Вентилируемые фасады: описание, преимущества, характеристики
Едва появившись в России, вентилируемые фасады сразу завоевали популярность как у архитекторов, строителей, так и среди Заказчиков. И на это есть свои причины, о которых пойдет речь ниже. Сначала же попытаемся дать им определение.
Вентилируемый фасад представляет собой конструкцию, состоящую из материалов облицовки (плит или листовых материалов) и подоблицовочной конструкции, которая крепится к стене таким образом, чтобы между облицовкой и стеной образовалась вентилируемая воздушная прослойка. Для дополнительного утепления ограждающей конструкции между стеной и облицовкой может размещаться теплоизоляционный слой - в этом случае воздушная прослойка образуется между облицовкой и теплоизоляцией.
Подоблицовочная конструкция может крепиться как на несущую, так и на самонесущую стену, выполненную из различных материалов (бетон, кирпич и т.д.). Применяют вентилируемые фасады не только в новом строительстве, но и при реконструкции старых зданий.
Использование навесных конструкций позволяет, с одной стороны, "одеть" фасад в современные отделочные материалы, а с другой - улучшить теплозащитные показатели ограждающей конструкции и защитить ее от вредных атмосферных воздействий.
Общие сведения
Устройство дополнительной теплоизоляции снаружи так же лучше защищает стену от попеременного замерзания и оттаивания. Выравниваются температурные колебания массива стены, что препятствует появлению деформаций, особенно нежелательных при крупнопанельном домостроении. Зона конденсации сдвигается в наружный теплоизоляционный слой, который граничит с вентилируемой воздушной прослойкой.
Другим достоинством наружной теплоизоляции является увеличение 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. Установка теплоизоляции снаружи позволяет также снизить расходы на косметический ремонт поврежденных стен.
Совместное применение навесного фасада и теплоизоляционного слоя существенным образом повышают звукоизоляционные характеристики ограждающей конструкции, поскольку фасадные панели и теплоизоляция обладают звукопоглощающими свойствами в широком диапазоне частот (например, звукоизоляция стены из легкого бетона повышается в 2 раза при устройстве навесного фасада с применением отделочных панелей).
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 необходимо рассчитывать 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 нем 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.
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.
Кроме того, согласно существующим Рекомендациям, системы вентилируемых фасадов должны проходить обязательные пожарные испытания, на которых определяется максимальная высота применения системы и ее пожарная пригодность.
- широкие возможности по использованию современных фасадных отделочных материалов;
- высокая тепло- и звукоизоляция;
- вентиляция теплоизоляционного слоя - удаление влаги образующейся за счет диффузии водяного пара изнутри здания;
- защита стены и теплоизоляции от атмосферных воздействий;
- нивелирование термических деформаций;
- возможность проведения фасадных работ в любое время года - исключены "мокрые" процессы;
- отсутствие специальных требований к поверхности несущей стены - ее предварительное выравнивание, и более того, сама система позволяет выравнивать дефекты и неровности поверхности, что сделать с применением штукатурок часто сложно и дорого;
- длительный безремонтный срок (25-50 лет в зависимости от применяемого материала).
Элементы вентилируемого фасада:
Подоблицовочные конструкции
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 надежно закрепить плиты 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.
На Российском рынке представлено большое количество различных подоблицовочных систем, как западных, так отечественных производителей. Наиболее широкое распространение среди них получили следующие системы:
- Россия - ДИАТ, АЛКОН ТРЕЙД (U-kon), МОСМЕК завод металлоконструкция (КТС), ТЕХНОКОМ, ГРАНИТОРГЕСС и др.;
- Австрия - SLAVONIA (SPIDI), EUROFOX;
- Германия - WAGNER-SYSTEM.
- выравнивать неровности стен;
- минимизировать "мостики холода";
- обеспечивать возможность крепления мелкоразмерной облицовки без существенного удорожания подконструкции;
- обеспечивать надежное крепление теплоизоляционных плит.
Необходимо так же остановиться еще на одном весьма существенном моменте. К сожалению, на сегодняшний день уровень качества строительства в России еще не достиг западных стандартов, и поэтому при сооружении вентилированных фасадов в России 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.
По перечисленным выше требованиям, которым должна удовлетворять подоблицовочная конструкция, видно насколько она является сложной и ответственной частью фасада. И поэтому каждая серьезная система запатентована, она 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.
Зачастую, расчет несущей способноси конструкций фахверка приводит к тому, что дешевле заменить материал наружных стен между несущими перекрытиями (в монолитном домостроении) с дешевого некачественного материала, на, может быть несколько более дорогой, но более качественный (по крайней мере, с точки зрения несущей способности). Особенно это актуально при высоте зданий более 40 м. При этом из-за недостаточной несущей способности стены кронштейны приходится ставить значительно чаще и на более дорогие элементы крепежа (анкеры).
