Izolacje a współczesna prefabrykacja w budynkach kubaturowych

Pomimo kryzysu gospodarczego na przełomie lat 80. i 90. ubiegłego wieku, w wyniku którego znacząco ograniczono wytwarzanie elementów betonowych na potrzeby branży mieszkaniowej, prefabrykacja wraca do łask w nieco innej, znacznie nowocześniejszej i poszerzonej formule.

Stosowana obecnie prefabrykacja nie tylko ma zapewnić relatywnie krótki czas budowy, z którego będą wynikały odpowiednio oszczędności. Obecne rozwiązania są powiązane także z wysoką jakością wykonania przy zastosowaniu wysokiej klasy izolacji i odpowiednich rozwiązań technologicznych. Co więcej, elementy i przegrody prefabrykowane coraz częściej znajdują zastosowanie w budynkach energooszczędnych, a także tych o najwyższej klasie energooszczędności, czyli w budynkach pasywnych [1, 2].

Zastosowanie współczesnej prefabrykacji w przegrodach budowlanych

Przykładem popularnego materiału używanego obecnie w budownictwie prefabrykowanym jest keramzytobeton. Elementy prefabrykowane, zaprojektowane wcześniej pod wymogi inwestora i wyprodukowane w fabrykach, zostają dostarczone na budowę jako gotowe elementy. Przeważnie są to elementy konstrukcyjne, przegrody zewnętrzne o odpowiedniej termoizolacyjności i wytrzymałości, a także przegrody wewnętrzne o wymaganej nośności i izolacyjności akustycznej.

Keramzytobeton charakteryzuje wysoka izolacyjność cieplna, co potwierdza także wartość współczynnika przewodzenia ciepła λ, który przy gęstości materiału 1000 kg/m³ wynosi 0,39 W/(m·K) [3].

Przy grubości ściany 15 cm i izolacji termicznej w postaci styropianu EPS 040, współczynnik przenikania ciepła U_C uzyska wartość 0,18 W/(m²·K), czyli wystarczającą, by przegroda spełniła wymagania dla nowo powstałych budynków, które wejdą w życie od 1 stycznia 2021 r. i które mówią, że współczynnik przenikania ciepła dla ściany zewnętrznej nie może przekroczyć 0,20 W/(m²·K).

Aby spełnić jednak wymagania względem budownictwa pasywnego [≤ 0,15 W/(m²·K)], należałoby do warstwy konstrukcyjnej dołożyć 25 cm warstwy izolacyjnej. Wtedy współczynnik przenikania ciepła dla przegrody uzyska wartość 0,147 W/(m²·K).

W ścianach z keramzytobetonu nie ma konieczności stosowania izolacji akustycznej, ponieważ wskaźnik izolacji akustycznej dla ściany o grubości 15 cm będzie wynosił 45–70 dB [4].

Prefabrykacja znalazła zastosowanie także w konstrukcjach drewnianych. Dzięki zastosowaniu lekkich konstrukcji nośnych o dużej wytrzymałości możliwy jest szybki montaż elementów będących składowymi przegród w budynku.

Przykładem takiego zastosowania jest rozwiązanie, które oparte zostało na płytach z klejonego forniru i belek dwuteowych. Przestrzeń pomiędzy płytami wypełniono termoizolacją wdmuchiwaną z naturalnych włókien drzewnych lub celulozowych [5].

W TABELI 1 zestawiono grubości warstw izolacyjnych zastosowanych w przegrodzie wraz ze współczynnikami przenikania ciepła U_C, statecznością cieplną i przesunięciem fazowym.

Co warte podkreślenia, nawet przy zastosowaniu minimalnej grubości izolacji termicznej (160 + 40 mm) współczynnik przenikania ciepła U_C całej konstrukcji spełnia wymogi dla nowych budynków [≤ 0,20 W/(m²·K)]. Aby spełnić wymogi budownictwa pasywnego, należałoby zastosować izolację termiczną o grubościach co najmniej 220 + 60 mm.

W zakresie izolacyjności akustycznej zastosowano ściankę instalacyjną poprawiającą izolacyjność akustyczną, dzięki czemu szacowany wskaźnik izolacyjności akustycznej wynosi R_w > 44 dB.

Izolacja z włókna drzewnego charakt–eryzuje się wysoką gęstością objętościową i w połączeniu z lekką konstrukcją zapewnia wysoką masę powierzchniową. Ma to znaczący wpływ na osiągane parametry izolacyjności akustycznej (RYS. 1–2).

