Stosowanie materiałów z gliny a mikroklimat wewnętrzny nowoczesnych budynków energooszczędnych

Glina jest jednym z najstarszych i najbardziej popularnych materiałów budowlanych. Obecnie szacuje się, że w budynkach z gliny zamieszkuje ponad 30% globalnej populacji. Techniki budownictwa z gliny są nieskomplikowane, energooszczędne i ekologiczne. 

W Polsce budownictwo z gliny ma bogatą tradycję. Od wieków stosowano glinę jako surowiec do budowy prostych budynków mieszkalnych, a także budynków sakralnych, pałacowych czy fortyfikacji.

Do lat 50. XX w. technologie budownictwa glinianego w Polsce intensywnie się rozwijały. Bloki mieszkalne ze ścianami z ziemi ubijanej, które wówczas powstawały, są eksploatowane do dzisiaj. W późniejszym okresie ograniczano rozwój ekologicznego budownictwa z gliny na rzecz budownictwa uprzemysłowionego.

Technologie budowania z gliny w nowoczesnym budownictwie

W nowoczesnym budownictwie ekologicznym glina ma zastosowanie zarówno jako element konstrukcyjny, jak i wykończeniowy. Jako materiał do budowania stosuje się masy ziemne najczęściej występujące na miejscu realizacji budynku.

Masy ziemne stosowane do wznoszenia ścian powinny zawierać do 30% gliny, a pozostałymi naturalnymi wypełniaczami są składniki mineralne i organiczne (np. słoma).

Podstawowym parametrem wytrzymałościowym gliny używanej do wznoszenia ścian budynków jest wytrzymałość na ściskanie. Parametr ten zależy przede wszystkim od zawartości wypełniaczy mineralnych, przy czym ważne tu są zarówno wielofrakcyjność, jak i kształt wypełniaczy.

Im większa wielofrakcyjność i większy udział kruszyw łamanych części mineralnych, tym wytrzymałość na ściskanie gliny jest większa. Wytrzymałość gliny na ściskanie, zależna od jej składu, wynosi 1,5–4,4 MPa [1].

Najczęściej stosowaną współcześnie technologią wznoszenia ścian z gliny jest technika budowania z ziemi ubijanej. Wymaga ona ziemi bardzo piaszczystej, bogatej w żwiry i otoczaki o niewielkiej zawartości gliny (10–20%).

Po wydobyciu ziemia powinna zostać przewietrzona, a następnie zagęszczona w szalunkach. Pierwszym etapem budowy jest wykonanie fundamentów takich jak w budynkach wznoszonych technologią tradycyjną.

Na warstwie hydroizolacji poziomej układa się glinę o konsystencji suchej, niekiedy z dodatkiem słomy lub innych włókien; jest ona układana w deskowaniach (analogicznych do deskowań stosowanych w konstrukcjach żelbetowych) i warstwa po warstwie ubijana (zagęszczana) [2].

Do zagęszczania mas glinianych stosuje się zagęszczarki i ubijaki mechaniczne. Przeciętna grubość ubijanej warstwy masy glinianej wynosi 40–80 cm. Mury wznoszone tą metodą są najczęściej dobrze ubite i nie wymagają tynkowania (fot. 1).

Innym materiałem na bazie gliny promowanym w nowoczesnym ekologicznym budownictwie są tynki gliniane. Obecnie produkowane są wysokiej jakości masy tynkarskie na bazie gliny jako mieszanki gotowe do stosowania. Tynki gliniane można stosować zarówno w budynkach z gliny, jak i wznoszonych z innych materiałów, w budynkach nowych i istniejących.

Asortyment (materiałowy i technologiczny) jest bogaty, dzięki czemu przy użyciu tynków glinianych można uzyskać dowolną fakturę powierzchni (od gładzi „stiuku weneckiego” przez efekty dekoracyjne po naturalną szorstkość) oraz dowolny kolor (zaleca się jednak stosowanie oferowanej przez producenta gamy kilkunastu kolorów podstawowych). Ciekawym przykładem tynku mineralnego zawierającego glinę może być tadelakt (fot. 2).

Tynki gliniane mogą znacząco poprawiać mikroklimat pomieszczeń, dlatego ze względów zdrowotnych są szczególnie zalecane do stosowania w pomieszczeniach mieszkalnych.

