CC BY
31Влияние технологических факторов на энергоэффективность вентилируемых фасадов
Бараненкова Анастасия Владимировна,
бакалавр, Российский университет дружбы народов, anastasia.baranenkova@gmail.com
Ларина Анна Сергеевна,
бакалавр, Российский университет дружбы народов, инженерная академия
Существуют проблемы защиты зданий от потерь тепла. Один из способов решить данные задачи - использование эффективных технологий теплоизоляции фасадов. В данной работе рассмотрены способы по отделке фасадов, плюсы вентилируемых фасадов перед другими видами наружной отделки зданий и сооружений, проведен анализ существующих утеплителей, применяемых в вентилируемых фасадах. Выполнен анализ технологических параметров, влияющих на эффективность вентилируемых фасадов, проведен анализ исследований влияния различных атмосферных явлений на теплофизические показатели минеральной ваты. Проведено исследование по навесным вентилируемым фасадным системам, изучены их ключевые достоинства и недостатки. Акцентировано внимание на утеплителях. Определены пути повышения энергоэффективности вентилируемых фасадов. Описаны ключевые показатели теплоизоляционных материалов, использующиеся в навесных фасадах вентилируемого типа.
Ключевые слова: вентилируемый фасад, теплоизоляция, утепление фасадов, энергоэффективность, технологические факторы
Введение. Анализ результатов
исследований многих зданий, построенных в последние десятилетия, показывает значительные потери тепла, которое теряется через конструкции ограждения (стены, окна, крыши, технические этажи) (50 - 65%). Эти потери формируют существенную проблему защиты зданий от потерь тепла. Один из способов решить данный вопрос -использование эффективных технологий теплоизоляции фасадов. В тоже время, начиная с 60-х гг. ХХ века и по нынешнее время, в нашей стране и за ее пределами, возведено огромное множество зданий, не отвечающих требованиям современных нормативных документов по теплоизоляции ограждающих конструкций (СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий»). Таким образом вопрос повышения энергоэффективности зданий является важной задачей общества [1].
Данная ситуация спровоцировала поиск новых решений в плане конструкций и технологий, направленных на энерго- и ресурсосбережение. В наше время использование современных фасадных систем, которые помогают утеплить здание, один из самых действенных способов решения проблемы, с точки зрения сохранения тепловой энергии внутри здания и уменьшения затрат на энергоносители.
Одной из основных составляющих устройства вентилируемых систем фасада является утеплитель. Он обладает свойством изменять характеристики под воздействием внешних факторов. На сегодня отсутствуют четко определенные оптимальные
технологические параметры устройства фасадов вентилируемого типа. Поэтому исследование влияния технологически факторов на процессы выветривания и изменение теплофизических параметров утеплителя является актуальным.
Анализ современных конструктивных решений вентилируемых фасадов
Использование систем «мокрого» типа
Под теплоизоляционными системами «мокрого» типа понимают системы отделки, где применяются растворы, затвердевающие после того, как их нанести на поверхность, которую надо отделать.
О 55 I» £
55 т П Н
и ы
а
Отделка сухими способами
рассматриваемых фасадов и материалов для него (металл, пластик, стекло, композитные материалы и др.) не вытеснили такие проверенные способы отделки, как «мокрые» фасады. Это - теплоизоляционный материал, штукатурка или облицовка штучными изделиями. Классические способы нужны, прежде всего, чтобы проводить реконструкцию исторических памятнков. В местах, где их
невозможно
современные
Использование
строительстве
экономическими
колоссальными
заменить на облицовочные
таких способов
какие-либо материалы. при
сегодня связано реалиями, так возможностями при различных цветов и фактуры Классификацию мокрых способов можно видеть ниже (рис 1).
МОКРЫЕ СПОСОБЫ ОТДЕЛКИ ФАСАДОВ
как с и с подборе отделки. отделки
ФжггТЛМ Ггт^ишиии
«ижти
Тспвнтпи их«ш «рсашх
"1 Сг^ттс. |
3
а б
Рис. 1. Классификация «мокрых» способов отделки фасадов.
