Hale pneumatyczne i hale z obudową pneumatyczną

Hale z obudową pneumatyczną projektowane są w postaci hal o dachach łukowych lub dwuspadowych. Konstrukcja nośna wykonana jest ze stali, z drewna klejonego lub z profili aluminiowych (profile kedrowe posiadające wzdłużne szczeliny dla mocowania membran). Nadmuch powietrza między dwie warstwy materiału PCV powoduje rozdzielenie tych materiałów i uzyskanie poduszki powietrznej. Hale z obudową pneumatyczną wznoszone są tam, gdzie istnieje konieczność stałego i lekkiego zadaszenia z jednoczesnym zapewnieniem minimalnej izolacyjności termicznej, np. hale piłkarskie, zadaszenia lodowisk.

Hala pneumatyczna (potocznie nazywana balonem) nie ma stałej konstrukcji nośnej. Gabaryt hali (utrzymanie się jej w górze) uzyskiwany jest dzięki panującemu w jej wnętrzu nadciśnieniu, które zapewnia ciągły nadmuch powietrza z wentylatorów do wnętrza hali. Powstała różnica ciśnień zapewnia naprężenie poszycia membranowego.

Różnica ciśnień między wnętrzem hali a ciśnieniem atmosferycznym wynosi 3 hPa (hektopaskale), co jest równe 30 kg/m². Nadciśnienie o takiej wartości nie jest odczuwalne dla człowieka, ale jest wystarczające dla zapewnia stabilności konstrukcji. Hale pneumatyczne w Prawie budowlanym nazwane „powłokami pneumatycznymi” definiowane są jako obiekty tymczasowe, najczęściej rozstawiane w okresie jesienno-zimowym. Według obowiązującego Prawa budowlanego hale pneumatyczne (powłoki ciśnieniowe) jako obiekty tymczasowe są wznoszone bez pozwolenia na budowę na 180 dni, wymagane jest jedynie zgłoszenie montażu.

Nie istnieją normy krajowe dotyczące hal pneumatycznych, przy projektowaniu obiektów korzystać można z normy ogólnej, PN-EN 13782:2015 Obiekty tymczasowe – namioty, lub z normy niemieckiej dotyczącej hal pneumatycznych DIN 4134 Air-supported structures, structural design, construction and operation.

W rozporządzeniu Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie, w dziale VI w rozdziale 10 zawarto wymagania przeciwpożarowe dla budynków tymczasowych. Paragrafy 288 i 289 dopuszczają stosowanie pomieszczeń z obudową pneumatyczną pod warunkiem zachowania wielu wymagań.

Czytaj też: Konstrukcje stalowe hal wielkopowierzchniowych

Fot. 2. Hala pneumatyczna, Szkoła Podstawowa 263, Warszawa

Projektowanie hal pneumatycznych bardzo często wymaga pogłębionej analizy zabezpieczeń przeciwpożarowych, szczególnie w zakresie stosowania dodatkowych konstrukcji wsporczych dla awaryjnego podwieszenia powłoki pneumatycznej oraz zachowania odległości min. 20 m od innych obiektów budowlanych.

Hala pneumatyczna (hala gdzie pompowana jest cała kubatura hali) posiada bardzo dużą bezwładność kształtu względem hal z obudową pneumatyczną (hala gdzie pompowana jest tylko zewnętrzna warstwa o grubości 10-40 cm).

Obecnie w kraju jest użytkowanych kilkaset hal pneumatycznych, często są to obiekty funkcjonujące od kilkudziesięciu lat (np. zadaszenie basenu przy ul. Inflanckiej w Warszawie).

Fot. 3. Hala pneumatyczna nad basenem przy ul. Inflanckiej, Warszawa

Współcześnie hale pneumatyczne często powstają jako zadaszenia obiektów sportowych – kortów tenisowych oraz boisk piłkarskich. Dzięki zadaszeniu obiekty sportowe mogą być czynne bez przerwy cały rok, gdyż możliwe jest utrzymanie wewnątrz nich odpowiedniej temperatury.

Fot. 4, 5. Hala pneumatyczna 48 x 99 m, ul. Kresowa, Sosnowiec

Hala pneumatyczna (balon) jest również ciekawym rozwiązaniem dla sezonowego zimowego zadaszenia lodowiska. Z jednej strony zabezpiecza taflę lodu przed wpływem warunków pogodowych, z drugiej strony nie wymaga znaczącej izolacyjności termicznej oraz stosowania ogrzewania wnętrza hali.

W Europie Zachodniej powstały również hale pneumatyczne przeznaczone na czasowy pobyt ludzi, wyposażone w pełną infrastrukturę dla czasowego zamieszkania, np. kompleks sześciu hal wykonanych z udziałem polskiej firmy Grimar w Dortmundzie (Niemcy). Kompleks ten zapewnia możliwość czasowego zasiedlenia przez 1800 osób.

