Воздухопроницаемость фасада характеризует интенсивность прохождения воздуха через фасадную конструкцию под действием разницы давления между наружной и внутренней сторонами. Воздух может перемещаться через открытые швы облицовки, стыки панелей, примыкания, неплотности, поры материалов и технологические отверстия. Для разных фасадных систем допустимый характер такого движения различается.
Особенно важно отличать воздухопроницаемость наружной облицовки от воздухопроницаемости всей стены. В вентилируемом фасаде движение воздуха за облицовкой необходимо для работы вентиляционного зазора, но неконтролируемое прохождение наружного воздуха через утеплитель и несущую стену внутрь помещения нежелательно. Поэтому фасад рассматривают как многослойную систему, в которой отдельные слои выполняют разные функции.
Как воздух проходит через фасад
Основной причиной движения воздуха является перепад давления. Он возникает под действием ветра, разницы температур между помещением и улицей и работы вентиляционного оборудования. Воздух стремится перемещаться из области повышенного давления в область пониженного через доступные отверстия и неплотности.
На наветренной стороне здания наружное давление обычно выше, поэтому воздух может проникать внутрь швов фасада. На противоположной стороне возможно пониженное давление, которое способствует вытягиванию воздуха из конструкции. Характер движения дополнительно меняется на углах и верхних участках здания.
При увеличении скорости ветра давление растет непропорционально быстро. Для приблизительной оценки динамического давления используется выражение:
q = ρv² / 2,
где q представляет давление, ρ является плотностью воздуха, а v обозначает скорость ветра.
Если принять плотность воздуха равной 1,2 кг/м³, при скорости ветра 10 м/с получим около 60 Па. При 20 м/с давление увеличивается примерно до 240 Па. То есть двукратное увеличение скорости приводит приблизительно к четырехкратному увеличению динамического давления.
Именно поэтому соединение, которое практически не пропускает воздух в спокойную погоду, при сильном ветре может работать иначе.
Вентилируемый фасад и движение воздуха
В навесном вентилируемом фасаде воздушный поток является частью принципа работы системы. Между наружной облицовкой и теплоизоляционным слоем предусматривается вентиляционный промежуток, связанный с наружной средой.
Воздух поступает в этот зазор и перемещается вдоль поверхности утеплителя. Такое движение способствует удалению части влаги, попавшей за облицовку или поступившей в конструкцию в виде водяного пара. Поэтому открытые швы между кассетами или панелями сами по себе не свидетельствуют о недостаточной герметичности здания.
При этом поток должен оставаться преимущественно внутри предусмотренного вентиляционного пространства. Если наружный воздух свободно проходит через теплоизоляцию и затем через несущую стену, характер работы ограждения меняется.
Особенно чувствительны к продуванию волокнистые утеплители. Движение воздуха внутри их структуры увеличивает конвективный перенос тепла и способно снижать фактическую эффективность теплоизоляционного слоя. Поэтому в конструкции могут применяться соответствующие ветрозащитные решения.
От чего зависит воздухопроницаемость
Фактическая воздухопроницаемость определяется не одним материалом, а совокупностью швов, соединений и слоев фасада. Даже плотная облицовочная панель практически не пропускает воздух через собственную поверхность, но система с большим количеством открытых стыков может иметь значительный воздухообмен за облицовкой.
Основные факторы:
- ширина и конфигурация межпанельных швов;
- площадь открытых участков фасада;
- наличие уплотнений и герметиков;
- устройство примыканий к окнам, дверям и кровле;
- состояние ветрозащитного и воздухонепроницаемого слоя;
- скорость и направление ветра;
- высота здания и расположение участка фасада.
Например, увеличение ширины открытого шва с 5 до 10 мм фактически удваивает его геометрическое сечение при одинаковой длине. Однако расход воздуха увеличится не обязательно ровно в два раза, поскольку на него также влияют форма канала, перепад давления и сопротивление последующих слоев.
Большое значение имеет непрерывность конструкции. Один дефект площадью 20 см² может оказать большее влияние, чем множество микроскопических пор в сплошном материале, если через него образуется прямой канал.
