Минераловатным плитам – основному типу теплоизоляционных материалов, применяемых при строительстве, свойственна высокая воздушная проницаемость. Промежутки между отдельными волокнами образуют систему разветвленных пор, проницаемую для газа, пара и жидкостей. С одной стороны эта особенность может считаться достоинством материала – сквозь него беспрепятственно проходит пар. Однако использовать паропроницаемость утеплителя для осушения воздуха помещения – довольно спорная затея, все-таки, с этим должна справляться система вентиляции. Контактируя с холодными наружными участками, влажный и теплый воздух конденсируется, неизбежно увлажняя утеплитель. Наличие же даже минимальных количеств влаги внутри фатально влияет на его теплозащитные свойства. Для предотвращения процесса конденсации используют ряд конструктивных решений, снижающих диффузионные и конвективные потоки поступающей влаги. Для этого применяют ветрозащитную пленку, которая также служит для пароизоляции стен дома, утеплителя, фасада или кровли.

Механизмы увлажнения утеплителя

1. Увлажнение с внешней стороны

Увлажнение снаружи происходит сквозь «лицевую» сторону вентфасада даже в случае сплошной облицовки. Чем сложнее фасад, тем больше на нем оконных проемов, врезок, а значит, и больше вероятность появления дефектов монтажа и механических повреждений. Возможен также занос снега через вентилируемый конек или стекание конденсата с подкровельной изоляции на незащищенный утеплитель.

2. Увлажнение с внутренней стороны

Этот тип увлажнения угрожает утеплителю, в основном, в холодное время года. В группе риска – здания, построенные из материалов с повышенной паропроницаемостью, например, ячеистого бетона, а также строения, возведенные с ошибками – некачественной пароизоляцией мансард или плохим заполнением швов в кирпичной кладке.

Что при этом происходит?

В процессе эксплуатации минераловатные плиты в конструкциях стеновых ограждений подвергаются сложному комплексу воздействий: замораживанию-оттаиванию, увлажнению — высушиванию, длительному действию отрицательных или положительных температур, нагрузок и агрессивных сред и т.д. Известно, что наиболее тяжелым воздействием для материалов является циклическое замораживание-оттаивание, так как оно вызывает интенсивное развитие деструктивных процессов в материалах, способных удерживать влагу. Что при этом происходит?

Меняется коэффициент теплопроводности

Постоянство коэффициента теплопроводности во времени – основной критерий эксплуатационной стойкости минераловатных плит. Установлено, что в реальных условиях эксплуатации минераловатных плит в вентилируемых конструкциях стен под воздействием циклического замораживания-оттаивания теплопроводность плит плотностью 74 кг/м3 может увеличиться в 2,8 раза, а плит плотностью 156 кг/м3 – в 1,9 раза. Развитие трещин и микродефектов в волокне, а также возникновение внутренних напряжений в каркасе материала, преимущественно в местах сосредоточения групп волокон на границах раздела фаз волокно — связующее, вызывает ослабление связей между связующим и волокном, нарушение структуры изделия и постепенное его разрыхление. Очевидно, что это приводит к значительному понижению термического сопротивления слоя утеплителя.

