Wynalazek zapewnia redukcję niebezpiecznej dla zdrowia wilgoci w budynku.
Wobec konieczności oszczędzania energii przepisy dyrektywy 2010/31/UE zawierają wytyczne służące poprawie standardu energetycznego budynków przez wprowadzenie zdecydowanych instrumentów polityki zrównoważonej, takich jak budynki o zapotrzebowaniu na energię bliską zeru od 2021 r. Ważnym krokiem prowadzącym do powstania zrównoważonych budynków są innowacyjne rozwiązania z wykorzystaniem materiałów budowlanych, których produkcja, stosowanie oraz utylizacja odbywają się w sposób energooszczędny i przyjazny dla środowiska.
Rozwiązanie materiałowo-technologiczne pt. „Element wypełniający pustakowy dla ścian nośnych gęstoperforowanych” (patent nr 215872, Politechnika Warszawska, Warszawa, Polska) włącza się w nurt innowacyjnych rozwiązań zgodnych ze zrównoważonym rozwojem. Aspekt ekologiczny rozwiązania realizowany jest przez zwiększenie efektywności energetycznej ściany – możliwość pogrubienia izolacji termicznej, zastosowanie materiałów ekologicznych z pustaków z ceramiki poryzowanej oraz z keramzytobetonu. Aspekt ergonomiczny rozwiązania realizowany jest przez poprawę warunków zdrowotnych – zapewnienie sprzyjającego zdrowiu mikroklimatu wnętrz dzięki osuszaniu ściany z wilgoci technologicznej wbudowanej w procesie realizacji budynku oraz wilgoci kondensacyjnej powstałej w wyniku wadliwej eksploatacji szczelnych okien, bez nawiewu, przyczyniających się do rozwoju szkodliwej dla zdrowia mikroflory, pleśni i mykotoksyn.
Twórcy wynalazku „Element wypełniający pustakowy dla ścian nośnych gęstoperforowanych”: Jerzy Zdzisław Pluta, Michał Knauff, Leonard Runkiewicz, Katarzyna Pluta, Aleksandra Pluta
Pustaki z ceramiki poryzowanej charakteryzują się bardzo dobrą izolację cieplną i akustyczną, trwałością, niepalnością oraz zdolnością dyfuzji pary wodnej, tj. oddychania ścian, która umożliwia utrzymanie w pomieszczeniach korzystnego, przyjaznego mikroklimatu wnętrz. Zjawisko oddychania ścian uważane jest za korzystne, gdyż chroni pomieszczenia przed nadmiernym zawilgoceniem eksploatacyjnym powietrza i jego konsekwencjami (kondensacja wewnętrzna, rozwój pleśni i grzybów).
Sieć zamkniętych mikroporów oraz specjalnie zaprojektowany układ drążeń znacznie poprawiają właściwości termoizolacyjne wyrobów z ceramiki poryzowanej (dobra akumulacja ciepła). Pustaki są także odporne na korozję biologiczną, mrozoodporne oraz wytrzymałe.
Drugim wariantem w wynalazku jest zastosowanie pustaków z keramzytobetonu. Jest to materiał przyjazny dla zdrowia, gdyż nie emituje promieniowania naturalnego i toksyn. Nie występują w nim cząsteczki organiczne, co wyklucza podatność na procesy gnilne, działanie grzybów i pleśni. Charakteryzuje się bardzo dobrą paroprzepuszczalnością, niepalnością, wytrzymałością oraz bardzo dobrą izolacją akustyczną i mrozoodpornością.
Rys. 1 Fragment ściany z elementów wypełniających. Podstawowy element wypełniający 1 składa się z pustaka drążonego z ceramiki poryzowanej 3 oraz płyty ocieplającej 4 ze spienionego polistyrenu (EPS) połączonej z pustakiem przez przyczepność, korzystne przyklejenie oraz przez kieszenie szczepno-rozbieżne 6 wykonane w płycie ocieplającej 4 i usytuowane w ich osi kieszenie sczepne prostokątne wykonane w pustaku 3. Kieszenie tworzą zakotwienie mechaniczne przez wprowadzenie w kieszenie zaprawy termo-izolacyjnej o wytrzymałości >5MPa.
