Некоторые аспекты устройства вентфасадов

Некоторые аспекты устройства вентфасадов с точки зрения теплофизики, коррозионной стойкости, пожарной безопасности и особенностей монтажа

Теплофизика НВФ, коррозионная стойкость, пожарная безопасность, кривизна стен и др.

Наличие воздушного зазора выводит точку росы из утеплителя, т. к. позволяет беспрепятственно диффундировать водяному пару из ограждающей конструкции в наружный воздух в холодное время года. Учитывая климатические условия основной части России, за день через 1 кв. м ограждающей конструкции может проходить до 10 мл воды (в парообразном состоянии), НВФ оптимальны с позиции повышения долговечности и теплоизоляционных характеристик ограждающей конструкции.

Но при теплотехническом расчете конструкции НВФ необходимо учитывать наличие мостиков холода в виде кронштейнов, пронизывающих теплоизоляцию и снижающих сопротивление теплопередаче ограждения. Величина этого снижения определяется коэффициентом теплотехнической однородности r и зависит от материала кронштейна, площади его поперечного сечения и частоты установки. Предпочтительнее в этом плане стальные кронштейны. Предел прочности стали выше, чем у алюминия, что позволяет снизить площадь поперечного сечения кронштейна и в сочетании с более низкой теплопроводностью стали (40 Вт/(м0С) против алюминиевого сплава (220 Вт/(м0С)) определяет высокое значение коэффициента теплотехнической однородности стальных систем (rст=0,8-0,9) по сравнению с алюминиевыми (rал=0,6-0,7) [1].

Например, для Киева уменьшение коэффициента теплотехнической однородности с 0,9 до 0,7 потребует увеличения сопротивления теплопередаче по глади ограждающей конструкции на 3,13/0,7-3,13/0,9=1,0 (кв. м0С)/Вт, т.е. толщина утеплителя должна быть увеличена (при лут=0,045 Вт/(м0С)) почти на 5 см (1,00,045=0,045 м).

При этом по данным расчетов [1] теплоизоляционные прокладки под кронштейн по причине их малой толщины (3–8 мм) и высокой относительно утеплителя теплопроводности снижают теплопотери всего на 1–2%. Но применение прокладок требуется с позиции коррозионной стойкости систем НВФ, чтобы исключить прямой контакт металла кронштейна и щелочной среды несущего основания.

Требует дополнительных исследований вопрос температуры в зоне крепления в несущем основании анкеров и анкерных дюбелей, особенно для стен из материала с низкой несущей способностью (пенобетон, щелевой кирпич и др.). По предварительным расчетам при применении алюминиевых кронштейнов крепеж работает в зоне знакопеременных температур, где возможна конденсация влаги с последующим замерзанием, что будет постепенно разрушать материал конструктивного слоя стены вокруг крепежа и соответственно снижать его несущую способность. Не исследовано влияние этого процесса и на долговечность самого крепежа.

На сегодня отсутствует единая методика оценки долговечности минераловатной теплоизоляции и недостаточно изучены процессы, происходящие в воздушном зазоре. По этой причине обязательным требованием является защита утеплителя гидроветрозащитной мембраной. Ее предназначение — защищать утеплитель от увлажнения, проникающего через зазоры в облицовке во время косого дождя и предотвращать выдувание волокон минераловатной теплоизоляции в результате движения воздуха в воздушном зазоре. Также обязательная установка мембраны требуется при большом промежутке времени между монтажом утеплителя и облицовки, т. е. когда утеплитель долгое время остается открытым.

Разрешенная к применению в системах НВФ мембрана изготавливается из поли-этилена высокой очистки, поэтому требует аккуратного обращения во время монтажа с точки зрения пожарной безопасности.

Требования пожарной безопасности

К сожалению, многие заказчики и производители работ надеются на «авось» и не осознают в полной мере материальную и уголовную ответственность за несоблюдение требований пожарной безопасности при проектировании и монтаже НВФ. Между тем, несмотря на относительно малый срок широкого применения НВФ в России, уже имеется несколько случаев частичного или полного выгорания НВФ с обрушением облицовочных материалов в зону эвакуации людей. Для справки: плита керамического гранита размером 600х600х10 ммвесит 8–9 кг.