Системы «сухого» типа
«Сухие» системы - это защитно-декоративный экран с наружной стороны, который формируется с помощью изделий из плит или листов. Обязательным условием при этом является закрепление таких изделий, не используя раствор или клей, «насухо», при помощи специальных приспособлений (это могут быть защелки, кляммеры, зажимы, клипсы, заклепки и т.п.).
Чаще всего, для у подобных систем есть воздушный зазор между экраном и утеплителем. Эти системы называются вентилируемыми фасадами.
Сегодня есть много сухих способов по отделке фасадов. Их классификацию можно видеть ниже (рис. 2).
При использовании «сухих» методов устройства фасадов вентилируемого типа используется широкая гамма материалов.
Вентилируемые фасады появились в европейских странах несколько десятилетий назад. Ключевая роль такого типа фасада -
защита несущих стен от влаги. Результат большого опыта использования этих фасадных систем - возникновение основного варианта, чью конструктивную и технологическую схему можно видеть ниже (рис 3).
Рис. 2. Классификация «сухих» способов отделки фасадов.
При выборе утеплителя для вентилируемого фасада надо брать во внимание его физико-механические свойства, включая плотность.
Устройство фасадов вентилируемого типа осуществляется при помощи «сухого» способа.
Рис. 3. Конструктивно-технологическая схема фасада вентилируемого типа.
Технологические факторы, влияющие на энергоэффективность вентилируемых
фасадов.
Ключевая характерная черта утеплителей, в составе которых минеральные волокна заключается в высокой воздушной проницаемости. В систему межволоконных пор в материале, которые являются сквозными, может проникать воздух, газ или влага. Утеплители на минераловатной основе на фасадах повергаются серьезным испытаниям. Внутри структуры, которая состоит из волокон, на протяжении всего времени протекают знакопеременные процессы: увлажнение, высушивание, замораживание, оттаивание, механическая вибрация. Пульсация давления воздуха в вентзазоре из-за того, что меняется направление ветра, заставляет вибрировать все волокна. Фильтрацией называют движение воздуха в различных направлениях непосредственно в самом минераловатном слое, она тоже связана с большим объемом давления - разряжением воздуха в вентилируемом зазоре.
Долговечностью называют стабильность теплоизолирующих свойств минеральной ваты. Это зависит, прежде всего, от того, наасколько интенсивно влияет климат и природные факторы. Если изменяется температурно-влажностной режим, самыми разрушительными будут процессы замораживания-оттаивания минваты. Скорость, с которой разрушается утеплитель, зависит от объема влаги, которая поступает и замерзает.
Увлажняется минераловатная плита с разных сторон, вместе с тем гидрофобизация волокон утеплителя не снижает объемов влаги, которая конденсируется.
Увлажнение с внешней стороны. В облицовке фасада, состоящей из отдельных составляющих, есть зазоры, сковзь них дождь и сильный ветер попадает в саму систему и увлажняют утеплитель. От поступления влаги не сможет защитить и сплошная облицовка, так как всегда есть вероятность, что есть дефекты монтажа, механические повреждения, количество которых увеличивается с ростом площади облицовки, числа окон и разного рода врезок.
Многие ученые смогли доказать, что указанные выше факторы вызывают изменение в линейных размерах, показателя теплопроводности, разрыхления, уменьшение прочности и утрату волокон плит.
Влияние перепадов температур и влаги при продолжительном сроке эксплуатации вызывает разрушение органических связующих, минеральное волокно разрушается под воздействием вибраций.