Kolejnym przykładem współczesnej prefabrykacji w budownictwie kubaturowym, gdzie zastosowanie znalazły izolacje, są ściany zespolone. Co do materiału, z którego wykonana jest warstwa wewnętrzna i zewnętrzna w postaci płyt elewacyjnych, to mogą one być wykonane z płyt typu filigran z wbetonowanym zbrojeniem nośnym (RYS. 3, RYS. 4 i TAB. 2).

Płyty są połączone ze sobą kratownicami, które mają zapewnić stabilność układu podczas transportu, montażu oraz układania betonu. Z pewnością tego typu rozwiązania eliminują pewne czasochłonne etapy prac na budowie, jak chociażby wykonanie deskowania czy tynkowania ścian. Co więcej, jak przy większości innych rozwiązań przegród prefabrykowanych, możliwa jest instalacja stolarki okiennej i drzwiowej już na etapie prefabrykacji [1, 6].

W ramach izolacji termicznej pomiędzy płytami stosuje się płyty izolacyjne PIR, wełnę mineralną lub styropian grubości od 3 do ok. 15 cm. Najskuteczniejszym rozwiązaniem są jednak płyty z poliizocyjanuratu (PIR), które przy dosyć niskim współczynniku przewodzenia ciepła λ na poziomie 0,020–0,035 W/(m·K) są odpowiednie dla przegród z ograniczoną przestrzenią na termoizolację. Dodatkowo cechuje je odporność na wilgoć i ściskanie, płyty często są dostępne z okładzinami, przez co są otwarte lub zamknięte dyfuzyjnie.

Przed montażem płyt PIR należy sprawdzić, czy konstrukcja, do której montowane będą płyty warstwowe, jest gładka i prosta. Odchyłki wykonawcze mogą spowodować powstanie nieszczelności w miejscach łączenia i sprawić, że płyty nie będą w jednej płaszczyźnie. Do montażu płyt należy zastosować odpowiedni klej, a także przykleić taśmy uszczelniające [8].

Pomimo ograniczeń w tego typu przegrodach, jak chociażby grubość izolacji termicznej pomiędzy dwiema warstwami ścian, ściany zespolone z powodzeniem mogą znaleźć zastosowanie w budynkach energooszczędnych, a także pasywnych. Potwierdzają to także producenci, których przegrody spełniają minimalną dopuszczalną wartość współczynnika przenikania ciepła U_C ≤ 0,15 W/m²·K.
W ofercie producentów, poza powyższym rozwiązaniem, można spotkać także ściany trójwarstwowe. Wewnętrzną warstwę stanowi zbrojona betonowa płyta o grubości powyżej 150 mm, która pełni funkcję ściany nośnej. Kolejną warstwą jest izolacja termiczna, a ostatnią ponownie betonowa płyta zbrojona o grubości od 60 do 80 mm, która pełni zadanie płyty elewacyjnej [9].

Dla zwolenników bardziej naturalnych rozwiązań w prefabrykacji wykorzystuje się ceramikę poryzowaną. Są to pustaki o lepszych parametrach termoizolacyjnych, a zarazem lżejsze od tych tradycyjnych. Przy posiadanym pełnym projekcie możliwa jest produkcja ścian z gotowymi już otworami drzwiowymi i okiennymi. Montaż pustaków odbywa się na zasadzie tzw. mijanki, a spoiny wystarczy wykonać tylko w płaszczyźnie poziomej dzięki łączeniu pustaków pióro–wpust [10].

Z prefabrykatów ceramicznych powstają ściany nośne, działowe, ściany szczytowe, jeśli budynek ma dach skośny, ścianki kolankowe, osłonowe i attykowe. Ściany nośne mają szerokość 18,8 cm lub 25 cm, natomiast ściany działowe są wykonane z pustaków o szerokości 11,5 cm. Wysokość ceramicznej ściany prefabrykowanej nie powinna przekraczać 3,2 m, a jej długość 6,3 m. W tego typu przegrodach stosuje się taką samą izolację termiczną jak w przegrodach powstałych na placu budowy (FOT.).

Aby spełnić wymagania Warunków Technicznych 2021 dla ścian zewnętrznych, gdzie współczynnik przenikania ciepła U_C dla nowych budynków nie jest większy niż 0,20 W/(m²·K), należałoby ścianę grubości 25 cm ocieplić co najmniej 13 cm styropianem EPS 040. Współczynnik U_C wyniósłby wtedy 0,192 W/(m²·K). Nie jest to jednak wartość spełniająca wymogi najwyższego standardu energooszczędności, czyli standardu pasywnego budynku. Aby spełnić te wymagania, dopiero zastosowanie co najmniej 19 cm wspomnianej izolacji zapewnia osiągnięcie wartości współczynnika U_C poniżej 0,15 W/(m²·K).

