О воздушном зазоре навесного вентилируемого фасада

Воздушный зазор навесного вентилируемого фасада является одним из его основных конструкционных параметров. Ниже представлен обзор основных факторов, которые нужно учитывать при назначении номинального воздушного зазора навесного вентилируемого фасада для конкретных условий его эксплуатации.

1. Функции воздушного зазора

Воздушный зазор (воздушная прослойка) навесного вентилируемого фасада (рисунок 1) выполняет несколько важных функций, в том числе:

• Компенсирует отклонения размеров стен от номинальных размеров
• Разрывает капиллярный путь проникновения дождевой воды снаружи здания вглубь стены.
• Образует дренажную плоскость для удаления воды наружу.
• Образует вентиляционный канал для поддержания элементов фасада в сухом состоянии, а также для удаления избыточной влаги изнутри здания.
• При порывах ветра снижает разность давлений между наружным воздухом и воздухом внутри фасада. Эта разность давлений является основной движущей силой для проникновения дождевой воды через наружную облицовку.

Рисунок 1 — Система навесного вентилируемого фасада [1]

2. Ширина воздушного зазора в нормативных документах

Отечественные и зарубежные нормативные документы дают следующие рекомендации по ширине воздушного зазора в навесных вентилируемых фасадах.

2.1. DIN 18615-1 и ETAG 034 [2, 3]

Стандарт DIN 18615-1 задает требования для навесных вентилируемых фасадов еще с 1970-х годов. Более поздний документ ETAG 034 является основным нормативным документом по европейской сертификации навесных вентилируемых фасадов. Эти документы дают следующие критерии для того, когда фасад считается вентилируемым:

• Расстояние между облицовкой и теплоизоляцией — вентиляционный воздушный зазор — составляет не менее 20 мм. Этот воздушный зазор может местами сужаться до 5-10 мм к подконструкции или к облицовке, при условии, что это не препятствует работе дренажа и/или вентиляции.
• Имеются вентиляционные отверстия, как минимум внизу и вверху фасада, с поперечным сечением не менее 50 см² на погонный метр.

Заметим, что 50 см² на длине 1 м — это, например, щель 5 мм х 1000 мм.

В стандарте, кроме того, указано, что он рассматривает навесные вентилируемые фасады с шириной воздушного зазора не более 150 мм.

Читайте также: Европейские требования к навесным вентилируемым фасадам

2.2. ТР 161-05 [4]

«Воздушный зазор между слоем теплоизоляции и облицовкой, а также зазоры между отдельными элементами облицовки обеспечивают процессы влагообмена в наружных ограждающих конструкциях здания.

Проектная величина зазора между теплоизоляционным слоем и облицовкой не должна быть менее 40 мм».

2.3. Проект Р НОСТРОЙ [5]

«Максимальные теплозащитные свойства конструкции фасада достигаются ...при минимально возможной (по условиям удаления влаги или по другим соображениям) величине воздушного зазора».

«Вылет кронштейна от стены следует подбирать так, чтобы между утеплителем и направляющей было не менее 20 мм воздушного зазора. Максимальная величина воздушного зазора 200 мм.

Примечание: при величине воздушного зазора более 200 мм необходимо устанавливать рассечки из оцинкованной стали, с перфорацией, для предотвращения эффекта трубы (большая скорость воздуха)».

2.4. СП РК 5.06-19-2012 [6]

«Величина воздушного зазора определяется расчетом, исходя из максимально
допустимой скорости движения воздуха в нем и должна быть не менее:

• при наличии горизонтальных и вертикальных открытых швов между панелями экрана шириной 2-10 мм:
  — 50 мм при использовании облицовочных плит площадью 0,4 м² и более;
  — 30 мм при использовании облицовочных плит площадью менее 0,4 м².
• при наличии только горизонтальных открытых швов между панелями экрана
  шириной 2-10 мм:
  — 40 мм при использовании облицовочных плит площадью 0,4 м² и более;
  — 20 мм при использовании облицовочных плит площадью менее 0,4 м².

В местах совмещения НФсВЗ с цоколем здания внизу и с парапетом или кров­лей здания вверху должны быть предус­мотрены отверстия для притока и оттока
воздуха, площадь сечения которых должна быть не менее 50 см² на каждый метр длины горизонтальной кромки фасада».

3. Минимальный воздушный зазор

При облицовке малоэтажных зданий, например, в США и Канаде, считается, что даже зазор в 1,5-2,0 мм уже обеспечивает разрыв капиллярного движения влаги и, значит, дает возможность дренажа жидкой воды и диффузионного перераспределения влаги. С учетом реальности строительства и допустимых отклонений в толщинах материалов, обычно зазор бывает не менее 6 мм. Такие зазоры применяют, например, при облицовке зданий деревянными или пластиковыми панелями [8].

