Движение воздуха, воздушные каналы и отверстия
Кровельные конструкции, состоящие из большого количества многослойных компонентов, монтируются специалистами разных отраслей как правило на стройплощадке. При этом возможны отклонения от заданных размеров, а также ошибки при реализации примыканий, из-за которых нарушается непроницаемость кровли для воды и пара. Поэтому настил и теплоизоляция должны быть вентилируемыми. Это достигается при помощи вентиляционных отверстий, расположенных на краях кровли, через которые поступает внешний воздух. Так отводятся тепло, водяной пар, талая вода и остаточная влажность конструкций.
Движение воздуха
Движение воздушных масс в кровле возникает либо из-за давления ветра (как следствие разности воздушного давления), либо из-за конвективного потока вследствие разности температуры воздуха. Если давление ветра и тепловая подъемная сила действуют одновременно, они могут «поддерживать» друг друга (усиленное движение воздуха) или «мешать» друг другу, затрудняя движение воздуха.
Движение воздушных масс вследствие разности давления
Показатели давления-разрежения на элементах здания зависят от направления и силы ветра, а также формы сооружения и наклона кровли (рис. 1–3). В то время как форма здания и его положение относительно направления ветра определяют размер зоны разрежения, наклон кровлиоказывает влияние как на распределение давления и разрежения, так и на величину этих показателей на кровле. На краях и углах кровли действующие силы ветра во много раз выше, чем на самой поверхности кровли (табл. 1). При косом ветре возможно также возникновение давления в области перелома. Приблизительно 30 дней в году в среднеевропейском регионе продолжается штиль. В эти дни не возникает воздушных потоков, обусловленных разностью давления. Целесообразно поставить здание одной из его наклонных поверхностей против основного направления ветра. Направление ветра может, однако, на время менять распределение давления и разрежения на противоположное; окрестность здания (например, плотная застройка) также оказывает влияние на движение воздушных масс на кровле.
Рис. 1. Коэффициенты давления-разрежения в зависимости от наклона кровли (стрелкой обозначено основное направление ветра). По оси абсцисс – угол наклона кровли, по оси ординат – коэффициенты давления (ветра)/разрежени (отрицательное давление); Luv – наветренная сторона, Lee – подветренная сторона.
Рис. 2. Распределение давления и разрежения на двускатной кровле в зависимости от наклона кровли; разрезы, горизонтальная проекция
Рис. 3. Распределение давления и разрежения на смещенной односкатной кровле в зависимости от угла наклона кровли
Движение воздушных масс вследствие разности температур
Перепад плотности между теплым воздухом в кровле и более холодным внешним воздухом ведет к возникновению тепловой подъемной силы и, тем самым, к конвективному движению воздушных масс (рис. 4). Это движение тем сильнее, чем выше угол наклона кровли. При небольшом наклоне кровли и слабой подъемной силе следует обеспечить беспрепятственное движение воздуха, сократив трение с окружающими поверхностями. Размер впускных и выпускных отверстий при этом должен быть увеличен.
Рис. 4. Движение воздушных масс
как следствие разности температуры
воздуха (воздействие солнечного света
летом, отопления зимой)
Ламинарное и турбулентное (вихревое) движение воздушных потоков
Воздух в вентиляционных слоях может перемещаться в виде ламинарного или турбулентного потока. Понятие «ламинарный» означает, что отдельные потоки воздуха параллельны друг другу и движутся в вентиляционном пространстве без завихрений. Завихрения образуются только по краям вентиляционного пространства (контакт воздуха с «неровными» поверхностями строительных элементов, окружающих вентиляционное пространство). В случае турбулентного потока его частицы движутся не только параллельно, но и совершают поперечное движение. Это приводит к вихреобразованию по всему сечению вентиляционного канала.
Состояние воздушного потока в вентиляционном пространстве зависит от:
• Скорости потока воздуха.
• Температуры воздуха (плотность, давление, подвижность воздушных частиц).
• Площади сечения вентиляционного канала.
• Формы и поверхности строительных элементов на границе вентиляционного канала.
Воздушные каналы и вентиляционные отверстия
Рис. 5. Холодная (а) и теплая (b) кровли
с одним вентиляционным зазором и те-
плая (с) кровля с двумя вентиляционными
зазорами. Далее следуют пояснения / рас-
шифровка изображения – см. a, b, c
a. Холодная кровля: Объем воздуха ве-
лик, что и при более высокой температуре
способствует хорошей вентиляции кровли.
