Ekologiczne rozwiązania materiałowe przegród budynku w świetle wymagań obowiązujących od 1 stycznia 2021 r.

W artykule przedstawiono analizy w zakresie zastosowania materiałów ekologicznych do przegród zewnętrznych budynków z uwzględnieniem obowiązujących wymagań prawnych.

Układy materiałowe przegród zewnętrznych budynków ekologicznych

W Polsce budownictwo ekologiczne zyskuje coraz większą popularność. Wielu zadaje sobie pytanie, czy budynek ekologiczny może być przykładem „budynku o niskim zużyciu energii” – spełniającego wymagania w zakresie oszczędności energii i ochrony cieplnej obowiązujące wg rozporządzenia [1] od 1 stycznia 2021 r.

Poniżej zestawiono systemowe rozwiązania materiałowe stosowane przy projektowaniu i wznoszeniu budynków ekologicznych:

• technologia hempcrete (budynek wykonany z nośnej konstrukcji szkieletowej drewnianej wypełnionej betonem konopnym odpowiadającym za izolację termiczno-akustyczną) (FOT. 1),
• technologia strawbale oparta na konstrukcji szkieletowej drewnianej wypełnionej kostkami słomy (FOT. główne).

Technologia hempcrete, oparta na betonie konopnym jako naturalnym materiale izolacyjnym produkowanym przez mieszanie na mokro konopnych paździerzy z wapiennym spoiwem, charakteryzuje się dodatkowo zadowalającymi właściwościami termicznymi i wyjątkowo silnie wpisuje się w trend odnawialnych zasobów oraz budownictwa zrównoważonego.
Optymalizowanie stosunku wapiennego spoiwa do konopnych paździerzy wpływa na wytrzymałość i właściwości termiczne betonu konopnego, co pozwala na używanie go jako „oddychającej izolacji” dla podłóg, ścian i dachu. Może być używany w nowym budownictwie i przy pracach remontowych.

Budynki z „kostek ze słomy” stanowią energooszczędną i ekologiczną formę nowoczesnego budownictwa zrównoważonego, chociaż dla niektórych będzie to oznaczać powrót do średniowiecza.

Zasadność popularyzacji tej technologii potwierdza jej coraz powszechniejsze wykorzystanie w Wielkiej Brytanii oraz w Niemczech, gdzie w ostatnich latach powstało kilkaset budynków z kostek słomy.

Podobne do polskich warunki klimatyczne w tych krajach pozwalają na zastosowanie zbliżonych technik konstrukcyjnych i przystosowania do rodzimych warunków ogólnych zasad budowania w tej technologii.

W TABELI 1 zestawiono właściwości techniczne wybranych ekologicznych materiałów termoizolacyjnych.

Analiza parametrów cieplnych wybranych przegród zewnętrznych budynków ekologicznych

Aby ilość energii cieplnej potrzebnej do użytkowania budynku zgodnie z jego przeznaczeniem można było utrzymać na racjonalnie niskim poziomie, przewidziano dwie metody pozwalające spełnić wymaganie w nowo projektowanych budynkach:

• pierwsza polega na takim zaprojektowaniu przegród w budynku, aby wartości współczynników przenikania ciepła U/U_c [W/(m²·K)] przegród zewnętrznych, okien, drzwi oraz technika instalacyjna odpowiadały wymaganiom izolacyjności cieplnej; kryterium w zakresie ochrony cieplnej: U_c  ≤  U_c(max),
• druga to zaprojektowanie budynku pod kątem zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną na jednostkę powierzchni pomieszczeń o regulowanej temperaturze powietrza w budynku, lokalu mieszkalnym lub części budynku stanowiącej samodzielną całość techniczno-użytkową – EP [kWh/(m²·rok)]; kryterium w zakresie oszczędności energii: EP  ≤  EP_(max).

Wartości maksymalne współczynników U_c(max) dla poszczególnych przegród budynku oraz wskaźników EP_(max) dla budynków określono w rozporządzeniu [1].

Dobór warstw materiałowych przegród zewnętrznych budynków powinien opierać się na podstawie obliczeń ich parametrów fizykalnych z uwzględnieniem wymagań prawnych sformułowanych w rozporządzeniu [1].