4. Воздушный зазор и выравнивание давления

4.1. Дренаж и вентиляция

Наружная облицовка обычного навесного вентилируемого фасада предназначена защищать стену здания от массового проникновения воды при прямом воздействии косого дождя. Тем не менее, часть дождевой воды неизбежно проникать через облицовку в воздушный зазор. При правильной конструкции фасада эта вода быстро удаляется наружу за счет механизмов, которые работают в воздушном зазоре:

• дренажа воды вниз к дренажным отверстиям и
• высушивания влаги внутри зазора за счет вентилирования постоянным потоком воздуха.

Читайте также: Вентилируемый фасад как дождевой барьер

4.2. Перепад давления воздуха

Когда ветер дует на навесной фасад, он создает на наружной стороне облицовки более высокое давление, чем на внутренней стороне облицовки. Воздух пытается выровнять это различие путем перетекания из зоны высокого давления в зону низкого давления. Это означает, что воздух будет проходить через любые отверстия и щели, чтобы выровнять разность давлений. Если при этом идет дождь, то этот воздух будет нести с собой в больших количествах внутрь фасада дождевую воду (рисунок 2).

Рисунок 2 — Принцип движения воды под воздействием перепада давления [8]

4.3. Воздушный зазор и выравнивание давления

Для защиты от чрезмерного проникновения влаги под воздействием перепада давления применяют специальные конструкции навесных вентилируемых фасадов. Конструкция этих фасадов включает применение изолированных секций с надежной воздухопроницаемостью и дополнительными отверстиями для дренажа и вентиляции. Для эффективного выравнивания давления эти секции должны иметь достаточно жесткие стенки и ограниченный объем воздуха [10,13].

Эти секции могут иметь различные размеры в зависимости от формы и высоты здания, например, на углах и около крыши — меньше, в середине здания — больше [10].

В обычных навесных вентилируемых фасадах принцип выравнивания давления также работает в той или иной степени. При малом воздушном зазоре объем воздушной полости ограничен, и выравнивание давления может быть заметным. При большом воздушном зазоре объем воздуха в полости слишком велик, чтобы могло происходить какое-либо выравнивание давления.

Рисунок 3 — Различия в конструкциях фасадов [9]:

а — с дренажом и вентиляцией;

б — с дренажом, вентиляцией и выравниванием давления

5. Воздушный зазор и пожарная безопасность

Подъем воздуха в вентилируемом зазоре происходит за счет явления, которое называют эффектом тяги. Аналогичный эффект действует в обыкновенной печной трубе. В случае пожара вентилируемый воздушный зазор создает открытый путь для продвижения скрытого огня сзади облицовки (рисунок 4). Чем шире воздушный зазор, тем большую угрозу, по-видимому, он представляет с точки зрения пожарной безопасности.

Для предотвращения распространения огня через воздушный зазор в нем устанавливают специальные противопожарные барьеры. Чем шире воздушный зазор, тем сложнее и дороже обходится установка в фасаде противопожарных барьеров.

Рисунок 4— Распространение пламени по воздушному зазору вентилируемого навесного фасада [10]

6. Воздушный зазор и теплоизоляция

Иногда воздушный зазор считают дополнительным теплоизоляционным слоем, который дает вклад в сопротивление стены теплопередаче (рисунок 5) [11].

Рисунок 5 — Схема для расчета сопротивления теплопередаче навесного вентилируемого фасада [11]:

a — толщина облицовки,

b — ширина воздушного зазора,

c — толщина теплоизоляции,

m — толщина несущей стены,

n — толщина внутренней отделки

Однако согласно стандарту EN ISO 6946 [12] сопротивление теплопередаче воздушной прослойки (воздушного зазора) внутри стены зависит от того, насколько она является вентилируемой.

Вертикальная воздушная прослойка считается хорошо вентилируемой, если, площадь отверстий составляет более 1500 мм² на метр ее длины в горизонтальном направлении. Воздушный зазор вентилируемого фасада относится к хорошо вентилируемым воздушным прослойкам, так площадь его вентиляционных отверстий составляет не менее 50 см² = 5000 мм² [2-4, 6].

Поэтому согласно EN ISO 6946 расчет сопротивления теплопередаче вентилируемого фасада должен проводиться без учета сопротивления воздушной прослойки и наружной облицовки (b и a на рисунке 5). Температура воздуха в зазоре считается равной температуре наружного воздуха, а сопротивление поверхности стенки зазора принимается равным 0,13 м²·К/Вт как для внутренней поверхности, а не 0,04 м²·К/Вт, как это применяется для наружных поверхностей [12].