Для этого необходимо предусмотреть доста-
точно большие отверстия.
b. Теплая кровля с одним вентиляци-
онным зазором: норма DIN 4108 проводит
различие между кровельным покрытием
и кровельной изоляцией (см. табл. 2):
Кровельное покрытие.
В категории кровельных покрытий перечисляются различные конструкции, для которых определены пары показателей эквивалентной толщины воздушного слоя с наружной (sde) и внутренней стороны (sdj) теплоизоляционного слоя. Для конструкций с невентилируемыми покрытиями и диффузионным слоем под теплоизоляцией показатель sdj всегда должен быть более или равна 100 м. Сопротивление теплопередаче под диффузионным слоем принципиально не должно превышать 20% теплопередачи всей конструкции. Кроме того, в контексте паропроницаемости теплоизоляции норма DIN также упоминает пористую бетонную конструкцию без покрытий, а также инверсионную кровлю с покрытием.
Кровельная изоляция.
В случае кровельной изоляции для показателя sdj и теплопередачи действуют те же требования, что и для покрытия с диффузионным слоем под теплоизоляцией.
с. Оборудованное кровельное пространство с вентилируемой конструкцией Норма DIN 4108 различает кровли с наклоном более и менее 5°, и предъявляет (в случае применения без подтверждения расчетами) к различным участкам минимальные требования в отношении показателей эквивалентной толщины воздушного слоя sd, площади сечения вентиляционного канала, а также сопротивления теплопередаче R. Эти требования в отношении минимальных показателей вентиляционного сечения должны выполняться для конструкции в смонтированном состоянии.
Однако рекомендуется все же запланировать сечения большего размера, так как:
• Теплоизоляция после укладки может увеличиться в размерах или деформироваться.
• Необходимо учитывать возможные ошибки при монтаже, а также допустимые отклонения, которые могут уменьшить вентиляционное сечение.
• Аэроэлементы свеса, вентиляционные ленты / перфорированные листы или вентиляционные рулоны на коньках или хребтах могут существенно ограничить свободное вентиляционное сечение в зависимости от своей конструкции. Мелкоячеистые решетки / сетки и листы с мелкой перфорацией (рис. 6) могут сократить вентиляционное сечение уже будучи просто окрашенными. Поэтому их ячейки не должны быть меньше 5 мм.
Рис. 6. Наиболее встречаемые в продаже
формы сеток и решеток: a – решетка;
b, c – перфорированные листы; d – венти-
ляционный гребень
Поверхность кровли
Использование отдельных вентиляционных элементов (рис. 7) возможно на любом месте кровли. Вентиляционные отверстия должны быть защищены от падающего снега и сильного дождя. Это происходит вследствие многократного изменения направления потока воздуха в вентиляционном элементе. Так как давление и разрежение (в зависимости от состояния воздушной среды) часто сменяютдруг друга, всегда рекомендуется обеспечить дополнительную защиту. Простые вентиляционные элементы пропускают больше воздуха, нежели защищенные от снега и сильного дождя, так как они создают меньше сопротивления и завихрений. Однако они не столь надежно защищают крышу от внешних осадков. Установленный перед вентиляционным отверстием ветроотражатель (рис. 8) отклоняетпоток ветра, а на его обратной стороне образуется разреженный участок. В случае использования ветроотражателей вентиляционные отверстия без дополнительной защиты могут быть размещены также и в области давления.
Рис. 7. Отдельный вентиляционный эле-
мент в области давления: a – с защитой
от дождя; b – с защитой от падающего
снега и сильного дождя
Рис. 8. Вентиляционный элемент с ветро-
отражателем
Рис. 9. Точечный элемент вентиляции
конька (аэратор) в области давления
Конек
Согласно норме DIN 4108, свободное вентиляционное сечение на коньке вентилируемых конструкций, возводимых без проведения расчетов, должны иметь сечения, указанные в табл. 4. Задача конька как наивысшей точки кровли – отводить поступающий через карниз в подкровельное пространство воздух. Это происходит через специальные элементы кровельного покрытия или через кровельные аксессуары. Однако иногда воздух проходит мимо конька и выходит уже только на противоположном карнизе. Однако это, при определенных условиях (например, при ориентации кровли с юга на север) приводит к тому, что влажный теплый воздух перемещается из южного участка кровли в северный и там конденсируется на холодных элементах.