Rozwiązanie materiałowo-konstrukcyjne ściany nośnej charakteryzuje się tym, że ma element nośny wypełniający zaopatrzony w otwory pionowe na słupy 9-betonowe ewentualnie żelbetowe i ma element nośny wypełniający łącznikowy 2 występujący co 3–5 warstw podstawowych elementów wypełniających 1. Elementy wypełniające łącznikowe 2 zawierają poziome pustaki powietrzne wypełniane podczas montażu betonem konstrukcyjnym tworzącym rygle 10, łączące konstrukcyjnie słupy 9. Poszczególne warstwy elementów wypełniających 1 murowane są na poziomej zaprawie termoizolacyjnej 8 grubości ok. 10–12 mm. Zakład elementów kolejnych warstw uzyskuje się przez obrót pustaka 3 o 180? w płaszczyźnie ściany w następnej warstwie. Kieszenie sczepne wypełnione są zaprawą termoizolacyjną. Spoiny pionowe wykonuje się na suchy styk, a połączenie zapewnia kieszeń przypowierzchniowa 7 wypełniona zaprawą termoizolacyjną.
Przedmiotem wynalazku jest element wypełniający zawierający pustak ścienny z ceramiki poryzowanej lub keramzytobetonu oraz płyty ocieplającej ze spienionego polistyrenu (EPS) połączonej z pustakiem przez przyczepność, korzystne przyklejenie oraz przez kieszenie sczepno-rozbieżne wykonane w płycie ocieplającej i usytuowane w ich osi kieszenie sczepne prostokątne wykonane w pustaku w celu wypełnienia zaprawą o dobrej termoizolacyjności.Element ten ma pustkę (przestrzeń) wewnętrzną do wypełnienia betonem konstrukcyjnym w postaci słupów i rygli. Ściany wykonane z tych pustaków w przypadku ocieplenia płytami polistyrenowymi (EPS) są praktycznie nieprzepuszczalne dla pary wodnej przenikającej na zewnątrz budynku. Ponadto charakteryzują się stosunkowo niską nośnością.
Polistyren (EPS) to styropian otrzymywany przez spienienie granulek polistyrenu zawierających porofor (np. eter naftowy). Spienienie uzyskuje się przez podgrzanie granulek zazwyczaj parą wodną. EPS składa się z zamkniętych komórek o obłych kształtach, wewnątrz których znajduje się pianka polistyrenowa. Komórki są ze sobą połączone i znajdują się między nimi niewielkie pustki powietrzne, a ich ilość i wielkość zależą od gęstości materiału. Jest to materiał nieodporny na działanie wielu rozpuszczalników organicznych, jednak ze względu na właściwości techniczne jest szeroko stosowany jako materiał izolacyjny.
Istota rozwiązania polega na tym, że płyta ocieplająca ma na ścianie stykającej się z pustakiem sczepne kieszenie rozbieżne do wypełnienia zaprawą oraz ma wkład dyfuzyjny osadzony przy brzegach stykających się z sąsiednią płytą ocieplającą i z zewnętrzną ścianą, który to wkład jest połączony z wewnętrzną ścianą pustaka przez układ kanałów powietrznych między sąsiednimi ścianami płyt ocieplających i pustakami na każdym poziomie elementów wypełniających. Rozwiązanie według wynalazku pozwala na podwyższenie ścian nośnych z pustaków z 5 do 10 kondygnacji i stwarza pełen komfort mikroklimatu wnętrz przez ciągłe odprowadzanie ewentualnej wilgoci na zewnątrz budynku po okresach niewydolności grawitacyjnej. Zaprawy termoizolacyjne (np. mieszanki cementu, wapna i dodatków mineralnych oraz perlitu) łączą w sobie możliwość oszczędzania energii z łatwością wykonania. Są paroprzepuszczalne, co przyczynia się do komfortowego klimatu w pomieszczeniach. Wilgoć nie pozostaje wewnątrz i nie gromadzi się w ścianach.
