Проблемы энергетической и экономической эффективности систем навесных вентилируемых фасадов (обзор современных исследований)

Сазанакова Кристина Анатольевна лаборант, ФГАУ ВО Сибирский Федеральный Университет 660041, Россия, Красноярский край, г. Красноярск, проспект Свободный, 82а, каб. 506 Sazanakova Kristina Anatol'evna Laboratory Assistant, Siberian Federal University 660041, Russia, Krasnoyarskii krai, g. Krasnoyarsk, prospekt Svobodnyi, 82a, kab. 506 s_kristi96@mail.ru

Введение

Сокращение энергетических природных запасов ставит остро проблему современной архитектуры и строительства в области энергосбережения и повышения энергоэффективности зданий. В настоящее время жилой фонд зданий в Российской Федерации является неэффективным с точки зрения использования энергетических ресурсов. Известно, что до трети всех потребляемых энергоресурсов страны расходуется на содержание жилых, гражданских и промышленных зданий ^[1].

Большой процент жилищного фонда страны представлен панельными домами массовой застройки 1950-1980-х годов. В результате превышения сроков эксплуатации фасады зданий подверглись физическому и моральному износу, а именно интенсивному воздействию атмосферных осадков и, соответственно, не удовлетворяют современным нормам энергосбережения и теплотехническим требования.

В России здания и сооружения должны соответствовать требованиям Федерального закона № 261 от 23.11.2009 года «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации». Обзор нормативных документов ^{[2, 3]} показал необходимость проведения энергосберегающих мероприятий в строительстве и осуществлении перехода к новым эффективным ограждающим конструкциям, отвечающим требованиям современных норм по теплотехническим показателям ^[4].

Одним из архитектурных приемов повышения энергоэффективности ограждающих конструкций зданий является использование современных материалов с высоким термическим сопротивлением. При проектировании новых и реконструкции существующих зданий предусматривают теплоизоляцию из эффективных материалов, в виде дополнительного наружного утепления ограждающих конструкций ^[5].

В настоящее время в строительной сфере широкое распространение получили навесные вентилируемые фасады (НВФ). В отличие от традиционных фасадных систем у вентилируемого фасада главным преимуществом является наличие зазора между стеновой конструкцией и облицовочным материалом, за счет чего происходит удаление влажного конденсата из системы ^[6].

Навесной вентилируемый фасад – это конструктивная система, представленная материалами облицовки (плит или листовых материалов) и соединенная с наружной ограждающей конструкцией системой анкеровочных элементов ^[7].

Впервые НВФ появились в Европе в конце 1970-х гг. с целью защиты наружной стены зданий от агрессивного воздействия природных явлений и обновления фасадов при осуществлении реконструкции здания. В России НВФ стали популярны в 1990-х гг., как дешёвый и быстрый способ увеличения требуемого сопротивления теплопередачи ^[8].

Используя данный тип конструкции, можно наблюдать эффект по нескольким направлениям. Отсутствие скопления конденсата, удаляющегося методом естественной вентиляции за счет воздушной прослойки, способствует улучшению температурного режима внутри помещений, повышение срока службы ограждающих конструкций здания и уменьшения теплопотерь через них, что позволяет снизить расход тепловой энергии на отопление. Данная конструктивная система повышает надежность работы ограждающих конструкций зданий и их долговечность путем смещение точки «росы» из внутреннего сечения стены наружу. Технология производства работ не зависит от сезонности, что позволяет монтировать и ремонтировать систему вентилируемого навесного фасада в любое время года.

Накопленный опыт при работе с НВФ выявил ряд проблем, связанных с их теплозащитными свойствами.

Анализ современных исследований

В статье приводятся результаты систематизированного изучения опыта современных исследований по проблеме повышения эффективности конструкций навесных вентилируемых фасадов путем комплексного сравнительного анализа.

Перед автором стоит задача по выявлению проблем повышения эффективности конструкций НВФ в результате комплексного изучения современных исследований.

В статье ^[9] описывается определение теплотехнических характеристик вентилируемых фасадных методом компьютерного моделирования систем.