Рис. 10. Линейная вентиляция конька в области давления;
a – с защитой от дождя;
b – с защитой от снега и сильного дождя;
c – с разделением воздушных потоков на коньке двускатной кровли
Поэтому на кровлях, подверженных разным климатическим воздействиям, имеет смысл разделять воздушные слои на коньке. Это хотя и ведет к ухудшению воздухообмена (что можно компенсировать увеличением вентиляционного канала), одновременно снижает увлажнение расположенной ниже теплоизоляции. Специальные вентиляционные элементы, служащие для воздухообмена, могут быть размещены на коньке точечно или линейно в виде сплошной укладки. Многократное изменение направления воздуха в аэроэлементах конька или фасонных подконьковых черепицах предотвращает проникновение падающего снега и дождя. Конек / нижний воздушный канал Чтобы обеспечить связь между нижним и верхним вентиляционными зазорами в коньковой части (рис. 11), сплошной настил с гидроизоляцией следует не доводить до конька минимум на 3 см, а гидроизоляционную пленку прерывать перед коньком на расстоянии в 5 см.
Рис. 11. Верхний / нижний воздушный канал на коньке; конструкция со сплошным настилом и гидроизоляцией
Конек односкатной кровли
Площади сечения вентиляционных отверстий конька односкатной кровли (рис. 12) приравниваются к этим же показателям на карнизе. Так как вентилируемая поверхность кровли всего одна, сечения вентиляционных каналов больше, чем у двускатной кровли. Перфорированный вентиляционный профиль защищается планкой из листового металла
Рис. 12. Верхний / нижний воздушный канал на коньке односкатной кровли; конструкция со сплошным настилом и гидроизоляцией
Конек односкатной кровли, верхний воздушный канал
Свободное вентиляционное сечение между стропилами / настилом и коньковой планкой из листового металла защищается от проникновения мелких животных и птиц перфорированным листом. Возникающее при этом уменьшение площади вентиляционного сечения необходимо учитывать при выборе размера вентиляционного зазора.
Конек односкатной кровли, нижний воздушный канал
Уложенные с определенным зазором доски подшивки обеспечивают вентиляцию в воздушном канале. Если расстояние между досками слишком велико, промежутки закрываются перфорированным листом/ вентиляционной лентой (рис. 14).
Рис. 13. Нижний воздушный канал на коньке односкатной кровли; вентилируемая подшивка за счет зазоров между досками
Рис. 14. Нижний воздушный канал на коньке односкатной кровли; перфорированная профилированная планка / вентиляционная лента
В случае применения перфорированных софитов следует проверить расчетом площадь свободного сечения вентиляционных отверстий.
Хребет
Требования к вентиляции хребта те же, что и для конька. Воздухообмен реализуется либо непосредственно через вентиляционные элементы, либо может быть достигнут при помощи конструктивных решений. Воздух при этом поднимается вдоль хребта до вентиляционных отверстий на коньке.
Хребет, верхний воздушный канал
После монтажа обрешетки и контробрешетки поток воздуха в верхнем вентиляционном слое может быть направлен зигзагом. При это воздух идет попеременно над контробрешеткой и под обрешеткой. Если вместо обрешетки предусмотрен сплошной настил (например, в случае металлической кровли), контробрешетка может быть прервана в области хребта (рис. 15). Поступающий воздух через свободное пространство будет отводиться вдоль хребта. Так как пролеты между накосными стропилами при этом становятся шире, могут потребоваться дополнительные рейки между контробрешеткой и хребтовым бруском. Еще одна возможность: создать разрыв в обрешетке, используемой в качестве хребтового бруска (рис. 16). Воздух движется сквозь хребет в соседний пролет другого ската кровли (например, в случае шатровой крыши).
Рис. 15. Верхний воздушный канал на хребте; конструкция со сплошным настилом и гидроизоляцией
Рис. 16. Верхний воздушный канал у хребта; разрывы в контробрешетке и хребтовом бруске
Хребет, нижний воздушный канал
Для создания продольной вентиляции вдоль хребта сечение накосной стропильной ноги в области хребта (рис. 17) уменьшается на толщину обрешетки на протяжении приблизительно 200 мм. С точки зрения статики это допустимо, так как по сравнению с более длинными обычными стропилами эти стропила, при том же сечении, слишком мощные. Этим обеспечивается свободное поступление воздуха от карниза в область конька через хребет. Еще одна возможность состоит в установке дополнительной контробрешетки параллельно хребту с необходимым зазором, которая крепится к накосным стропилам. Гидроизоляционная пленка заворачивается на этот брусок (укладывается без перехлеста через хребет) и закрепляется. Таким образом достигается линейная вентиляция нижнего воздушного зазора.
