В нашем восприятии архитектуры главную роль играет внешний облик здания. Планировочное удобство, продуманность инженерных и надежность конструктивных решений осознаются не сразу, а красота фасада производит впечатление с первого взгляда. Фасадные конструкции – это визитная карточка здания, средоточие творческой мысли архитектора, они отражают основные эстетические и композиционные принципы автора.
Фасадные конструкции
История строительства знает множество вариантов наружных стен и отделки их лицевой поверхности. Собственно, когда-то конструкция стены и фасад представляли собой единое целое. Каменную кладку средневековых крепостей и бревна изб никто не прятал за декоративной облицовкой.
Многообразие фасадов
Но человечество стремилось к красоте, и брутальная эстетика уступила место более сложным, многосоставным конструкциям. Подобно тому как одежда становилась все наряднее, покрываясь вышивками и рюшами, дома наряжались в кружева каменной резьбы, облицовывались роскошным мрамором, украшались мозаиками и расписывались красками.
На фасадах возникали все новые и новые элементы: пилястры, наличники, карнизы, пояса, русты, медальоны. Архитекторы создавали из камня и штукатурки шедевры, до сих пор поражающие гармонией. Со временем изменились материалы, конструкции, эстетические воззрения. А главное, изменилось отношение к фасаду.
Основная функция фасада
Как всякая часть здания, фасад должен отвечать основным требованиям, сформулированным Витрувием еще в I веке до н.э.: «польза, прочность, красота». Наружные стены здания – не только его лицо, но и главная защита. От них зависит и комфортность пребывания в доме, и срок его службы. Чтобы в доме было тепло, наружные стены должны либо быть очень толстыми, либо состоять из нескольких слоев: несущего, утепляющего и защищающего. Это было известно еще в глубокой древности, но в конце XIX века стало использоваться в принципиально ином масштабе. Здания росли, что требовало существенного облегчения наружных конструкций.
Стены современных домов невозможно возводить по тем же принципам, что и стены старинных крепостей. Они должны быть достаточно легкими и в то же время прочными и теплыми. При каркасной конструктивной схеме наружные стены могут быть либо навесными, либо самонесущими, с минимальной толщиной основного несущего слоя. Функцию теплоизоляций.
Стены современных домов невозможно возводить по тем же принципам, что и стены старинных крепостей. Они должны быть достаточно легкими и в то же время прочными и теплыми. При каркасной конструктивной схеме наружные стены могут быть либо навесными, либо самонесущими, с минимальной толщиной основного несущего слоя.
Примечание
Основные природные факторы, влияющие на сохранность фасадов: сильные колебания температуры могут вызвать образование трещин, ветер и осадки могут привести к полному разрушению фасада, влажность может привести к коррозии и гниению, ультрафиолетовое солнечное излучение обесцвечивает фасад, процесс разрушения ускоряется при неблагоприятных экологических условиях.
Функцию теплоизоляции с успехом взяли на себя разработанные в середине ХХ века долговечные негорючие утеплители, а собственно наружный слой стены, образующий фасад, защищает несущие конструкции и утеплитель от прямого воздействия окружающей среды, обеспечивая их долговечность и прочность.
Сегодня в строительстве применяются самые разные фасадные конструкции. Их условно можно разделить на несколько групп: однослойные (каменные, кирпичные, деревянные, штукатурные), с использованием внешней облицовки (плитными материалами, лицевым кирпичом, всеми видами вагонки и т.д.), многослойные фасадные системы. Кроме того, различают традиционные фасады и современные. Первые состоят из природных компонентов и имеют долгую историю применения (например, штукатурка – более 4000 лет).
История современных насчитывает не более 150 лет. В них используются искусственные материалы или производные от природных. Их разработка связана с техническим прогрессом в строительной и химической областях, а также с возросшими требованиями к теплоизоляции зданий. Никогда еще энергетика не оказывала такого влияния на архитектуру, как в наши дни. Задачи энергосбережения и снижения теплового загрязнения окружающей среды стали определяющим фактором эволюции фасадных систем в последние десятилетия.