Меняются геометрические размеры плиты

Толщина минераловатных плит за время эксплуатации может изменяться дважды: сначала имеет место набухание, затем – усадка. На первом этапе разрушается связующее — замерзающая вода раздвигает минераловатные волокна и разрыхляет утеплитель, что вызывает увеличение толщины минераловатных плит и уменьшение коэффициента теплопроводности. На втором этапе происходит процесс незначительной усадки плит по толщине и увеличение их теплопроводности, что связано с разрушением уже не связующего, а самих волокон. Усадка плит может ухудшить теплотехнические качества ограждающей конструкции, так как нарушение целостности термической оболочки здания приводит к возникновению «мостиков холода». Для образцов плотностью 74 кг/м3 предельным числом попеременных воздействий, при котором полностью затухает процесс набухания, оказалось 75 циклов (16 условных лет эксплуатации), а для образцов плотностью 156 кг/м3 – 150 циклов (30 условных лет эксплуатации). При этом толщина образцов увеличилась на 43 и 24 % соответственно. В результате циклического воздействия замораживания-оттаивания с увеличением числа циклов размеры образцов по ширине и длине уменьшаются, наблюдается усадка. Так, при плотности утеплителя 156 кг/м3 усадка образцов после 150 циклов составила 1 %, а при плотности 74 кг/м3 уже после 75 циклов – 3–4 %. Так что после 25 условных лет эксплуатации при размерах теплоизоляционных плит 1000 × 500 × 50 мм швы между соседними плитами при их плотности 74 кг/м3 могут раскрыться на 20-40 мм, а при плотности 156 кг/м3 – на 5-10 мм. Отрицательное воздействие на эксплуатационные показатели стен может оказывать набухание плит по толщине. Если принять толщину теплоизоляционного слоя в наружных стенах с вентилируемым фасадом равной 100 мм, то после 16 условных лет эксплуатации вентилируемая воздушная прослойка уменьшится на 43 мм при плотности утеплителя 74 кг/м3. При утеплении плитами плотностью 156 кг/м3 после 28 условных лет эксплуатации эта прослойка уменьшится на 24 мм, что существенно ухудшит вентиляцию и процесс удаления влаги из утеплителя.

Меняется вес плиты:

Интенсивное развитие деструктивных процессов в материале, вызванное циклическим замораживанием-оттаиванием, приводит к потере массы утеплителя за счет выделения пыли в окружающую среду. После 75 циклов замораживания-оттаивания образцы минераловатных плит теряют около 11 % своей исходной массы. Однако с увеличением плотности плит динамика потери массы резко снижается. Значительная потеря массы наблюдалась у минераловатных плит плотностью 74 кг/м3, а минимальная — у плит плотностью 156 кг/м3. После 25 условных лет эксплуатации данного материала потеря массы составит 18,78 % для плит плотностью 74 кг/м3 и всего 3,32 % – для плит плотностью 156 кг/м3. Применительно к вентфасадам такая потеря массы означает, помимо снижения прочностных и теплозащитных свойств, грубейшее нарушение экологии жилища. Например, для утепления девятиэтажного здания серии 90, с площадью утепления 1498 кв. м, требуется 135 куб. м современных минераловатных плит плотностью 74 кг/ куб. м. За 25 условных лет эксплуатации здания потоки вентиляционного воздуха могут вынести из-за обшивки венфасада 1875 кг волокнистой пыли!

Имеют ли значение геометрические параметры панелей вентилируемого фасада?

Удивительно, но на теплоизоляционные качества минеральной ваты влияют, казалось бы, абсолютно не связанные с ними параметры – например, размеры и характеристики панелей вентилируемого фасада. Минераловатные плиты благодаря волокнистой структуре способны фильтровать потоки воздуха, что приводит к ухудшению теплозащитных качеств вентилируемыхфасадов. В воздушной прослойке, находящейся под облицовочными панелями, в ветреную погоду возникает интенсивное движение воздуха, которое способно увеличить теплопотери через наружные стены на 25 %. На уровень теплозащиты влияет:

  • ширина открытого стыка между облицовочными панелями (3; 7; 11 мм);
  • размер вентилируемой воздушной прослойки (20; 50; 80 мм);
  • отношение числа горизонтальных стыков между облицовочными панелями к высоте утепленной части стены здания (0,667; 1,333; 2);
  • плотность минераловатных плит.

Установлено, что большое влияние на изменение термического сопротивления слоя минераловатных плит под воздействием ветра оказывает отношение числа горизонтальных стыков между облицовочными панелями к высоте утепленной части стены здания. Выявлено, что увеличение данного отношения приводит к снижению термического сопротивления на 37%.