Izolacja balkonów prefabrykowanych

Prefabrykowane w budynkach mogą być nie tylko ściany. Elementem wymagającym szczególnej uwagi przy izolacji są balkony, które stanowią jeden z elementów konstrukcyjnych budynku. Jest to spowodowane narażeniem balkonów na intensywne działanie czynników atmosferycznych, a także mostkiem termicznym, jaki powstaje w wyniku połączenia balkonu z konstrukcją ściany. Powierzchnia balkonu podlega silnym naprężeniom termicznym w wyniku dużych różnic temperatur pomiędzy porami roku. W celu uniknięcia takich zjawisk jak rozsadzanie i dostanie się wody do struktury betonu, stosuje się hydroizolację (RYS. 5).

Powszechnym rozwiązaniem do balkonów betonowych są płynne folie mineralne, które będąc w postaci past opartych na żywicach poliuretanowych, pod wpływem wilgoci tworzą powłokę hydroizolacyjną zapewniającą skuteczną szczelność. Odznaczają się wysoką elastycznością w skrajnie wysokich i niskich temperaturach, co daje możliwość przenoszenia naprężeń powstałych na skutek drgań i termicznych odkształceń podłoża.

Do hydroizolacji balkonów prefabrykowanych można także zastosować mineralne zaprawy cienkowarstwowe zwane także mikrozaprawami, które stanowią powłoki na bazie cementu.

W zależności od liczby warstw i grubości powłoki, dana zaprawa może pełnić rolę izolacji przeciwwilgociowej lub przeciwwodnej. Co ważne, dana izolacja podobnie jak przy płynnych foliach mineralnych, ma zdolność mostkowania rys i jest odporna na promieniowanie UV.

Kolejnym rozwiązaniem jest także hydroizolacja z tworzyw sztucznych, która po utwardzeniu jest odporna na temperaturę w zakresie –30° do +50°C. Warto jednak pamiętać, że kolejne warstwy można układać po ok. 24 godzinach, czyli po czasie utwardzenia wcześniejszej powłoki.

Po wyschnięciu powłoki tworzą wodoszczelne i przepuszczające parę wodną struktury. Taką warstwę warto stosować pod okładzinami z płytek ceramicznych [12].

Podsumowanie

Pomimo dynamicznego i szybkiego rozwoju prefabrykacji jest to nadal sfera pozostawiająca sporo przestrzeni do nowych rozwiązań, a co za tym idzie także w zakresie zastosowanych izolacji. Coraz częściej jednak przez inwestorów zauważane są jej zalety w postaci szybkiego czasu montażu gotowych elementów, a także krótszego okresu trwania samej budowy. To z kolei niesie ze sobą oszczędności, a także zwiększa prawdopodobieństwo ukończenia inwestycji w planowanym terminie.

Pociesza niewątpliwie fakt, iż przegrody prefabrykowane znajdują także zastosowanie w budynkach o wyższym standardzie energooszczędności, co przy nowych Warunkach Technicznych jest mocnym argumentem przemawiającym do inwestorów, by oszczędności szukać nie poprzez obniżanie jakości, a poprzez rozwiązania, które tej jakości nie pomniejszają.

Niniejszy artykuł otwiera cykl publikacji poświęcony współczesnej prefabrykacji w budynkach kubaturowych z zastosowaniem różnych materiałów, ze szczególnym uwzględnieniem zagadnienia izolacji.

Literatura

1. D. Kaczorek, „Hygrothermal Assessment of Internally Insulated Prefabricated Concrete Wall in Polish Climatic Condition”, World Academy of Science, Engineering and Technology International Journal of Structural and Construction Engineering, 2018.
2. M. Abramski, „Improving Thermal Insulation Properties for Prefabricated Wall Components Made of Lightweight Aggregate Concrete with Open Structure”, IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 245 (2017) 022034, Gdańsk 2017.
3. Strona internetowa www.materialy.budowlane.edu.pl.
4. Strona internetowa www.mgprojekt.com.pl/blog/dom-z-keramzytu/.
5. Strona internetowa www.steicoelements.com.
6. Strona internetowa www.inbet.com.pl/prefabrykaty-betonowe.
7. Katalog firmy POZBRUK.
8. Strona internetowa www.balex.eu/.
9. Katalog firmy Betard.
10. Strona internetowa www.e-sciany.pl/a/ceramiczne-sciany-prefabrykowane-7256.html.
11. Strona internetowa https://www.pl.weber.
12. J.J. Sokołowska, G. Adamczewski, „Nowoczesne materiały hydroizolacyjne do ścian i fundamentów – przegląd technologii”, „Hydroizolacja”, dodatek specjalny IB 6/2013, s. 52–57.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!