Конструирование без температурных мостов

Building Science Insights/Новые идеи в строительстве

BSI-062: Конструирование без температурных мостов автор: Джозеф Лстибурек (Joseph Lstiburek)

Это здание прекрасно. Оно завораживает. В нем воплощено все лучшее в архитектуре — но одновременно и худшее. На самом деле эти 82 этажа из стекла и бетона представляют собой настоящий кошмар с точки зрения термодинамики, гигантский обогреватель в самом центре Чикаго (см. фотографии 1a, b, c, d, e, f, g).

Фото 1a. Закрытый радиатор центрального отопления

Фото 1b. Радиатор центрального отопления

Фото 1с. Ребристая поверхность из алюминия

Фото 1d. Ребристая поверхность из бетона

Фото 1e. Балконы Aqua Tower

Фото 1f. Фотография Aqua Tower в инфракрасном излучении. Снимок предоставлен Дейвом Робли (Dave Robley, Thermographer, Fluke Corp and Michael Stuart, L3 TI/IRT, Fluke Corp.)

Фото 1g. Фотография балконов Aqua Tower в инфракрасном излучении. Снимок предоставлен Дейвом Робли (Dave Robley, Thermographer, Fluke Corp and Michael Stuart, L3 TI/IRT, Fluke Corp.)

Можно ли было построить здание, сохранив ту же причудливую внешнюю форму, но без температурных мостов? Да, разумеется, можно. Подобный проект стал бы прекрасным образцом не только архитектурного дизайна, но и инженерии.

Как это сделать? использовать светопрозрачный фасад с разделенными термическим вкладышем консольными плитами. Взгляните на рисунок №1 и фото №2. Это решение уже существует в Соединенных Штатах. А еще в Сербии (фото №3) и во многих других странах, где строители задумываются о проблемах сохранения тепла. Светопрозрачные фасады с воздушной изоляцией и тройными стеклопакетами используются уже давно. Вкладыши для термической изоляции также хорошо известны в Европе и в Канаде (которая в последнее время все больше напоминает Европу).

Рисунок 1. Остекление и плита балкона в разрезе. Возьмите светопрозрачный фасад и соедините его с качественной термической вкладкой из пенополистирола и базовой гидроизоляцией, — перед вами прекрасное и простое решение. Единственное препятствие — цена; однако в случае с подобным стильным зданием в центре Чикаго она не должна стать проблемой. Один только великолепный архитектурный проект поднимает стоимость этого здания намного выше стоимости стеклопакетов для фасада и термических вкладок. Впрочем, мне нравится это здание; просто я легко могу представить, насколько лучше оно могло бы стать.

Фото 2. Термические вкладыши, заложенные в конструкцию на стадии производства. Используется пенополистирол с улучшенными характеристиками (благодаря добавлению высокоплотного графита). Обратите внимание: армирование плиты, уложенное в форму для заливки, изготовлено из нержавеющей стали, а не из углеродистой. Нержавеющая сталь обладает почти в два раза более низкой теплопроводностью по сравнению с углеродистой сталью. Неожиданно, верно? Изображение предоставлено Schoeck Canada, Inc.

Фото 3. Балкон в Белграде. Балкон изготовлен с применением термического разделения, и с него открывается прекрасный вид на Дунай. Ладно, вообще-то река там где-то дальше: сам я в последнее время не бывал в Сербии, но, видимо, там могут создавать более эффективные решения, чем в Чикаго. И вряд ли из-за климата, поскольку зимой в Чикаго намного холоднее. И цены на недвижимость в Белграде должны быть сопоставимы. Правда, у нас в Чикаго есть озеленение крыш, а в Белграде крыш, засаженных живыми растениями, не так много. Похоже, теплоизоляционные свойства дерна сербов не впечатлили. Изображение предоставлено Beodom, Inc., Belgrade, Serbia

Aqua Building не исключение; так строят практически все здания. Но такое множество температурных мостов, — это большая проблема (фото №4). К счастью, на нее уже обратили внимание и начали серьезный поиск решений. К несчастью, все найденные решения практически не используются. Похоже, строителей не особенно волнует проблема потери тепла. Эта проблема — проблема архитектуры, архитектурного планирования, наконец, архитектурного планирования и проектировки. Чтобы ее решить, потребуется плотное и серьезное сотрудничество архитекторов и инженеров-проектировщиков.

Фото 4. Ночной Торонто. Красный — это плохо.

Конструкционные решения слишком часто принимаются без учета энергоэффективности. Дело не в том, что инженеру-проектировщику все равно. Он может создавать разнообразные эффективные решения, но зачем, если на них нет спроса? Что ж, теперь пришло время попросить инженера-проектировщика создать по-настоящему прекрасный проект.

