Условия эксплуатации и критерии выбора теплоизоляционных материалов для ограждающих конструкций здания

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

КАФЕДРА ТЕХНОЛОГИИ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ И ПРИКЛАДНОЙ ХИМИИ

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине: «Стеновые, изоляционные и отделочные материалы»

на тему: «Условия эксплуатации и критерии выбора ТИМ для ограждающих конструкций здания»

Выполнил студент: Ермакова А.А.

Проверил: проф., к.т.н. Шойхет Б.М.

г. Москва - 2015г.



Содержание

фасад вентилируемый штукатурный кладка

Введение

1. Навесные вентилируемые фасады

1.1 Влияние конструктивных факторов

1.2 Влияние воздухопроницаемости теплоизоляционных материалов

2. Штукатурные фасады

2.1 Системы с тонкослойной штукатуркой

2.2 Системы с толстослойной штукатуркой

3. Слоистая кладка

Вывод

Список использованной литературы



Введение

Элементы конструкции здания, ограждающие его объем, называют ограждающими конструкциями. К ним можно отнести, допустим, стены, пол, потолки, перегородки и т.д. Ограждающие конструкции могут быть как внешними, так и внутренними. Внешние выполняют важную функцию защиты помещения от влияния различных факторов окружающей среды. Внутренние предназначены для разделения помещения на отдельные сектора.

Особенностью устройства таких сооружений является то, что они могут быть установлены как на месте (монолитные), так и собраны их привезенных элементов - готовых блоков и т.д. Состоять ограждающие конструкции могут как из одного слоя, так и из нескольких. При многослойной конструкции основными слоями могут быть такие, как изоляционный, несущий, а также отделочный. Значение таких элементов конструкции здания трудно переоценить. Ведь от них в основном и зависят рабочие и эксплуатационные характеристики помещений, как жилых, так и производственных. Так же ограждающие конструкции придают зданию архитектурно-декоративную выразительность.



1. Навесные вентилируемые фасады

В современной практике наружного утепления стен зданий широкое применение получили конструкции навесных вентилируемых фасадов (НВФ) с вентилируемым зазором и защитно-декоративной облицовкой из листовых или плитных материалов.

Система вентилируемых фасадов - это фасадная конструкция, которая обеспечивает зданиям либо сооружениям теплозащиту, защищает фасад от негативного воздействия внешних факторов окружающей среды, а также отвечает современным требованиям к отделочным материалам.

Вентфасады имеют отличные тепло- и звукоизоляционные свойства, выполняют декоративные и защитные функции. Различные материалы облицовки позволяют создавать широкий спектр дизайнерских решений внешнего вида здания. Вентфасады защищают стены от атмосферных, температурных и прочих воздействий.

Технология изготовления вентилируемых фасадов зданий заключается в креплении различных облицовочных материалов к основанию стены при помощи стальных или алюминиевых каркасов. Таким образом, между поверхностями основы и облицовки остается зазор, по которому циркулирует воздух.

Эта особенность, которой обладают вентилируемые фасады, позволяет сохранять внутри помещения благоприятный микроклимат. Он создается благодаря тому, что циркулирующий воздух удаляет с поверхности конструкции накопившийся конденсат.

Навесные вентилируемые фасадные системы представляют собой конструкцию, состоящую из металлической подконструкции, теплоизоляционного и ветрозащитного слоев и облицовочного покрытия (рис. 1).

Металлическая подконструкция состоит из кронштейнов, которые крепятся непосредственно к стене, и несущих профилей, устанавливаемых на кронштейны, к которым при помощи крепежных элементов закрепляются элементы защитно-декоративного покрытия.

В качестве теплоизоляционного слоя применяются теплоизоляционные материалы (ТИМ) из стеклянного штапельного волокна и каменной ваты.

В качестве ветрозащитного слоя применяются проницаемые для водяного пара, но водо-и воздухонепроницаемые пленки, холсты или ткани. В качестве облицовочного покрытия применяются металлический и виниловый сайдинг, панели из профилированных металлических листов, фасадные керамические плиты, композитные панели и др.

