Защита стен от дождя: стратегии, классификация, типология

При проектировании наружной оболочки здания, которая надежно защищает его от дождя, необходимо учитывать следующие основные факторы:

• Климатическая зона, в которой расположено здание
• Годовое выпадение осадков
• Уровень защиты стен от прямого попадания дождя
• Планируемое применение здания (уровень внутренней влажности)
• Требования к теплозащите здания

Ниже представлен обзор стратегий, типологии и классификации наружных стен в отношении методов и принципов защиты их от дождевой воды. Он выполнен на основе материалов канадских исследований [1-3]. Климатические и погодные условия России и Канады во многом схожи.

Типология наружных стен

На рисунке представлены основные типы наружных стен, которые отличаются по методам защиты их от дождя. Большинство этих типов возникли из многолетнего практического опыта в результате многочисленных проб и ошибок. Инновационные типы стен с дождевыми барьерами возникли в последние десятилетия.

Абсолютные и неабсолютные дождевые барьеры

Начальной и первичной классификацией стен является разделение их на абсолютные и неабсолютные дождевые барьеры. Абсолютный барьер останавливает любое проникновение воды по единственной плоскости, точно также как абсолютный воздушный барьер предотвращает любое проникновение воздуха. Примерами абсолютных дождевых барьеров являются, например, светопрозрачные навесные фасады из алюминия и стекла, а также система наружной отделки, которая состоит из термоизоляционной панели, армирующего покрытия и очень стойкого к воде защитно-декоративного наружного покрытия.

Поскольку очень трудно построить и поддерживать абсолютно водонепроницаемую стену, то большинство стен проектируются и возводятся как неабсолютные дождевые барьеры. К неабсолютным дождевым барьерам относятся традиционные массивные стены и стены с так называемым «дождевым экраном», например, навесные вентилируемые фасады.

Водяной барьер

Стены типа «водяной буфер» или накопительные стены.

В традиционных кирпичных и каменных зданиях применяется стратегия накопления влаги в стенах в дождливый период времени, а затем их высушивания в сухой период времени. Таким образом, монолитные кирпичные фасады были не только частью несущей конструкции, но также водяным буфером. До тех пор пока емкости этого водяного буфера было достаточно, чтобы сохранять накопившуюся влагу, а влага не наносила стене вреда, считалось, что она выполняет свою функцию.

Недостатками этой стратегии являются следующие:

• требуется большое количество строительных материалов и много труда, чтобы возводить такие стены;
• низкая эффективность теплозащиты здания;
• отсутствие воздухонепроницаемого барьера.

Долговечность стены и управление влагой достигалось за счет низкой тепловой эффективности и температурного комфорта.

Абсолютный дождевой барьер

Стены с «абсолютной» герметизацией

Практика показала, что стратегия «абсолютной герметизации» стен или «лицевой герметизации» стен не оправдывает своего названия, разве только если они не расположены в засушливых климатических зонах. Неизбежные дефекты строительных материалов и невозможность 100%-ного качества строительных работ дают большую вероятности того, что абсолютный барьер не будет абсолютным. Он обязательно будет иметь несплошности, которые выявятся или в ходе их строительства, или в ходе их эксплуатации. Поэтому поддержание абсолютных барьеров в рабочем состоянии в течение заданного срока службы является неприемлемо дорогостоящим. Стены типа «абсолютный барьер» или «лицевая герметизация» принципиально не имеют средств для дренажа воды, которая случайно проникла в стену. Поэтому такие стены не применяют в зданиях, которые имеют высокие требования к защите от климатических воздействий.

Чтобы обеспечивать защиту здания от проникновения воды и воздуха абсолютные барьеры или лицевая герметизация должны иметь тщательную герметизацию стыков с помощью герметиков или уплотнителей. Этот подход применяется к таким строительным элементам как окна и двери, которые изготавливаются в заводских условиях под жестким наблюдением служб контроля качества. Герметичность соединений между таким абсолютным компонентом (окном) и проемом в стене здания также очень сильно завсит от качества выполнения работ и долговечности применяемых материалов.

