В настоящее время экономия и сохранение энергии является одним из основных факторов при проектировании зданий. Типичное здание тратит на подержание внутри себя нормальной температуры до 40 % общего количества потребляемых энергетических ресурсов. Любой фасад является разделительной оболочкой между внутренними помещениями и наружной окружающей средой и играет важную роль в энергетической эффективности здания. Применение навесных вентилируемых фасадов делает возможным достижение энергетической эффективности для любого здания, как нового, так и реконструируемого.
Что такое навесной вентилируемый фасад
Навесной вентилируемый фасад (НВФ) – это многослойная фасадная система, которая состоит из наружной облицовки, которая служит защитой от прямого воздействия дождя – дождевым экраном, в комбинации с водонепроницаемой мембраной, теплоизоляцией и вентилируемым зазором. Основой для всего этого является несущий каркас, чаще всего – из алюминиевых профилей.
Перепад между температурой на наружной поверхности облицовочных панелей и температурой воздуха внутри зазора между задней стенкой облицовки и теплоизоляцией создает различие в плотности воздуха, что, в свою очередь, приводит к возникновению явления «дымоходной тяги». Это обеспечивает постоянное движение воздуха вверх по внутреннему зазору фасада и дает ему наименование «вентилируемый фасад».
«Навесным» его называют затем, чтобы отличать от так называемого «двойного фасада» (double skin facade), который также является вентилируемым, но не является навесным.
Чаще всего в качестве панелей для облицовки навесных вентилируемых фасадов применяют:
- композитные панели
- фиброцементные панели
- керамогранитные панели
- керамические панели
- панели из натурального камня
Как вентилируемый фасад защищает здание
Навесной вентилируемый фасад со своим «встроенным» восходящим потоком воздуха обеспечивает ощутимые преимущества по сравнению с другими фасадными системами.
Теплоизоляция и энергосбережение
Система навесного вентилируемого фасада может проектироваться для различных заданных энергетических требований. Это обеспечивается применением различных типов теплоизоляционных материалов различной толщины. Влияние мостиков холода на междуэтажных перекрытиях сводится к минимуму, так как слой теплоизоляции проходит по всей поверхности стены непрерывно за исключением ограниченного количества кронштейнов для крепления подконструкции к стене-основе.
Благодаря конструкции навесного вентилируемого фасада, снижается сопротивление стен процессу диффузии пара изнутри здания наружу. Вся влага, которая возникает в результате конденсации или была накоплена во время строительства, эффективно отводится по вентилируемому зазору фасада. Это способствует здоровому и комфортабельному внутреннему климату здания.
Теплоизоляция обеспечивает максимально возможное сопротивление передаче тепла изнутри здания зимой и внутрь здания во время летней жары.
Звукоизоляция
Навесные вентилируемые фасады положительно влияют на звукоизоляционные характеристики наружных стен. В зависимости от толщины теплоизоляции, типа и размеров облицовочных панелей и доли открытых стыков между панелями может достигаться снижение наружного шума до 14 дБ.
Защита от климатических воздействий
Навесные вентилируемые фасады защищены от воздействия косого дождя. Небольшое количество влаги, которое попадает за облицовочные панели, быстро удаляется через вентилируемый зазор между облицовкой и теплоизоляцией. Защита от дождя навесного вентилируемого фасада работает в двух уровнях. Вентиляционный зазор функционирует как полость для выравнивания давления, которая обеспечивает то, что при самом худшем «сценарии» вода от косого дождя может попадать за заднюю стенку облицовки, но благополучно стекает по ней вниз. Остатки воды быстро высушиваются потоком восходящего воздуха вентиляционного зазора. Поэтому материал теплоизоляции является надежно защищенным от влаги. Поэтому навесные вентилируемые фасады могут иметь открытые горизонтальные стыки без снижения их способности защищать здание от дождя.
Энергетические параметры навесного вентилируемого фасада
При проектировании навесного вентилируемого фасада должны приниматься во внимание следующие параметры:
- архитектурные требования и ограничения
- достижение заданных тепловых характеристик (коэффициент теплопередачи, температура слоев)
- способность приспосабливаться к перемещениям здания (осадка, температурные воздействия)
- совместимость с системами вентилирования и кондиционирования
Кроме этих параметров общего характера, следующие, более частные, параметры могут оказывать значительное влияние на конструкцию фасада и поэтому на его тепловую эффективность:
- нагрузки
- техническое обслуживание (внутреннее или наружное)
- размеры элементов конструкции
- расходы на эксплуатацию здания
Коэффициент теплопередачи
Коэффициент теплопередачи – это плотность потока тепла через один метр квадратный отдельного элемента стены, когда с обеих сторон стены поддерживается разность температур в один градус (Кельвина или Цельсия). Коэффициент теплопередачи дает меру потери тепла в любом строительном элементе, например, стене, полу или крыше. По этому коэффициенту судят насколько хорошо или плохо передает тепло та или иная часть здания. Анализ коэффициентов теплопередачи для всех строительных элементов наружной оболочки здания позволяет судить о тепловой эффективности здания в целом. Коэффициент теплопередачи измеряет потери тепла путем всех трех «механизмов» передачи тепла – теплопроводности, конвекции и излучения.