Воздухопроницаемость, воздухонепроницаемость и вентиляция
Эти понятия связаны, но описывают разные характеристики фасада.
| Понятие | Что означает | Характерный пример |
|---|---|---|
| Воздухопроницаемость | Интенсивность прохождения воздуха через конструкцию | Воздух проходит через открытый фасадный шов |
| Воздухонепроницаемость | Способность ограничивать неконтролируемый воздушный поток | Герметичный внутренний слой стены |
| Вентиляция фасада | Организованное движение воздуха в предусмотренном зазоре | Поток между облицовкой и утеплителем |
| Продувание утеплителя | Нежелательное движение воздуха через теплоизоляцию | Воздушный поток проходит через волокнистый материал |
Для вентилируемой системы высокая воздухопроницаемость наружного экрана может быть конструктивно допустимой, тогда как высокая воздухопроницаемость внутреннего контура стены является нежелательной.
Поэтому нельзя дать фасаду единую оценку по принципу «чем меньше воздуха проходит, тем лучше». Необходимо понимать, через какой именно слой движется воздух и предусмотрено ли это конструкцией.
Влияние воздухопроницаемости на теплопотери
Если наружный воздух проникает через весь контур здания, появляются дополнительные теплопотери. Они связаны уже не с теплопроводностью материала, а с перемещением самой воздушной массы.
Упрощенно тепловые потери при воздухообмене можно оценить:
Q = 0,33 × L × ΔT,
где Q выражается в ваттах, L представляет расход воздуха в м³/ч, а ΔT является разницей температур.
Предположим, через неплотности фасада проходит 40 м³ воздуха в час при разнице температур 30 °C:
Q = 0,33 × 40 × 30 = 396 Вт.
Получается почти 0,4 кВт постоянных тепловых потерь. За 24 часа это соответствует примерно 9,5 кВт·ч тепловой энергии.
Этот пример показывает принципиальное отличие герметичности от толщины утепления. Дополнительные 50 мм теплоизоляции уменьшают теплопередачу через материал, но не устраняют поток воздуха через сквозную щель.
Нежелательное движение воздуха также способно создавать локально холодные поверхности около примыканий. В результате температурная картина стены становится неоднородной даже при качественном основном утеплении.
Как оценивают воздухопроницаемость фасадных систем
Для отдельных фасадных элементов и готовых систем воздухопроницаемость может определяться испытанием при заданном перепаде давления. На одну сторону образца создают давление, после чего измеряют объем воздуха, проходящего через конструкцию за определенное время.
Результат можно выражать как расход воздуха на единицу площади, например м³/(м²·ч), либо относительно длины шва. Способ представления зависит от исследуемой конструкции и используемой методики.
Если через образец площадью 5 м² при определенном испытательном давлении проходит 10 м³ воздуха за час, удельная воздухопроницаемость составляет:
10 / 5 = 2 м³/(м²·ч).
Сравнивать два результата имеет смысл только при одинаковом перепаде давления и сопоставимой методике. Значение, полученное при 50 Па, нельзя напрямую сопоставлять с результатом испытания при 300 Па.
Для целого здания может дополнительно оцениваться общая герметичность ограждающего контура. Такой показатель включает не только фасад, но также кровлю, окна, двери, проходки и другие элементы наружной оболочки.
Как регулируют движение воздуха в фасаде
Задача проектирования заключается не в полном исключении воздуха из всех слоев, а в разделении организованных и нежелательных потоков. В вентилируемом зазоре движение воздуха допускается и используется для удаления влаги. Через внутреннюю часть ограждения неконтролируемый поток, наоборот, ограничивают.
Для этого герметизируют стыки соответствующих слоев, примыкания оконных и дверных блоков, инженерные проходки и другие потенциальные каналы. Для волокнистой теплоизоляции предусматривают защиту от интенсивного наружного продувания в соответствии с конструкцией фасада.
Особенно важно не перекрыть случайно вентиляционный зазор. Если утеплитель, профиль или другой элемент блокирует канал, движение воздуха становится неравномерным, а отдельные участки могут хуже просыхать.
Таким образом, правильная работа фасада определяется не минимальной и не максимальной воздухопроницаемостью, а контролируемым распределением воздушных потоков. Наружная облицовка может пропускать воздух в вентиляционный промежуток, тогда как основные слои ограждения должны ограничивать его дальнейшее неконтролируемое проникновение. Именно такое разделение позволяет одновременно обеспечить вентиляцию фасада, эффективную работу теплоизоляции и стабильные характеристики наружной стены.