На сегодняшний день  на 2-этажном фрагменте стены проведено около 50 огневых испытаний систем НВФ с применением различных теплоизоляционных и облицовочных материалов. Наиболее проблемными показали себя элементы из алюминиевых сплавов и пластиков.

При пожаре температура на фасаде достигает 900 0С, а температура плавления алюминиевых сплавов — 650 0С. Поэтому системы НВФ из алюминиевых сплавов, а такжестальные системы в сочетании с облицовочным материалом из алюминиевого сплава успешно проходят эти испытания только при условии проведения дополнительных мероприятий. В их число может входить увеличение выступа оконных обрамлений за плоскость фасада до 35 мм для того, чтобыотбить факел пламени от фасада, устройство стальных экранов вокруг оконных проемов и стальных противопожарных отсечек, установка утеплителя внутри оконных обрамлений, минимизация ширины воздушного зазора и т. д. Эти мероприятия повышают пожаробезопасность систем НВФ, но, соответственно, увеличивают их стоимость и трудоемкость монтажа. Часто бывает, что производители систем НВФ и монтажные организации, пользуясь неосведомленностью заказчика и инспекторов ГАСН, в целях экономии не осуществляют в полной мере требуемых противопожарных мероприятий, другими словами, монтируют не то, что проходило пожарные испытания.

Еще один момент. Из условия пожарной безопасности максимальная ширина воздушного зазора ограничена 100 мм для систем из алюминиевых сплавов и 200 мм для систем из коррозионностойких сталей. Учитывая, что нивелировка кривизны стен осуществляется за счет изменения ширины воздушного зазора, а минимально допустимая ширина зазора равна 40 мм, то, не нарушая требований Госстроя, можно рихтовать кривизну стен на алюминиевых системах до 60 мм, на системах из коррозионностойких сталей — до 160 мм. На большинстве объектов кривизна стен, как правило, больше 60 мм, поэтому монтировать алюминиевые системы НВФ достаточно сложно. Возможно, после проведения дополнительных огневых испытаний алюминиевых систем максимально допустимая величина зазора будет увеличена.

Среди облицовочных материалов с точки зрения пожарной безопасности меньше всего проблем возникает с такими материалами, как керамический гранит (с видимым креплением), натуральный камень и фиброцементная плита (при условии ее нормальной влажности). Проблематично выполнение откосов оконных проемов из этих материалов при применении алюминиевой подконструкции, т. к. испытания такие системы проходили с откосами из оцинкованной стали с выступом за плоскость фасада и внутренняя отсечка из оцинкованной стали здесь не поможет. Для справки: конструкции откосов нужно уделять особое внимание, т.к. считается, что пламя на фасад в большинстве случаев проникает именно через оконные проемы.

Очень аккуратно нужно выбирать в качестве облицовки «композитные» алюминиевые панели и пластики. Наличие на материал сертификата пожарной безопасности Г1 не является основанием для применения его в качестве облицовки. Группа горючести (Г1-Г4) оценивает материал только с точки зрения возможности возгорания от источника незначительной мощности и к НВФ никакого отношения не имеет. Единственным критерием является класс пожарной опасности «К» всей системы НВФ (подконструкция + утеплитель + облицовка + конструкция откосов) по ГОСТу 31251-2003 «Конструкции строительные. Методы определения пожарной опасности. Стены наружные с внешней стороны».

В качестве теплоизоляции в НВФ применяют исключительно негорючие по ГОСТу 30244-94 минераловатные утеплители. Не до конца на сегодня изучен процесс тления теплоизоляции. Пока очевидно одно: вероятность тления тем выше, чем больше процент связующего в составе утеплителя.

Коррозионная стойкость систем

На сегодняшний день информация о коррозионной стойкости металлоконструкций систем НВФ весьма расплывчата и ограничена. Информация из зарубежных источников носит общий характер и зачастую сильно разнится. В камеры влажности, искусственного климата, солевого тумана и сернистого газа были помещены около 200 образцов контактов металлов, применяемых в системах НВФ, а именно: коррозионностойкие аустенитная (12Х18Н10Т) и ферритная (08Х18Т1) стали, алюминиевый сплав АД-31, оцинкованная сталь без и с порошковой окраской. Образцы были попарно склепаны между собой в различных комбинациях пятью видами заклепок: нержавеющими, оцинкованными, алюминиевыми с алюминиевым, нержавеющим и стальным сердечниками.