И только проанализировав все эти данные и сделав соответствующий расчет можно подобрать требуемую номенклатуру изделий для конкретного фасада здания, а также составить калькуляцию (стоимость подоблицовочной конструкции). Необходимо особо подчеркнуть, что расчет конструкций вентилируемого 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 задедки подбирается 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.
Утеплитель, используемый для вентилируемых фасадов должен обладать следующими свойствами:
- являться долговечным, устойчивым к старению материалом;
- быть биологически стойким;
- иметь разрешение органов пожарного надзора на применение в вентилируемых фасадах;
- иметь стабильную форму, монтироваться сплошным слоем, исключая возникновение "мостов холода";
- обладать высокими теплоизолирующими характеристиками;
- позволять водяному пару и влаге попадать в воздушную прослойку, предотвращая образование и скопление в конструкциях конденсата;
- быть устойчивой к ветровому потоку;
- быть неагрессивным к металлу подоблицовачной конструкции;
- отвечать требованиям ГОСТ 9573-96 "Плиты из минеральной ваты на синтетическом связующем теплоизоляционные. Технические условия" в части жесткости использования материала.
При выборе теплоизоляционного материла необходимо обращать внимание на возможность возникновения вибрации в вентиляционном промежутке конструкции, где могут возникать мощные воздушные потоки. Для борьбы с этим явлением 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. Может применяться минераловатная плита с двойной плотностью: более плотный слой устанавливается к внешней стороне фасадных конструкций, менее плотный - непосредственно на несущую стену, так как мягкий слой позволяет утеплителю лучше прилегать к неровностям утепляемой конструкции.
Облицовочные материалы в конструкции вентилируемого фасада 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 оболочкой здания, формируют его эстетический облик, являются как бы визитной карточкой.
В настоящее время существует большой выбор фасадных панелей для облицовки стен здания. Кроме внешнего вида они отличаются между собой по материалу, размеру, типу крепления (видимое, невидимое), цене, и т.д.
Материалы, применяемые для изготовления панелей, могут быть самые разные, причем этот список постоянно пополняется: металлы, композитные материалы, бетоны, фиброцементы (цементно-волокнистые материалы), керамический гранит, а также стекла со специальным покрытием, ламинаты высокого давления, и т.д.
Защитно-декоративные изделия могут имитировать традиционные материалы - камень, дерево, кирпич - или наоборот - 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.
Большое разнообразие отделочных материалов для навесных фасадов дает архитектору поистине безграничные возможности для решения эстетических задач.
Проблемы при проектировании и строительстве вентилируемых фасадов
-
Вентилируемые фасады - фасады из штучных материалов. Соответственно критичным становятся расстояния между окнами (по вертикали и горизонтали). Если они разные - это значительно более заметно, чем при производстве работ по оштукатуриванию фасадов, т.к. видна "пошаговость" облицовки. Кроме того, это приводит к значительному удорожанию из-за значительного количества подрезки плитки. (Справка. Керамогранит, имеющий твердость по Мошу 8 - материал очень твердый. 100$ алмазного диска (к примеру, производства HILTI) хватает, в среднем, на 50-70 п.м. реза плитки. Большое количество подрезки может привести к общему удорожанию до 4$ (!) на 1 м2 фасада)
-
Материал стены. Существует большая ошибка, когда для закладки стеновых проемов используют сильнопористые материалы с малой несущей способность анкерных креплений при действии продольных и поперечных сил относительно оси анкера. Применение таких материалов не оправдано, в первую очередь, по экономическим соображениям. Дело в том, что тепловая эффективность таких материалов меньше, чем тепловая эффективность применяемой в качестве утеплителя минеральной ваты.