Большое влияние оказывает и плотность минераловатных плит. При увеличении плотности с 75 до 150 кг/м3 происходит снижение термического сопротивления на 23 %. Расстояние между теплоизоляционным материалом и тыльной поверхностью облицовочной панели оказывает влияние неравномерно. При изменении величины вентилируемой прослойки с 20 до 50 мм термическое сопротивление уменьшается всего на 2 %, а с 50 до 80 мм – на 20 %. Наименьшее влияние на снижение термического сопротивления оказывает ширина открытого стыка между облицовочными панелями. Изменение ширины с 3 до 11 мм приводит к снижению термического сопротивления на 17 %. В реальных конструктивных решениях вентилируемых фасадов значения рассматриваемых выше параметров часто принимаются равными: ширина открытого стыка между панелями – 9 мм; размер вентилируемой прослойки – 50 мм; отношение числа горизонтальных стыков к высоте утепленной части стены – 1,333; плотность минераловатной плиты – 95 кг/м3. Такое сочетание параметров в условиях воздействия ветра приводит к снижению термического сопротивления слоя минераловатных плит на 0,499 м2 ·°С/Вт, что соответствует условному уменьшению его толщины на 20 мм.

Что можно предпринять? Как защитить утеплитель?

Строгое нормирование воздействия разрушающих факторов гарантирует долгий, до 50 лет, срок службы минераловатной плиты. Для этого должна быть регламентирована системная защита утеплителя, работающего в воздушном зазоре фасада или кровли:

  • защита внешней поверхности минплиты – качественная ветро-гидрозащитная мембрана (пленка);

Можно возразить, что присутствие мембраны уменьшает паропроницаемость системы утепления, однако расчеты показывают, что диффузия водяного пара в этом случае снижается всего на 0,5%. Применение ветро-гидрозащитных мембран в системах утепления с вентилируемым зазором позволяет не задумываться о водопоглощении, воздухопроницаемости, эмиссии волокна утеплителя, плотности утеплителя. И самое главное их применение увеличит срок эксплуатации утеплителя и в целом навесной фасадной системы.

Важным параметром при выборе фасадной ветро-влагозащитной пленки являются её эксплуатационные характеристики и показатели безопасности. Современные требования обязуют применять на фасадах только негорючие материалы с высокой степенью огнестойкости. Привычные многим полимерные пленки к таковым не относятся! Для соблюдения норм пожарной безопасности в современном строительстве используют негорючие ветрозащитные пленки (мембраны) с сертификатом НГ, которые могут монтироваться на всех типах зданий и сооружений.

Навесной вентилируемый фасад (НВФ) – это сложная система, состоящая из подконструкции, утеплителя, воздушной прослойки и защитного экрана, которая монтируется с внешней стороны основных стен здания. [1-11] Она позволяет быстро и легко реконструировать существующее здание и повысить его теплозащиту. Также может применяться при строительстве зданий, улучшении внешнего вида здания, звукоизоляции, смещении точки росы со стен, для устойчивости к атмосферным воздействиям и др. [13]. Стоимость подконструкции навесного вентилируемого фасада зависит в том числе от толщины утеплителя [5].

