Критерии выбора теплоизоляционных материалов для навесных вентилируемых фасадов

Критерии выбора теплоизоляционных материалов для навесных вентилируемых фасадов

Большое количество публикаций, круглых столов, конференций, посвященных теплоизоляционным материалам и теплоизолированным конструкциям, существенно укрепили идеи энергосбережения как в сознании российских граждан вообще, так и в сознании участников строительного сообщества. Сегодня трудно себе представить, что, например, стена вновь возводимого здания вообще не содержит теплоизоляционных слоев. Вместе с тем, рекламная направленность многих публикаций, нечеткие, часто противоречивые, а иногда и ложные представления о теплотехнических свойствах теплоизолированных конструкций, внесли определенную путаницу в процесс конструирования последних с точки зрения оценки рациональности принимаемых решений.

Целью настоящей статьи является попытка предложить алгоритм рационального выбора теплоизоляционного материала при проектировании конструкции навесного вентилируемого фасада. Алгоритм базируется на трех основных положениях: критерии эффективности конструкции, критерии для выбора утеплителя и оценка экономической эффективности принятого решения.

Критерии эффективности конструкции

Очень часто, говоря об эффективности конструкции, имеют в виду только стоимостной аспект понятия. Однако, кроме стоимости, в понятие эффективности любой строительной конструкции или сооружения входят и другие, не менее важные аспекты. В общем виде определение эффективности можно сформулировать так: конструктивное решение эффективно при достижении:

• заданного уровня конструктивного качества. В это понятие входят, например, несущая способность, жесткость, устойчивость, теплозащитные свойства и т.д.
• заданной долговечности и надежности, т.е. сохранении заданного уровня качества в течение заданного времени при условии периодического обслуживания или без него.
• минимальных издержек по возведению конструкции или здания в целом. Очевидно, что издержки (в основном) определяются стоимостью материалов и работ.

Современный уровень качества ограждающей конструкции определяется ее теплозащитными свойствами при условии обеспечения заданной долговечности и надежности. Действительно, обеспечить прочность и устойчивость стены в течение длительного промежутка времени не сложно. Например, построив ее в 1½ кирпича. Другое дело, насколько эффективно она будет защищать от отрицательных температур, например, в Новосибирске?

В период осознания на государственном уровне значимости вопросов энергосбережения именно теплозащитные свойства строительных конструкций выходят на первый план при определении понятия их качества.

Критерии для эффективного выбора утеплителя

Главная задача теплоизоляционного слоя – обеспечение заданных теплозащитных свойств конструкции в течение заданного времени при заданных условиях эксплуатации. Отсюда и главная характеристика теплоизоляционных материалов – коэффициент теплопроводности. Однако, только сравнения этих коэффициентов для различных утеплителей явно недостаточно.

Рекомендуемые материалы

Выбор утеплителей проводится на основе сравнительного анализа показателей свойств, значимых для данной конструкции. Свойство утеплителя является критерием для сравнения, если при решении задачи обеспечения заданного уровня теплозащиты и надежности конструкции есть четкое представление о влиянии этого свойства на конечное качество конструкции или технологию производства работ, т.е. имеется количественная методика.

Самый простой пример – величина коэффициента теплопроводности. Чем он выше, тем большая толщина слоя утеплителя необходима в конструкции для достижения заданного уровня приведенного сопротивления теплопередаче. Другой пример – коэффициент паропроницаемости, который входит в расчет влажностного режима любой конструкции. Важен и такой параметр как воздухопроницаемость материала. Правда, стоит отметить, что на сегодняшний день в России отсутствует общепринятая методика учета воздухопроницаемости волокнистых утеплителей в конструкции вентилируемого фасада. Существенным является сочетание различных свойств в одном материале. Например, при устройстве конструкции вентилируемого фасада утеплитель должен обладать хорошими показателями по паропроницаемости и малым весом. Этим критериям соответствуют изделия из стеклянного штапельного волокна URSA GLASSWOOL®.

Кроме того, при устройстве конструкции с вентилируемым зазором материал должен как можно плотнее примыкать к несущей стене, обходя возможные неровности поверхности, пилястры и эркеры сложной формы без образования щелей между утеплителем и стеной. Реализовать эту задачу позволяют такие механические характеристики как упругость, сжимаемость и гибкость теплоизоляционного материала. Очевидно, что по этим показателям утеплители из упругого штапельного стекловолокна обладают преимуществом перед более жесткими плитами. Также утеплитель в подобной конструкции должен сопротивляться отрыву слоев и обладать необходимой прочностью для крепления в конструкции.

Для наилучшего соответствия комплексу требований к теплоизоляции в навесных вентилируемых фасадах производители предлагают двухслойные решения. Например, в качестве внутреннего слоя теплоизоляции используется мягкий и упругий слой URSA GLASSWOOL П-20; в качестве наружного слоя – более плотный продукт URSA GLASSWOOL ФАСАД со специальным кашированием стеклохолстом повышенной прочности.