Вентилируемый воздушный зазор шириной 50-100 мм располагается между наружным облицовочным покрытием и теплоизоляционным слоем.

К преимуществам навесных вентилируемых фасадов относят:

- наличие защитного экрана (защитно-декоративное покрытие) из листовых или плитных материалов, который предохраняет утеплитель от механических повреждений, атмосферных осадков, воздействия ветра и улучшает внешний вид здания;

- простота и удобство монтажа вентилируемых систем;

- дополнительная шумоизоляция. Толщина теплоизоляционного слоя оказывает непосредственное влияние на звукоизоляционные характеристики;

- наличие вентилируемого зазора, который исключает накопление влаги и улучшает температурно-влажностный режим эксплуатации ограждающих конструкций.

Физико-технические свойства используемых теплоизоляционных материалов оказывают определяющее влияние на теплотехническую эффективность и эксплуатационную надежность конструкций и в значительной степени определяют сравнительную технико-экономическую эффективность различных вариантов утепления зданий.

1.1 Влияние конструктивных факторов

Многослойные конструкции теплоизоляции в сравнении с однослойными характеризуются более высоким коэффициентом теплотехнической однородности (КТО), что достигается за счет перекрытия швов между смежными плитами внутреннего слоя плитами наружного слоя. Наружный теплоизоляционный слой в этих конструкциях одновременно выполняет функции ветрового барьера.

Однослойные конструкции теплоизоляции применяются при требуемой толщине теплоизоляционного слоя до 70 мм.

Альтернативным вариантом двухслойных конструкций теплоизоляции является использование разработанных некоторыми производителями теплоизоляционных плит двойной плотности (наружный слой жесткий, внутренний полужесткий или мягкий). Уплотнение швов между смежными плитами достигается за счет соединения типа шип-паз.

В эксплуатационных условиях в конструкции НВФ могут развиваться процессы свободной и вынужденной конвекции, которые увеличивают тепловой поток через конструкцию и, соответственно, снижают ее энергоэффективность.

Естественная конвекция в проницаемой пористой среде возникает при наличии градиента температуры или давления и, соответственно, разной плотности воздуха в различных точках теплоизоляционного материала.

Вынужденная конвекция в пористой среде возникает, если в пространстве, граничащем с материалом, присутствует направленное движение (поток) воздуха относительно граничной поверхности и граница является проницаемой.

Если граница между материалом и движущимся потоком воздуха является проницаемой, то возникает конвективный перенос массы через эту границу, который еще более увеличивает теплопередачу через слой материала. При наличии непроницаемого барьера между утеплителем и воздухом, массоперенос воздуха из утеплителя и обратно и, соответственно, вынужденная конвекция в материале отсутствуют.

Наличие зазоров между смежными плитами в теплоизоляционном слое, вентилируемых прослоек между утеплителем и стеной, снижает энергоэффективность конструкций НВФ.

Использование в качестве основного слоя в однослойных конструкциях и внутреннего слоя в двухслойных теплоизоляционных конструкциях мягких и полужестких теплоизоляционных материалов из стекловолокна и каменной ваты позволяет устранить воздушные прослойки между утеплителем и стеной.

Мягкие материалы во внутреннем теплоизоляционном слое, в отличие от жестких теплоизоляционных изделий, обеспечивают плотное прилегание утеплителя к стене без образования воздушных прослоек, что повышает энергоэффективность конструкций.

Определенное влияние на энергоэффективность НВФ может оказывать проницаемость границы между утеплителем и воздухом в прослойке.

Влияние естественной конвекции в конструкциях со свободной границей между утеплителем и воздухом в прослойке и вынужденной конвекции в конструкциях с направленным движением воздуха вдоль проницаемой (свободной) границы устраняется конструктивными методами, а именно, устройством ветрового барьера, либо должно учитываться при расчете термического сопротивления стен зданий.