Понятно, что это явление имеет связь со структурой минераловатных плит, что можно представить как модель [3], которая
характеризует объемно-напряженное состояние. В данной модели минераловатные волокна находятся на «гуковских» элементах, которые расположены так, что у каждого отдельного волокна (оболочки) есть упругое основание и оно целиком на него опирается. Упругие составляющие это места, где переплетаются отдельные пространственно-ориентированные волокна. Данные элементы имеют точечную и жесткую связь с продольными и поперечными волокнами. Они моделируют работу связующего: в процессе деформации сжимаются, растягиваются, изгибаются и сопротивляются передаче усилий к соседним волокнам.
Учитывая сказанно выше, был проведен анализ воздействия как влияют температура и влага на изменение линейных показателей минераловатных плит горизонтально-слоистой структуры [5].
По результатам расчетов можно сделать вывыд, что во многослойной наружной стене изменения в линейных размерах минераловатных плит может существенно понизить ее теплозащитные качества из-за возможного формирования «мостиков холода». Это может произойти в результате того, что спустя 25 условных лет эксплуатации, если плиты были размерами 1000 х 500 х 50 мм, швы между соседними плитами, если их плотность составляет 74 кг/м3, могут увеличиться на 20-40 мм, а если плотность составляет 156 кг/м3 - на 5-10 мм.
Лабораторные изучения того, как влияет цикл заморозки и оттаивания на свойства минераловатных плит, что применяются в стенах, продемонстрировали изменения в линейных размерах и показателя теплопроводности образцов данного материала [6].
Когда проводились эти исследования, обнаружено, что разрушение рассматриваемых плит идет за два этапа. Первый этап -разрушению подвергается связующее, иными словами, вода, которая замерзла, раздвигает волокна минеральной ваты и разрыхляет утеплитель, что провоцирует утолщение плиты и снижение ее коэффициента
теплопроводности. Второй этап сопровождается процессом несущественной усадки плит по толщине и рост их теплопроводности, что вызывает разрушение уже не связующего, а непосредственно волокон.
Эти результаты [5] указывают на то, что при продолжительной эксплуатации плит из минеральной ваты проводимость тепла плит, у которых плотность 74 кг/м3, может возрасти в 2,8 раза, а плит, у которых плотность 156 кг/ м3 -в 1,9 раза. Влияние воздуха, который идет
О 55 I» £
55 П П Н
fr
Q Ы
а
s
«
а б
обдувающим потоком со скоростью 0-0,7 м/с, повышает уровень теплопроводности на 60 %.
В процессе экпериментов отмечено также, что деструкция плит из минеральной ваты идет с выделением пыли в окружающую атмосферу. Данный факт важен для вентилируемых фасадов, потому что воздух снаружи в таких ограждениях всегда циркулирует между теплоизоляционным материалом и панелью облицовки.
Эмиссией называют потерю массы волокна, которые находятся в минераловатной плите, у которой плотность 74 кг/м3. За 25 условных лет потеря составит 18,78 % от начальной массы и 3,32 % для плит, плотность которых 156 кг/ м3 [7]. Применяя эти данные к вентилируемым фасадам, подобная утрата массы рассматриваемых плит, что установлены без ветро-влагозащитной мембраны, вызовет как уменьшение прочностных, теплоизолирующих свойств, так и серьезное наружение экологии окружающей атмосферы и жилого помещения. К примеру, для того, чтобы утеплить здание в 9 этажей серией 90, с площадью утепления 1498 м2, необходимо 135 м3 минераловатных плит, плотность которых 74 кг/м3. В течение 25 условных лет, пока здание эксплуатируется, потоки вентиляционного воздуха могут унести из обшивки вентилируемого фасада 1875 кг волокон и их пыли.
Пути повышения энергоэффективности вентилируемых фасадов.
Гарантировать период службы плиты из минеральной ваты 50 лет возможно, если будет ограничение (нормирование) факторов, которые разрушают. С этой целью надо регламентировать системную защиту утеплителя, который находится в воздушном зазоре фасада:
- защищать внутреннюю поверхность минплиты путем жесткого ограничения притока влаги из жилого помещения. Это можно достигнуть с помощью высокого уровня пароизоляции ограждения;
- защищать внешнюю поверхность плиты путем жесткого ограничения влаги, воздуха. Это можно достигнуть, установив ветро-гидрозащитную диффузионную мембрану.