Минераловатный утеплитель в фасадных и кровельных конструкциях подвергается сильным эксплуатационным воздействиям. Внутри волокнистой структуры постоянно происходят чередующиеся процессы: увлажнение — высыхание, замораживание — оттаивание, механическая вибрация. В условиях российского климата наиболее разрушительными являются процессы замерзания и оттаивания влажной минеральной ваты. Скорость разрушения утеплителя определяется объемом поступающих и замерзающих осадков. Совокупность воздействий при длительной эксплуатации приводит к тому, что разрушается органическое связующее вещество, подвергая вибрационному усталостному разрушению минеральное волокно [12]. Следует учитывать, что большая часть утеплителя в наших условиях намокает при транспортировке и монтаже. Утеплитель, применяемый в фасадных системах, должен отвечать ряду требований: он должен быть огнестойким, прочным, обладать хорошими звукоизоляционными качествами и иметь достаточную плотность – от 80 до 100 кг/м3. Так как воздушный поток отделяет мелкие частицы материала — происходит эмиссия волокна. При установке НВФ при определенной скорости ветра они могут начать свистеть и гудеть, чаще всего это происходит в местах завихрений ветровых потоков. Описаное явление, вызванно слишком длинными скобами для крепления внешних деталей и эластичностью хлопка. Система вентилируемых фасадов требует качественных комплектующих и, как было сказано ранее, очень качественного монтажа, так как коррозия одного-двух креплений может привести к обрушению всего фасада. [9, 23-25]

Одним из применений является возможное применение вентилируемых фасадов при разработке и внедрении новых энергосберегающих технологий для этих систем [10, 17-19]

Навесные вентилируемые фасады – это самые многофункциональные данные элементные системы — слой воздуха или воздушный зазор. Именно этот слой выполняет как теплозащитную, так и блокирующую функцию. Кроме того, при правильно спроектированной конструкции в этом слое НВФ удаляется влага, являющаяся продуктом жизнедеятельности находящихся в здании людей, выделяющаяся в различных бытовых и производственных процессах.

Но также необходимо определить, насколько Вентфасад влияет на теплопроводность утеплителя. Главная особенность состоящего из склеенных минеральных волокон утеплителя — высокая воздухопроницаемость. Система через межволоконные поры в материале, проницаемом для воздуха, газа и воды, независимо от плотности материала изолятора. Некоторые производители считают минеральную вату самой воздухопроницаемой: волокнистые теплоизоляционные материалы не мешают движению пара наружу через стены. При контакте с холодными внешними объектами пар внутри утеплителя конденсируется, смачивая его. Ограничить конденсацию влаги в утеплителе могут только конструктивные решения, уменьшающие диффузионные и конвекционные потоки воды [2-3]

Увлажнение минеральной ваты происходит с разных сторон, а водоотталкивающий волокнистый утеплитель не уменьшает объем конденсата.

1. Увлажнение снаружи. Фасадная облицовка вентилируемого фасада, состоящего из отдельных элементов, имеет зазор (ржавчину), через который проникает дождь и холодный воздух и увлажняет систему утепления. От влаги полностью не защищена даже сплошная облицовка, так как всегда возможны дефекты монтажа или механические повреждения, количество которых увеличивается с увеличением площади облицовки, количества оконных рам и т.п.

2. Увлажнение изнутри. В холодную погоду утеплителю угрожает влага с теплой стороны. Когда стены имеют повышенную паропроницаемость (газобетонные стены, кирпичные стены с некачественной затиркой, ограждающие перегородки, щели, некачественное исполнение, паровые, чердаки), влага в виде пара из помещений конденсируется в более подверженных воздействию холода местах утепления. Высотные здания имеют высокое парциальное давление пара на верхних этажах. В этом случае пароизоляционных свойств стен, даже из монолитного бетона, может быть недостаточно [1,15]

Применительно к вентилируемому фасаду потеря массы минеральной ваты, установленной без ветрогидрозащитной мембраны, приводит не только к снижению прочностных и теплоизоляционных свойств, но и к серьезному нарушению экологии окружающей среды и жилого помещения. Например, для девятиэтажного дома с утеплителем серии 90, площадью 1498 м 2 требуется 135 м 3 современной минеральной ваты плотностью 74 кг/м 3 . За 25 лет эксплуатации обычная вентиляция здания может вывести из обшивки венфасада 1875 кг волокнистой пыли потоком воздуха. Эти данные убеждают в целесообразности защиты вентилируемых фасадов ветрогидрозащитными мембранами на внешней стороне минеральной ваты. Более дорогое решение — применение панелей высокой плотности (выше 150 кг/м 3 ), не обеспечивающих аналогичной защиты утеплителя от внешней влаги и фильтрации [4,20-22].