Rys. 2 Fragment ściany w przekroju poprzecznym
Między sąsiednimi pustakami 3 na każdym poziomie pustaków istnieje szczelina powietrzna 8, która przechodzi w prostej linii dalej między sąsiednie płyty ocieplające 4 i dochodzi do wkładów dyfuzyjnych 5 w postaci kostek usytuowanych na powierzchni zewnętrznej płyty ocieplającej 4. Wkład dyfuzyjny 5 wykonany jest z materiału ocieplającego o wysokiej paroprzepuszczalności, którym może być wełna mineralna fasadowa.
Powstaje układ paroprzepuszczalny o współczynniku oporu dyfuzyjnego:
µ = µpf x F2/F1 = 1,0 x 0,125/0,02 = 6,25
gdzie:
µ – współczynnik oporu dyfuzyjnego, zdefiniowany jako stosunek natężenia dyfuzji pary przez warstwę powietrza o grubości d do natężenia dyfuzji przez warstwę materiału o tej samej grubości;
µpf – współczynnik oporu dyfuzyjnego = 1,0 płyty fasadowej;
F1 – przekrój dyfuzyjny wkładu z płyty fasadowej 0,04 x 0,50 m = 0,02 m²;
F2 – przekrój w płaszczyźnie ściany – modularny – 0,25 x 0,5 m = 0,125 m², który odpowiada współczynnikowi oporu dyfuzyjnego muru z pustaków ceramicznych (µ = 5,0), dla porównania ten współczynnik dla EPS wynosi µ = 60.
Wkład dyfuzyjny 5 zapewnia ciągłe odsychanie ściany na zewnątrz budynku i likwiduje okresowe produkty kondensacji. Dla przyspieszenia odprowadzenia wilgoci ze ściany po stronie wewnętrznej płyty ocieplającej 4 istnieje układ kanałów powietrznych 11 doprowadzających ewentualny produkt kondensacji pary do wkładu dyfuzyjnego.
Rysunek pokazuje przemieszczenie się pary wodnej w kanałach powietrznych i dyfuzję na zewnątrz ściany zgodnie z kierunkiem spadku ciśnienia cząstkowego pary wodnej. Dokładność układania elementów na poziomej zaprawie termoizolacyjnej 8 ułatwiają zakłady pionowe płyt ocieplających 4 stwarzające tzw. montaż wymuszony. Przy niewypełnieniu zaprawą sąsiedztwa kilkucentymetrowego poprzecznego kanału powietrznego 11 wykorzystuje się najbliższe drążenia jako kanały powietrza zbiorcze pionowe.
Opatentowany układ materiałowo-technologiczny dla ścian nośnych gęstoperforowanych zawierający pustak ścienny z ceramiki poryzowanej lub keramzytobetonu oraz płyty ocieplającej EPS zapewnia redukcję niebezpiecznej dla zdrowia wilgoci w budynku. Nadmiar wilgoci przyczynia się do rozwoju pleśni i grzybów oraz wielu bakterii chorobotwórczych. Zagrzybienie stanowi zagrożenie dla zdrowia mieszkańców i powoduje odczuwalny dyskomfort – charakterystyczny zapach, przejmującą wilgoć oraz obecność szkodliwych dla zdrowia zarodników w powietrzu. Grzyby wytwarzają groźne dla człowieka toksyny (mykotoksyny). Wykorzystanie w rozwiązaniu materiałów ekologicznych oraz specjalnych elementów zapewniających ciągłe odsychanie ściany z wilgoci na zewnątrz budynku prowadzi do poprawy warunków zdrowotnych – właściwej wymiany powietrza i pełnego przyjaznego mikroklimatu wnętrz. Ostateczny dobór wymiarów pustaków w konstrukcji ściany powinien być wykonany na podstawie projektu technicznego budynku. Przy zastosowaniu przedstawionej technologii mogą być wznoszone domy domy energooszczędne, wg projektów indywidualnych, wysokości do 10 kondygnacji.
mgr inż. Aleksandra Pluta
prof. nzw. dr hab. inż. arch. Katarzyna Pluta*
*Politechnika Warszawska, Wydział Architektury
Uwaga: Wykonana została analiza rynkowa wynalazku, wyłonionego w ramach naboru projektów (10 projektów z Polski) przez Instytut Badań Stosowanych Politechniki Warszawskiej Sp. z o.o. (www.ibs.pw.edu.pl).