Рассмотрим пример расчета разницы стоимости объекта с вентилируемым фасадом при применении заделки стеновых проемов разными материалами - кирпичной кладкой из цельного кирпича толщиной 25 см и блоков из ячеистого бетона плотностью 600 кг/м3 толщиной 20 см. При расчетах будем пользоваться прил.3 СНиП II-3-79* для условий "б". µкирпич = 0,81 Вт/моС, µяч.бетон = 0,26 Вт/моС, а µминвата = 0,043 Вт/моС. Несложный расчет показывает, что для получения одинакового приведенного сопротивления теплопередаче стены R, при применении цельного керамического кирпича вместо ячеистого бетона толщина минераловатного утеплителя (к примеру, KL-E фирмы Изовер) возрастает всего на 2 см (!). Таким образом, это приводит к удорожанию на 0,4 $/м2. Разница в стоимости материала - еще 0,1 $/м2. Увеличение несущей способности плиты перекрытия (из-за разницы в объемном весе) еще максимум 1 $/м2 фасада. Т.е. общее удешевление от применения ячеистого бетона составляет 1,5 $/м2. Теперь рассмотрим удорожание. Рассчитаем на примере кронштейнов фирмы ДИАТ со средним выносом от стены на 25 см. Собственный вес системы (включая керамогранит (толщина 10 мм, объемный вес 2400 кг/м3) и утеплитель (совмещенный вариант KL-E (толщина 100 мм, объемный вес 20 кг/м3)+ Ventiterm Plus (толщина 50 мм, объемный вес 80 кг/м3) итого 150 мм)) составляет, для простоты в пересчете на конец кронштейна 25,8 кг. За счет Г-образной формы кронштейна, по соотношению плеч (25/8), получаем вырывающее усилие анкера (при базовом количестве 1,75 кронштейнов на 1 м2 стены) - 46,07 кгс/шт (80,62 кгс/м2). В соответствии с нормативными документами коэффициент запаса изменяется от 3 до 6-ти в зависимости от материала стен. С учетом коэффициента запаса для анкерных креплений 6 (по материалам фирмы HILTI) получаем 276,42 кгс (483,74 кгс/м2). Значит, при несущей способности анкерного крепления в ячеистом или пенобетоне не более 50 кгс, получаем увеличение количества кронштейнов на 4,3 шт/м2 относительно базовой (!!!). Это приводит к удорожанию на 16 $/м2. Применение вместо анкерных креплений сквозных шпилек с мероприятиями, гарантирующими от промерзания стены, может снизить эту цифру до 5 $/м2. Итого убытки по общей стоимости строительства здания составляют 3,5 $/м2. И это не учитывая того, что такое решение исключает внутреннюю штукатурку стен и требует применения гипсокартона на относе, что, в свою очередь, уменьшает внутреннюю полезную площадь и увеличивает общую стоимость. А в жилищном строительстве такое решение просто неприемлемо. -
Наружная облицовка вентилируемого фасада 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. Дело в том, что на данный момент 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. Второе решение, с нашей точки зрения, порочно. Дело в том, что натянуть пароизоляционную мембрану так, чтобы можно было гарантировать отсутствие "хлопков" практически невозможно. Соответственно эти "хлопки" будут слышны на большой площади.
-
Применение систем крепления из алюминия. При кажущейся привлекательности применения таких систем, они имеют ряд проблем:
- Температура плавления алюминия 630 - 670оС (в зависимости от сплава). Температура при пожаре на внутренней поверхности плитки (по результатам испытаний Центра противопожарных исследований ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко) достигает 750 оС. Это может привести к расплавлению подконструкции и обрушению части фасада (в зоне оконного проема). Для корректного решения этой проблемы необходимы специальные мероприятия (защитные экраны, замена части алюминиевых элементов подконструкции на стальные, применение особой конструкции оконных обрамлений и т.д.). Это, кроме возможного образования гальванических пар, приводит к удорожанию и сводит на "нет" многие преимущества алюминиевых подсистем.
- Несущая способность алюминия и его сплавов так же может быть разной. Так, например, предел прочности (несущая способность) ( в) алюминия АД-31 - 18 кг/мм2, Алюминиево-магниевого сплава АМг6 - 31 кг/мм2. Для примера предел прочности Стали 3 - 40 кг/мм2, а нержавеющей стали 12х18Н10Т - 55 кг/мм2. Кроме того, необходимо учитывать, что из алюминиевых сплавов поддаются процессу экструзии только АД-31, а алюминиево-магниевые сплавы практически никогда не бывают экструдированными. Проектировщикам, при выборе и расчете системы, с нашей точки зрения, необходимо учитывать эти показатели для определения количества кронштейнов на 1 м2 и толщины металла.
- Приведенное сопротивление теплопередаче стены. Этот параметр характеризует теплозащитные свойства стены и нормируется СНиП II-3-79*. Он равен условному сопротивлению теплопередаче стены (без учета теплопроводных включений) умноженному на коэффициент теплотехнической однородности (который не может превышать единицу). Коэффициент теплотехнической однородности определяется влиянием теплопроводных включений и показывает эффективность использования теплоизоляции - чем он меньше, тем больше толщина теплоизоляции требуется для обеспечения требуемого сопротивления теплопередаче стены. А ведь толщину утеплителя при навесной конструкции пронизывают неоднородные металлические включения. И чем они массивнее, чем больше коэффициент теплопроводности металла, чем больше их количество и площадь сечения приходящаяся на 1 м2 стены, тем больше необходим слой утеплителя (относительно расчетного) для компенсации их влияния (Для примера усредненный коэффициент теплопроводности (?) нержавеющей стали 12х18Н10Т - 40 Вт/(моС), а сплава АД-31 - 221 Вт/(моС) (!). Таким образом сплав АД-31 является ЗНАЧИТЕЛЬНО большим проводником холода внутрь утеплителя. Необходимо так же учесть, что предел прочности алюминия ? в 3 раза меньше, чем у нержавейки, т.е. для достижения той же несущей способности системы необходимо либо применять материал в три раза большей толщины, либо ставить кронштейны в три раза чаще. Если некорректно учесть эти параметры, то можно свести на "нет" все преимущества вентилируемого фасада (т.к. могут появиться промерзания по стенам, выпадение конденсированной влаги и т.д.). Не буду говорить о других системах, скажу только, что ООО "ДИАТ-2000" одно из первых провели исследования нашей системы в НИИ Строительной Физики и получили коэффициент теплотехнической однородности 0,92 (!), что лучше, чем у трехслойных железобетонных панелей с гибкими связями! С нашей точки зрения проектировщикам НЕОБХОДИМО обращать внимание на этот параметр для правильного определения толщины утеплителя.