Специальный продукт URSA GLASSWOOL ФАСАД производится в виде плит, удобен в монтаже, имеет отличные теплоизоляционные характеристики, а также высокую формостабильность. Материал оклеен (каширован) черным стеклохолстом повышенной плотности, благодаря чему не требует установки дополнительной ветрозащиты и более устойчив к неблагоприятным воздействиям среды, которым утеплитель подвергается во время монтажа до закрытия его облицовкой фасада.

Двухслойное решение позволяет получить дополнительный экономический эффект. Основная толщина теплоизоляционного слоя содержит более легкий, а значит менее дорогой продукт, и только в качестве наружного слоя используется более плотная плита с ветрозащитным покрытием. В результате получается конструкция с внутренним слоем, который надежно примыкает к поверхности стены без образования полостей и разрывов. Этот слой гарантирует защиту от проникновения холодного воздуха, а наружный слой, обладает большей прочностью и менее требователен к качеству монтажа.

Одним из важных критериев выбора теплоизоляционных материалов для навесных вентилируемых фасадов является показатель прочности материала.

В точке крепления утеплителя возникают растягивающие усилия от собственного веса, направленные параллельно плоскости плиты (рис. 1). Величина растягивающего усилия зависит от плотности утеплителя, толщины слоя и количества точек закрепления на 1 м2. Данная величина не должна превышать прочности материала на растяжение. Результаты, полученные при определении прочности на разрыв в плоскости плиты, позволяют утверждать, что принятая схема крепления теплоизоляции с установкой 5 анкеров на плиту, гарантирует надежность положения плит URSA GLASSWOOL П-20, П-30 и ФАСАД в конструкции, т.к. в этом случае обеспечивается практически десятикратный запас по прочности.

Сжимающие усилия в теплоизоляционном слое, как правило, возникают в результате неправильного выбора или нарушения технологии установки крепежных элементов и приводят к локальным деформациям утеплителя (рис. 2). Соответственно, происходит локальное уменьшение толщины утеплителя, а значит, фактическое значение сопротивления теплопередаче такой конструкции может отличаться от заданного в проекте. Утеплители с высокой сжимаемостью легко деформируются, и говорить о величине их прочности на сжатие не приходится. В жестких утеплителях величина сжимающих усилий не должна превышать их прочности на сдвиг, которую можно уровнять с прочностью на сжатие, традиционно определяемой для жестких утеплителей. Решение проблемы локального сжатия утеплителя находится в правильном подборе типа анкера в зависимости от толщины теплоизоляции и материала стены. Не менее важно соблюдение технологии монтажа, рекомендуемой производителями анкеров.

Усилия от изгибающих моментов в утеплителе, возникающие при эксплуатации, зависят от формы утепляемой поверхности и способа закрепления теплоизоляции. Эти усилия не должны превышать предел прочности утеплителя на растяжение. Для теплоизоляционных материалов из стекловолокна это – предел прочности на растяжение вдоль волокон. Кроме того, в утеплителях, имеющих высокую гибкость, не возникает значительных растягивающих напряжений, и по этой причине их применение наиболее предпочтительно в случае криволинейной поверхности стены (рис. 3).

Критериями надежности утеплителей являются показатели свойств, определяющие надежность всей конструкции по сохранению теплозащитных свойств в условиях эксплуатации в течение заданного времени. Для теплоизоляционных слоев всех без исключения конструкций крайне важно сохранение сплошности слоя. Не менее важно и сохранение первоначальной толщины в течение всего срока службы конструкции. К сожалению, никто из производителей теплоизоляционных материалов пока не декларирует таких показателей, как стабильность размеров и формы при заданной влажности и температуре. Отчасти потому, что советские ГОСТы на теплоизоляцию не содержали таких требований. В настоящее время национальный стандарт на определение этих показателей готовит Ассоциация «Росизол».

Применительно к классификации свойств теплоизоляционных материалов целесообразно ввести следующие определения:

• эксплуатационные свойства – свойства, определяющие долговечность и надежность теплозащитных свойств конструкции
• конструктивные свойства – свойства, определяющие материалоемкость для обеспечения заданного уровня теплозащитных свойств
• технологические свойства – свойства, определяющие временные издержки при производстве работ по обеспечению заданного уровня теплозащитных свойств

Ориентироваться в такой системе координат достаточно просто, а самое главное, что она позволяет проводить корректное сравнение различных теплоизоляционных изделий при обосновании эффективности конструкции.

В приведенной таблице 1 представлены свойства теплоизоляционных материалов, необходимые при обосновании выбора изделий для наружного утепления стены с навесным фасадом и вентилируемым воздушным зазором.

Таблица 1. Необходимые свойства теплоизоляционных материалов, применяемых в конструкции навесного вентилируемого фасада

Использование приведенного выше алгоритма при проектировании ограждающих конструкций, безусловно, способствует повышению качества этих конструкций и ведет к снижению издержек при их строительстве и эксплуатации. Предложенный критерий эффективности конструкции позволяет простым и понятным способом сравнивать различные варианты конструктивных решений, содержащие различные современные теплоизоляционные изделия.

По материалам компании «УРСА Евразия»