентиляцией прослойки навесной фасадной системы при воздействии ветра.

Кронштейны с дюбелями, которые служат для крепления защитного экрана фасадной системы, значительно снижают приведенное сопротивление теплопередаче наружных стен. Это подтверждается и натурными наблюдениями. На всех экспериментальных объектах датчики температуры, установленные в зазорах между слоями утеплителя и на подоблицовочной конструкции у элементов крепления, показывали более низкую температуру, чем датчики, установленные вдали от теплопроводных включений. Коэффициенты теплотехнической однородности, полученные на основании натурных исследований, с учетом фактической влажности материалов слоев и различных конструктивных решений крепления теплоизоляции и экрана, получены в пределах 0,75-0,9. Из результатов анализа вскрытий участков стен с вентилируемыми системами утепления после нескольких лет эксплуатации вытекает вывод, что их влажностный режим в целом удовлетворительный. Массовые влажности материалов в большинстве конструкций не превышали сорбционные влажности, определенные по изотермам сорбции для относительной влажности воздуха 65-75 процентов.

Исследования позволили решить ряд вопросов проектирования систем теплоизоляции с вентилируемой воздушной прослойкой, оценить влияние воздушного потока в прослойке на продольную и поперечную фильтрацию воздуха в слое теплоизоляции и др. Но они не дали ответа на вопрос о влиянии взаимосвязанных процессов переноса теплоты, влаги и воздуха на тепловлажностный режим системы, состоящей из наружной стены как подосновы и навесного вентфасада. Решать указанную задачу следует с использованием математического моделирования.

Для исследований тепловлажностного режима вентфасадов предложена математическая модель переноса тепла и влаги с учетом наличия вентилируемой воздушной прослойки. Для решения дифференциальных уравнений составлена программа на языке программирования Object Pascal. Программа позволяет производить расчеты для различных конструкций наружных стен с вентилируемой воздушной прослойкой и климатических данных, в том числе в многолетнем режиме эксплуатации.

Результаты расчетов указали на изменение характера распределения влаги по сечениям стен в зависимости от поры года и продолжительности эксплуатации. При этом наблюдается определенная цикличность, связанная с наружными климатическими условиями зимнего и летнего периодов. Массовая влажность материалов изменяется как по величине, так и по характеру распределения по сечению отдельных слоев, что вызвано их физическими особенностями и условиями подвода и отвода теплоты и массы на внутренней поверхности стены и поверхности вентилируемой воздушной прослойки. Основными факторами, влияющими на распределение массовой влажности по толще конструкции, являются параметры микроклимата внутреннего воздуха. Квазистационарный режим наружной стены наступает на третий год эксплуатации. Массовые влажности материалов слоев находятся в зоне сорбционного увлажнения материалов, что хорошо согласуется с натурными данными.

Живое слово

Антон КРУТИЛИН:
– Наши исследования показали, что скорость воздуха в вентилируемой прослойке очень маленькая. В российских рекомендациях говорится о скоростях от 0,4 до 0,6 метра в секунду. И сегодня некоторые российские ученые признают, что такие скорости воздуха в вентпрослойке, как правило, не достигаются.

На одном из объектов в Минске были измерены сопротивления теплопередаче штукатурной системы утепления и вентфасада. Штукатурная система выиграла при одинаковой толщине утеплителя, потому что на ней висело меньше металла. Сопротивление теплопередаче первой было немногим больше 2,0 м2•С/Вт, а второй – немногим меньше 2,0. С другой стороны, при начальном периоде эксплуатации влажность будет снижаться и впоследствии сопротивление теплопередаче стены с вентфасадом достигнет нормативного значения.

При проектировании вентфасадов обязательно надо учитывать крепления, используя коэффициент теплотехнической однородности. Например, для легкой системы с металлическими экранами он находится в пределах 0,75-0,8. А если фасад стеклянный, то этот коэффициент может быть и 0,4. Типовая ошибка заключается в том, что не делается аэродинамический расчет вентфасада. А делать его надо обязательно. С учетом потерь на трение и местных сопротивлений.

