Rozwiązania konstrukcyjne lekkiej obudowy termoizolacyjnej stosowane w przechowalniach, chłodniach i mroźniach

Konieczność sztucznego utrzymania odpowiednich temperatur, wilgotności oraz mieszanki gazowej we wnętrzach przechowalni, chłodni i mroźni wymusza użycie do konstruowania tych obiektów materiałów budowlanych charakteryzujących się przede wszystkim odpowiednim poziomem izolacyjności termicznej oraz szczelności gazowej.

W ciągu ostatnich 40 lat na rynku materiałów budowlanych wykształcił się produkt, który spełnia te wymagania. Jest to płyta warstwowa w okładzinach z blach powlekanych z rdzeniem z materiału termoizolacyjnego.

Charakterystyka płyty warstwowej

Płyty warstwowe występujące w obecnej formie znane są w Polsce już od ponad 30 lat, głównie za sprawą Przedsiębiorstwa „Metalplast” z Obornik Wielkopolskich i pionierskiego produktu – płyty PW8/B.

Ze względu na tego pierwszego producenta bardzo często płytę warstwową nazywa się „płytą obornicką”. Gwałtowny rozwój płyt warstwowych i rozpowszechnianie się ich zastosowania nastąpiły w Polsce po 1990 r.

Płyta warstwowa jest produktem dość elastycznym, ponieważ pozwala na dostosowanie swojej struktury do przeznaczenia czy też do wymaganych parametrów techniczno-użytkowych. Płyta może występować w różnych rodzajach okładzin metalowych, a także z różnymi rodzajami rdzenia termoizolacyjnego, co sprawia, że produkt ten znajduje zastosowanie we wszelkiego rodzaju obiektach budowlanych.

Z technicznego punktu widzenia płyty warstwowe są zdefiniowane i opisane w polskich normach. W latach 80. ubiegłego stulecia powstała jedna z pierwszych na świecie norm opisujących płyty warstwowe – PN-84/B-03230 [1]. Została ona zastąpiona przez normę PN-EN 14509:2010 [2] po wejściu Polski do Wspólnoty Europejskiej.

Norma ta podaje definicję oraz szczegółową specyfikację materiałową płyt warstwowych.

Podstawowy podział płyt warstwowych oparty jest na kryterium zastosowania oraz rodzaju rdzenia izolacyjnego. Tak więc w przypadku pierwszego kryterium wyróżnia się płyty:

• dachowe,
• ścienne elewacyjne (zewnętrzne),
• do zabudowy wewnętrznej – ścienne i sufitowe.

Według kryterium rdzenia termoizolacyjnego najbardziej powszechne rodzaje to płyty z rdzeniem z:

• wełny mineralnej,
• polistyrenu ekspandowanego (EPS-u), popularnie nazywanego styropianem,
• pianki poliuretanowej (PUR-u) oraz poliizocyjanurowej (PIR-u).

Na rynku występują także inne rodzaje rdzenia termoizolacyjnego, takie jak pianki fenolowe (PF), styropian ekstrudowany (XPS) czy szkło piankowe (CS), jednak ich popularność jest bardzo ograniczona z powodów ekonomicznych.

Zastosowanie trwałego połączenia okładzin metalowych o wysokich parametrach wytrzymałościowych z rdzeniem termoizolacyjnym, którego charakterystyka wytrzymałościowa jest o rząd wielkości niższa od okładzin, powoduje uzyskanie efektu kompozytowego, dzięki czemu produkt końcowy osiąga parametry znacznie lepsze niż każdy z komponentów osobno.

Efekt kompozytowy oraz właściwości techniczno-użytkowe okładzin i rdzenia izolacyjnego sprawiają, że płyty warstwowe są podstawowym produktem do wykonywania lekkiej obudowy obiektów o kontrolowanej atmosferze. Wpływają na to również zalety montażowe.

Płyty warstwowe są elementami prefabrykowanymi, które w połączeniu z małą masą jednostkową, modularnymi rozmiarami oraz ukształtowaniem złączy typu pióro–wpust pozwalają na znaczące skrócenie prac montażowych przy zachowaniu wysokiego poziomu jakości prac.

Charakterystyka obiektów przechowalniczych, chłodniczych i mroźniczych

Do rodziny obiektów o kontrolowanej atmosferze należą głównie te, w których produkuje się, przetwarza lub magazynuje artykuły spożywcze. W artykule zostaną scharakteryzowane te, które służą do magazynowania i przechowywania płodów roślinnych oraz ryb, mięsa i jego przetworów.