Таким образом, вклад вентилируемого воздушного зазора в сопротивление стены теплопередаче составляет всего 0,13 м²·К/Вт и не зависит от его толщины.

7. Климатические условия и воздушный зазор

Выбор системы наружной облицовки здания и, в том числе, наличие и ширина воздушного зазора, зависят как от климатической зоны, в которой находится здание, так и от местных геодезических условий. Каждая климатическая зона имеет свой потенциал намокания и высушивания наружной оболочки здания. Например, во влажном морском климате потенциал намокания материалов стен может быть очень высокий, а потенциал их естественного высушивания очень низким. Это означает, что, если наружная оболочка здания подверглась чрезмерному намоканию из-за миграции влаги снаружи или изнутри здания, то в период высушивания она не успеет вовремя высохнуть и будет подвергаться разрушительному воздействию влаги.

Конструкция навесного фасада в целом и воздушного зазора, в частности, должна учитывать климатические особенности местности. Так, во влажном, жарком или очень жарком климате водяной пар двигается (в различном количестве) в основном снаружи внутрь здания, тогда как в умеренном, холодном, очень холодном и арктическом климате водяной пар двигается изнутри здания наружу.

Главным показателем потенциала намокания для данного географического региона считается годовое количество осадков, которое в ней выпадает. В холодном климате, по-видимому, нужно делать поправку на то, что часть осадков выпадает в виде снега, от которого стены намокают в меньшей степени, чем от косого дождя.

В Северной Америке уровень годового количества осадков является основным фактором при выборе типа стены по отношению к системе дренажа и вентилирования [13]. В зависимости от годового количества осадков к стенам зданий предъявляются следующие требования по наличию и эффективности дренажа и вентилирования:

• до 500 мм — дренаж и вентилирование не требуются;

• от 500 до 1000 мм — дренаж без вентилирования;

• от 1000 до 1500 мм — дренаж с вентилированием;

• свыше 1500 мм — дренаж с вентилированием и выравниванием давления.

Эффективность дренажа и вентилирования навесных облицовочных фасадов определяется конструкцией воздушного зазора, в первую очередь, его шириной и объемом.

8. Номинальная ширина воздушного зазора — компромисс факторов

Таким образом, при выборе оптимальной ширины воздушного зазора необходимо учитывать следующее:

• номинальный зазор не должен быть менее 6 мм, чтобы обеспечивать эффективный разрыв капиллярного движения влаги внутрь здания и дренаж жидкой воды;

• номинальный зазор не должен быть менее 20 мм, чтобы обеспечивать возможность отклонений стены от вертикали в пределах нормальных строительных допусков;

• увеличение ширины зазора не дает повышения сопротивления стены теплопередаче;

• чрезмерное увеличение зазора повышает риск распространения пламени при пожаре;

• чем больше ширина зазора, тем больше вылет кронштейнов, больше их толщина, количество, масса и стоимость;

• чем шире воздушный зазор, тем меньше эффективность выравнивания давления снаружи и внутри облицовки, и, следовательно, большее количество воды, которая проникает за облицовку.

Источники:

1. Немецкая ассоциация производителей навесных вентилируемых фасадов — http://www.fvhf.de/Fassade/VHF-System/Aufbau-und-Technik.php

2. DIN 18615-1:2010 Cladding for external walls, ventilated at rear — Part 1: Requirements, principles of testing

3. ETAG 034 Guideline for European technical approval of kits for external wall cladding, 2014

4. ТР 161-05 Технические рекомендации по проектированию, монтажу и эксплуатации навесных фасадных систем, 2005
5. Проект НОСТРОЙ (2014) Навесные фасадные системы с воздушным зазором. Рекомендации по критериям выбора, проектированию, устройству, ремонту и эксплуатации

6. СП РК 5.06-19-2012 Проектирование и монтаж навесных фасадов с воздушным зазором, Республика Казахстан

7. http://www.greenbuildingadvisor.com/blogs/dept/musings/all-about-rainscreens

8. https://www.building.govt.nz/assets/Uploads/building-code-compliance/e-moisture/e2-external-moisture/weathertight-design-principles/external-moisture-an-introduction.pdf

9. http://cdn2.hubspot.net/hub/178578/file-28811617-pdf/docs/rain-theory-handout.pdf?t=1440411538100

10. http://www.probyn-miers.com/perspective/2016/02/fire-risks-from-external-cladding-panels-perspective-from-the-uk/

11. http://www.etem.bg/products/bg/65/brochures/Technical_VFS_catalogue.pdf

12. EN ISO 6946-2008 Building components and building elements — Thermal resistance — Calculation method

13. https://www.wbdg.org/resources/building-enclosure-design-principles-and-strategies