Выводы
1. На сегодняшний день наиболее распространены 2 способа отделки
фасадов: т.н. «сухой» (вентилируемый фасады) и «мокрый» (с применением штукатурных растворов, клеев и т.п.);
2. Вентилируемые фасады имеют несколько плюсов в сравнении с «мокрыми»:
• возможность монтажа системы в любое время года;
• наличие воздушного пространства между утеплителем и внешней облицовкой, что позволяет выводить пары и влагу утеплителя;
• возможность применения разного рода материалов при облицовке.
3. Анализ существующих утеплителей, применяемых в вентилируемых фасадах показал, что наиболее оптимальным, по ряду показателей, является базальтовая вата;
4. Выполненный анализ технологических параметров, влияющих на эффективность вентилируемых фасадов, позволяет определить конструктивно-технологическую схему экспериментальной установки для предстоящих исследований;
5. Анализ исследований влияния силы и атмосферы на теплофизические показатели минеральной ваты показал, что для эффективной эксплуатации фасада необходимо использовать ветрозащитные мембраны либо использовать минеральную вату высокой плотности.
Литература
1. Научно-методические основы повышения эксплуатационной эффективности технологических систем теплоизоляции фасадов. Соха В.Г. Диссертация. Москва. 2010.
2. Современные фасадные системы [Электронный ресурс]: учебное пособие/ Ляпидевская О.Б.— Электрон. текстовые данные.— М.: Московский государственный строительный университет, Ай Пи Эр Медиа, ЭБС АСВ, 2016.
3. СП 70.13330.2012 «Несущие и ограждающие конструкции»
4. Гусев Б.В., Езерский В.А., Монастырев П.В. Теплопроводность минераловатных плит в условиях эксплуатационных воздействий. //, Промышленное и гражданское строительство. -1/2015.
5. Гусев Б.В., Езерский В.А., Монастырев П.В. Изменение линейных размеров минераловатных плит в условиях эксплуатационных воздействий //, Промышленное и гражданское строительство. -2014, № 8. - с. 32-34..
6. Гусев Б.В., Езерский В.А., Монастырев П.В. Потеря массы минераловатных плит в условиях эксплуатационных воздействий. //, Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. - 6/2015..
7. Быть или не быть в конструкциях навесных фасадов ветрозащитным пленкам? - Интервью с заведующим лабораторией НИИСФ, д.т.н., проф. В. Г. Гагариным [Электронный ресурс]. URL: http: //www.makonstroy.ru/vetroz/print/ .2010..
8. Санитарные правила и нормы СанПиН 4723-88 «Санитарные правила устройства и
эксплуатации систем централизованного горячего водоснабжения».
9. Румянцев Б.М., Жуков А.Д. Эксперимент и моделирование при создании новых изоляционных и отделочных материалов : монография;— Москва : МГСУ, 2013. — С. 41-45 (Библиотека научных разработок и проектов НИУ МГСУ).
10. Бобров Ю.Л. Теплоизоляционные материалы и конструкции : учебник / Бобров Ю.Л., Е.Г. Овчаренко, Б.М. Шойхет. 2-е изд., испр. и доп. Москва : ИНФРА-М, 2010. С. 16—18.
11. СП 50.13330.2012: «Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 2302-2003», .- Москва, 2012.
12. СП 70.13330.2012: «Несущие и ограждающие конструкции. Актуализированная редакция СНиП 3.03.01-87».- Москва, 2012.
13. Пашкевич С.А., Пустовгар А.П., Адамцевич А.О., Еремин А.В. Климатические испытания фасадных систем: монография. — С. 56-68
14. Experimental evaluation of the airflow behaviour in horizontal and vertical Open Joint Ventilated Facades using Stereo-PIV Sánchez M.N., Giancola E., Heras M.R., Suárez M.J., Blanco E. Renewable Energy, 109 (2017), 613-623
Influence of technology factors on energy efficiency of the
ventilated facades Baranenkova A.V., Larina A.S.
Russian University Of Peoples Friedship
There are problems of protecting buildings from heat loss. One way to solve these problems is to use efficient technologies for the thermal insulation of facades. In this paper, we consider methods for finishing facades, the advantages of ventilated facades in front of other types of exterior decoration of buildings and structures, an analysis of existing insulation used in ventilated facades. The analysis of technological parameters influencing the efficiency of ventilated facades is carried out, the analysis of the influence of various atmospheric phenomena on the thermophysical parameters of mineral wool is carried out. A study was conducted on hinged ventilated facade systems, their key advantages and disadvantages were studied. Emphasis is placed on heaters. Ways to increase the energy efficiency of ventilated facades are determined. The key indicators of heat-insulating materials used in hinged facades of a ventilated type are described. Key Words: vеntilаtеd fасаdе, thermal insulation, fасаdе insu^ton, еnеrgу еffiсiеnсу, technological factors
References
1. Scientific and methodical bases of increase in operational efficiency of technological systems of thermal insulation of facades. V.G. plow. Thesis. Moscow. 2010.
2. Modern front systems [An electronic resource]: Manual / Lyapidevskaya O.B. — the Electron. text data. — M.: Moscow state construction university, Ai Pi Er of Media, EBS DIA, 2016.
3. The joint venture 70.13330.2012 "The bearing and protecting
designs"
4. Gusev B.V., Yezerskiy V. A., Monastyrev P.V. Teploprovodnost of mineral-cotton plates in the conditions of operational influences.//, Industrial and civil engineering. -1/2015.
5. Gusev B.V., Yezerskiy V. A., Monastyrev P.V. Change of the
linear sizes of mineral-cotton plates in the conditions of operational influences//, Industrial and civil engineering. -2014, No. 8. - page 32-34.
6. Gusev B.V., Yezerskiy V. A., Monastyrev P.V. Loss of mass of
mineral-cotton plates in the conditions of operational influences.//, Construction materials, equipment, technologies of the 21st century. - 6/2015.
7. To be or not to be in designs of hinged facades to wind-
shelter films? - Interview with the head of the laboratory of NIISF, Dr.Sci.Tech., prof. V.G. Gagarin [An electronic resource]. URL: http://www.makonstroy.ru/vetroz/print/.2010.
8. Health regulations and norms the SanPiN 4723-88 "Health
regulations of the device and operation of systems of the centralized hot water supply".
9. Rumyantsev B.M., Zhukov A.D. An experiment and modeling
during creation of new insulating and finishing materials: monograph; — Moscow: MGSU, 2013. — Page 41-45 (Library of scientific developments and NIU MGSU projects).
10. Bobrov Yu.L. Heat-insulating materials and designs: Yu.L., E.G. Ovcharenko, B.M. Shoykhet's textbooks / Beavers. 2nd prod., Mcnp. and additional Moscow: INFRA-M, 2010. Page 16 — 18.
11. Joint venture 50.13330.2012: "Thermal protection of buildings. The staticized editorial office Construction Norms and Regulations 23-02-2003".- Moscow, 2012.
12. Joint venture 70.13330.2012: "The bearing and protecting designs. The staticized editorial office Construction Norms and Regulations 3.03.01-87".- Moscow, 2012.
13. Pashkevich S.A., Pustovgar A.P., Adamtsevich A.O., Eremin A.V. Climatic tests of front systems: monograph. — Page 56-68
14. Experimental evaluation of the airflow behaviour in horizontal and vertical Open Joint Ventilated Facades using Stereo-PIV Sánchez M.N., Giancola E., Heras M.R., Suárez M.J., Blanco E. Renewable Energy, 109 (2017), 613-623
О R U
£
R
n