Снижение энергоэффективности НВФ, обусловленное естественной и вынужденной конвекцией воздуха в теплоизоляционном слое из волокнистых теплоизоляционных материалов, может быть либо исключено конструктивными средствами, путем устройства воздухонепроницаемых барьеров между утеплителем и воздушной средой, либо компенсировано увеличением толщины теплоизоляционного слоя. Целесообразность того или иного способа решения этой задачи может определяться по минимуму затрат на его реализацию.

При принятии решения о необходимости применения ветрозащиты утеплителя в конструкциях НВФ, следует учитывать, что, помимо объективного улучшения теплозащитных свойств, ветрозащитный слой повышает эксплуатационный ресурс теплоизоляционной конструкции за счет предотвращения ветровой эрозии (эмиссии) волокна из утеплителя и его защиты от атмосферных осадков в процессе монтажа и эксплуатации.

1.2 Влияние воздухопроницаемости теплоизоляционных материалов

Теплоизоляционные материалы, применяемые в конструкциях НВФ, должны отвечать общим требованиям теплотехнической эффективности, эксплуатационной надежности, пожарной и экологической безопасности.

Особенность условий эксплуатации ТИМ в конструкциях НВФ заключается в том, что теплоизоляционный материал в конструкции взаимодействует с восходящим потоком воздуха, что, при отсутствии ветрового барьера, создает условия для эксфильтрации (вынужденной конвекции) воздуха из утеплителя в вентзазор. В этих условиях актуальным становится показатель воздухопроницаемости утеплителя.

В соответствии с требованиями СП 23-101 к применению в НВФ в качестве наружного слоя рекомендуются волокнистые теплоизоляционные материалы плотностью не менее 80 кг/м3. Рекомендуемая толщина наружного слоя -- не менее 50 мм.

Плотность теплоизоляционного материала в этих конструкциях не является определяющим параметром, так как при равной плотности теплоизоляционные изделия из каменной ваты и стекловолокна разных марок и производителей могут значительно отличаться по деформативным характеристикам, теплопроводности, воздухопроницаемости и другим показателям.

В качестве обоснования ограничений в применении теплоизоляционных материалов плотностью ниже 80 кг/м3 в НВФ указывается их повышенная воздухопроницаемость.

В двухслойных конструкциях теплоизоляции наружный слой выполняется из минераловатных плит более высокой плотности, чем внутренний, с целью обеспечения ветрозащиты, поэтому очевидно, что при определении конструктивного требования к толщине слоя должна учитываться проницаемость материала.

Наружный теплоизоляционный слой выполняет как теплоизоляционные, так и ветрозащитные функции, поэтому регламентировать следует не отдельно плотность или толщину наружного слоя, а его сопротивление воздухопроницанию.



2. Штукатурные фасады

Системы теплоизоляции наружных стен с использованием штукатурок применяются для зданий различного назначения в новом строительстве и при реконструкции. Они защищают стеновые материалы от климатических воздействий, обеспечивают требуемый тепловлажностный режим, как стеновых материалов, так и внутренних помещений, и имеют высокие звукоизолирующие показатели.

Основные достоинства систем теплоизоляции наружных стен с использованием штукатурок:

- возможность их применения при утеплении фасадов со сложными архитектурными формами и исторических зданий, где необходимо сохранить архитектурный облик штукатурного фасада;

- ничем не ограниченный выбор отделок и цветовых решений здания. Наружная штукатурка может быть любой расцветки и фактуры;

- отсутствие мостиков холода. Дело в том, что крепление выполняется на стеклопластиковые дюбеля, обладающие практически нулевой теплопроводностью. В результате, система получается однородной.

- они не требуют устройство подсистем и дополнительной ветро- и произоляции. Сами компоненты системы выполняют функции защиты утеплителя. Соответственно, возрастает скорость производства монтажных работ. Снижается их трудоемкость.

Недостаток этих систем - высокие требования к качеству материалов и к погодным условиям при проведении работ. Чтобы обеспечить высокое качество готового фасада, монтаж Системы должен проводиться из высококачественных материалов в теплое время года - как правило, при температуре от +5 °С до +20 °С, с исключением прямого воздействия дождя и солнечных лучей.

