Температурно-влажностное воздействие на теплоизоляционные фасады с применением STYROFOAM (TM) IB 250A от компании Dow Chemical

Современные тенденции жилищного строительства, учитывающие повышенные требования к комфортности и энергосбережению, разнообразие проектов и условия возведения зданий при минимальной механизации строительных работ, потребовали новых конструктивных решений. Одним из вариантов, наиболее полно удовлетворяющих вышеизложенные требования, является применение фасадных систем теплоизоляции штукатурного типа. На протяжении примерно 40 лет системы утепления фасадов с тонким штукатурным слоем успешно используются в качестве наружной фасадной изоляции.

Первоначально такие фасады выполнялись только с использованием пенополистирола в качестве утеплителя и штукатурки на синтетических смолах. Затем по мере развития таких систем добавлялись новые типы утеплителя, появлялись новые средства крепления и армирования.

Температурно-влажностные воздействия существенно влияют на процессы старения, долговечность систем теплоизоляционных фасадов. Наряду с погодными условиями, температурой, солнечным излучением и влажностью воздуха на наружные стены часто воздействуют внешние или внутренние источники влаги  —  например, строительная влажность, конденсат. Системы теплоизоляционных фасадов с тонким штукатурным слоем, отчасти из-за своей небольшой массы, особенно подвержены этим воздействиям.

Опасения противников фасадных систем с тонким штукатурным слоем, однако, в свое время не оправдались, и с тех пор только в Германии более 700 млн. кв. м фасадов были теплоизолированы с применением такой технологии.

Длительное исследование объектов с теплоизоляционными фасадами показывает, что их применение не увеличивает количества повреждений, эксплуатационные характеристики данных фасадов при их длительной эксплуатации следует оценивать как весьма положительные. При регулярном техническом уходе долговечность теплоизоляционных фасадов соответствует долговечности наружных стен, оштукатуренных обычным образом.

Часто приходится слышать, что стена, изолированная плитами из экструдированного пенополистирола STYROFOAM, якобы не будет «дышать», будет накапливать влагу.

В связи с этим приводим высказывание одного из основоположников строительной теплофизики, доктора технических наук Константина Федоровича Фокина: «Гигиенисты рассматривают воздухопроницаемость ограждений как положительное качество, обеспечивающее естественную вентиляцию помещений. С теплотехнической точки зрения, воздухопроницаемость ограждений скорее отрицательное качество, так как в зимнее время инфильтрация вызывает дополнительные потери тепла ограждениями и охлаждение помещений, а эксфильтрация может неблагоприятно отразиться на влажностном режиме наружных ограждений, способствуя конденсации в них влаги».

Температурно-влажностные воздействия на теплоизоляционные фасады определяются климатическими условиями.

Днем штукатурка и теплоизоляция, а также находящаяся за ними конструкция стены нагреваются солнечной радиацией. Связанное с этим увеличение парциального давления пара приводит к высыханию поверхности штукатурки из-за влагоотдачи в наружный воздух, а также из-за диффузии пара в теплоизоляции к поверхности несущей стены. Последнее обстоятельство имеет силу почти исключительно для теплоизоляционных фасадов с минераловатной теплоизоляцией. При использовании в качестве теплоизоляции плитного пенополистирола диффузия пара внутрь конструкции пренебрежимо мала.

Ночью, когда солнечное облучение отсутствует, доминирует длинноволновое излучение конструкции. Обусловленное этим обстоятельством охлаждение поверхности конструкции может привести к охлаждению штукатурки до температуры, которая даже ниже точки росы наружного воздуха. В этом случае конденсированная вода (роса) осаждается на штукатурку или краску, где, в зависимости от поверхностных свойств, она всасывается или остается в форме капель.
В случае использования в качестве теплоизоляции минеральной ваты внутренняя сторона штукатурного слоя может дополнительно увлажняться вследствие диффузионного переноса водяного пара из более теплой толщи конструкции к наружному слою.

Исследования, проведенные в различных лабораториях, подтверждали возможность использования экструдированного пенополистирола (STYROFOAM) «Стайрофом ИБ 250А» в качестве утеплителя в фасадных штукатурных системах. Для одномерной оценки термовлагопроводности, которая учитывает совокупный перенос влаги и тепла в кратковременных состояниях, было принято решение использовать компьютерную программу для исследования физических характеристик материалов WUFI PRO 4.1 (версия 4.1.5.361).

WUFI разработана во Фраунгоферовском институте Германии (IBP) и Окриджской национальной лаборатории (ORNL) и соответствует принятому в ЕС в 2007 г. стандарту EN 15026. Программа проверена на наружных измерениях и лабораторных тестах, позволяющих провести реалистичные расчеты термовлагопроводности в короткие промежутки времени для многослойных строительных материалов, подвергающихся воздействию естественных климатических условий. Программа WUFI основана на самых последних данных по диффузии паров и переносу жидкостей в строительных материалах.

Метод точки росы, называемый также методом Глазера, является общепринятым инструментом для оценки влаги в конструкции путем учета диффузии паров во внутренние части панели. Тем не менее этот метод не учитывает капиллярный перенос влаги в строительных материалах и их способность впитывать, а оба эти фактора снижают риск повреждений, вызываемых конденсацией. Кроме того, поскольку метод точки росы учитывает только стационарный перенос влаги при очень приблизительных граничных условиях, он не может отразить индивидуальные краткосрочные явления или учесть влияние дождя и солнечной радиации.

Метод точки росы предназначен для получения лишь общей оценки термовлагопроводности и пригодности материала, тогда как программа WUFI позволяет моделировать реалистические условия по теплоте и влажности для материалов, подвергнутых воздействию погодных условий, которые преобладают в конкретной местности.

Компьютерный расчет нестационарного тепловлагопереноса (по методу WUFI) представляет собой не только теоретическое исследование, но и имеет многочисленные преимущества с практической точки зрения для определения:
 реальной ситуации с точкой росы в течение отопительного периода с учетом капиллярной конденсации и способности к влагопоглощению;
 состояния количества строительной влаги;
 летней конденсации по причине обратной диффузии;
 влияния солнца, проливных дождей и поверхностных конденсации на кровлях и фасадах;
 движения влаги по причине расхода энергии.

Главным критерием оценки результатов для строительных компонентов является поведение полного содержания воды в материале.

На рис. 1 четко видно, что со временем не происходит накопления влаги. Кроме того, следует отметить, что содержание влаги не увеличивается, а, наоборот, уменьшается по мере высыхания материалов конструкции за исследованный период. Содержание воды остается постоянным на протяжении этих лет и только претерпевает небольшие колебания в соответствии с сезонными изменениями климата. Таким образом, достигается равновесие (приблизительно через 1,5 года). Это объясняет, почему нет необходимости в проведении расчетов для периодов 50, 75 и 100 лет.

Согласно расчетам, выполненным с помощью программы WUFI PRO 4.1, можно заключить, что для системы ETICS + Styrofoam IB не наблюдается риска конденсации или накопления влаги в строительных материалах на протяжении жизненного цикла здания (50, 75, 100 лет).