Фасады становятся высокотехнологичными теплоизолирующими системами, вобравшими в себя все достижения материаловедения, теплотехники и строительной механики. На смену традиционным способам отделки при помощи лакокрасочных составов и декоративных штукатурок пришли новые, удовлетворяющие возросшим требованиям к эксплуатационным свойствам покрытий и способные кардинально уменьшить энергопотребление зданий за счет повышения теплоизоляционных качеств.
Многослойные фасадные теплоизоляционные системы, или ETICS (External Thermal Insulation Composite Systems), обеспечивают до 25% экономии тепла. В Западной Европе ETICS получили толчок к развитию в период энергетического кризиса начала 1970-х годов. Российский рынок ETICS зародился в 1996 году с появлением повышенных теплотехнических требований к проектированию наружных стеновых ограждающих конструкций.
Тепловые потери и энергосбережение
Известно, что тепловые потери в жилых зданиях происходят не только за счет стен, но именно внешние ограждения традиционно считаются их основной причиной. Даже для малоэтажных домов эта величина достигает 35% от общих потерь. В многоэтажных зданиях она может доходить до 60–80%. На величину теплопотерь влияют и используемые материалы. Вода существенно понижает тепловое сопротивление, поэтому ограждающие конструкции должны быть надежно защищены от осадков. В то же время они должны обеспечивать эффективный отвод избыточной влажности из помещения. Дом – не космическая станция, он не может быть герметичным. Более того, долговечность конструкции и комфорт пребывания в здании напрямую зависят от того, насколько хорошо «дышат» его стены.
Перед проектировщиками стоит сложная задача – создать такую конструкцию стены, которая при значительной прочности обеспечивала бы эффективный перенос водяных паров из помещения наружу и в то же время преграду для наружной влаги, а также высокое тепловое сопротивление. Только согласованная работа всего «пирога» дает оптимальные результаты.
Необходимая толщина каждого слоя и их комбинаторность определяется теплотехническим расчетом, при котором во внимание принимаются такие факторы, как расположение дома, его назначение и конфигурация, этажность, ориентация по сторонам света. Так определяется необходимая конструкция наружных стен, удовлетворяющая действующим нормам (СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий»).
По требованиям, предъявляемым с 1 января 2000 года к стеновым конструкциям, – СНиП II-3-79, значения приведенного термического сопротивления теплопередачи (Rтр°) по России определяются в интервале 2,1–5,6 кв. м•°С/Вт и делают экономически невозможным применение традиционных стеновых материалов. Так, для Москвы Rтр° составляет 3,2 кв. м•°С/Вт, что соответствует по толщине 5,0 м железобетона или 2,0 м кирпичной кладки.
На первый план выходят расчетные эксплуатационные расходы на теплоснабжение, которые настолько велики, что диктуют жесткую необходимость применения современных теплосберегающих технологий при новом строительстве и при реконструкции. Закон о техническом регулировании позволяет строителям возводить фасады любого типа, кроме явно пожароопасных. Однако реальное положение таково, что любой панельный или кирпичный дом, не оборудованный теплоизолирующими фасадными системами, уже сегодня вынужден иметь свою электростанцию и котельную, а скоро квартплата в нем сравняется с ценами в пятизвездных отелях. В условиях острого и постоянно возрастающего дефицита энергоснабжения альтернативы теплосберегающим конструкциям фасадов нет.
Объектиная реальность: выбор невелик
Среди существующих вариантов увеличения термического сопротивления наружных ограждающих конструкций наиболее эффективными и, соответственно, перспективными можно считать системы с наружным утеплением стен и последующей защитой утеплителя либо слоями штукатурки (так называемый «мокрый» способ), либо конструктивными навесными элементами, образующими защитно-декоративный экран, отделяемый от утеплителя воздушной прослойкой (вентилируемые фасады).