Przechowalnie

Przechowalnie można zdefiniować jako chłodnie, czyli obiekty o temp. wewnętrznej pomiędzy 0°C a 10°C, gdzie dodatkowo utrzymywany jest odpowiedni poziom wilgotności powietrza i odpowiedni skład gazowy powietrza. Przechowalnie są głównie obiektami do krótko- i długoterminowego przechowywania owoców i warzyw przeznaczonych przede wszystkim do spożycia.

Panujące w nich warunki wilgotnościowe i odpowiedni skład gazowy powietrza (chodzi tu o obniżenie zawartości tlenu) mają za zadanie maksymalnie opóźnić proces dojrzewania owoców i warzyw lub, jak w przypadku ziemniaków czy marchwi, podtrzymać maksymalnie długo świeżość.

Należy tutaj zaznaczyć, że każdy z gatunków owoców i warzyw ma swoje indywidualne warunki przechowywania. Stąd też, oprócz sprawnie działającej obudowy przechowalni, kluczową rolę spełniają systemy podtrzymujące wilgotność i skład gazowy atmosfery. W literaturze fachowej ten typ obiektów często jest określany jako obiekty ULO – „Ultra Low Oxygen” – lub żargonowo jako komory gazoszczelne.

Chłodnie

Ten typ obiektów charakteryzuje temp. wewnętrzna, która jest utrzymywana w przedziale od 0°C do 10°C. Ten typ obiektu ma naturalną atmosferę wewnętrzną i w większości wypadków służy do krótkoterminowego przechowywania produktów spożywczych. Bardzo często chłodnie są obiektami dystrybucji i sortowania wszelkiego asortymentu artykułów spożywczych.

Mroźnie

Jak sama nazwa sugeruje, są to obiekty, w których temp. wewnętrzna utrzymywana jest poniżej 0°C. W tego typu obiektach nie występują dodatkowe uwarunkowania związane ze składem mieszanki gazowej. Produkty przechowywane są w naturalnej atmosferze.

W zależności od poziomu temp. wewnętrznej można wydzielić typy mroźni [3] o temp.:

• poniżej –25°C – są to obiekty do długoterminowego przechowywania mięsa, ryb, owoców i wstępnie obrobionych artykułów spożywczych (np. lodów, kotletów itp.),
• ok. –18°C – są to obiekty do krótkoterminowego przechowywania mięsa i wstępnie obrobionych artykułów spożywczych,
• od 0°C do –10°C – są to obiekty do przechowywania świeżego mięsa (do dalszej przeróbki), wstępnego schładzania mięsa oraz do długoterminowego przechowywania owoców i warzyw nieprzetworzonych.

Wymagania dotyczące obiektów o atmosferze kontrolowanej

Obiekty o atmosferze kontrolowanej w podstawowym zakresie podlegają ogólnym przepisom Prawa budowlanego [4] oraz rozporządzenia w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [5].

Ponieważ są to w większości obiekty rolnicze, podlegają również wymaganiom rozporządzenia w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budowle rolnicze i ich usytuowanie [6].

W Prawie budowlanym [4] znajdują się tzw. wymagania podstawowe, które muszą spełniać wszystkie obiekty budowlane, a mianowicie:

• bezpieczeństwa konstrukcji,
• bezpieczeństwa pożarowego,
• bezpieczeństwa użytkowania,
• odpowiednich warunków higienicznych i zdrowotnych oraz ochrony środowiska,
• ochrony przed hałasem i drganiami,
• oszczędności energii i odpowiedniej izolacyjności cieplnej przegród.

Na podstawie charakterystyki obiektów przechowalniczych, chłodniczych i mroźniczych oraz wymienionych wymagań podstawowych można sformułować wymagania szczegółowe dotyczące obiektów o atmosferze kontrolowanej (według wagi kryteriów w kształtowaniu lekkiej obudowy):

• izolacyjność termiczna uwzględniająca specyficzne temperatury wewnętrzne,
• wytrzymałość elementów w odniesieniu do zadeklarowanych obciążeń oraz uwzględniająca obciążenie temperaturą elementów lekkiej obudowy,
• odporność na przenikanie wilgoci (paroszczelność),
• zapewnienie szczelności gazowej,
• trwałość lekkiej obudowy w kontekście parametrów użytkowych,
• utrzymanie wysokiej higieny, w tym łatwość czyszczenia, mycia i dezynfekcji,
• odporność pożarowa,
• izolacyjność akustyczna lekkiej obudowy.