Конструктивно Системы теплоизоляции наружных стен с использованием штукатурок делятся на два типа:

? Системы с тонкослойной штукатуркой

? Системы с толстослойной штукатуркой

2.1 Системы с тонкослойной штукатуркой

Системы теплоизоляции наружных стен с тонкослойной штукатуркой могут применяться на фасадах зданий со сложными архитектурными формами, поскольку элементы, входящие в Систему, при общей толщине штукатурного слоя 2-5 мм обладают достаточной гибкостью и пластичностью.

Системы с тонкослойной штукатуркой представляют собой многослойную конструкцию, состоящую из теплоизоляции, армированного штукатурного слоя и защитно-декоративного штукатурного слоя.

Теплоизоляция обеспечивает требуемый тепловлажностный режим внутренних помещений и материалов несущей стены, а также выполняет звукоизолирующие функции. В системе с тонкослойной штукатуркой она несет весовую нагрузку от штукатурки, поэтому должна обладать высокой прочностью на отрыв слоёв.

В качестве теплоизоляции используются плиты из пенополистирола или минеральной ваты. Плиты фиксируются на поверхности стены -

приклеиваются клеевой смесью (смесь гидравлического вяжущего, песка и специальных добавок) при площади контакта не менее 70 % площади плиты, затем крепятся дюбелями для теплоизоляции.

При использовании пенополистирола необходимо предусматривать противопожарные рассечки из плит минеральной ваты в уровне перекрытий (но не реже чем через 4 м по вертикали) и вокруг оконных и дверных проёмов шириной не менее 200 мм.

Вследствие малой паропроницаемости пенополистирола, при эксплуатации здания происходит повышение влажности в стеновых материалах и во внутренних помещениях. В этом случае необходимо предусматривать дополнительную вентиляцию помещений.

Армированный штукатурный слой создает ровную основу для нанесения защитно-декоративного слоя. От качества армированного штукатурного слоя в большой степени зависит долговечность всей Системы, определяющаяся, в том числе, его адгезией к поверхности плит теплоизоляции. Слой создается нанесением на поверхность теплоизоляции штукатурного раствора или клеевой смеси с укладкой в неё армирующей сетки из стекловолокна и последующим выравниванием поверхности. Армирующая сетка должна обладать устойчивостью к воздействию щелочной среды и высокой прочностью на разрыв.

Защитно-декоративный штукатурный слой служит для защиты всей конструкции от климатических воздействий (ветер, дождь, снег, солнечная радиация) и, как правило, определяет цветовое решение и фактуру фасада здания. Качество нанесения декоративного слоя определяется качеством поверхности армированного штукатурного слоя.

Материалы для устройства защитно-декоративного штукатурного слоя различаются: по типу связующего компонента; размерам, типу и форме зернистого наполнителя; технологии нанесения («короед», «шубка» и др.).

По типу связующего материала различают:

? минеральные штукатурные смеси. В качестве связующего в них используются цементные,известковые или цементно-известковые составляющие. Негорючие, обладают высокой паропроницаемостью.

? полимерные (акриловые) штукатурные смеси. В качестве связующего в них используются акриловые (искусственные) смолы, которые обладают высокой эластичностью и адгезией. Полимерные смеси являются горючими. При использовании в качестве связующего 100%-ного высококачественного акрилового полимера достигается высокая стойкость защитно-декоративного слоя к механическим воздействиям.

? силикатные штукатурные смеси. В качестве связующего выступает «жидкое» калийное стекло, обладают высокой паропроницаемостью, но имеют ограниченную цветовую гамму.

? силиконовые штукатурные смеси. Связующим являются силиконовые смолы, обладают высокой паропроницаемостью и водоотталкивающими свойствами, но имеют ограниченную цветовую гамму.

На рисунке 2 представлен пример системы тонкослойного штукатурного фасада.

Рисунок 2

2.2 Системы с толстослойной штукатуркой

Системы теплоизоляции наружных стен с толстослойной штукатуркой обладают высокой устойчивостью к механическим воздействиям вследствие применения стальной оцинкованной армирующей сетки и относительно большой суммарной толщины штукатурных слоёв (20 мм и более). Часто подобные системы называют «антивандальными» и, как правило, применяют для теплоизоляции ограждающих конструкций цокольных или первых этажей.