Каждая из систем имеет ряд преимуществ и недостатков, и только их объективный анализ с учетом исторически сложившегося архитектурного облика города позволяет проектировщику сделать выбор. Оптимальный вариант фасада определяется требованиями конкретной ситуации: задачей, которую поставил архитектор; ограничениями при строительстве в данном месте; результатом, который хочет получить заказчик, и средствами, которыми он располагает. Достоинства и недостатки обеих систем, как это часто бывает, позволяют найти оптимальное решение.
Штукатурные системы
Выполнение как внешних, так и внутренних штукатурных работ всегда считалось особо трудоемким и требующим высокой квалификации. В большинстве дошедших до наших дней памятников архитектуры использовалась техника штукатурных работ на фасаде, и спустя сотни лет мы можем любоваться этими шедеврами.
Фасады «мокрого» типа представляют собой многослойную «шубу» из утеплителя, прикрепленного к стене, армирующей сетки, грунтовочной штукатурки и шпаклевки. Окончательная отделка такого фасада выполняется лакокрасочными материалами, декоративной штукатуркой или другими декоративными отделочными материалами. Хотя в технологии современных штукатурных фасадных систем есть существенные новшества, связанные с добавлением дополнительных слоев утеплителя, состав операций и характер работ не претерпели значительных изменений.
По-прежнему требуется точное соблюдение технологии – последовательности и времени выполнения, а также высокий уровень мастерства штукатура. Даже на этапе монтажа теплоизоляции необходим тщательный контроль, т.к. именно в этот момент производится окончательное выравнивание стен и выполняются операции, обеспечивающие прочность и долговечность конструкции в целом.
Технология выполнения штукатурных систем
По сложности и трудозатратам процесс устройства штукатурного фасада значительно превосходит технологию монтажа вентилируемых систем.
Основные операции:
- Подготовка основания (самонесущей, несущей стен или ограждений), выравнивание, пропитка (грунтовка) выровненной стены специальным раствором;
- Установка кронштейнов под теплоизоляцию;
- Монтаж утеплителя на клеящий раствор (минераловатные плиты);
- Заделка швов между плитами теплоизоляции (показан пенопропилен);
- Забивка тарельчатых дюбелей в заранее засверленные отверстия по специальной схеме;
- Затирка шляпок дюбелей специальным раствором;
- Дополнительное укрепление мест сопряжения с деталями фасада специальной арматурой;
- Нанесение и затирка армирующей сетки;
- Нанесение основного штукатурного слоя;
- Нанесение верхнего (декоративного) штукатурного слоя;
- Окраска в один (для колерованной штукатурки) или два слоя (для белой).
Все «мокрые» операции требуют значительного времени на просушку. Работа при температурах ниже +5°С не разрешается. Несмотря на необходимость использования более дорогого утеплителя, итоговая стоимость комплектующих и материалов для данной технологии на единицу площади фасада значительно ниже, чем у вентилируемых систем. Кроме того, не представляет особых трудностей выполнение сопряжений с элементами фасада. И самое важное: существует возможность выполнения на фасаде сложных декоративных элементов, что делает эту технологию незаменимой при выполнении реставрационных работ. Однако использование дополнительной облицовки в виде плитки или кирпича ограничено требованиями паропроницаемости и весовыми параметрами.
Преимущества штукатурных фасадных систем: сравнительно невысокая стоимость, эффективное утепление и звукоизоляция сооружения, возможность выравнивать стены в любой плоскости, возможность комбинации с другими системами, устройство монолитной площади утепления, небольшой вес.
Вентилируемые системы
Системы с вентилируемой воздушной прослойкой достаточно широко применялись и до введения расширенных требований по теплозащите – для нормализации содержания влаги ограждающих конструкций производственных зданий с «мокрым» режимом, предотвращения перегрева конструкций от солнца, защиты от косых дождей и т.д.
