Эффект дымовой трубы в вентфасаде представляет собой движение воздуха в зазоре между наружной облицовкой и расположенными за ней слоями стены из-за разницы температуры и плотности воздуха. Когда воздух в зазоре теплее наружного, возникает естественная тяга. Воздух поступает через нижние отверстия, поднимается и выходит через верхние, способствуя удалению водяного пара из пространства за облицовкой.
Такое движение не остаётся постоянным в течение суток. Его интенсивность зависит от солнечного нагрева, наружной температуры, высоты вентилируемого участка и сопротивления воздушного пути. Ветер может усиливать или ослаблять поток, поэтому наличие зазора само по себе не гарантирует эффективного проветривания фасада.
Как возникает тяга за фасадной облицовкой
При нагревании плотность воздуха уменьшается. Если вертикальная полость сообщается с наружной средой внизу и вверху, различие плотности воздушных столбов создаёт перепад давления. Он приводит воздух в движение, причём потенциальная тепловая тяга возрастает с увеличением температурной разницы и расстояния по высоте между отверстиями.
Одним из источников нагрева служит солнечная энергия, которую поглощает облицовка. Часть тепла передаётся воздуху с обратной стороны панелей, после чего нагретый воздух поднимается и замещается наружным. На солнечной стороне здания этот процесс может быть заметнее, чем на затенённой, хотя результат также зависит от цвета поверхности, облачности и ветра.
Зимой нельзя оценивать тягу по разнице температур между помещением и улицей. Основное падение температуры в утеплённой стене приходится на теплоизоляционный слой, а вентиляционный зазор расположен с его наружной стороны. Поэтому при температуре внутри здания плюс 22 градуса и снаружи минус 15 градусов воздух за облицовкой не обязательно будет значительно теплее уличного.
Для оценки эффекта дымовой трубы нужна температура воздуха непосредственно в зазоре. Температура нагретой металлической панели может быть существенно выше температуры проходящего потока. Подставлять её в расчёт вместо средней температуры воздуха неправильно, поскольку это завышает ожидаемую тягу.
Почему поток не всегда направлен снизу вверх
При более тёплом воздухе в зазоре тепловая составляющая движения направлена вверх. Когда температуры внутри полости и снаружи практически одинаковы, она становится слабой. Если воздух за облицовкой оказывается холоднее наружного, направление тепловой тяги может измениться на противоположное.
На практике одновременно действует ветер, создающий неодинаковое давление на разных участках здания. Возле углов, парапета и выступов условия отличаются от условий посередине стены. Поэтому фактическое движение определяется совместным действием тепловой тяги и ветрового давления, а не только нагревом воздуха.
При открытых стыках облицовки воздух поступает в полость и выходит из неё через промежуточные швы. Внутри возникают местные потоки, которые могут не проходить всю высоту фасада. Такую конструкцию нельзя без проверки рассматривать как одну закрытую трубу от цоколя до парапета.
| Условия | Ожидаемое движение воздуха | Практическое значение |
|---|---|---|
| Воздух в зазоре теплее наружного, ветер слабый | Преимущественно снизу вверх | Для сквозного потока нужны доступные нижние и верхние отверстия |
| Температуры близки | Тепловая тяга слабая | Воздухообмен сильнее зависит от ветра |
| Воздух за облицовкой холоднее наружного | Тепловая составляющая может быть направлена вниз | Верхние отверстия способны временно работать на приток |
| Ветер сильный или порывистый | Возможны усиление, ослабление и изменение направления потока | Важны расположение отверстий и форма здания |
| В облицовке есть открытые стыки | Возникают дополнительные местные перетоки | Расход воздуха может различаться по высоте зазора |
Скорость в одной точке не характеризует проветривание всей конструкции. Рядом с быстрым потоком за профилем или выступающим утеплителем может существовать застойная зона. При обследовании важно учитывать распределение движения воздуха, особенно возле оконных узлов и горизонтальных препятствий.
Как оценить тепловую тягу и расход воздуха
Для предварительного расчёта используют зависимость: перепад давления = плотность воздуха x 9,81 x высота участка x разница температур / абсолютная температура наружного воздуха. Плотность указывают в кг/м3, высоту в метрах, а результат получают в паскалях. Абсолютная температура приблизительно равна температуре в градусах Цельсия плюс 273, при этом формула предполагает небольшую температурную разницу и упрощённую схему воздушного пути.
Рассмотрим условный непрерывный участок высотой 6 м. При наружной температуре плюс 10 градусов, средней температуре воздуха в зазоре плюс 20 градусов и принятой плотности наружного воздуха 1,25 кг/м3 расчёт выглядит так: 1,25 x 9,81 x 6 x 10 / 283 = примерно 2,6 Па. Если температурная разница при прочих равных составляет только 2 градуса, перепад уменьшается примерно до 0,52 Па.