Stosowanie tynków glinianych jest możliwe na większości podłoży powszechnie stosowanych w budownictwie. Można je zatem aplikować na cegłach i pustakach ceramicznych, silikatowych, betonie zwykłym i komórkowym oraz na powierzchniach z gliny.

W przypadku słabego podłoża tynki gliniane układane są na siatkach podtynkowych z juty lub trzciny, czyli na materiałach całkowicie naturalnych. Dzięki znacznemu ciężarowi (15–18 kg/m² przy warstwie tynku gr. 1 cm) i dużej pojemności cieplnej tynki gliniane mogą poprawiać akumulacyjność cieplną ścian.

Właściwości fizyczne gliny

Glina, tak jak inne porowate materiały budowlane, ma właściwości sorpcji wilgoci z powietrza oraz jej oddawania, dzięki czemu może wpływać na regulowanie wilgotności względnej wewnątrz budynków. Możliwość regulacji wilgotności względnej powietrza wewnętrznego zależy nie tylko od parametrów sorpcyjnych materiałów budowlanych zastosowanych w pomieszczeniach, ale przede wszystkim od szybkości, z jaką dany materiał może pochłaniać czy oddać wilgoć z i do otoczenia.

Glina, w porównaniu z innymi materiałami budowlanymi, nie tylko ma bardzo dobre właściwości sorpcyjne, lecz także może bardzo szybko pochłaniać wilgoć z otoczenia (rys. 1).

W ciągu 48 godz. warstwa gliny ilastej gr. 15 mm przy zmianie wilgotności względnej z 50% do 80% i przy temp. 21°C może zaabsorbować 300 g wody na 1 m² (rys. 2).

Zgodnie z badaniami opublikowanymi w „Das neue Lehmbau-Handbuch. Baustoffkunde, Konstruktionen, Lehmarchitektur” [2] w przypadku masywnych przegród glinianych przez pierwsze 24 godz. przyrost wilgotności warstw obserwowany jest jedynie na wierzchnich warstwach przegród gr. 2 cm.

Wynika z tego, że tak grubość warstwy glinianej w postaci tynku może poprawiać stabilność wilgotności względnej w pomieszczeniach. Na podstawie badań [2] stwierdzono również, że malowanie powierzchni glinianych w przypadku odpowiedniego doboru farb praktycznie nie zmienia właściwości sorpcyjnych przegród.

Farby wapienne, farby klejowe oraz malowanie kazeinowe jedynie w nieznacznym stopniu opóźniają absorpcję wilgoci testowanego tynku glinianego. Farba dyspersyjna na bazie sztucznej żywicy zmniejszyła wchłanianie wilgoci po 2 dniach o ok. 13%, dwie warstwy farby lateksowej – o 38%, a pojedyncza warstwa farby z oleju lnianego – nawet o 50%.

Kolejną ważną cechą materiałów stosowanych do wznoszenia ścian jest ich pojemność cieplna. Pojemność cieplna przegrody budowlanej to zdolność akumulowania ciepła przez określony czas w celu wykorzystania go w okresie późniejszym. Zależy ona głównie od masy przegrody oraz od materiału, z jakiego jest wykonana. Właściwa pojemność cieplna jest iloczynem gęstości objętościowej i ciepła właściwego materiału.

Pojemność cieplną typowych materiałów budowlanych obliczoną na podstawie danych opublikowanych w pracy „Budownictwo ogólne” [3] przedstawiono na rys. 3.

Podstawowe właściwości fizyczne gliny i innych materiałów tradycyjnie stosowanych do budowy ścian zestawiono w tabeli.

Zastosowanie ścian glinianych w budownictwie energooszczędnym

W nowoczesnych budynkach o niskim zapotrzebowaniu na energię podstawowym problemem jest zapewnienie dobrego mikroklimatu wewnętrznego. W takich budynkach stosowana jest najczęściej mechaniczna wentylacja regulująca dopływ świeżego powietrza do wnętrza.

W okresie zimowym w pomieszczeniach mieszkalnych obserwuje się wilgotność względną powietrza nawet poniżej 30% przy temp. zbliżonej do 21°C. Tak niska wilgotność względna powietrza obniża komfort użytkowania pomieszczeń, a także może niekorzystnie oddziaływać na zdrowie.