Рис. 17. Нижний воздушный канал на хребте; подрезанная угловая стропильная нога
Хребет, верхний/нижний воздушный канал
Существуют разные возможности для того, чтобы направить воздух из одного вентиляционного зазора в другой (рис.18–20):
– использование вентиляционных элементов (решеток из пластика) в области нахлеста рулонов подкровельных пленок. Вода проходит вокруг этих элементов и не попадает под пленку;
– монтаж дополнительной контробрешетки на расстоянии около 2 см параллельно хребтовому бруску. Подкровельная пленка заводится на брусок и закрепляется. Тем самым на хребте создается непрерывная вентиляционная щель от карниза до верхней точки крыши. Оба решения подходят только для простых конструкций, к которым предъявляются низкие требования;
– перенаправление потока воздуха в установленные в подкровельной гидроизоляции вентиляционные проходы. Благодаря тому, что края вентиляционной проходки слегка приподняты (около 2 см), вода проходит вокруг отверстия. Необходимым условием достаточной вентиляции нижнего воздушного зазора является установка точечных проходок в каждом пролете между стропильными ногами, приходящими на хребет.
Рис. 18. Верхний / нижний воздушный канал у хребта: подкровельная пленка /вентиляционные элементы
Рис. 19. Верхний / нижний воздушный канал у хребта; подкровельная пленка, линейная вентиляция через дополнительный продольный контрбрус
Рис. 20. Верхний / нижний воздушный канал у хребта; точечная вентиляция через вентиляционные проходки
Карнизный свес
Требуемое для вентилируемых конструкций в норме DIN 4108, свободное вентиляционное сечение на карнизе составляет 20° (промилле) площади соответствующей кровли, но не менее 200 см2/м карниза. Карниз, как низшая точка кровли, в большей степени выполняет задачу обеспечения поступления внешнего воздуха в кровельное пространство.
Карниз, верхний воздушный зазор
Установленный на карнизном брусе аэроэлемент свеса или перфорированный лист / вентиляционная лента защищают верхний воздушный зазор от проникновения птиц, грызунов и на секомых. В качестве вентиляционных элементов можно применять аэроэлементы / ленты из пластика или металлический перфорированный профиль, а также вентиляционные гребни, которые монтируются на выравнивающий брусок.
Карниз, нижний воздушный зазор
Вентиляция нижнего воздушного зазора на карнизе обеспечивается установкой между стропилами перфорированного листа или профиля из металла / пластика. Показатели вентиляционного сечения перфорированных листов, планок и вентиляционных гребней зависят от высоты и диаметров отверстий соответствующего изделия. Они лежат в диапазоне между 200 и 300 см2/м. Другие возможности реализации вентиляции описаны в разделе «Конек односкатной кровли».
Рис. 21. Верхний воздушный канал на карнизе; вентиляционная решетка / гребень
Рис. 22. Верхний воздушный канал на карнизе; перфорированная опорная планка
Рис. 23. Верхний воздушный канал на карнизе; перфорированный лист
Ендова
В отношении вентиляционных отверстий к ендове должны быть применены те же принципы, что и к хребту.
Ендова, верхний воздушный зазор
Контробрешетка обрывается перед бруском / настилом ендовы (рис. 24). Это необходимо для того, чтобы беспрепятственно отводить проникающую воду и строительный мусор во время кровельных работ. Воздух проходит через свободный зазор между конструкцией ендовы и контробрешетки и устремляется в направлении конька или карниза. Другой вариант реализации состоит в том, чтобы подвести контробрешетку вплоть до желобка ендовы. На идущем параллельно ендове брусе, по всей его длине, крепится перфорированный лист или вентиляционный гребень, чтобы предотвратить проникновение птиц и мелких животных и обеспечить приток / выход воздуха по всей длине ендовы.
Рис. 24. Верхний воздушный зазор у ендовы; обрешетка / контробрешетка и брусок ендовы
Рис. 25. Верхний воздушный зазор на ендове; обрешетка и брусья ендовы / контробрешетка
Ендова, верхний / нижний воздушный канал (см. раздел «Хребет»)
В случае, если ширина вертикальных пролетов, по которым движется воздух, слишком велика, необходимы дополнительные опорные бруски. При этом дополнительные бруски должны быть смонтированы с учетом нагрузки на две или более несущие обрешетки. Точечные вентиляционные проходки следует монтировать в каждом межстропильном пролете, приходящем на ендову. Так как эти мероприятия связаны с се рьезными трудозатратами и снижением надежности подкровельной гидроизоляции, а также, при неблагоприятном соотношении давлений, могут приводить к сокращению воздухообмена, DIN 4108 (часть 3) констатирует, что надежная вентиляция нижнего зазора у ендовы невозможна, и предлагает реализацию конструкции только с верхним вентиляционным зазором (с диффузионной мембраной).