Балкон — это важно, и это знают все. Но не менее важен крепежный уголок фасада, который устанавливается по всему периметру здания и часто есть на каждом этаже (в отличие от балконов, которые есть не на каждом… ну, не считая Aqua Building). С крепежным уголком фасада те же проблемы, что и у светопрозрачного фасада. К счастью, мы знаем, что с ними делать. К несчастью… см. выше.

Проще всего вынести крепежные уголки на небольшое расстояние от плиты (рис. 2) и устанавливать их через один или два этажа. Таким образом, изоляция окажется между стеной и крепежными уголками и появится возможность установить сплошную изоляцию фасада (рис. 3). Выносы крепежного уголка можно приварить к металлическим деталям, заложенным в бетонную плиту, или к внешнему каркасу из металлоконструкций (фото №5). Однако нельзя расставлять крепежные уголки где попало: они должны быть расположены так, чтобы результат хорошо смотрелся. Можно подобрать красивое решение, даже если приходится крепить уголки сплошной линией прямо над окнами (фото №6).

Рисунок 2. Крепежные уголки фасада закреплены на выносах на небольшом расстоянии от плиты. Благодаря этому в промежутке можно разместить изоляцию.

Рисунок 3. Сплошная изоляция. Привыкайте к этой идее. Если вам действительно важны вопросы уменьшения теплопотерь, то непрерывный слой изоляции должен стать обычной практикой.

Фото 5. Выносы крепежного уголка можно приварить к металлическим деталям, заложенным в бетонную плиту, или к внешнему каркасу из металлоконструкций.

Фото 6. Видимая линия крепежных уголков совпадает с верхом окон. Изящное, стильное и простое решение.

А что делать, если мы работаем не с облицовочным кирпичом? Отлично, никаких крепежных уголков! А как тогда устанавливать облицовочные панели? И как установить их правильно, без температурных мостов? Посмотрите на рисунок №4. Здесь показано простое конструкционное решение из тонких уголков из нержавейки и длинных оцинкованных направляющих. Однако проектировщики привыкли рассчитывать нагрузку на тысячи фунтов, и конструкция, рассчитанная лишь на сотни фунтов нагрузки, может на первый взгляд показаться непривычной и даже пугающей.

Рисунок 4. Скобы и направляющие. Крепеж металлических сайдинг-панелей, фиброцементных и композитных панелей с минимумом температурных мостов.

Осталась только одна проблема: температурные мосты на окнах. Чаще всего температурные мосты окон называют «мостиками холода». Обычно они образуются в местах соединения оконного профиля и стен. Чтобы их убрать, используйте в стеновой панели термический вкладыш (элемент термического разделения) и сплошной слой изоляции на внешней поверхности стены. Часто при этом окно выносится за плоскость стены и оказывается в «промежутке» между стеной и навесным фасадом. Взгляните на фото №7 и снова поговорите со своим проектировщиком, чтобы все это провернуть. А потом посмотрите на рисунок №5, где показана гидроизоляция, ветро- и термозащита. Другие варианты показаны на рис.6 и 7.

Фото 7. Всего понемногу: и крепежные уголки на выносах, и вынесенные наружу оконные коробки.

Рисунок 5. Стена в разрезе, вид сверху. Термоизоляция оконных рам и стеклопакет в слое термозащиты для уменьшения теплопотерь.

Рисунок 6. Стена в поперечном разрезе, вид сбоку. Термоизоляция оконных рам и стеклопакет в слое термозащиты для уменьшения теплопотерь.

Рисунок 7. Еще вариант стены в разрезе, вид сбоку. Термоизоляция оконных рам и стеклопакет в слое термозащиты для уменьшения теплопотерь.

На фото №7 показано все: и крепежные уголки на выносах, и вынесенные наружу оконные коробки. Так что покажите все это инженеру-проектировщику и обсудите с ним все варианты использования крепежных уголков, выноса окон и термического разделения на балконах. Удачи!

Примечания переводчика. Температурный мост, или тепловой мост (thermal bridge)— участок ограждающей конструкции здания, имеющий пониженное термическое сопротивление. Он может образоваться на стыке между частями конструкции и конструктивными элементами, состоящими из материалов с более высокой теплопроводностью. Такие участки охлаждаются сильнее, чем другие части ограждения, поэтому их еще называют «мостиками холода». Наличие температурных мостов значительно снижает эффективность теплозащиты здания. Температурные мостики также являются причиной образования конденсата.

Крепежные уголки фасада (relieve angles) используются при облицовке фасадов зданий клинкерным, или фасадным кирпичом. Крепежный уголок позволяет распределить нагрузку от веса кирпича на основные стены здания. Иногда используется термин «крепление на кронштейнах».

Фотография обложки: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Aqua8april09.jpeg

Избранное: