Nowe technologie w budownictwie

Mieczysław Derczyński
główny inżynier ekolog

Dążenie do powszechnie dostępnego (relatywnie taniego) a jednocześnie energooszczędnego budownictwa nabrało w ostatnim czasie szczególnego znaczenia. Wzrost cen nośników energii używanych do ogrzewania i klimatyzacji budynków wymusza upowszechnienie rozwiązań uważanych dotychczas, jeśli nie za rewolucyjne, to z pewnością nowatorskie.

W budownictwie powszechnie znane są skandynawska i kanadyjska technologie szkieletowe, które od kilkuset lat są stosowane przy wznoszeniu drewnianych domów w krajach skandynawskich, Holandii, Niemczech, Francji czy krajach Ameryki Północnej¹. Pomimo licznych zalet (dobra izolacja cieplna i dźwiękowa, wysoka trwałość w przypadku zastosowania odpowiednio wysuszonego i zaimpregnowanego drewna oraz odpowiedni wskaźnik jakości do kosztu) domy w tej technologii nie zyskały uznania wśród inwestorów w Polsce. Obecny  standard linii technologicznych do   produkcji elementów konstrukcyjnych domów szkieletowych pozwala na wybudowanie gotowego do zamieszkania domu całorocznego o powierzchni około 100 m² w ciągu 10 tygodni.

Domy budowane w technologii kanadyjskiej mogą osiągać znaczną powierzchnię – dla przykładu, w Stanach Zjednoczonych domy stawiane tą metodą mają średnią powierzchnię 300 m² i mogą liczyć kilka pięter (amerykańskie normy dopuszczają parter i 3 piętra)².

Domy drewniane w technologii szkieletowej znalazły zastosowanie przede wszystkim w budownictwie mieszkaniowym, ale biorąc pod uwagę powierzchnię domów realizowanych w Stanach Zjednoczonych, takie konstrukcje mogłaby być wykorzystywane do budowy budynków użyteczności publicznej.

W Austrii, Niemczech i Francji stosowana jest technologia budowy domów, pod nazwą patentową „Naturi”³. Polega ona na układaniu belek drewnianych w ustawieniu pionowym, co pozwala uniknąć problemów związanych z kurczeniem się drewna, izolacją termiczną i stabilnością konstrukcji. W technologii „Naturi” wykorzystana została właściwość drewna do 8-krotnie wyższej jego wytrzymałości na ściskanie wzdłuż niż w poprzek włókien.

Poszczególne belki łączy się za pomocą systemu wpustów i drewnianych kołków bez użycia jakiegokolwiek kleju. Z jednej strony wymusza to wysoką precyzję przy   wytwarzaniu i łączeniu prefabrykatów, a z drugiej strony ułatwia ich montaż na placu budowy, który przypomina składanie klocków lego. Możliwe jest wykonanie ścian jednorzędowych o grubości 200 mm, dwurzędowych o grubości 300 mm oraz trzyrzędowych o grubości 400 mm. Dzięki wysuszeniu belek do poziomu 12% wilgotności, po ich montażu na placu budowy, drewno pęcznieje pochłaniając wilgoć z otoczenia i tworzy litą ścianę charakteryzującą się wysokimi wskaźnikami ochrony przed wiatrem i hałasem oraz izolacyjności cieplnej, co z kolei ma wpływ na poprawę efektywności energetycznej domu o pionowym ustawieniu belek w porównaniu do domu o poziomym ustawieniu belek.

Technologia budowy domów drewnianych „Naturi” pozwala na wybudowanie domu w krótkim czasie bez konieczności czekania na kurczenie się drewna, jak w przypadku bali układanych poziomo. Dodatkowo nie jest wymagane uszczelnianie ścian budynku. Wadą metody „Naturi” jest brak możliwości dokonania demontażu wybudowanego domu w celu postawienia go w innej lokalizacji.

Interesującym rozwiązaniem jest technologia CLT, wykorzystująca wielkoformatowe konstrukcyjne płyty z drewna klejonego krzyżowo w budownictwie wysokościowym. Sklejona ściana składa się z co najmniej 3 warstw ułożonych naprzemiennie pionowo oraz poziomo. Warstwy pionowe dają wysoką wytrzymałość na ściskanie, a warstwy poziome usztywniają ścianę. Tak sklejona ściana staje się bardziej stabilna wymiarowo, jest mniej podatna na pęcznienie oraz skurcz drewna. I może ona mieć grubość od 60 mm do 400 mm. Technologia CLT została wprowadzona na rynek brytyjski w 2010 roku i jest powszechne stosowana w budowie domów mieszkalnych, szkół a nawet biur⁴. W technologii CLT wzniesiono w Londynie budynek o wysokości 30 metrów⁵.