Само понятие «вентилируемый фасад» возникло в Германии (нем. beluefteten fassaden). С середины 1950-х годов такие системы широко применяются в жилищном и административном строительстве. Основными элементами фасадов с воздушным зазором являются: мощный теплоизоляционный слой, металлическая подконструкция и облицовочный слой, определяющий архитектурный облик здания.
Из-за перепада давления по высоте здания в воздушной прослойке происходит постоянный вертикальный ток воздуха, который позволяет эффективно удалять влагу как из несущей стены, так и из утеплителя, что увеличивает эффективную теплоизоляцию здания, снижая теплопотери примерно на 8%, так как температура воздуха в зазоре на 2–3 градуса выше, чем снаружи.
Выравниваются температурные колебания массива стены, что препятствует появлению деформаций; точка росы сдвигается во внешний теплоизоляционный слой, внутренняя часть стены не отсыревает, не требуется дополнительной пароизоляции. Вообще, применение любой пароизоляции нежелательно в вентилируемых фасадах, так как она препятствует свободному отводу водяного пара наружу.
Принято считать, что вентилируемые фасады практически не имеют теплофизических проблем и нормативные требования по теплозащите выполняются легко. При расчетах сопротивления теплопередаче значение коэффициента теплотехнической однородности обычно принимается равным 0,9. Между тем, конструкция насыщена металлическими деталями в сочетании с эффективным теплоизоляционным материалом, а процесс теплопередачи осложнен лучистым и конвективным теплообменом в зазоре, поэтому принимаемое значение коэффициента теплотехнической однородности должно определяться c учетом этих факторов на основании теплотехнического расчета.
Характеристики вентилируемых фасадов позволяют использовать их в регионах с большими перепадами температур, в регионах с высокой влажностью, а также в условиях, где традиционные фасадные материалы имеют достаточно короткий срок службы. Для обеспечения пожарной безопасности в систему навесных фасадов включаются трудносгораемые или несгораемые материалы и изделия.
Используются стальная, желательно оцинкованная, система крепежа и панели из искусственного камня, керамика или асбестоцементные листы, специальные алюминиевые панели категории НГ. В качестве утеплителя применяют минвату, которая выдерживает температуру 1200°С. Это особенно важно для зданий повышенной этажности.
Преимущества вентилируемых фасадных систем:
эффективное утепление и звукоизоляция возможность круглогодичного монтажа в самые короткие сроки, увеличение срока эксплуатации фасадов, легкость послемонтажной ревизии, широкий диапазон вариантов наружных панелей.
Недостатки вентилируемых фасадных систем:
высокая стоимость, ограниченность архитектурных решений, необходимость увеличения толщины стены за счет воздушной прослойки и кронштейнов, ограничение возможности утепления откосов (фигурных проемов), возникновение «мостиков холода» из-за металлических элементов крепления, сложности при монтаже сравнительно тяжелых элементов – облицовки из нержавейки, керамогранита и натурального камня.