Авторами ряда статей была затронута проблема образования «мостиков» холода в местах включения теплопроводных элементов.

Так, в работе Назирова Р.А и Белова Т.В. ^[8] были проведены расчёты, позволяющие оценить влияния теплопроводности при совместной работе внутреннего теплоизоляционного слоя наружной ограждающей конструкцией с конструкцией НВФ в климатических условиях г. Красноярска. Расчёт был проведен на основании двух моделей из трёхслойной железобетонной панели с эффективными утеплителями из пенополистирола и минеральной ваты.

Авторы представили результаты расчетов температурных полей в узловой системе крепления анкеровочных элементов вентилируемого фасада к стеновым ограждающим конструкциям. Установлено, что при устройстве внутри стеновой конструкции теплоизоляционного слоя происходит увеличение сопротивления теплопередачи, а как следствие уменьшение значения теплового потока и увеличение зон пониженных температур в стеновом ограждении в узлах крепления анкера.

По результатам расчетов было выявлено, что зоны относительных пониженных температур образовываются в наружных ограждающих конструкциях с внутренним утеплителем при температурах наружного воздуха минус 10°С ^[8]. Однако с понижением температур влияние металлического анкера на глубину промерзания теплозащитного слоя значительно уменьшается или практически отсутствует.

В работе Немовой Д.В. ^[10] были рассмотрены проблемы систем навесных вентилируемых фасадов, связанные с шириной вентилируемого зазора, требуемым сопротивлением теплопередачи и пожаробезопасностью.

В ходе работы было выявлено, что особую опасность в системах вентилируемых фасадов представляют изделия на полимерной основе, относящиеся к группе горючих материалов. В статье были приведены примеры возгорания на 17-м этаже нового 31-этажного высотного здания на ул. Бабушкина в Москве и пожар жилого массива «Атлантис» во Владивостоке.

Одним из важных аспектов применения систем НВФ является обоснованность экономической эффективности. Этому вопросу посвящена магистерская диссертация Е.А. Сапегиной ^[11]. Так, в рамках диссертации были представлена методика расчета энергоэффективности систем вентилируемых фасадов, определены наиболее важные характеристики при эксплуатации системы. Исходя из полученных результатов, система НВФ характеризуется невысокими долговечностью, экономической и энергетической эффективностью.

В статье ^[12] приведен анализ сравнения теплотехнических показателей двух конструктивных систем вентилируемого фасада, представленные облицовками керамогранитными плитами распространенного типа и разработанной авторами, где крепление осуществляется с помощью анкеров и резьбовых шпилек. Авторами был произведен теплотехнический расчет описанных выше систем НВФ численным методом при помощи комплекса TEPL. По результатам расчета можно сделать вывод, что разработанная конструкция НВФ обладает более высокими теплотехническими свойствами в сравнении с традиционными системами.

В предлагаемой конструкции НВФ анкерные элементы могут быть изготовлены из стеклопластика, который повышает коэффициент однородности системы, но его применение требует дополнительных исследований в области пожарной безопасности, долговечности и надежности.

Заключение

Проблема повышения энергоэффективности систем навесных вентилируемых фасадов в строительстве и реконструкции является одной из актуальных; в этой проблемной области проведено большое количество исследований, накоплен значительный практический опыт. Направление реконструкции зданий с помощью навесных вентилируемых фасадов имеет ряд преимуществ и недостатков.

В результате анализа современных исследований опыта применения систем навесных вентилируемых фасадов выявлены следующие проблемы:

1 – образование зон пониженных температур в местах включения теплопроводных элементов;

2 – наличие пожароопасных горючих материалов и элементов в конструкции НВФ;

3 – не высокая долговечность и малый экономический эффект.

Среди путей решения выявленных проблем находятся такие как поиск/применение современных материалов для анкеровочных креплений, а так же расчет тепловлажностного режима конструкций для каждого индивидуального случая.

Несмотря на значительный вклад ученых в исследование данной проблемы, тема остается актуальной и требует более тщательного изучения с позиции несущей способности, теплофизических расчетов и пожаробезопасности.