Technologia wykorzystuje pionowe bale powstałe po sklejeniu warstwami drewna wyprofilowanego na krawędziach bocznych w pióra i wypusty⁶. W balu zachowany jest pionowy kierunek włókien, pozwalający na uzyskanie wyższej wytrzymałości na ściskanie przekroju drewnianego. Elementy ścienne spięte są podwaliną i oczepem. Dla ściany zewnętrznej, w skład której wchodzi ściana drewniana pełna o grubości 10 cm oraz wełna mineralna o grubości 15 cm, uzyskuje się współczynnik przenikania ciepła U=0,19 W/(m²*K) – wartość maksymalna dla ściany zewnętrznej wg WT2021 U_max= 0,20 W/(m²*K).

Czas montażu konstrukcji na placu budowy wynosi około 6 dni. Budowa do stanu deweloperskiego może być zamknięta w 12 tygodni.

System HBE wykorzystuje się głównie w budowie domów jedno- i wielorodzinnych, ale można go zastosować go w budynkach użyteczności publicznej, czy halach – jako wypełnienie między układami nośnymi⁷.

Jedna z polskich firm uruchomiła produkcję okien drewnianych z profili w systemie TW 105, zbudowanych z przekładkowego drewna, które wykorzystuje się w budownictwie pasywnym⁸. Ramiak ościeżnicy okiennej zawiera 4 warstwy drewna sosnowego o różnej grubości oraz dwie przekładki z drewna o wysokim współczynniku izolacyjności (np. balsa, topola, lipa). Innowacyjna technologia została objęta ochroną patentową na terenie całej Europy. Zgodnie z badaniami przeprowadzonymi przez akredytowane laboratorium techniki budowlanej, dla okna drewnianego wykonanego z profili w systemie TW 105 z oszkleniem 4/18/4/18/4 (Ug=0,5) wynosi 0,68 W/(m²K). Jest to wartość o ponad 24% korzystniejsza od obowiązujących wymagań WT2021 dla okien pionowych.

Cement wykorzystywany do produkcji betonu emituje dwutlenek węgla. W trosce o stan środowiska, kanadyjska firma opracowała metodę umożliwiającą wykorzystywanie CO₂ emitowanego w procesach spalania paliw np. w elektrociepłowniach do produkcji bloczków betonowych⁹. Takie rozwiązanie umożliwia zachowanie wszystkich parametrów użytkowych i wytrzymałościowych produktów betonowych, jednocześnie czyniąc je materiałami przyjaznymi dla środowiska.

Naukowcy z Uniwersytetu w Swinburne dzięki dodaniu do betonu popiołu lotnego, który jest powszechnym odpadem przemysłowym uzyskali beton o wysokich (400-krotnych) własnościach zginania¹⁰. Należy zauważyć, że produkcja tego betonu jest przyjazna dla środowiska – zużycie energii do jego wytworzenia jest o 36% niższe, a emisja dwutlenku węgla o 76% mniejsza.

Drukowanie 3D, czyli inaczej drukowanie przestrzenne, pozwala na tworzenie przedmiotów trójwymiarowych z wykorzystaniem specjalnych drukarek. Drukarka 3D nanosi kolejne warstwy   materiałów na siebie zgodnie z plikiem cyfrowym. Początkowo drukowano 3D niewielkie przedmioty z żywicy światłoutwardzalnej, nylonu, tworzyw sztucznych tzw. termoplastów: ABS i PLA. Natomiast obecnie drukowane mogą być obiekty wielkogabarytowe, nawet domy czy elementy do ich budowy.

Technologia drukowania domów polega na szybkim nakładaniu przez dyszę drukarki 3D kolejnych warstw betonu zgodnie z komputerowym wzorem. Specjalnie skonstruowana drukarka 3D porusza się po szynach ułożonych na placu budowy. Pionierami wykorzystania tej technologii są Chińczycy, którzy w 2015 roku wydrukowali dwupiętrową willę o powierzchni użytkowej 1100 m² a następnie kilkupiętrowy budynek. Zastosowanym materiałem budowlanym był beton oraz odpady przemysłowe  .  W kolejnych latach domy w technologii druku 3D zostały zrealizowane w USA, Francji, Rosji, Ukrainie, Meksyku.

W Polsce pierwszy domek w technologii druku 3D o powierzchni 7 m² został wykonany przez polski startup w 2019 roku w Otrębusach. Jako materiału użyto 6 ton mieszanki betonowej. Proces budowy zamknął się w 13 godzinach.

Budowa domów w technologii druku 3D charakteryzuje się:

- szybkością realizacji (budowa domu o powierzchni do 50 m² możliwa jest nawet w ciągu jednej doby),

- ograniczeniem ilości odpadów,

- możliwością wykorzystania do budowy odpadów budowlanych z recyklingu (cement, gips).