Należy zaznaczyć, że są to kryteria techniczno-użytkowe. W życiu codziennym pojawiają się jeszcze wymagania ekonomiczne, które często dość poważnie utrudniają odpowiednie zaprojektowanie obudowy z punktu widzenia techniczno-użytkowego.

Spełnienie wymagań a rozwiązania konstrukcyjne

Izolacyjność termiczna

Jest jedną z podstawowych charakterystyk obudowy obiektów o atmosferze kontrolowanej. Kryterium to zarówno decyduje o rozwiązaniu lekkiej obudowy, a także o grubości obudowy.

Istotna jest zasada ciągłości rdzenia izolacyjnego. Dotyczy ona ogólnego rozwiązania lekkiej obudowy oraz odpowiedniego kształtowania szczegółów konstrukcyjnych. To zasada jest odpowiedzialna za zasadniczą różnicę między układem mroźni a chłodni i przechowalni.

Temp. poniżej 0°C w mroźniach wymagają ciągłego połączenia izolacji termicznej ścian i sufitów z posadzką. Chodzi o wytworzenie swego rodzaju „termosu”. Płyty obudowy ścian zostają obniżone i zatopione w posadzce po uprzednim połączeniu z izolacją posadzki (rys. 1). W obiektach chłodniczych i przechowalniczych płyty ścienne montowane są bezpośrednio na posadzce bez konieczności połączenia z jej izolacją.

Zasada ciągłości wymusza eliminację wszelkiego rodzaju mostków cieplnych, które powstają we wszelkiego rodzaju narożnikach. Klasyczne połączenie płyt warstwowych w narożniku sprawia, że okładzina wewnętrzna jednej z płyt „przechodzi” na stronę zewnętrzną. W obiektach o temperaturze kontrolowanej takie sytuacje są eliminowane. W tym celu w szczegółach narożników stosuje się 2 rozwiązania:

• usuwa się lokalnie okładzinę metalową z powierzchni styku-przejścia i tworzy bezpośredni kontakt (ciągłość) izolacji termicznej (rys. 1) w miejscu styku płyt ściennych z izolacją posadzki
• lub tworzy się połączenia schodkowe, które dodatkowo osłabiają lokalne mostki termiczne (rys. 2).

Wieloletnia praktyka spowodowała, że rozwiązania z usuwaniem okładzin stosuje się zazwyczaj w chłodniach i przechowalniach, a połączenia schodkowe są cechą charakterystyczną szczegółów konstrukcyjnych mroźni.

Konieczność eliminacji mostków termicznych znalazła swoje odzwierciedlenie w charakterystycznym kształcie złącza chłodniczych płyt warstwowych. Połączenie na pióro–wpust jest także formowane w obszarze rdzenia izolacyjnego.

Kształt i forma są bardzo różne – z reguły każdy producent płyt chłodniczych ma wypracowaną własną geometrię, która odróżnia dany typ płyt od innych, ale cel jest jeden – osłabić liniowy mostek termiczny na zamku płyt. Na rys. 3 przedstawiono kilka przykładów kształtów złącza płyt chłodniczych.

Na podstawie tego kryterium dokonuje się pierwszego wyboru dotyczącego rodzaju rdzenia termoizolacyjnego płyt warstwowych. Z uwagi na właściwości cieplne materiałem pierwszego wyboru jest pianka poliuretanowa lub poliizocyjanurowa.

Wynika to z tego, że pianki PUR/PIR mają jedne z najniższych wartości współczynnika przewodzenia ciepła wśród materiałów termoizolacyjnych, wynoszące od 0,020 W/(m²·K) do 0,023 W/(m²·K).

Dodatkowym argumentem za wyborem tych materiałów izolacyjnych jest ich struktura. Są to pianki o zamkniętych porach, co powoduje, że są odporne na zawilgocenie. Może ono występować jedynie na powierzchniach ciętych (końcach płyt), gdzie zamknięta struktura została naruszona mechanicznie.

Określenie odpowiedniej grubości płyt warstwowych odbywa się na zasadzie analizy różnicy temperatur panujących na danej przegrodzie (suficie lub ścianie).