Рис. 26. Верхний воздушный слой на ендове; прорези в накосных стропильных ногах
Рис. 27. Верхний / нижний воздушный слой на ендове; вентиляционные проходки
Межкрышные кюветы
Горизонтальный узел схождения двух соседних скатов (межкрышный кювет) – наиболее подверженный различным неблагоприятным воздействиям участок кровли; здесь приходится одновременно решать проблемы и гидроизоляции, и вентиляции. Так как свободное сечение вентиляционных отверстий может сокращаться из- за скапливающейся листвы, снега и льда, кювет должен постоянно вычищаться, а потому его необходимо конструировать с учетом дополнительной нагрузки, возникающей при передвижении людей. Также следует предусмотреть принудительный подогрев кювета в холодных и многоснежных регионах. Для конструкций кюветов в сочетании с небольшим углом наклона кровли невентилируемая конструкция (только с верхним вентиляционным зазором) всегда более предпочтительна, нежели вентилируемая (с двумя вентиляционными каналами). Реализация вентиляционных отверстий в кюветах настолько сложна и затратна, что может быть представлена только индивидуально для каждой конструкции и материала.
Проходной элемент
Пространство вокруг проходного элемента, в принципе, должно быть вентилируемым. Однако, когда проходной элемент (например, печная труба или мансардное окно) очень широк, предпочтение скорее отдается невентилируемой конструкции (с одним вензазором /с диффузионной мембраной).
Проходной элемент, верхний воздушный канал
Поступающий воздух упирается в проходной элемент и перенаправляется в соседние пролеты обходя его. Затем воздух снова возвращается в первоначальный межстропильный пролет. Контробрешетка прерывается в области под проходным элементом и над ним. Как правило, вырезы в контробрешетке выполняются после монтажа шаговой обрешетки. Для усиления шаговой обрешетки могут быть смонтированы дополнительные рейки контробрешетки в случае использования конструкции со сплошным настилом.
Рис. 28. Верхний воздушный канал у проходного элемента; обрешетка и контробрешетка
Рис. 29. Верхний воздушный канал у проходного элемента; прерывистая контробрешетка вокруг проема
Рис. 30. Нижний воздушный канал у проходного элемента; высота поперечного бруса меньше, чем у стропильной ноги
Рис. 31. Нижний воздушный канал у проходного элемента; настил с вентиляционными проемами
Проходной элемент, нижний воздушный канал
В случае необходимости монтажа поперечной (горизонтальной) стропильной балки, ее высота должна быть меньше, чем высота стропил (рис. 30). Таким образом может быть обеспечена вентиляция нижнего воздушного зазора. Поток воздуха проходит сбоку непосредственно у проходного элемента. При этом должны быть соблюдены требования в отношении необходимой величины свободного сечения вентиляционного канала.Если проходной элемент (например, мансардное окно) блокирует целый пролет между стропилами, доски сплошного настила сверху и снизу проходного элемента могут быть удалены на 20 см и больше ширины вертикального зазора (между стропилами). Воздух може т переходить через стропила в смежный межстропильный пролет. Так как вентиляционное сечение очень мало, должны быть пропущены две, а лучше три доски настила. При использовании подкровельной пленки также следует выполнить ее вентилируемое примыкание к проему, при этом необходимо обеспечить надежную защиту вентиляционных зазоров от внешней влаги.
Слуховое окно
Для слухового окна мансардной кровли справедливо сказанное ранее для межкрышного кювета и широких проходных элементов: здесь также может быть целесообразен выбор невентилируемой конструкции (с одним вентзазором и диффузионной мембраной). Сечение боковых стропил слухового мансардного окна и верхней горизонтальной поперечины может быть меньше, чем сечение стропил. Посредством закрепления на боковых стропилах слухового мансардного окна реек обрешетки (рис. 32) можно направить / перенаправить воздух, поступающий через зазоры слухового мансардного окна, в (нормальную) плоскость кровли.
Рис. 32. Нижний воздушный зазор у слухового окна; доски обрешетки
Качественно продуманная и выполненная вентиляция подкровельного пространства является залогом долгой службы всей кровли. При этом особое внимание необходимо уделять выбору паро- гидроизоляционных материалов, их свойствам, а также качеству выполненного утепления и его толщине. На сложных кровля, в комплектации любого материала обязательно должны присутствовать элементы для дополнительной вентиляции внутреннего пространства.
Перевод: Максим НИКИФОРОВ