Paslėptas šilumos nuostolių kelias: gembės ir tvirtinimo elementai vėdinamuose fasaduose

Vėdinamų fasadų konstrukcijoje sieniniai laikikliai/gembės ir šilumos izoliacijos tvirtinimo elementai yra būtini, tačiau jie kerta šiltinimo sluoksnį ir taip sukuria šilumos tiltelius. Jei projektuojant ir statant pastatą gembių poveikis neįvertinamas, realūs šilumos nuostoliai viršija projektinius, nes metalas šilumą perduoda kur kas efektyviau už šiltinimo medžiagas. Praktikoje tai reiškia papildomus šilumos nuostolius, kuriuos tenka kompensuoti didinant šilumos izoliacijos storį arba pasirenkant geresnių šiluminių savybių gembių sprendinius. Todėl gembes reikėtų vertinti kaip neatsiejamą šiltinimo sistemos dalį, o ne kaip atskirus tvirtinimo komponentus. Tinkamai parinktos gembės gali padėti sumažinti reikalingą šiltinimo storį ir taupyti tiek energiją, tiek ir medžiagas.

Ankstesniuose straipsniuose aptarėme: vėdinimo tarpo projektavimą ir oro srautų įtaką fasado konstrukcijos šiluminėms savybėms. Šiame straipsnyje dėmesys skiriamas veiksniui, kuris šiluminiuose skaičiavimuose dažnai nepakankamai įvertinamas arba visai nepaisomas - šiltinimo sluoksnį kertančioms gembėms ir tvirtinimo elementams bei jų sukuriamiems šiluminiams tilteliams.

Kodėl gembės ir tvirtinimo elementai įtakoja šilumines savybes?

Daugelyje projektų fasado projektavimas prasideda nuo apdailos pasirinkimo. Po to parenkama posistemė, kuri perduoda apdailos apkrovas laikančiąjai konstrukcijai ir šilumos izoliacija. Vėdinamąjame fasade gembės laiko fasado apdailą ir apibrėžia atstumą tarp fasado apdailos ir sienos konstrukcijos, o šią erdvę užima šilumos izoliacija ir vėdinamas oro tarpas. Šiluminiu požiūriu šis sluoksnis nėra vientisas, nes gembės ir tvirtinimo elementai kerta šilumą izoliuojantį sluoksnį. Jų kiekis priklauso nuo vėjo apkrovų, siekiamo energinio efektyvumo ir apdailos svorio. Kiekvienas elementas, kertantis šiltinimo sluoksnį, yra šiluminis tiltelis – kelias, kuriuo šiluma perduodama greičiau nei per aplink esantį apšiltintą plotą. Kai tvirtinimo elementų yra šimtai, bendras jų poveikis gali reikšmingai sumažinti realias konstrukcijos šilumines savybes.

Kaip gembės padidina šilumos nuostolius?

Vėdinamų fasadų sistemose gembių įtaka šilumos nuostoliams yra akivaizdi. Supaprastintuose skaičiavimuose dažnai daroma prielaida, kad šiluma perduodama tik per šilumos izoliaciją. Tačiau realybė yra kitokia. Dalis šilumos yra perduodama per metalines gembes, kertančias šilumą izoliuojantį sluoksnį. Taip atsiranda savotiški „trumpojo jungimo“ keliai per šiltinimo sluoksnį ir padidėja šilumos perdavimas per sienos konstrukciją. Tai nėra kažkokia išimtis – tai būdinga pačiai vėdinamų fasadų tvirtinimo prie laikančiosios konstrukcijos logikai.

Viena gembė gali atrodyti nereikšminga, tačiau fasaduose jų paprastai būna šimtai. Jų poveikis yra kaupiamasis: taškiniai šiluminiai tilteliai sudaro tinklą, kuris gali sumažinti viso pastato energinį efektyvumą ir pagrindžia dalį skirtumo tarp apskaičiuotų (idealizuotų) ir faktinių, realių eksploatacinių savybių.

Šiluminių tiltelių mastas priklauso nuo tvirtinimo elementų medžiagiškumo (šilumos laidumo), geometrijos (skerspjūvio ploto, ilgio, ploto besiliečiančio su siena) ir kiekio bei išdėstymo žingsnio. Nuostolius galima kompensuoti didinant šilumos izoliacijos storį, tačiau tai didina sąnaudas, reikalingos ilgesnės ir kartais net didesnių skerpsjūvių gembės. Efektyvesnis būdas – mažinti patį šiluminį tiltelį, pavyzdžiui, naudojant gembes pagamintas iš mažiau šilumai laidžių medžiagų arba su termoizoliaciniais intarpais.

Kadangi įvairų medžiagų šilumos laidumas labai skiriasi, tokios pat fasado konstrukcijos šilumos perdavimas gali labai ženkliai skirtis – priklausomai nuo to, ar gembės pagamintos, pavyzdžiui, iš aliuminio, ar iš nerūdijančiojo plieno, ar naudojami sprendiniai su termoizoliaciniais intarpais. Kuo daugiau tvirtinimo elementų reikia fasadui, tuo svarbesnis tampa gembių medžiagiškumo pasirinkimas.

Apskaičiuota ir reali U vertė 

U vertė (W/m²K) tai  pastato atitvaros šilumos perdavimo koeficientas, kuris parodo kiek šilumos pereina per atitvaros 1 m², kai temperatūrų skirtumas yra 1 K (1 °C). Kuo U vertė mažesnė, tuo geresnės atitvaros šiluminės savybės ir mažesni šilumos nuostoliai.