Międzynarodowa organizacja zrzeszająca inżynierów zajmujących się projektowaniem i wznoszeniem obiektów chłodniczych – IACSC (International Association for Cold Storage Construction), w swojej publikacji „Design, Construction, Specification and Fire Management…” [3] podaje proste kryterium właściwego doboru izolacji termicznej.

Na podstawie wieloletniej praktyki i obserwacji funkcjonowania tego typu obiektów stowarzyszenie ustaliło, że minimalna grubość izolacji termicznej powinna być tak dobrana, aby strumień ciepła powodowany różnicą temperatur na przegrodzie nie był większy niż 10 W/m2. W praktyce sprowadza się to do prostego równania:

gdzie:

Φ – strumień ciepła przechodzący przez przegrodę,

T_e – temperatura na zewnątrz przegrody (pomieszczenia),

T_i – temperatura wewnątrz przegrody (pomieszczenia),

U – współczynnik przenikania ciepła płyty warstwowej o grubości d [m] i współczynniku przenikania ciepła λ [W/(m²·K)].

Po przekształceniu równania (1) otrzymamy nierówność (2) określającą minimalną grubość izolacji termicznej:

W praktyce obliczenia nie są konieczne, gdyż producenci płyt warstwowych oferują gotowe tabele doboru płyt warstwowych w zależności od różnicy temperatur.

Wytrzymałość konstrukcyjna

Płyta warstwowa dzięki właściwościom kompozytowym jest zdolna do przenoszenia obciążeń zewnętrznych oddziałujących na obiekt. Oddziaływania w postaci odpowiednich reakcji przekazywane są za pośrednictwem podkonstrukcji wsporczych (płatwi lub rygli) na konstrukcję główną obiektu.

Należy tutaj podkreślić, iż płyty warstwowe w znaczącej większości zastosowań wymagają mocowania do konstrukcji wsporczej. W przypadku elementów obudowy zewnętrznej jest to warunek konieczny, natomiast w przypadku zabudowy wewnętrznej, w zależności od występujących obciążeń i rozmiarów pomieszczeń, istnieje możliwość zaprojektowania i wykonania poszycia jako obudowy niezależnej od konstrukcji wsporczej.

Jedynie chłodnie wykonywane są w systemie obudowy jednopłaszczowej, zewnętrznej. Mroźnie oraz przechowalnie ze względu na specyfikę pracy – występujące temperatury oraz konieczność kontrolowania składu i wilgotności atmosfery – są projektowane jako obudowy z tropikiem pełnym („box-in-box” – puszka w puszce) lub częściowym (dach i pas podokapowy) (rys. 4–6).

Chłodnie

Projektowane są i wymiarowane identycznie jak standardowe lekkie obudowy obiektów z płyt warstwowych. W wymiarowaniu dokonuje się analizy elementów ściennych i dachowych – rozpatruje się odpowiednie kombinacje obciążeń zewnętrznych oraz ustalone temperatury wewnętrzne. Szczegółowa procedura obliczeniowa podana jest w normie PN-EN 14509:2010 [2].

W praktyce nie wykonuje się indywidualnych obliczeń dotyczących płyt ściennych czy dachowych – projektowanie opiera się na wykorzystaniu tabel nośności i obciążenia. Producenci płyt warstwowych opracowują te tabele dla każdego rodzaju płyt warstwowych.

Uwzględniają w nich wpływy obciążeń zewnętrznych i panujących warunków wewnętrznych w odniesieniu do standardowych obiektów przemysłowych czy użyteczności publicznej.

Mroźnie i przechowalnie

W tego typu obiektach większość rozwiązań zakłada układ konstrukcyjny z tropikiem, a zatem wpływ podstawowych obciążeń zewnętrznych przejmowany jest przez płaszcz zewnętrzny. Wewnętrzna obudowa mroźni czy przechowalni podlega więc jedynie obciążeniom wewnętrznym – w tym wypadku temperatury i różnicy ciśnień.

Struktura płyt warstwowych powoduje, że elementy te – z punktu widzenia statyki – są podatne na zmiany temperatury, a w szczególności na różnice temperatur. Okładziny metalowe wystawione na działanie różnicy temperatur (na stronie wewnętrznej i zewnętrznej) powodują odkształcenia płyt warstwowych, a także powstanie dodatkowych sił wewnętrznych w przypadkach układów wieloprzęsłowych.

Uwzględnienie różnicy temperatur ma znaczenie szczególnie przy długościach płyt warstwowych większych niż 5–6 m. Pod wpływem temperatury następują przemieszczenia, które mogą doprowadzić do lokalnych rozszczelnień, co w przypadku obiektów o atmosferze kontrolowanej jest niedopuszczalne.

Szczegółowa procedura wyznaczania odkształceń oraz sił wewnętrznych generowanych przez różnicę temperatur jest podana w normie PN-EN 14509:2010 [2]. W przypadku maksymalnych dopuszczalnych odkształceń przyjmuje się dla płyt warstwowych warunek L/200, zarówno dla elementów ściennych, jak i sufitowych.

Różnice ciśnień oddziałujące na zabudowy wewnętrzne mogą być skutkiem działania urządzeń podtrzymujących określony skład mieszanki gazowej lub zmianami temperatury. W wypadku urządzeń kontrolujących atmosferę wewnętrzną oddziaływanie na obudowę jest niewielkie, gdyż systemy te głównie starają się utrzymać ciśnienie na poziomie ciśnienia atmosferycznego – zatem żadna znacząca różnica ciśnień nie występuje.

Pomimo tego w pracach projektowych przechowalni zaleca się przyjmować do obliczeń wartość ciśnienia (podciśnienia) wewnętrznego na poziomie 0,25 kPa, aby w trakcie użytkowania obudowa była w stanie poprawnie funkcjonować.

Dużo bardziej niebezpieczne są różnice ciśnień pojawiające się przy różnicy temperatur. Sytuacja ta ma miejsce podczas procesu schładzania komór, w szczególności mroźniczych. Zgodnie z prawami termodynamiki, przy schładzaniu zamkniętej objętości powietrza nastąpi spadek ciśnienia (równanie Clapeyrona).

Jak wspomniano, sytuacja ta ma może mieć miejsce jedynie w okresie schładzania komór. A ponieważ proces schładzania komór jest bardzo ważnym etapem w pracy urządzeń chłodniczych, inżynierowie chłodnicy z reguły podają dokładną procedurę procesu schładzania, m.in. po to, aby uniknąć efektu powstania podciśnienia.

W praktyce w celu zabezpieczenia obudowy mroźni przed nieprzewidzianymi skutkami procesu schładzania montuje się specjalne zawory dekompresyjne w obudowie mroźni. Mają one za zadanie wyrównywanie ciśnienia w komorach, jeżeli zostanie przekroczony ustalony poziom bezpieczeństwa.

W projektowaniu obudowy mroźniczej nie uwzględnia się podciśnień pochodzących z fazy schładzania ze względu na podejmowane środki ostrożności ze strony branży chłodniczej. Należy jednak wspomnieć, że odnotowano wiele awarii obudowy komór mroźniczych z powodu lekkomyślnego podejścia do fazy schładzania obiektu.

W kontekście obudowy z tropikiem należy wskazać jeszcze jedno ważne zagadnienie związane z ogólną konstrukcją obudowy, odnoszące się do sposobu mocowania (podparcia) płyt sufitowych. Jak przedstawiono na rys. 4–6, większość elementów sufitowych jest mocowana (podwieszana) do konstrukcji głównej dachu obiektu.

W tak przyjętym schemacie należy zawsze przeanalizować wpływ ugięć konstrukcji głównej na elementy sufitowe. Jest to szczególnie istotne zagadnienie w wypadku sufitów podwieszonych o dużych rozpiętościach, gdzie np. płyty sufitowe łączone są z kilku elementów, aby przekryć całą rozpiętość komory.

Odkształcenia dźwigarów dachowych przenoszone są za pośrednictwem podwieszeń na elementy sufitowe obudowy komór. W przypadku dźwigarów o dużych rozpiętościach ugięcia te niejednokrotnie mogą spowodować rozszczelnienie styków płyt oraz detali połączeń.

Dlatego podczas prac projektowych należy szczegółowo przeanalizować systemy podwieszania sufitów komór i w sytuacjach ryzykownych zastosować zamiast podwieszeń pionowych system odciągów ukośnych, które będą zamocowane do dźwigarów w miejscach mniejszych ugięć.

Należy też wspomnieć, iż płyty warstwowe umożliwiają również budowę komór wewnętrznych w układzie samonośnym. Są to pomieszczenia wewnątrz większych obiektów lub budynków, które nie mają konstrukcji wsporczej ani nie są do niej zamocowane.