Самыми долговечными оказались системы из коррозионностойких сталей. Срок службы таких систем в условиях промышленной и морской атмосферы не менее 50 лет.Рекомендуется применять стали типа Х18,причем элементы, имеющие сварной шов, изготавливать из сталей аустенитного класса.

Алюминиевый сплав, благодаря оксидной пленке, также обладает хорошей коррозионной стойкостью, но в условиях повышенного содержания в атмосфере хлоридов и серы возможно возникновение быстроразвивающейся межкристаллитной коррозии, существенно снижающей прочностные характеристики элементов конструкции. Основная опасность кроется в трудности визуального обнаружения этого процесса, т. к., в отличие от стали, не сопровождается появлением «ржавчины». Для успешного применения алюминиевых сплавов в атмосфере промышленных и приморских городов рекомендуется подвергать их анодированию и окрашиванию.

Плохие результаты показала оцинкованная сталь без защитного покрытия. 100% площади образцов были подвержены коррозии. Не случайно применение систем из оцинкованной стали без защитного покрытия запрещено Госстроем.

Стойкость оцинкованной стали с защитным покрытием напрямую зависит от качества этого покрытия. Чаще всего применяется метод порошковой окраски деталей системы. При этом толщина дополнительного защитного покрытия должна составлять не менее 60 мкм.

Необходимо избегать непосредственного контакта нержавеющей стали, алюминиевого сплава и неокрашенной оцинкованной стали. При конструировании и монтаже НВФ рекомендуется изолирование разнородных материалов.

Несмотря на нарушение защитного покрытия в районе отверстий под заклепки, по причине малой площади катодного контакта разнородных металлов, исследование не выявило сильных очагов коррозии в этих местах так же, как и в алюминиевых заклепках с нержавеющими и стальными сердечниками.

Особенности монтажа систем НВФ

Кроме вышеперечисленных факторов, определяющих понятие «российская специфика», существует еще и «человеческий фактор». Именно благодаря ему, мы имеем как большую кривизну стен, так и низкое качество монтажа НВФ, которое обусловлено недостаточной технологичностью систем в сочетании с нехваткой квалифицированных монтажников, (особенно при больших объемах работ и сжатых сроках).

Анализ аварийных ситуаций, связанных в том числе и с обрушением облицовки, показывает, что именно низкое качество монтажа является их основной причиной. Особенно требовательны в монтаже импортные системы и отечественные системы, являющиеся их копией.

Основным недостатком импортных систем НВФ и аналогичных отечественных является недостаточная возможность компенсации кривизны стен. Как правило, на одном типоразмере кронштейна таких систем возможна компенсация кривизны не более 3 см. Если кривизна больше, а обычно это 5–10 см, приходится подбирать другой типоразмер кронштейна. Чтобы качественно и в срок смонтировать НВФ на такой системе, а также дать ценовое предложение заказчику, требуется строгое выполнение следующих мероприятий:
1. Подробная геодезическая съемка объекта.
2. Разработка проекта НВФ на основе геодезической съемки.
3. Расчет количества кронштейнов различных типоразмеров.
4. Жесткий контроль за установкой кронштейнов различных типоразмеров в процессе монтажа НВФ в соответствии с проектом.

Понятно, что ошибка в процессе выполнения пунктов 1-3 приведет к простоям по причине некомплекта кронштейнов требуемого типоразмера (особенно актуально для объектов в регионах) и неточному определению стоимости системы, а при невыполнении пункта 4 придется менять смонтированные кронштейны, предварительно демонтировав утеплитель и ветрозащитную мембрану.
Эта проблема удачно решена в системах, использующих телескопический кронштейн. Такой кронштейн, рассчитанный под 150 мм утеплителя, благодаря по-движной вставке, позволяет компенсировать кривизну стен до 15 см.

Алюминий имеет высокий коэффициент температурного расширения (24.10-6 0C-1), т. е. 3-метровая направляющая при перепаде температуры в 70 0С изменит свою длину на 5 мм. Поэтому при монтаже систем из алюминиевых сплавов очень аккуратно нужно следить за выполнением мероприятий, компенсирующих температурные деформации направляющих. В противном случае может срезать клепки либо деформироваться фасад с последующим обрушением облицовки.

В принципе, на любой системе, может быть смонтирован качественный, долговечный фасад. Вопрос в том, какое количество денежных и трудозатрат потребуется для ведения монтажа конкретной системы НВФ в полном соответствии с ТС.

Материалы, применяемые в системах НВФ

На сегодняшний день имеется достаточно большой список материалов, разрешенных к применению в системах НВФ (облицовочные и теплоизоляционные материалы, крепежные элементы и т.д.). Перечислять их здесь нет смысла. Все они приведены в ТС на системы НВФ.

Что нужно знать заказчику

Стоимость материалов и работ, применяющихся для монтажа НВФ с одним типом облицовки, примерно одинакова для всех систем НВФ, т. е. предложения фирм на тендере сильно разниться не могут. Если расхождение более 10%, то большая вероятность, что одна из фирм что-то «забыла учесть» в своем предложении.

Особенно часто бывают ошибки в расчете стоимости подконструкции НВФ. Подконструкции систем НВФ, представленные в настоящее время на рынке, устроены по одному принципу (кронштейны, направляющие, элементы крепления облицовки) и используют равнозначные по цене и качеству крепежные элементы (анкера, заклепки). По этой причине расход элементов подконструкции и, соответственно, стоимость систем одного уровня качества на одном объекте отличается незначительно. Но некоторые фирмы грешат тем, что дают в предложении стоимость облицовки бесконечного бетонного забора, без учета окон, дверей, углов, кривизны стены, ветровых нагрузок и т. д. Точное количество подконструкции обещают определить после разработки проекта, который фирма готова сделать, но после подписания договора. В итоге, конечная стоимость фасада превышает заявленную в предложении.

Поэтому при проведении тендера заказчику рекомендуется добиваться вразумительных ответов от подрядчика на вопрос, учтены ли в его предложении следующие моменты:
— геометрия фасада, и соответствует ли количество подконструкции в предложении требуемому для реализации проекта «под ключ», или это «прайсовый» расход подконструкции, которого, вероятнее всего, не хватит;
— возможная кривизна основания, и с какой кривизной готов работать подрядчик без увеличения стоимости подконструкции;
— несущая способность основания при выборе крепежных элементов;
— стоимость и количество угловых элементов;
— стоимость противопожарных мероприятий (особенно для алюминиевых систем);
— значения ветровых нагрузок при расчете стоимости подконструкции;
— соответствие предлагаемых марок теплоизоляционных, ветрозащитных, крепежных и облицовочных материалов Техническому свидетельству на систему;
— запас на подрез и технологический отход теплоизоляции, ветрозащитной мембраны и облицовочного материала;
— доставка материалов на объект;
— изготовление и монтаж оконных обрамлений;
— разработка проектной документации и в каком объеме;
— геодезические работы, включая исполнительную съемку фасада и геодезическое сопровождение (выдача отметок установщикам окон и витражей);
— средства подмащивания (леса, люльки), их амортизация, сборка-разборка;
— наличие необходимого количества квалифицированных монтажников для сдачи фасада в срок;
— оплата генподрядных услуг, если есть;
— какую гарантию дают подрядчик и поставщики материалов на НВФ (обычно от 1 до 10 лет). Не путать со сроком службы НВФ, который по ТС может составлять 40–50 лет.

Как мы убедились, НВФ — весьма ответственное направление строительства, требующее внимательного рассмотрения с позиции несущей способности, теплофизики, пожаробезопасности, коррозионной стойкости, технологичности и экономики. И хотя мы затронули только некоторые аспекты, очевидно, что повышение качества НВФ — задача, решение которой возможно только при совместной заинтересованности заказчика, подрядчика и поставщиков материалов.