Полученное значение показывает располагаемую тепловую тягу, а не фактическую скорость потока. Этот перепад расходуется на преодоление сопротивления входных отверстий, сужений, поворотов, профилей и выхода из зазора. Дополнительные потери возникают из-за трения вдоль воздушного пути, поэтому даже небольшие препятствия могут заметно снижать расход.
При увеличении высоты условного участка с 6 до 12 м тепловой перепад в таком расчёте удваивается. Однако одновременно увеличиваются длина канала и сопротивление движению, поэтому расход не обязан возрастать вдвое. Если полость разделена на отдельные части, расчёт выполняют для этих частей, а не по полной высоте здания.
Связь скорости и расхода можно показать без сложных обозначений: расход в час = площадь прохода x средняя скорость x 3600. Зазор толщиной 40 мм на участке шириной 1 м имеет геометрическое сечение 0,04 м2. При условной средней скорости 0,15 м/с расход составит 0,04 x 0,15 x 3600 = 21,6 м3/ч.
Эти размеры и скорость приведены только для иллюстрации. Они не являются рекомендуемыми параметрами для любого фасада, поскольку реальное сечение уменьшают детали подсистемы и другие препятствия. Фактическую скорость определяют с учётом давления и сопротивления всей конструкции либо уточняют измерениями.
Какую роль играют нижние и верхние отверстия
При восходящей тяге нижние отверстия обеспечивают поступление наружного воздуха, а верхние позволяют ему покинуть зазор. Если верхний выход закрыт глухой планкой, сквозное движение существенно ограничивается. Местный обмен через стыки может сохраняться, но он не обязательно обеспечивает проветривание всей высоты участка.
Оценивать нужно свободное сечение после установки защитных деталей. Например, щель высотой 20 мм на длине 1 м имеет геометрическую площадь 200 см2. Если перфорированный профиль оставляет открытыми 50 % площади, свободное сечение уменьшается до 100 см2, причём сама перфорация дополнительно создаёт сопротивление потоку.
Вход, выход и проход между ними работают совместно. Широкое нижнее отверстие не компенсирует узкий выход сверху, а большие отверстия по краям не устраняют перекрытие внутри полости. Поэтому при монтаже проверяют не только видимые щели, но и непрерывность всего воздушного пути.
- Нижний вход должен оставаться доступным после установки отливов и завершения благоустройства.
- Верхний выход не должен случайно перекрываться декоративной планкой или глухим примыканием.
- Утеплитель и мембрана не должны выпирать в проход сверх предусмотренных проектом допусков.
- Горизонтальные элементы не должны блокировать движение без предусмотренного конструктивного решения.
- На разделённых участках необходимо учитывать собственные пути вентиляции и отвода воды.
Требуемые размеры зазора и отверстий определяют для конкретной фасадной системы. Противопожарные рассечки и другие защитные элементы нельзя убирать или переделывать ради усиления тяги. Если они разделяют полость на самостоятельные участки, работу этих участков рассматривают с учётом принятого устройства системы.
Как движение воздуха помогает высыханию фасада
Жидкая вода и водяной пар удаляются разными способами. Капли должны стекать по предусмотренным поверхностям и выводиться наружу через дренажные узлы. Вентиляция помогает удалять пар после испарения влаги, но не заменяет отливы, уклоны и организованный водоотвод.
Высыхание зависит от способности поступающего воздуха принять дополнительную влагу. Значение имеют его температура и влагосодержание, температура влажной поверхности и доступность этой поверхности для обдува. Даже интенсивный поток не гарантирует быстрой сушки, если воздух близок к насыщению при температуре материала.
Условную способность потока выносить влагу можно оценить численно. Если через участок проходит 20 м3 воздуха в час, а содержание водяного пара на выходе на 1 г/м3 больше, чем на входе, вынос составляет 20 г/ч. За сутки при неизменном режиме это соответствует 480 г, но на практике расход и влагосодержание постоянно меняются.
При нагревании относительная влажность воздуха снижается, если количество содержащегося в нём пара остаётся прежним. Поэтому солнечный нагрев способен одновременно усиливать тягу и улучшать условия испарения. Однако вода из глубины материала должна сначала переместиться к поверхности, поэтому увеличение воздухообмена не всегда пропорционально ускоряет высыхание.
В холодный период испарение может замедляться, а часть влаги замерзать. При контакте влажного воздуха с достаточно холодной поверхностью возможно образование конденсата. Вентиляционный зазор не устраняет постоянные протечки и не компенсирует ошибки в устройстве остальных слоёв стены.
Эффект дымовой трубы помогает проветривать фасад при подходящей разнице температур, но работает совместно с ветровым воздействием и дренажом. Его результат определяется доступностью отверстий, сопротивлением воздушного пути и условиями испарения. Практическую проверку начинают с этих узлов, а расчёт выполняют для реальных вентилируемых участков и температуры воздуха внутри них.