Integralność całej obudowy jest zapewniona albo przez wytrzymałość samych płyt warstwowych, które są odpowiednio połączone i zastosowano odpowiednie detale połączeń konstrukcyjnych, lub przez tzw. zamki hakowe („cam-lock”), które zatopione są w krawędziach płyt warstwowych i po złożeniu w sposób mechaniczny zapewniają połączenia między płytami.

Najczęściej rozwiązania te są dostępne na rynku w postaci gotowych typoszeregów komór, które można odpowiednio dobrać do swoich potrzeb. Tego typu rozwiązania najczęściej znajdują zastosowanie w gastronomii; są to po prostu dużych rozmiarów lodówki lub zamrażalki.

Odporność na przenikanie wilgoci

Z punktu widzenia przenikania wilgoci okładziny metalowe stanowią barierę nieprzepuszczalną. Zapewnienie odporności na przenikanie wilgoci koncentruje się zatem na odpowiednim zabezpieczeniu zamków płyt warstwowych oraz poszczególnych szczegółów konstrukcyjnych – naroży (ściana–ściana, ściana–sufit, ściana–posadzka), przejść instalacyjnych oraz styków z innymi elementami obudowy (drzwiami, bramami, oknami itp.).

Połączenie pióro–wpust w obrębie złącza nie jest w stanie zapewnić 100-proc. szczelności na przenikanie wilgoci, ale daje możliwość zaaplikowania dodatkowych środków uszczelniających w postaci plastycznych mas poliuretanowych czy butylowych. Rys. 7 ilustruje typowy przekrój przez złącze (zamek) płyty warstwowej chłodniczej z zaznaczonymi miejscami aplikacji mas uszczelniających.

W większości wypadków masy są aplikowane podczas prac montażowych – z reguły jest to szczegółowo opisane w instrukcjach montażowych z wyszczególnieniem konkretnych typów mas. Są także dostępne rozwiązania z fabrycznie zaaplikowanymi w gniazdach zamków uszczelkami, które gwarantują osiągnięcie pożądanej szczelności.

W wypadku konkretnych szczegółów konstrukcyjnych odpowiedni poziom szczelności jest uzyskiwany w trzech etapach (rys. 8):

• etap 1 – wypełnienie styku płyt pianką poliuretanową (montażową, niskorozprężną);
• etap 2 – zabezpieczenie styku od strony zewnętrznej membraną paroizolacyjną; najczęściej stosuje się pasy folii aluminiowej na podłożu bitumicznym lub butylowym;
• etap 3 – uszczelnienie styków obróbek blacharskich z okładzinami płyt. W tym wypadku ponownie korzysta się z mas butylowych lub poliuretanowych.

Należy zaznaczyć, że w wypadku obiektów mroźniczych oraz przechowalniczych realizuje się wszystkie trzy etapy zapewnienia szczelności detali konstrukcyjnych, natomiast w wypadku chłodni wystarczy wykonanie etapu 1 oraz 3.

Zapewnienie szczelności gazowej

Sztucznie utrzymywany skład gazowy atmosfery wewnętrznej wymusza konstruowanie obudowy o 100-proc. szczelności gazowej. Szczelność gazową osiąga się dzięki zastosowaniu identycznych rozwiązań jak przy uzyskiwaniu odporności na przenikanie wilgoci.

W praktyce przy konstruowaniu komór gazoszczelnych dodatkowo stosuje się aplikację taśm gazoszczelnych na wszystkich złączach płyt oraz pokrywa nimi wszystkie inne detale połączeń (narożniki, styki, przejścia) (rys. 9).

Typowe taśmy gazoszczelne to wstęgi folii aluminiowej na podłożu butylowym. W praktyce często zamiast stosowania taśm aluminiowych wykonuje się na stykach i złączach powłoki z masy poliuretanowej.

Trwałość obudowy

Jak wcześniej wspomniano, środowisk wewnętrznych przechowalni, chłodni i mroźni nie klasyfikuje się jako agresywne. Jedynym szkodliwym czynnikiem jest wysoka wilgotność w chłodniach i przechowalniach. Sztuczna atmosfera podtrzymywana w celu przechowywania owoców i warzyw (mieszanka gazowa) nawet w połączeniu z wysoką wilgotnością nie stanowi jednak szczególnego zagrożenia dla trwałości płyt warstwowych.