Система теплоизоляции наружных стен с толстослойной штукатуркой представляет собой многослойную конструкцию, состоящую из теплоизоляции, армированного штукатурного слоя, выравнивающего штукатурного слоя и защитно-декоративного штукатурного слоя.

В системе используются два варианта крепления элементов к ограждающей конструкции.

Первый вариант - подвижное крепление. Такое крепление даёт системе возможность перемещаться вдоль утепляемой стены, что исключает воздействие осадочных деформаций здания на штукатурные слои системы.

Нагрузка от веса всех слоев системы передается на стену через специальные шарнирные крепежные элементы. Теплоизоляция не приклеивается к стене.

Второй вариант - неподвижное крепление. Теплоизоляция приклеивается к стене по всей или части поверхности плиты. Нагрузку от штукатурных слоев и частично от веса теплоизоляции несут специальные крепежные элементы, состоящие из пластмассового дюбеля со стальным распорным стержнем, распорной и стопорной шайбы. При данном креплении система не имеет возможности деформироваться независимо от наружной стены.

Слой теплоизоляции в системе не несет весовую нагрузку штукатурных слоев. В качестве теплоизоляции в Системе используются жесткие и полужесткие плиты из минеральной ваты или штапельного стекловолокна, а также плиты из пенополистирола.

При использовании пенополистирола необходимо предусматривать противопожарные рассечки из плит минеральной ваты в уровне перекрытий, но не реже чем через 4 м по вертикали, и вокруг оконных и дверных проёмов на ширину не менее 200 мм.

Армированный штукатурный слой служит основанием для выравнивающего и защитно-декоративного штукатурных слоёв. Армирование этого слоя производится гладкой стальной оцинкованной сеткой.

При креплении системы с помощью подвижных элементов, сетка фиксаторами крепится на шарнирные крепежные элементы. При неподвижном креплении - армирующая сетка крепится к распорным стержням. В обоих случаях между сеткой и теплоизоляционным материалом остается зазор для фиксации положения сетки внутри штукатурного слоя.

Армированный штукатурный слой создаётся набрызгом - механически с помощью растворонасоса или вручную.

Выравнивающий штукатурный слой служит основанием для нанесения защитно-декоративного штукатурного слоя.

Защитно-декоративный штукатурный слой служит для защиты элементов конструкции от климатических воздействий (ветер, дождь, снег, солнечная радиация) и, как правило, определяет цветовое решение и фактуру фасада здания. Слой наносится по поверхности выравнивающего слоя.

Защитно-декоративные штукатурные слои различаются: по типу связующего материала; по размерам, типу и форме зернистого наполнителя; технологии нанесения («короед», «шубка» и др.). В качестве защитно-декоративного слоя в системах с толстослойной штукатуркой используются материалы, аналогичные применяемым в защитно-декоративном слое систем с тонкослойной штукатуркой.

Пример представлен на рисунке 3.

Рисунок 3

1- Минеральная плита, 2- Стальная сетка, 3- Грунтующий слой, 4- Выравнивающий слой, 5- Декоративная штукатурка, 6 -Краска (по необходимости), 7- Стальной анкерный крепеж, 8- Наружная стена



3. Слоистая кладка

Эта конструкция состоит из трех слоев: несущей стены, стены из облицовочного материала и утеплителя, который расположен между ними. Несущая и облицовочная стены опираются на один фундамент. Наружный слой чаще всего выполняют либо из облицовочного кирпича, либо из строительного с последующим оштукатуриванием, покрытием искусственным камнем, клинкерной плиткой и пр.

Основные преимущества:

-красивый и респектабельный внешний вид при использовании дорогостоящих облицовочных материалов;

-высокая долговечность при условии правильного проектирования и квалифицированного монтажа конструкции.

Недостатки:

-большая трудоемкость возведения;

-малая воздухопроницаемость;

-возможность конденсации влаги между разнородными слоями такой стены.