Мы думаем о создании вентфасада из отечественных материалов. Он будет гораздо дешевле систем с иностранными утеплителями. Например, переход с каменной ваты PAROC на гомельскую для пятиэтажки даст экономию порядка шести тысяч долларов. Мы можем отказаться и от ветрозащитных пленок. Идея этих пленок противоречит логике. У них высокое сопротивление паропроницанию. Более того, большинство таких пленок горючие.

Алексей КАПЛАН, представитель минской компании МЕТАЛПРОФИЛЬ:
– Есть ли нормы по аэродинамическим расчетам?

Антон КРУТИЛИН:
– Нормативного по вентфасадам вообще мало. Пока в Беларуси для каждой системы утепления делается свой технический кодекс установившейся практики. В институте БелНИИС пока ни одного подобного кодекса не выпустили.

Алексей КАПЛАН:
– Наверное, должен быть один нормативный документ.

Антон КРУТИЛИН:
– Да. Но все равно пособия на каждую систему должны быть. Потому что разные коэффициенты теплотехнической однородности, разные крепления и т.д.

Алексей КАПЛАН:
– Если методика на сегодня есть, ее надо закрепить нормативно. От кого это зависит?

Антон КРУТИЛИН:
– Чтобы сделать нормы, нужны деньги и заказ. Пока перед институтом БелНИИС такой задачи не стоит. Приведенные мной данные в основном по сплошному экрану. С керамогранитом будет иначе: тяжелая плитка – массивные крепления. Считаю, должен быть один общий нормативный документ и пособия под каждую систему. Минимальная стоимость разработки пособия 20 миллионов рублей. Так, одно серьезное испытание в климатической камере по расценкам института БелНИИС стоит 4 миллиона рублей.

Алексей КАПЛАН:
– Если мы отказываемся от ветрозащитной пленки, что защищает утеплитель от выветривания? Компании PAROC и ROCKWOOL имеют кашированные плиты утеплителя.

Антон КРУТИЛИН:
– У вас есть научно обоснованные данные, что утеплитель выветривается? На двух объектах я не нашел продольной фильтрации, хотя ветрозащиты не было. Надо разграничивать, когда ветер есть и когда его нет. Если экран со щелями, ветер в прослойке может идти в любом направлении.

Алексей КАПЛАН:
– Если мы закладываем в вентфасады кашированный утеплитель, то тут же по стоимости проигрываем тем, кто закладывает гомельский утеплитель. Но это же не значит, что гомельский утеплитель заведомо лучше других? Поэтому дайте официальные данные, что ветер не влияет на утеплитель.

Антон КРУТИЛИН:
– Вот, скажем, ко мне пришли с определенной системой. Я не поленюсь сделать в климатической камере эксперимент с продольной фильтрацией. И тогда буду четко знать, надо защищаться от ветра или не надо.

Антон УМИНСКИЙ, представитель компании PAROC:
– Какова плотность гомельского утеплителя в обследованном вами здании и такой показатель, как воздухопроницаемость, широко используемый в Европе.

Антон КРУТИЛИН:
– Плотность 175 килограммов на кубометр. Вообще, я не сторонник применения легких утеплителей в вентфасадах. Например, проблемы с такой теплоизоляцией были в мансардных крышах.

Антон УМИНСКИЙ:
– Компания PAROC рекомендует применять для вентфасадов каменную вату плотностью 70-80 килограммов на кубометр без дополнительной ветрозащиты. Я не говорю, что гомельская вата плотностью 175 будет дешевле, чем наш материал плотностью 70. По опыту компании PAROC в случае зданий выше 20-30 метров ветровые нагрузки достигают таких значений, что ветер проникает в вентилируемую прослойку через щели между панелями облицовки и утеплитель надо защищать от выветривания из него тепла. По поводу горючести пленок – в Европе тоже знают, что горючие пленки применять нельзя. Там принято решение, что пленку следует размещать между слоями каменной ваты: основным и тонким. Толщина тонкого 10 миллиметров, и он защищает пленку от огня. А для удешевления вентфасадов следует применять легкие утеплители.

Дмитрий ЖУКОВ, фото автора