Гарантийный срок службы в 50 лет у минваты может быть получен при условии ограничения (нормирования) разрушающих факторов. Для этого следует обратить особое внимание на систему защиты утеплителя в воздушном зазоре фасада:

1. Защита внутренней поверхности минплиты – ограничение проникновения влаги из помещения обеспечивается высоким уровнем пароизоляции стены;

2. Защита наружной поверхности минплиты – ограничение проникновения атмосферных влаги и воздуха, выпадения минеральных волокон обеспечивается наличием ветрогидрозащитной диффузионной мембраны.

Традиционное возражение против применения ветрогидрозащитной мембраны в вентилируемых фасадных системах заключается в том, что «наличие паропроницаемости мембраны снижает пароизоляцию системы». Современные негорючие паропроницаемые мембраны класса КМ0 не препядствуют выводу пара пара через многослойную конструкцию наружных стен с вентилируемым воздушным зазором. Боятся устанавливать пароизоляцию внутри жилого помещении из-за отсутствия вентиляции. В то же время через ограждение в утеплитель может поступать некоторое количество внутренней влаги из помещения, с которой успешно справляется мембрана, имеющая сопротивление паропроницанию 0,09 (м 2 *ч*Па/мг). За счет ограничения поступления влаги из помещения мембрана будет выводить только газообразную влагу, которая испаряется при неблагоприятных погодных условиях. условия — повышенная влажность, туман и дождь. Сопротивление паропроницанию 0,09 (м 2 *ч*Па/мг) в сутки поддерживает утеплитель в равновесии сухости при любых погодных условиях. [14]

Применение ветрозащитной мембраны и систем утепления с вентилируемым зазором позволит исключить из критериев выбора утеплителя такие характеристики, как водопоглощение, воздухопроницаемость, плотность, оставив только теплопроводность, стабильность размеров, механическую прочность. [27]

Цель статьи — учет влияния анализа вентилируемого фасада на теплоизоляционные свойства утеплителя.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

— Исследовать теплоизоляционные свойства стен с навесным вентилируемым фасадом с облицовочным материалом и без;

— Анализ исследований по теплоизоляции строительных материалов ограждающих конструкций с учетом облицовки;

— Наблюдается зависимость плотности воздухопроницаемости волокнистого утеплителя; При этом выявлено влияние ряда конструктивных особенностей и климатических условий на продольную фильтрацию воздуха на теплоизоляционные и теплозащитные свойства вентилируемых фасадов. [6]

Теплоизоляция для вентилируемого фасада должна иметь следующие основные функции: гидроизоляция, высокая паропроницаемость, отсутствие деформации зимой, максимальное прилегание к стене. Основные материалы, используемые для утепления фасадов – это минеральная вата на основе базальта и стекла.

В современной практике в качестве теплоизоляционного материала на территории России широкое распространение получили минеральная вата на основе базальтового вяжущего. Благодаря этому материал выдерживает температуру до 750 градусов, не теряя своих акустических и теплоизоляционных свойств. При наличии ветрозащитной мембраны плиты не деформируются, не проседают и не подвержены эмиссии волокна. Высокая степень паропроницаемости пирога утепления предотвращает скопление воды в теплоизоляционном слое, обеспечивая ее быстрое испарение.

В современной практике в качестве теплоизоляционного материала на территории России широкое распространение получили минеральная вата на основе базальтового вяжущего, а также плиты на основе пенополистирола. В некоторых частях здания, например в цоколях и местах постоянного скопления и удержания воды, используются плиты из полистирола, полученные методом экструзии. В этот исторический момент действующая нормативная документация не отражала всех нюансов использования и производства таких материалов. Например, полностью отсутствуют стандарты долговечности таких изделий, сроки службы и требования к эксплуатации в различных климатических условиях России. [7, 8]