-
Применение облицовки из мелких штучных материалов. Оставим архитектурный аспект этой проблемы и сконцентрируемся на технической части вопроса: Дело в том, что это решение только на первый взгляд приводит к удешевлению фасада. Действительно, стоимость, к примеру, керамогранита размером 600х600 мм в районе 22 - 25 $, а 300х300 - около 12 - 14 $. Но применение более мелких форматов, чем 600х600 ведет к увеличению количества "железа" на фасаде ~ в 1,7 раза. Это на 80 % снижает экономию при закупке облицовки. А если учесть проблемы, указанные в п.4, то такое решение вряд ли окажется более дешевым.
-
Некоторые вентилируемые фасады имеют один очень неприятный недостаток. При определенном ветре они свистят или гудят. Особенно часто это происходит в местах завихрений ветровых потоков. Для решения этой проблемы нами привлекались специалисты по аэродинамике из МАИ. Но задача оказалась настолько сложной и многовариантной, что, безусловно, необходимы дополнительные исследования. Единственно, что однозначно отметили специалисты - применение малых (4мм) зазоров между плитами облицовки значительно снижает вероятность этих неприятных явлений.
-
Вентилируемый фасад - очень ответственная инженерная конструкция. Обычно серьезные производители систем берут на себя техническое проектирование таких фасадов, т.к. проектировщики "общего профиля" могут не учесть многих нюансов. Очень важно, чтобы фирма-производитель имела свою проектную группу, а в идеальном варианте и лицензию на проектирование.
Отличительные особенности системы "ДИАТ"
-
Возможность изготовления элементов системы из нержавеющей и оцинкованной стали или алюминиево-магниевого сплава (по желанию Заказчика). Срок службы системы - не менее 50 лет. При этом базовый вариант кронштейнов - нержавеющая сталь;
-
Большая (до 250 мм) глубина рихтовки каждого элемента при небольшом типоразмерном ряде; Как следствие - простота монтажа и возможность расчета стоимости фасада еще до этапа строительства с точностью 3-5% (!).
-
Максимальная толщина утеплителя до 250 мм, при сохранении глубины рихтовки и полном избегании сползания утеплителя. Это достигается не за счет дорогих "грибков", а за счет специальной формы кронштейнов, что приводит к удешевлению системы при улучшении надежности фасада в целом и возможности применения в любых климатических зонах (см. так же п.6);
-
Возможность монтажа облицовки (в частности керамического гранита) с зазором между плитками 4 мм. Это приводит к значительному улучшению внешнего вида фасада. Зазор между плитками смотрится не как шов, а как раскладка (!).;
-
Возможность быстрого закрытия теплового контура здания, ДО монтажа системы в целом;
-
Коэффициент теплотехнической неоднородности 0,92, что лучше, чем у трехслойных железобетонных панелей с гибкими связями!
-
Высокая несущая способность системы (система применима без ограничения высоты здания);
-
Применение в качестве облицовки ЛЮБЫХ плитных материалов (керамогранит, минерит, фибростеклобетон и т.д.);
-
Российское производство. Как следствие - возможность поэтапной комплектации объекта, а так же быстрого изготовления и поставки нетиповых элементов;
-
Хорошая проектная база, полностью адаптированная к российским СНиПам. Гибкость при разработке нетиповых узлов и узлов стык-монтажа. Собственная лицензия на проектирование;
-
Возможность производства работ как своими силами, так и продажа системы фирмам-производителям работ, с обучением рабочих, ИТР и проектным сопровождением;
-
Наличие ТУ, разработанных и утвержденных ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко, а так же научно-технических отчетов ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко по результатам пожарных испытаний, лабораторных исследований прочности и деформативности как отдельных элементов вентилируемого фасада, так и системы в целом. В настоящее время система проходит сертификацию на получение Технического свидетельства Госстроя.
-
Стоимость базового варианта системы (с кронштейнами из нержавеющей стали и направляющими из оцинкованной стали (толщина оцинковки не менее 60 мкм + покраска полимерной краской)) не выше чем у аналогичных систем, представленных на Российском рынке.