Стены с дождевым экраном (стены с дренажом)

Эти стены контролируют проникновение дождя путем дренажа и высушивания всей воды, которая прошла сквозь дождевой экран, например, между панелями наружной облицовки, и попала внутрь стены. Эти стены также относятся к системам неабсолютного дождевого барьера, которые допускают то, что часть дождевой воды проникает через наружную поверхность фасада.

В этих стенах для предотвращения дальнейшего движения воды, которая проникала за наружный дождевой экран, внутрь стены обычно применяют дополнительные механизмы, такие как разрыв капиллярного движения воды, накопление воды и многократные дренажные плоскости.

Роль воздушного зазора

Стены с внутренним дренажом

Зазор между дождевым экраном — наружной облицовкой и утеплителем, который также называют воздушной прослойкой и воздушной полостью, обеспечивает разрыв капиллярного движения воды внутрь стены, а также прямой проход вниз для гравитационного дренажа и путь для вентилирующего воздушного потока.

Небольшой зазор — это все, что нужно для обеспечения дренажа. Минимальная ширина этого зазора, которая применяется для малоэтажных домов с деревянной облицовкой (обшивкой) составляет около 1,5-2,0 мм или даже меньше. Сам по себе дренаж не требует широкого зазора и увеличение ширины зазора практически ничего не дает для его улучшения.

Однако более широкий зазор может обеспечивать более интенсивное движение воздуха и улучшать удаление влаги, а также давать возможность укладываться в допуски размеров несущей стены, например, кирпичной кладки, особенно при реконструкции старых зданий.

Воздушные зазоры сзади наружной облицовки по интенсивности движения воздуха и наличию вентиляционных отверстий имеют следующую классификацию:

• слабо вентилированные (vented)
• хорошо вентилируемые (ventilated)
• вентилируемые с модерацией давления (pressure moderated).

Слабо вентилируемый (невентилируемый) зазор

Стены со слабым вентилированием не имеют вентиляционных отверстий на выходе из зазора. Это слабое вентилирование, которое можно называть проветриванием, обеспечивает удаление незначительного количества воды, которая осталась после дренажа. Такие зазоры применяют в сухом или умеренном климате, в основном для малоэтажных зданий.

Хорошо вентилируемый зазор

Для вентилирования зазора в кирпичной кладке делают специальные отверстия в виде «пропущенных» кирпичей. В деревянной облицовке внахлест вентилирование происходит само собой благодаря особенностям конструкции через отверстия и щели между планками.

Наличие отверстий внизу и вверху зазора обеспечивает более интенсивный обмен воздуха зазора с наружным воздухом. Чем больше поток воздуха, который проходит через зазор и чем больше объем самого зазора, тем больше влажного воздуха и водяного пара выходит через него наружу. Хорошо вентилируемая стена будет помогать высушиванию материалов, смежных с зазором и самой облицовки, обеспечивая тем самым механизм для удаления воды из-за облицовки, которая не ушла через дренажные каналы.

Вентилируемый зазор с модерацией давления

Обычные вентилируемые воздушные зазоры могут хорошо работать при облицовке малоэтажных зданий, но пропускать слишком много воды и влажного воздуха через облицовку на верхних этажах многоэтажных зданий, которые подвергаются воздействию более сильного ветра.

Концепция дождевых экранов с выравниванием давления заключается в том, чтобы создать за наружной облицовкой воздушные полости для выравнивания давления. Для этого весь воздушный зазор подразделяется на отдельные секции. При порывах ветра давление воздуха внутри этих секций быстро возрастает и почти сравнивается с наружным давлением. Это исключает или снижает движущую силу для проникновения воды — разность давления снаружи и внутри облицовки.

Исследования показывают, что на практике полное выравнивание давления достигается редко. Поэтому часто вместо термина «выравнивание давления» применяют термин «модерация давления». Считается, что даже частичное выравнивание (модерация) давления дает снижение количества воды, которое проникает за наружную облицовку, особенно на верхних этажах многоэтажных зданий.

Выбор типа стены по защите от дождя

Основными факторами при выборе типа стен и ее материалов по отношению к защите их от дождя являются климатическая зона, в которой находится здание, годовое количество осадков и уровень защиты стен здания от прямого попадания дождя. Потенциал стены к накоплению влаги и своевременному ее высушиванию должен быть выше, чем ее потенциал к чрезмерному намоканию и повреждению материалов от воздействия влаги.