Теплоізоляція фасадів: особливості конструкцій

Фасадна теплоізоляція є відносно новим конструктивним класом, що використовується у вітчизняному будівництві останні 15 років. Кожен з видів конструкцій теплоізоляції має свої сильні та слабкі місця, а також особливості експлуатації.

Конструкції фасадної теплоізоляції з вентильованим повітряним прошарком

Конструкції фасадної теплоізоляції з вентильованим повітряним прошарком (рис.1) за принципом організації руху повітря у прошарку поділяються на слабо вентильовані та вентильовані. Саме повітряний прошарок, який забезпечує відповідні експлуатаційні властивості конструкції в цілому, і є основним конструктивним елементом цього конструктивного принципу. 

Вентильований повітряний прошарок є конструктивним елементом системи, який створюється між теплоізоляційним шаром та облицювальним шаром для запобігання вологонакопиченню в товщі конструкцій, видалення вологи із товщі конструкцій за рахунок організації руху повітря в прошарку, що створюється при відповідних геометричних розмірах вентиляційних отворів у облицювальному шарі. Встановлено, що  вентильованим повітряним прошарком є такий повітряний прошарок в конструкції, де площа вентиляційних отворів в облицювальному шарі не менша ніж 1500 мм² на один квадратний метр площі стіни. Слабо вентильованим повітряним прошарком є повітряні прошарки в конструкції, де площа вентиляційних отворів в облицювальному шарі складає від 500 мм² до 1500 мм², а невентильованим – менше ніж 500 мм² на один квадратний метр стіни.

Вентильовані повітряні прошарки мають бути завтовшки не менше ніж 40 мм і не більше ніж 150 мм. Оптимальна товщина вентильованого повітряного прошарку у стінах становить від 60 мм до 100 мм. Поверхню теплоізоляції, що повернена у бік вентильованого прошарку, потрібно захищати повітрогідрозахисним шаром. До системи з повітряним вентильованим прошарком ставляться вимоги пожежної безпеки з негорючості. Це обумовлює застосування в її конструкції тільки матеріалів на основі плит із мінеральної вати або скляного штапельного волокна. Існують вимоги до фізичних характеристик цих виробів, що стосуються густини, повітропроникності, аеродинамічної стійкості тощо.

За типом індустріальних облицювальних тонкостінних елементів конструкції підрозділяються на облицювання з плитних металевих елементів або на основі цементно-волокнистих матеріалів та елементів керамічних, або бетонних дрібноштучних. Основне призначення облицювальних елементів – захист теплоізоляційного шару від кліматичних впливів у вигляді дощу та снігу та надання відповідного архітектурного вигляду будинкам. Довговічність цих елементів значно вища, ніж теплоізоляційного шару, тому спеціального аналізу їх властивостей не проводиться.

Конструкції фасадної теплоізоляції стін з облицюванням штукатуркою або штучними елементами

Такі конструкціі за принципом сприйняття навантажень поділяються на легкі штукатурні, в яких теплоізоляційний шар збірної системи є несучим і сприймає всі навантаження й впливи, та важкі штукатурні конструкції, в яких теплоізоляційний шар системи не є несучим або сприймає навантаження стиску, а всі інші навантаження й впливи, що діють в процесі експлуатації, сприймаються арматурною сіткою й анкерними пристроями. У вітчизняній практиці більш широко використовується перший вид, що обумовлено економічними показниками. За показникам  надійності  більш привабливими є важкі штукатурні збірні системи.

В якості теплоізоляційного шару використовуються плити з мінеральної вати, зі скляного штапельного волокна, плити з пінополістиролу або інших спінених пластичних матеріалів (пінополіуретану, полівінілхлориду тощо), спінені пластичні матеріали, що наносяться на поверхню стіни шляхом торкретування.

Від вибору матеріалу теплоізоляційного шару залежать енергетичні властивості будинку  протягом всього терміну його експлуатації. Тому необхідно аналізувати фізичні характеристики цього шару дуже ретельно. Вироби з волокнистих теплоізоляційних матеріалів – мінеральної вати або скляного штапельного волокна, в найбільшій мірі мають необхідні характеристики для теплоізоляційного шару цих систем – низьку теплопровідність, високу паропроникність, достатню міцність, необхідні протипожежні властивості та довговічність.

У той же час, у вітчизняній практиці найбільш широко застосовують у названих системах пінополістирол. Цей матеріал є досить ефективним теплоізолятором, але має істотні недоліки –  він горючий (група горючості Г1) і нестійкий до циклічних кліматичних впливів.

Вибір типу кріплення теплоізоляційного шару до зовнішньої поверхні стіни – клеєний, дюбельний, комбінований дюбельно-клейовий, обумовлюється поверховістю будинків. Основна вимога до кріплення – забезпечення надійності експлуатації.

Теплоізоляційний шар в таких системах повинен щільно прилягати до поверхні несучої частини стіни. При наявності прошарку повітря між теплоізоляційними плитами та несучою стіною завжди існує загроза, що цей прошарок не буде замкненим. Це може призвести до фільтрації холодного повітря в товщу стіни.  Такий тип недоліків характерний для зовнішніх стін сучасних будинків. Вони обумовлені саме технологічною вадою цього конструктивного класу фасадної теплоізоляції, коли клейовий шар на теплоізоляційні плити наносять не суцільно по їх площі, а дискретно у вигляді відповідних плям.