Jednym ze sposobów zapewnienia komfortowej wilgotności względnej może być zastosowanie w niskoenergetycznych budynkach mieszkalnych ścian glinianych. Takie ściany ze względu na właściwości sorpcyjne mogą szybko akumulować wilgoć z otoczenia i w okresach suchych być naturalnym regulatorem jakości powietrza wewnętrznego.

Równocześnie masywne ściany w okresie letnim wolniej się nagrzewają i dlatego zapewniają korzystny klimat wewnętrzny w budynkach [5]. Przykładowe wyniki badań klimatu wewnętrznego w okresie letnim (od 8.09.2012 do 16.09.2012) w budynku z gliny pokazano na rys. 4, 5 i 6.

W budynkach energooszczędnych i pasywnych ściany zewnętrzne powinny zapewniać wysoką izolacyjność cieplną – wartość współczynnika przenikania ciepła U powinna wynosić od 0,20 do 0,10 W/(m²·K) [6].

Glina stanowiąca materiał warstwy konstrukcyjnej ścian ze względu na wysoką wartość współczynnika przewodzenia ciepła (tabela) wymaga zastosowania warstw izolacji termicznej w celu zapewnienia odpowiedniej ciepłochronności przegród. Dodatkowo ze względu na niski opór dyfuzyjny warstw gliny termoizolację stosowaną na ścianach zewnętrznych należy dobierać spośród materiałów o strukturze dyfuzyjnie otwartej.

Ze względu na dobre parametry wytrzymałościowe gliny do warstwy konstrukcyjnej można mocować warstwy termoizolacji w technologii zbliżonej do systemowych rozwiązań ETICS. Trwałość takiego rozwiązania została sprawdzona podczas realizacji budynku firmy Formes kilkanaście lat temu w Zielonkach k. Krakowa (fot. 3).

Przykładowe rozwiązania ścian zewnętrznych z gliny o wartości współczynnika przenikania ciepła niższej niż 0,15 W/(m²·K) pokazano na rys. 7–9.

Podsumowanie

Ściany z gliny stanowią ciekawe rozwiązanie materiałowe w nowoczesnym budownictwie energooszczędnym. Mogą one poprawiać zarówno estetykę wnętrza, jak i klimat wewnętrzny budynków.

Glina jako materiał naturalny doskonale wpisuje się w nurt budownictwa ekologicznego i w powiązaniu z nowoczesnymi materiałami izolacyjnymi może być z powodzeniem stosowana w budownictwie jako alternatywa dla przemysłowo produkowanych materiałów murowych.

* Wartość współczynnika oporu dyfuzyjnego według „Das neue Lehmbau-Handbuch. Baustoffkunde, Konstruktionen, Lehmarchitektur” [2]

Prezentowane badania zostały przeprowadzone w ramach tematu nr L-1/219/DS/2012 sfinansowanego z dotacji na naukę przyznanej przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego oraz tematów L-1/502/2012 i MARR/1671/2012/DZPP sfinansowanych przez Małopolską Agencję Rozwoju Regionalnego S.A.

Literatura

1. T. Kelm, D. Długosz-Nowicka, „Budownictwo z surowej ziemi. Idea i realizacja”, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2011.
2. G. Minke, „Das neue Lehmbau-Handbuch. Baustoffkunde, Konstruktionen, Lehmarchitektur”, Ökobuch Verlag, Staufen by Freiburg 2001.
3. P. Klemm, „Budownictwo ogólne”, Tom II, „Fizyka budowli”, Arkady, Warszawa 2007.
4. PN-EN 12524:2003, „Materiały i wyroby budowlane. Właściwości cieplno-wilgotnościowe. Tabelaryczne wartości obliczeniowe”.
5. M. Kucypera, H. Nowak, „Modelowanie energetycznego bilansu domu jednorodzinnego z pasywnym systemem słonecznych zysków bezpośrednich”, „Energia i Budynek”, nr 7–8/2009, s. 28–34.
6. M. Grudzińska, „Ściany zewnętrzne w budynkach o obniżonym zapotrzebowaniu na energię”, „IZOLACJE”, nr 3/2012, s. 18–23.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!