Poniżej przedstawiono przykłady obliczeniowe w zakresie izolacyjności termicznej ścian zewnętrznych, dachów zielonych oraz przegród stykających się z gruntem z zastosowaniem systemów ekologicznych.

Przykład obliczeniowy 1

Określenie izolacyjności termicznej wybranych ścian zewnętrznych z zastosowaniem rozwiązań ekologicznych

Do analizy wybrano cztery warianty obliczeniowe ścian zewnętrznych (RYS. 1–4), przyjmując następujące założenia:

• obliczenia przeprowadzono w oparciu o PN-EN ISO 6946:2008 [3] metodą kresów dla przegród niejednorodnych cieplnie,
• wartości współczynnika przewodzenia ciepła poszczególnych materiałów:
  –    tynk wapienny λ = 0,70 W/(m·K),
  –    drewno λ = 0,16 W/(m·K),
  –    kompozyt wapienno-konopny λ = 0,076 W/(m·K),
  –    tynk gliniany λ = 0,85 W/(m·K),
  –    płyty z wełny konopnej λ = 0,040 W/(m·K).

Wyniki obliczeń współczynnika przenikania ciepła U_c zestawiono w TABELI 2.

W przykładzie obliczeniowym przedstawiono tylko wybrane warianty obliczeniowe dotyczące ścian zewnętrznych. Należy podkreślić, że projektowanie cieplne ścian zewnętrznych wymaga indywidualnego podejścia z uwzględnieniem rodzaju i charakteru budynku oraz uwzględnienia analiz cieplno-wilgotnościowych złączy ścian zewnętrznych (np. połączenie ściany zewnętrznej z oknem). Procedury projektowe i wykonawcze w tym zakresie przedstawiono m.in. w pracach [4–5].

Przykład obliczeniowy 2

Określenie izolacyjności termicznej wybranych dachów zielonych z zastosowaniem rozwiązań ekologicznych

Do analizy wybrano trzy warianty obliczeniowe stropodachów w formie dachów zielonych (RYS. 5–7), przyjmując następujące założenia:

• obliczenia przeprowadzono w oparciu o PN-EN ISO 6946:2008 [3] metodą kresów dla przegród niejednorodnych cieplnie,
• wartości współczynnika przewodzenia ciepła poszczególnych materiałów:
  –    substrat dachowy λ = 0,50 W/(m·K),
  –    drewno λ = 0,16 W/(m·K),
  –    kompozyt wapienno-konopny λ = 0,065 W/(m·K),
  –    płyta wiórowa λ = 0,14 W/(m·K),
  –    płyty z wełny konopnej λ = 0,040 W/(m·K),
  –    płyta korkowa λ = 0,046 W/(m·K),
  –    tynk gliniany λ = 0,85 W/(m·K).

Wyniki obliczeń współczynnika przenikania ciepła U_c dachów zielonych zestawiono w TABELI 3.

W przykładzie obliczeniowym przedstawiono tylko wybrane warianty obliczeniowe dotyczące dachów zielonych. Należy podkreślić, że projektowanie cieplne dachów i stropodachów wymaga indywidualnego podejścia z uwzględnieniem rodzaju i charakteru budynku. Procedury projektowe i wykonawcze w tym zakresie przedstawiono m.in. w pracach [4, 6].

Przykład obliczeniowy 3

Określenie izolacyjności termicznej wybranych podłóg na gruncie z zastosowaniem rozwiązań ekologicznych

Do analizy wybrano dwa warianty obliczeniowe podłogi na gruncie (RYS. 8–9), przyjmując następujące założenia:

• obliczenia przeprowadzono w oparciu o PN-EN ISO 13370:2008 [7],
• wartości współczynnika przewodzenia ciepła poszczególnych materiałów:
  –    parkiet λ = 0,18 W/(m·K),
  –    wylewka wapienno-piaskowa λ = 0,80 W/(m·K),
  –    kompozyt wapienno-konopny dla podłogi λ = 0,12 W/(m·K),
  –    płyta fundamentowa λ = 2,30 W/(m·K),
  –    keramzyt λ = 0,10 W/(m·K),
  –    płyta z polistyrenu ekstrudowanego λ = 0,030 W/(m·K),
  –    płyta z pianki poliuretanowej λ = 0,022 W/(m·K),
  –    ściana zewnętrzna jednowarstwowa (słupy drewniane z wypełnieniem wapienno-konopnym o grubości 40 cm i współczynniku U_c = 0,19 W/(m²·K),
  –    wymiar charakterystyczny budynku B’ = 6,57 m.