Technologia hal pneumatycznych pozwala na wznoszenie obiektów małych od 500 m² po zadaszenie pełnowymiarowego boiska piłkarskiego. Przykładem dużej udanej inwestycji jest obiekt Szalowa Sport Arena (Szalowa, woj. małopolskie), hala ta powstała nad boiskiem o wymiarach 75 x 111 m, wysokość hali w szczycie to 18 m.

Hale pneumatyczne bardzo często powstają jako uzupełnienie oferty otwartych boisk i orlików na okres jesienno-zimowy (5-6 miesięcy). W okresie wiosenno-letnim korzystać możemy z otwartej przestrzeni lub płyty boiska. Takie rozwiązanie pozwala na eksploatację boisk i kortów przez cały rok.

Magazynowanie elementów hali pneumatycznej wymaga przestrzeni 30-100 m², w zależności od wymiaru hali.

Kotwienie hal do podłoża wykonywane jest poprzez balasty betonowe lub stalowe kotwy ziemne. Przy hali o rozpiętości 75 m reakcje przekazywane na fundament przekraczają 20 kN na każdy metr bieżący obwodu hali. Zakotwienie hali musi być zdatne do przeniesienia stałego obciążenia od nadciśnienia oraz chwilowych obciążeń od podmuchu wiatru. Siły przekazywane są na fundament przez membranę PCV. Zaleca się, aby hale o dużej rozpiętości projektować z uwzględnieniem oplotu z lin stalowych. Wzmocnienie siecią lin stalowych o oczkach o wymiarze 2 x 2 m zwiększa stabilność konstrukcji, pozwala na zastosowanie materiałów PCV o mniejszej gramaturze i redukuje możliwość gwałtownego i całkowitego zniszczenia hali. Bez względu na rozmiar hali pneumatycznej – w razie przerw w dostawie energii elektrycznej – każda hala wyposażana jest w układ rezerwowego nadmuchu (generator prądotwórczy lub dmuchawa zasilana silnikim Diesla).

Fot. 6. Układ grzewczo-nadmuchowy – hala Syrenka, Warszawa

Przy projektowaniu hal pneumatycznychszczególną uwagę należy zwrócić na efektywność energetyczną obiektu. Dla podniesienia temperatury wewnętrznej o 20^oC stosuje się piece o mocy od 150 (hala 18 x 36 m) do 1000 kW = 1 MW mocy grzewczej (hala piłkarska 69 x 111 m). Należy odejść od starych rozwiązań, gdzie poszycie wykonane było z jednej lub dwóch warstw materiału, a nadmuch elektryczny dla podtrzymania hali pracował pełną mocą 24 godziny na dobę przez wszystkie dni tygodnia – bez jakiegokolwiek sterowania.

Nowoczesna automatyka w centrali nadmuchowej pozwala dostosować ciśnienie w hali względem aktualnych warunków pogodowych. Przy dobrej, bezwietrznej pogodzie nadmuch hali może być ograniczony (nadal przez 24 godziny, ale o mniejszej mocy) i jest to równoznaczne z redukcją kosztów energii elektrycznej o 40-50%.

Obniżenie ciśnienia wewnętrznego w hali pozwala na jednoczesne ograniczenie kosztów ogrzewania (mniej ciepłego powietrza jest wypychane na zewnątrz hali).

Przy zintegrowaniu automatyki nadmuchu i ogrzewania z systemem zdalnego sterowania oświetleniem (oprawy LED załączane w trakcie gry, możliwość sekwencyjnego oświetlenia) uzyskać można obiekt o dużej efektywności energetycznej.

Obecne rozwiązania pozwalają na wykonanie hal w technologii 3- i 4-warstwowej. Poprzez dołożenie kolejnych warstw materiału powstaje poszycie o kilku komorach, znacznie cieplejsze od rozwiązania jednokomorowego, jakie jest w hali dwuwarstwowej.

Tradycyjna hala pneumatyczna 2-warstwowa ma współczynnik izolacyjności U na poziomie 2,7 W/m²K, przy zastosowaniu poszycia 3-warstwowego współczynnik można ograniczyć do 1,95 W/m²K, a przy poszyciu 4-warstwowym zredukować go do wartości U = 1,1 W/m²K.

Nowoczesne hale pneumatyczne umożliwiają stosowanie niestandardowych materiałów, np. materiałów zaciemniających typu blockout oraz folii izolacyjnych-refleksyjnych.

Fot. 7 Przykładowe zdjęcia realizacji firmy Grimar

W zamówieniach publicznych rozsądnym rozwiązaniem jest premiowanie projektów niskiej energochłonności, szczególnie że można to uzyskać przy niewielkim zwiększeniu nakładów.

W kraju planowany jest rządowy program dofinansowania budowy hal pneumatycznych. W najbliższych latach miałoby w całej Polsce powstać nawet kilkaset takich obiektów. Warto inwestować w nowoczesne tanie w eksploatacji hale pneumatyczne. Tylko takie inwestycje pozwolą na tanie użytkowanie hal przez kolejne lata oraz utrzymanie zysku z inwestycji.

mgr inż. Daniel Klimek
firma Grimar, Katowice
Zdjęcia autora

Zobacz: Wielofunkcyjna hala widowiskowo-sportowa w Zakopanem