Ponieważ płyty warstwowe składają się z różnych materiałów, trwałość płyty jako całości zależy od trwałości najsłabszego ogniwa systemu. W tym wypadku najsłabszym ogniwem są powłoki metalowe. Okładziny metalowe to niemal zawsze blachy stalowe, powlekane ogniowo powłokami metalicznymi w sposób ciągły i powlekane lakierami organicznymi.

Stosowane powłoki metaliczne to najczęściej powłoki cynkowe (Z), cynkowo-aluminiowe (ZA) lub aluminiowo-cynkowe (AZ). Na rynku dostępne są również inne powłoki metaliczne, jednakże stanowią one mniejszy udział w produkcji płyt warstwowych. Dokładne specyfikacje techniczne oraz warunki dostawy opisane są w odpowiednich polskich normach.

W wypadku powłok organicznych najczęściej stosowane to powłoki naniesione w sposób ciągły metodą „coil-coating”: poliestrowe (SP/PES), z polifluorku winylidenu (PVDF), poliuretanowe (PUR) oraz z modyfikowanego polichlorku winylu (PVC). W przypadku modyfikowanego PVC bardzo powszechnie stosowany jest laminat z tej powłoki (PVC-F) przeznaczony tylko do zastosowań wewnętrznych, potocznie nazywany „Food-safe”.

Przedstawione warianty ochrony antykorozyjnej blach stalowych, jeżeli są wykonane zgodnie z wymaganiami minimalnymi określonymi dla powłok metalicznych w normie PN-EN 508-1:2010 [7] i jeżeli w połączeniu z dowolną powłoką organiczną mają kategorię odporności korozyjnej (jako całość: blacha stalowa + powłoka metaliczna + powłoka organiczna) co najmniej RC3 według PN-EN 10169-2:2008 [8], stanowią wystarczającą gwarancję trwałości płyt warstwowych w lekkiej obudowie obiektów z kontrolowaną atmosferą wewnętrzną.

Przy obudowie jednopłaszczowej (chłodnie) należy jeszcze dodatkowo odpowiednio wyspecyfikować rodzaj ochrony blach stalowych w odniesieniu do strony zewnętrznej paneli. W tym celu stosuje się procedurę opartą na klasyfikacji korozyjnej środowisk zgodnie z normą PN-EN ISO 12944-2:2001 [9] i odpowiadających jej kategoriom powłok według PN-EN 10169-2:2008 [8].

Standardowo określa się żywotność lekkiej obudowy z płyt warstwowych na poziomie od 30 do 40 lat. Przedstawiona metoda doboru ochrony okładzin stalowych gwarantuje spełnienie tego warunku z punktu widzenia korozji chemicznej i fizycznej. W szczególności obiekty rolnicze narażone są na korozję biologiczną, do której należy zaliczyć degradację elementów lekkiej obudowy na skutek obecności insektów lub gryzoni oraz rozwoju grzybów i pleśni.

Działalność insektów oraz gryzoni jest jedynie niebezpieczna dla płyt warstwowych z rdzeniem styropianowym, dlatego płyty warstwowe z tym rdzeniem znajdują coraz mniej zastosowań. Rozwój grzybów i pleśni ma charakter tymczasowy i jest stosunkowo nieszkodliwy dla płyt warstwowych – stanowi jedynie zagrożenie higieny wewnętrznej obiektu, którą można w łatwy sposób kontrolować dzięki myciu i dezynfekcji.

Higiena

W obiektach przechowalniczych wymagania higieniczne nie są tak restrykcyjne jak w obiektach i pomieszczeniach przetwórstwa lub produkcji żywności.

Spełnienie kryteriów higienicznych jest możliwe dzięki zastosowaniu:

• płyt warstwowych o odpowiednim kształcie powierzchni (przeprofilowaniu), które nie będzie sprzyjało akumulacji brudu i kurzu, a także będzie łatwe do zmywania oraz dezynfekcji,
• odpowiednich powłok organicznych, które są neutralne, nie powodują wydzielania żadnych szkodliwych substancji, a także są wystarczająco odporne na zabiegi zmywania i dezynfekcji.

W praktyce stosuje się płyty warstwowe o okładzinach płaskich lub lekko profilowanych, gdzie głębokość przetłoczeń nie przekracza 3 mm. Powłoki organiczne: poliestrowe, z polifluorku winylidenu, poliuretanowe oraz z modyfikowanego polichlorku winylu (PVC) są bezpieczne higienicznie, stabilne chemicznie i nie wydzielają żadnych szkodliwych substancji. Dodatkowo są obojętne na stosowane środki czystości i dezynfekcji.