Коэффициенты теплопередачи строительных элементов является важными параметрами, так как они формируют основу для стандартизации тепловых потерь здания. На практике почти каждый строительный элемент наружной оболочки здания (стен, полов, крыши) должен соответствовать определенным стандартам, которые устанавливают для них допустимые максимальные пределы. Чем ниже величина коэффициента теплопередачи строительного элемента, тем лучше он служит, как теплоизолятор.
Расчет коэффициентов теплопередачи элементов строительной конструкции на этапе проектирования помогает избежать ее дорогой переделки в случае недостаточной тепловой эффективности. Это дает проектировщикам возможность тестировать тепловую эффективность разрабатываемых сооружений еще на ранней стадии проектирования и при необходимости внести нужные изменения.
Чтобы вычислить коэффициент теплопередачи U, например, стены, сначала необходимо найти сопротивления теплопередаче R каждого ее более-менее однородного элемента. Сопротивление теплопередаче однородного элемента – это его толщина, разделенная на коэффициент теплопроводности материала λ. Сопротивления теплопередаче всех материалов, которые применяются в рассматриваемом элементе, складываются. Величина, обратная этой сумме, и является коэффициентом теплопередачи этого элемента здания [2].
Коэффициент теплопередачи для НВФ
При вычислении коэффициентов теплопередачи навесных вентилируемых фасадов применяют следующие положения:
- Общий коэффициент теплопередачи для фасада в целом.
Выполняется численный расчет коэффициента передачи всей стены в целом, включая все крепежные элементы, по методике стандарта EN ISO 10211. Полученный результат относится только к этой конкретной стене. Любые изменения в проекте требуют перерасчета. - Линейный коэффициент теплопередачи для направляющих профилей, которые проходят сквозь слой теплоизоляции.
Производится двумерный численный расчет сечения стены, содержащего направляющие профили. Границы модели должны располагаться так, чтобы на них были адиабатические граничные условия, например, посередине между двумя направляющими профилями. Полученный результат сравнивают с расчетом, выполненным для такого же участка стены, но без направляющего профиля, и вычисляют линейный коэффициент теплопередачи Ψ так, как это указано в стандарте EN ISO 10211. Такой расчет производят только один раз для данной конструкции направляющего профиля и толщины теплоизоляции, которую он пересекает. Общий коэффициент теплопередачи стены вычисляют тогда по формуле
U = U0 + (L · Ψ / А),
где U0 – это коэффициент теплопередачи стены без направляющих профилей;
L – общая длина направляющих профилей на стене;
А – общая площадь стены. - Точечный коэффициент теплопередачи для кронштейнов, которые проходят сквозь слой теплоизоляции.
Выполняется трехмерный численный расчет для сечения через часть стены, которая включает типичный кронштейн, через который вся навесная стена закрепляется на несущем основании, например, несущей стене. Границы этой модели устанавливаются в квази-адиабатических поверхностях, например, посередине между двумя кронштейнами. Полученный результат вычислений сравнивают с расчетом того же участка стены, но без кронштейна, чтобы получить точечный коэффициент теплопередачи χ, как это описано в стандарте EN ISO 10211. Такой расчет выполняют только один раз для данной конструкции кронштейна, а также для данного вида теплоизоляции и ее толщины. Тогда общий коэффициент теплопередачи навесной стены вычисляется по формуле
U = U0 + n ·χ,
где U0 – это коэффициент теплопередачи стены без направляющих профилей и кронштейнов;
n – количество кронштейнов на квадратный метр навесной стены. - Влияние сопротивления теплопередачи наружной облицовки
на общий коэффициент теплопередачи навесной стены не учитывают, так как зазор между задней поверхностью облицовки и теплоизоляцией считается полностью вентилируемым. - Влияние кронштейнов и направляющих профилей
обязательно учитывают, если они пересекают теплоизоляционный слой полностью или частично. Влияние кронштейнов и направляющих профилей на общий коэффициент теплопередачи навесной стены может быть значительным, даже если между несущей стеной и кронштейнами устанавливаются термоизоляционные подкладки. - Влияние облицовочных панелей
в расчет не включается, но сопротивление теплопередаче наружной поверхности в расчетной модели принимается равным 0,13 м2К/Вт, а не 0,04 м2К/Вт, как это обычно делается для наружных поверхностей. Таким образом учитывается то, что облицовка защищает эту поверхность стены от прямого воздействия ветра. Другие параметры воздуха, например, температура, в вентилируемом воздушном зазоре принимаются такими же, как и у наружного воздуха.
заключение
В настоящее время системы навесных вентилируемых фасадов являются одними из самых популярных фасадных систем. Архитекторы выбирают их за высокую функциональность и широкие возможности для дизайна. Эти системы меньше подвержены повреждениям, чем другие фасадные системы.
Главная особенность вентилируемых навесных фасадов – это разделение функций теплоизоляционных материалов и материалов, обеспечивающих защиту от климатических воздействий. Это дает НВФ неоспоримые преимущества не только по защите здания от внешних воздействий, но и для реализации самых смелых архитектурных решений.