Wyniki obliczeń współczynnika przenikania ciepła U podłóg na gruncie zestawiono w TABELI 4.

W przykładzie obliczeniowym przedstawiono tylko wybrane warianty obliczeniowe. Należy podkreślić, że projektowanie cieplne przegród stykających się z gruntem wymaga indywidualnego podejścia z uwzględnieniem wymiarów powierzchni zabudowy budynku oraz usytuowania i posadowienia budynku. Procedury projektowe i wykonawcze w tym zakresie przedstawiono m.in. w pracach [4, 6].

Podsumowanie i wnioski

Budownictwo zrównoważone to budownictwo przyjazne środowisku naturalnemu i człowiekowi, które realizuje zasady zrównoważonego rozwoju w wyniku oddziaływania uwzględniającego metody oszczędzania zasobów naturalnych oraz przeciwdziałania zanieczyszczeń środowiska. Najistotniejsze zagadnienia projektowe, wykonawcze i eksploatacyjne w tym zakresie obejmują m.in.:

• oszczędność surowców naturalnych przy zastosowaniu odnawialnych źródeł energii,
• zmniejszenie energochłonności procesów technologicznych,
• zmniejszenie ilości wytwarzanych odpadów technologicznych (przez zmianę lub modernizację stosowanych technologii produkcji materiałów budowlanych),
• ograniczenie energochłonności budynków istniejących i nowoprojektowanych, monitorowanie obiektów budowlanych podczas ich eksploatacji, nowoczesne instalacje budowlane w budynkach, wspomaganie komputerowe w budownictwie zrównoważonym.

Budynki ekologiczne (z zastosowaniem ekologicznych rozwiązań materiałowych) wpisują się w opisaną powyżej oraz m.in. w pracy [8] ideę budownictwa zrównoważonego. Dobór układu materiałów przegród zewnętrznych i ich złączy nie powinien być przypadkowy, lecz oparty na podstawie obliczeń ich parametrów fizykalnych (cieplno-wilgotnościowych).

Jakość cieplna elementów obudowy budynku (przegrody zewnętrzne i złącza budowlane) generuje wartości wskaźników zapotrzebowania budynku na energię użytkową EU [kWh/(m²·rok)], na energię końcową EK [kWh/(m²·rok)] oraz na nieodnawialną energię pierwotną EP [kWh/(m²·rok)].

Literatura

1. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury i Budownictwa z dnia 14 listopada 2017 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU z 2017 r., poz. 2285).
2. K. Rataj, „Studium projektowe jednorodzinnego budynku ekologicznego”, praca dyplomowa inżynierska napisana pod kierunkiem dr. inż. K. Pawłowskiego, Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy w Bydgoszczy, Bydgoszcz 2021.
3. PN-EN ISO 6946:2008, „Komponenty budowlane i elementy budynku. Opór cieplny i współczynnik przenikania ciepła. Metoda obliczania”.
4. K. Pawłowski, „Zasady projektowania budynków energooszczędnych”, Grupa MEDIUM, Warszawa 2017.
5. K. Pawłowski, „Projektowanie ścian w budownictwie energooszczędnym. Obliczanie cieplno-wilgotnościowe ścian zewnętrznych i ich złączy w świetle obowiązujących przepisów prawnych”, Grupa MEDIUM, Warszawa 2017.
6. K. Pawłowski, „Projektowanie przegród poziomych w budownictwie energooszczędnym. Obliczenia cieplno-wilgotnościowe przegród stykających się z gruntem, stropów oraz dachów i stropodachów w świetle obowiązujących przepisów prawnych”, Grupa MEDIUM, Warszawa 2018.
7.  PN-EN ISO 13370:2008, „Cieplne właściwości użytkowe budynków. Wymiana ciepła przez grunt. Obliczenia szczegółowe”.
8. A. Kaliszuk-Wietecka, „Budownictwo zrównoważone. Wybrane zagadnienia z fizyki budowli”, Wydawnictwo Naukowe PWN SA, Warszawa 2017.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!