Szacuje się, że dzięki zastosowaniu technologii druku 3D możliwe jest zmniejszenie kosztów budowy o nawet 50% w porównaniu z tradycyjnymi metodami.

Technologia drukowania 3D może w przyszłości znaleźć szerokie zastosowanie w budownictwie – obecnie podstawowym ograniczeniem jest konstrukcja drukarki 3D, która tworzy elementy budowlane. Przykładem nowatorskiego zastosowania tej technologii jest most w Amsterdamie¹¹.

COOL Bricks to produkowana z wykorzystaniem druku 3D cegła, która posiada własny system chłodzenia¹². Ze względu na jej porowatą strukturę, przez nasycone wilgocią otwory może swobodnie przepływać powietrze, co w efekcie powoduje ochładzanie materiału. –Aby uzyskać pożądany efekt schłodzenia pomieszczenia, wystarczy polanie takiej ściany wodą. Cegła powinna znaleźć powszechne zastosowanie w krajach o gorącym klimacie przyczyniając się do ograniczenia stosowania energochłonnych systemów klimatyzacji.

Oferowana przez polską spółkę opatentowana technologia System 3E bazuje na budowaniu ścian z elementów powstających z naturalnej skały jaką jest perlit¹³. System pozwala na realizowanie nawet złożonych architektonicznie projektów w oparciu o naturalne i w pełni ekologiczne materiały budowlane. Odpowiedni dobór grubości elementów konstrukcyjnych umożliwia uzyskanie ściany zewnętrznej jednowarstwowej przy jednoczesnym wyeliminowaniu konieczności jakiegokolwiek jej docieplenia, zachowując przy tym utrzymanie parametrów jej izolacyjności zgodnie z obowiązującym prawem (warunki techniczne WT2021). Inne ekologiczne cechy zastosowanej technologii to bezspoinowe wznoszenie ścian, składanych podobnie jak klocki LEGO, co umożliwia eliminację odpadów na tym etapie budowy.

Inwestorzy wybierający tę technologię uzyskają istotnie skrócenie czasu budowy, a co za tym idzie - kosztu pracy ekipy budowlanej. Postawienie ścian domu o powierzchni 145 m² metodą tradycyjną może trwać nawet 14 dni, w technologii System 3E tylko 1 dzień. Budowa takiego domu do stanu deweloperskiego metodą tradycyjną trwa minimum 5 miesięcy, w technologii System 3E tylko 3 miesiące. Inwestycja może być prowadzona o każdej porze roku. System 3E nie wymaga stosowania zaprawy i docieplenia. Inwestor nie musi zatem kupować dodatkowych materiałów budowlanych, np. cementu czy styropianu i ogranicza do minimum udział materiałów czy środków chemicznych niosących za sobą tzw. ślad węglowy.

Bank Ochrony Środowiska dysponuje kredytami umożliwiającymi finansowanie budynków mieszkalnych jednorodzinnych, lokali w budynku wielorodzinnym, budynków mieszkalnych wielorodzinnych, budynków zamieszkania zbiorowego, budynków innych niż mieszkalne oraz budynków o funkcjach mieszanych. Możliwe jest finansowanie zakupu, realizacji, jak również refinansowanie kosztów poniesionych na ich realizacje.

W przypadku budynków charakteryzujących się podwyższonym standardem ekologicznym możliwe jest uzyskanie korzystniejszych warunków kredytowania – warunki zakwalifikowania kredytu hipotecznego jako ekologicznego znajdują się na www.bosbank.pl/klient-indywidualny/pozyczki-i-kredyty/eko-hipoteka/eko-kredyt-hipoteczny

Szczegółowe informacje można uzyskać w placówkach BOŚ, których wykaz znajduje się na www.bosbank.pl.

1. Wpwinvest.pl. Kanadyjskie domy szkieletowe – świetlana perspektywa budownictwa?
2. Budownictwo.pl/artykul/jaka-wielkosc-moga-osiagac-domy-kanadyjskie-119634
3. Optolov.ru.pl. Domy drewniane układane w pionie. 2022
4. Bryla.pl. Przyszłość CLT w budownictwie 10-06-2020
5. Planradar.com/com/pl/nowoczesne technologie w budownictwie. 17-05-2021
6. Domyhbe.pl. Technologia HBE
7. Fachowydekarz.pl. System HBE w Polsce 14-02-2013
8. Informacje uzyskane od właściciela firmy Warsztat Stolarski Tomasz Wiktorczyk. 2022
9. Planradar.com/com/pl/nowoczesne technologie…, op.cit.
10. Ibidem
11. Botland.com.pl/blog/Meksyk-powstalo-osiedle-z-drukarek-3d/18-11-2021
12. Planradar.com/com/pl/nowoczesne technologie…, op.cit.
13. system 3e.com. System 3E EKO+ Najcieńsza i najcieplejsza ściana jednowarstwowa na rynku UE. 2018