Очень важно, чтобы все слои конструкции сочетались друг с другом по паропроницаемости. Сочетаемость определяется только расчетом системы в целом.

Недооценка этого обстоятельства может привести к накоплению влаги во внутренней части стены. Это создаст благоприятную среду для развития плесени и грибка. Теплоизоляционный слой от возможного образования конденсата будет намокать, что сократит срок службы материала и существенно снизит его теплозащитные свойства. Ограждающая конструкция станет промерзать, что приведет к неэффективности утепления и может вызвать ее преждевременное разрушение.

Каждый последующий слой (изнутри наружу) должен пропускать водяной пар лучше, чем предыдущий. Если стремящийся из помещения на улицу пар встретит в конструкции фасада препятствия, то возможна его конденсация в утеплителе или в толще стены, отчего утеплитель теряет свои свойства, а стена может постепенно разрушаться. Между тем паропроницаемость, например, пенобетонных блоков довольно высока, паропроницаемость волокнистого утеплителя еще выше, а паропроницаемость облицовочного кирпича меньше, чем утеплителя. Поэтому во избежание увлажнения теплоизоляции и стеновых материалов обязательно предусматривают вентиляционный зазор между утеплителем и внешней стеной. Устройство воздушного зазора позволяет более эффективно удалять влагу из конструкции, так как избыточная влага из несущей стены и утеплителя будет сразу уходить в атмосферу. При этом воздушный зазор увеличивает общую толщину стены, а, следовательно, и фундамента.

Утепление конструкции минеральной ватой является наиболее предпочтительным. В таком случае появляется возможность устроить воздушный зазор между утеплителем и наружной стенкой для лучшего вывода влаги из несущей стены и утеплителя.

Для слоистых кладок следует применять полужесткие минераловатные плиты. Это позволит, с одной стороны, хорошо заполнить все дефекты кладки, создать сплошной слой теплоизоляции (плиты можно немного «поджать», избежав щелей). С другой стороны, такие плиты будут сохранять геометрическую целостность (не давать усадку) на протяжении всего срока службы.

При использовании теплоизоляционного слоя между внутренней и наружной верстами должны быть предусмотрены гибкие связи. Ранее они выполнялись из стальной арматуры, сейчас - из щелочестойкого стеклопластика. Этот вариант предпочтителен из-за меньшей теплопроводности стеклопластиковых стержней. Теплопроводность связей оказывает сильное влияние на тепловую однородность конструкции.

Определенные сложности в применении пенополистирола в слоистых кладках вызваны низкой паропроницаемостью этого материала.

Расчет толщины теплоизоляции должен быть произведен по СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий». При расчете стены без воздушного зазора следует учитывать все три основных слоя: внутреннюю, наружную кладки и теплоизоляционный слой. Наличие воздушного зазора «выключает» из работы наружную часть стены, т. к. температура воздуха в зазоре будет почти такой же, как на улице.

Пример слоистой кладки представлен на рисунке 4.

Рисунок 4

1- Внутренняя часть кирпичной стены

2- Минеральная вата

3- Наружная часть кирпичной стены

4- Связи



Вывод

Существует несколько конструктивных решений для ограждающих конструкций зданий. Все они имеют свои достоинства и недостатки. При выборе того или иного решения необходимо исходить из того, какие требования будут предъявлены к данной конструкции, условия эксплуатации, температурные факторы, стоимость и др.



Список использованной литературы

1. Б.М. Шойхет. Структура и проницаемость волокнистых теплоизоляционных материалов, ж. «Энергосбережение», №7, 2008 г;

2. Б.М. Шойхет, Л.В. Ставрицкая, Е.Г. Овчаренко. О технических требованиях к волокнистым теплоизоляционным материалам для строительства, ж. «Энергосбережение», №1, 2002 г;

3. Справочник по конструкция тепло- и звукоизоляции. Часть 6 «Штукатурные фасады», УРСА-инжиниринг, 2004 г;

4. СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий»;

5. Румянцев Б.М., Жуков А.Д. Строительные системы. Часть 2. Наружные системы облицовки и изоляции, 2014 г

Размещено на Allbest.ru

...