Odporność pożarowa

Odporność pożarowa obiektów przechowalni, chłodni i mroźni jest uzyskiwana zgodnie z zasadami zawartymi w rozporządzeniu w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [5].

Klasyfikacja wynikająca z przepisów Prawa budowlanego [4] narzuca na elementy lekkiej obudowy obowiązek posiadania klasyfikacji NRO (nierozprzestrzeniający ognia).

W zależności od innych pomieszczeń oraz układu całego obiektu mogą pojawić się dodatkowe wymagania dotyczące odporności ogniowej przegród (ścian lub/i sufitów). W tym wypadku płyty warstwowe muszą mieć odpowiednią klasyfikację ogniową potwierdzającą wymaganą odporność ogniową.

Praktyka dowodzi, że w wypadku płyt warstwowych klasyfikacja NRO jest zapewniona, natomiast odporność ogniowa zależy od rodzaju rdzenia izolującego. Najlepsze parametry ogniowe mają oczywiście płyty warstwowe z rdzeniem z wełny mineralnej, jednakże ich popularność wśród obiektów o atmosferze kontrolowanej jest bardzo ograniczona.

Natomiast płyty z wypełnieniem z pianki PUR lub PIR spełniają parametry ogniowe na poziomie wystarczającym do stosowania ich jako elementy obudowy przechowalni, chłodni oraz mroźni. W wypadku płyt z rdzeniem ze spienionego polistyrenu (EPS-u) osiągnięcie wymaganych klasyfikacji ogniowych często jest niemożliwe.

Izolacyjność akustyczna

Przechowalnie, chłodnie oraz mroźnie to w ujęciu przepisów Prawa budowlanego [4] obiekty magazynowe, których oddziaływanie w zakresie hałasu i drgań jest wręcz nieodczuwalne. Stąd też tego rodzaju obiektom w zasadzie nie stawia się żadnych wymagań dotyczących izolacyjności akustycznej przegród.

Podsumowanie

Obecnie na rynku lekkich obudów z płyt warstwowych dostępnych jest wiele rozwiązań przechowalni, chłodni i mroźni. Przy tak dużej ofercie niezbędna jest orientacja, według jakich kryteriów dokonywać wyboru odpowiednich detali konstrukcyjnych.

Kluczem do dokonania właściwego wyboru jest zrozumienie warunków funkcjonowania i pracy obiektów o atmosferze kontrolowanej i wynikających z nich szczegółowych kryteriów i wymagań.

Literatura

1. PN-84/B-03230, „Lekkie ściany osłonowe i przekrycia dachowe z płyt warstwowych i żebrowych. Obliczenia statyczne i projektowanie”.
2. PN-EN 14509:2010, „Samonośne izolacyjno-konstrukcyjne płyty warstwowe z dwustronną okładziną metalową. Wyroby fabryczne. Specyfikacje”.
3. „Design, Construction, Specification and Fire Management of Insulated Envelopes for Temperature Controlled Environments”, IACSC European Division, 2nd edition, 2008.
4. Ustawa z dnia 7 lipca 1994 r. – Prawo budowlane z dnia 7 lipca 1994 r. (DzU z 1994 r. nr 89, poz. 414, ze zm.).
5. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU z 2002 r. nr 75, poz. 690 ze zm.).
6. Rozporządzenie Ministra Rolnictwa i Gospodarki Żywnościowej z dnia 7 października 1997 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budowle rolnicze i ich usytuowanie (DzU z 1997 r. nr 132, poz. 877).
7. PN-EN 508-1:2010, „Wyroby do pokryć dachowych z metalu. Charakterystyka wyrobów samonośnych z blachy stalowej, aluminiowej lub ze stali odpornej na korozję. Część 1: Stal”.
8. PN-EN 10169-2:2008, „Wyroby płaskie stalowe z powłoką organiczną naniesioną w sposób ciągły. Część 2: Wyroby stosowane na zewnątrz budowli”.
9. PN-EN ISO 12944-2:2001, „Farby i lakiery. Ochrona przed korozją konstrukcji stalowych za pomocą ochronnych systemów malarskich. Część 2: Klasyfikacja środowisk”.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!