U vertės dažnai apskaičiuojamos darant prielaidą, kad šiltinimo sluoksnis yra ištisinis ir homogeniškas. Tačiau vėdinamuosiuose fasaduose gembės ir kiti elementai kerta šilumą izoliuojantį sluoksnį ir sukuria taškinius šilumos tiltelius. Todėl jų poveikis turi būti įtrauktas kaip papildoma korekcija – ΔU (šilumos perdavimo koeficiento padidėjimas). Praktikoje ΔU padidina fasado „efektyviąją“ U vertę, palyginti su verte, apskaičiuota vien pagal šilumos izoliacijos storį.

Supaprastintas pavyzdys parodo šio poveikio mastą: kai reikšmingų šilumos tiltelių nėra, tikslinę 0,15 W/m²K U vertę galima pasiekti maždaug su 190 mm storio šilumos izoliacija. Tačiau kai įvertinama gembių įtaka, tokiai pačiai U vertei pasiekti gali prireikti daugiau kaip 410 mm storio šilumos izoliacijos. Toks skirtumas gali atsirasti vien dėl gembių medžiagos ir konstrukcijos. Naudojant gembes pagamintas iš aliuminio, kurių šilumos laidumas yra didelis, reikalinga ΔU vertė gali tapti tokia didele, kad standartinio ilgio laikiklių nebepakaks padidėjusiam šiltinimo sluoksniui. Energinio efektyvumo požiūriu nerūdijančiojo plieno ar sudėtinės gembės yra efektyvesnės, nes jų sukuriami šiluminiai tilteliai yra mažesni. 

Laikiklių/gembių šilumos laidumas iškelia esminį projektavimo klausimą: kaip suprojektuoti tvirtinimo sistemą, kad ji atlaikytų veikiančias konstrukcines apkrovas (pavyzdžiui, vėjo ar savąjį svorį), ir atitiktų keliamus šiluminius reikalavimus, be reikalo nedidinant šiltinimo storio?

Gembės kaip energiją taupančio fasado sprendimo dalis

Išvada paprasta: jei tikslas yra optimizuoti energinį efektyvumą, gembes būtina vertinti kaip šiltinimo sistemos ir šiluminių skaičiavimų dalį, nes jos lemia ΔU vertę, o kartu ir reikalingą šilumos izoliacijos storį siekiant tam tikros U vertės. Tai reiškia, kad nuo atskirų komponentų optimizavimo reikia pereiti prie sisteminio projektavimo, kai šiluminiai, konstrukciniai ir montavimo veiksniai sprendžiami kartu.

„Iš esmės projektavimas tampa optimizavimo uždaviniu: reikia užtikrinti mechaninį patikimumą ir kartu subalansuoti energinį efektyvumą bei bendrą sienos storį. Galiausiai geriausias sprendimas yra tas, kuris optimizuoja projekto gyvavimo ciklo sąnaudas nepažeidžiant architektūrinės vizijos. Todėl fasado eksploatacinių savybių negalima optimizuoti vertinant komponentus atskirai“, – priduria Alex Lalla.

Praktikoje veiksmingiausias požiūris – optimizuoti gembes kaip visos fasado sistemos dalį: mažinti šiluminius tiltelius parenkant tinkamas medžiagas ar naudojant termoizoliacinius intarpus, mažinti tvirtinimo elementų skaičių ten, kur tai konstrukciškai įmanoma, ir užtikrinti, kad šiluminiai skaičiavimai (ΔU) atitiktų suprojektuotą tvirtinimo schemą.

Išvados: nuo projektinio sumanymo iki pamatuojamų eksploatacinių savybių

Norint sumažinti skirtumą tarp apskaičiuotų ir faktinių eksploatacinių savybių, būtinas integruotas požiūris, kai tvirtinimo sistema (gembės, tvirtinimo elementai, jų žingsnis), šiltinimas ir vėdinamas oro tarpas projektuojami kartu nuo pat pirmųjų etapų.

Vėdinamieji fasadai yra vientisos sistemos, kurių eksploatacinės savybės priklauso nuo to, kaip visi komponentai veikia kartu. Iš pirmo žvilgsnio nereikšmingos detalės, pavyzdžiui, gembių medžiagiškumas ar jų kiekis, gali turėti neproporcingai didelį poveikį bendram šilumos perdavimui. Todėl visoje šiluminėje schemoje „silpniausia grandis“ dažnai yra būtent gembių/tvirtinimo sistema.

Ką tai reiškia praktiškai 

• Gembes ir tvirtinimo elementus vertinkite kaip šiltinimo sistemos ir šiluminių skaičiavimų (ΔU) dalį, o ne tik kaip apkrovas laikančius elementus.
• Parinkite tinkamą gembių medžiagą ir konstrukciją, pavyzdžiui, naudodami termoizoliacinius intarpus, kad sumažintumėte šiluminius tiltelius.
• Nepasikliaukite vien tik didesniu šilumos izoliacijos storiu – pirmiausia įvertinkite, ar ΔU vertę galima sumažinti pasirinkant efektyvesnes gembes ir jų išdėstymą.
• Derinkite šiluminius ir konstrukcinius reikalavimus sistemos lygmeniu – atsižvelgdami į apkrovas, žingsnį, įrengimą, gaisrinius ir drėgmės reikalavimus.
• Įsitikinkite, kad suprojektuoti tvirtinimo elementų žingsniai ir detalės yra realiai įgyvendinami statybvietėje ir atitinka prielaidas, naudotas skaičiavimuose.
  
  

Kitoje šio straipsnių ciklo publikacijoje daugiau dėmesio skirsime platesnėms fasadų rizikoms ir reikalavimams, apimant drėgmines savybes ir gaisrinę saugą vėdinamųjų fasadų sistemose.