Основною вимогою до облицювального шару, до  складу якого входять посилююче покриття, базове покриття, ґрунтовка, облицювальне покриття, є забезпечення захисту теплоізоляційного шару від кліматичних впливів зовнішнього середовища. До додаткових функцій відносяться естетичні та архітектурні. При цьому зовнішній облицювальний шар повинен бути стійким до кліматичних впливів, водонепроникним, але паропроникним. Цей армований шар повинен сприймати температурні та вологісні деформації спільно з теплоізоляційним шаром, і його вибір повинен обґрунтовуватися насамперед теплофізичними характеристиками та показниками надійності. В той же час, як показують результати досліджень експлуатаційних характеристик в конструкціях суцільної теплоізоляції, випадки фіксування відмов є досить поширеними.

Конструкції фасадної теплоізоляції з світлопрозорим облицюванням

Дані кострукціі відносяться до основних архітектурних принципів кінця ХХ ‒ початку ХХІ сторіччя. Будинок з світлопрозорими фасадними системами може бути і не повністю світлопрозорим, але ззовні він виглядатиме як повністю зі скла.
На підставі детального аналізу конструктивних рішень утеплення фасадів із світлопрозорих  конструкцій розроблена наступна їх класифікація за конструктивними особливостями.

Рис. 3. Будівельний об’єкт із застосуванням конструкції фасадної теплоізоляції зі світлопрозорим опорядженням

Конструкції стін з облицюванням прозорими індустріальними елементами складаються зі світлопрозорих елементів, несучого каркасу, до складу якого входять стійки, ригелі, елементи кріплення непрозорих конструкцій, і підрозділяються на системи з суцільним світлопрозорим фасадом, в якому масивною теплоізоляцією захищені тільки елементи перекриттів,  та з комбінованим фасадом зі світлопрозорими і непрозорими ділянками.

За конструктивним рішенням та технологією зведення світлопрозорого оздоблювального захисного шару конструкції підрозділяються на:

• стійко-ригельні;
• з структурним та напівструктурним заскленням;
• зі спайдерним заскленням;
• подвійні фасадні системи.

Заповнення непрозорих ділянок систем здійснюється дво-, тришаровими панелями з металевим обшиттям, плитами із мінеральної вати або скляного штапельного волокна, що розташовані на зовнішній поверхні основи стін.

За кількістю шарів скла конструкції підрозділяються на системи з одним шаром скла, з двома шарами, з трьома шарами.

За видом заповнення прошарку між шарами скла – на системи наповнені повітрям, аргононаповнені, криптононаповнені, наповнені сумішшю газів.

В тепловому відношенні основною особливістю конструкцій фасадної теплоізоляції зі світлопрозорим облицюванням є те, що для цього виду огороджувальних конструкцій тепловий потік в холодний період року за сонячної погоди може мати двосторонню направленість, і залежно від властивостей наведених вище конструктивних елементів системи утеплення баланс теплових потоків (теплопритоки-тепловтрати) може бути позитивним і при низьких температурах зовнішнього середовища.

За тепловим принципом роботи стіни з світлопрозорим зовнішнім шаром є пасивними геліоконструкціями, які можна використовувати як елементи теплопостачання. Особливо це відноситься до комбінованих систем. Тому цей тип конструкцій може забезпечувати виконання умов проектування для так званих пасивних будинків – будинків, що не потребують при їх експлуатації опалення традиційними методами.

Для будинків з фасадною теплоізоляцією зі світлопрозорим облицюванням дуже важливим, з огляду забезпечення їх енергоефективності, є оптимізація геометричної та просторової форми будинку. Результати таких досліджень дивись на нашому сайті.

Конструкції фасадної теплоізоляції з облицюванням цеглою

Конструкціі з облицюванням цеглою знайшли досить широке використання у вітчизняній практиці домобудування.  Це обумовлено архітектурною та зовнішньою привабливістю стін з цегли та традиційною довірою населення до таких будинків.

Необхідні теплоізоляційні властивості, що встановлюються для сучасних стінових огороджувальних конструкцій, забезпечують, використовуючи цеглу  трьома конструктивними принципами – виконання стіни з вентильованим повітряним прошарком, використання пустотних ефективних керамічних блоків та стін на основі колодязної кладки.

До конструктивних рішень, що є найбільш обґрунтованими з точки зору формування нормального вологісного експлуатаційного режиму, відносять стіни з вентильованим повітряним прошарком між зовнішнім облицювальним шаром з цегли та утеплювачем. Вентилювання повітряного прошарку забезпечується за рахунок влаштування отворів у зовнішньому облицювальному шарі з цегли за рахунок пустот у вертикальних швах  нижньої та верхньої частин будинку (поверху) (рис.5).

Конструктивно  зовнішні стіни з облицюванням цеглою складаються з жорсткого плитного утеплювача, повітряного прошарку, шару облицювальної цегли або стінових каменів, консольних бетонних поясів або кронштейнів, дискретних конекторів.

Як теплоізоляційний шар в цих системах використовуються вироби з плит із мінеральної вати, скляного штапельного волокна,  легких або ніздрюватих бетонів. Зовнішній шар виготовляють із цегляної кладки в ¼, ½ цегли  або в 1 цеглину.

Для забезпечення нормального вологісного режиму найбільш оптимальним є застосування зовнішнього шару в ¼ цегли, однак це вимагає високої якості як самої цегли, так і роботи з монтажу кладки. На жаль, у вітчизняній практиці для багатоповерхових будинків не завжди забезпечувалася надійна кладка навіть в ½ цегли (рис.6), тому в основному використовується зовнішній шар в одну цеглину. Таке рішення вимагає ретельного аналізу тепловологісного режиму конструкцій і визначення умов вентиляції повітряного прошарку.

Основним недоліком даного конструктивного класу є його практично нульова ремонтопридатність.