НАИБОЛЕЕ РАСПРОСТРАНЕННЫЕ НА РОССИЙСКОМ РЫНКЕ НАВЕСНЫЕ ФАСАДНЫЕ СИСТЕМЫ С ВОЗДУШНЫМ ЗАЗОРОМ
U-KON, производитель – «Алкон-Трейд» (Москва), «Юкон Инжиниринг» (Нижний Новгород) «Волна», производитель – комбинат «Волна» (Красноярск) «ВФ ВИДНАЛ», производитель «Мосметаллоконструкция» (Москва) «Интерал», «Техноком», производитель – ЭЗ «Техноком СТМ» (Москва) «Каптехнострой», производитель – «Каптехнострой» (Москва) «ИСМ-фасад», производитель – «ИнфоСервисМаркетинг» (Санкт-Петербург) «Краспан», производитель – «Краспан» (Красноярск) Мinerit, производитель – OY МINERIT AB (Финляндия) «Марморок», производитель – РВМ-2000 (Москва) «Фасад-Мастер», производитель – «Бревитор Констракшен» (Москва) ДИАТ, производитель – ДИАТ-2000 (Москва) «Гранитогрес», производитель – «Гранитогрес» (Москва) «Полиалпан», производитель «Полиалпан» (Москва)
Технология монтажа фасадных систем
Монтаж вентилируемой системы представляет собой процесс отверточной сборки, за исключением подгонки облицовки по месту, при которой, как при укладке кафельной плитки, необходимо обеспечить сопряжение геометрических элементов системы с конфигурацией оконных проемов и сопряжение на смежных стенах. Только на фасаде, как правило, отсутствуют элементы, позволяющие скрывать обрезанные места. Кроме того, необходимость подрезки облицовки приводит к значительному удорожанию строительства. Сборку можно вести с люлек, подготовки поверхности не требуется, результаты работы сравнительно легко проконтролировать.
При соответствующем надзоре и правильно выбранных технических решениях (расчет анкеровки и дюбелировки) результат зависит главным образом от качества комплектующих и системы в целом. Теплоизолирующий слой не требует приклеивания с предварительной обработкой подосновы, т.к. он практически не подвергается статическим и ветровым нагрузкам. Теплоизоляцию не нужно дополнительно покрывать, армировать, для нее можно использовать менее прочные и более дешевые виды материалов, чем в штукатурных системах.
Основные этапы сборки вентилируемой системы:
- установка кронштейнов и вставок;
- сборка подконструкции;
- установка теплоизоляции;
- выравнивание подсистемы путем регулировки вставок;
- установка облицовки.
Поскольку теплообменные процессы обеспечиваются внутри внешней облицовки, возможности проектировщика в выборе облицовочных материалов ограничены только соображениями пожарной безопасности. На сегодняшний день в вентилируемых системах применяются: панели из алюминия, керамогранита, меди, нержавеющей стали, стекла, стекловолокна; асбоцементные плиты с окраской или отделкой, в т.ч. штукатурной.
Современные системы позволяют вести облицовку натуральным камнем. В этом случае для компенсации значительного веса плит необходимо предусмотреть усиление подконструкции и тщательно рассчитать количество крепежа на 1 кв. м. Отечественная строительная индустрия освоила выпуск практически всей линейки элементов для вентилируемых систем. Исключение составляет крепеж – винты-саморезы, заклепки, кляммеры, анкера и дюбели. Для обеспечения нормального качества необходимо использовать крепежные изделия ведущих мировых производителей.
Состояние рынка фасадных систем
По данным обзора рынка теплоизоляционных материалов и систем регионов России, выполненного ЗАО «Агентство строительной информации» (Санкт-Петербург), на рынках регионов России представлено более 70 систем утепления фасадов, и это количество делится примерно пополам между штукатурными системами и навесными системами с воздушным зазором. На основании данных компаний-системодержателей и их региональных представителей, экспертных оценок и открытых данных сформулированы оценки емкости российского рынка систем утепления.
В прошлом году на территории страны с использованием штукатурных систем было утеплено 4,3–4,5 млн кв. м фасадов зданий. Темп прироста можно оценить как 35–40% в натуральном выражении. 5,4–5,8 млн кв. м было утеплено навесными системами с воздушным зазором. Рынок навесных систем также рос довольно быстро – за 2005 год он увеличился примерно на 30–40%. В ближайшие 2 года следует ожидать продолжения быстрого роста рассматриваемых рынков. На фоне постепенного роста жилищного и прочего строительства, при возросших требованиях к теплосберегающей способности зданий, с учетом того, что системы утепления «вошли в моду» у проектировщиков и строителей, вряд ли стоит прогнозировать рост менее 20–25% в год по обоим типам систем. По прогнозам аналитиков, темп прироста будет даже больше – 30–35%.
