Energooszczędne materiały budowlane.

Ciepłochronne ściany.

Wyśrubowane wymagania dotyczące współczynnika przenikania ciepła dla przegród budowlanych, z których budowane są ściany ludzkich domostw, zachęciły producentów materiałów budowlanych do stosowania coraz bardziej finezyjnych rozwiązań przy produkcji wyrobów budowlanych. Od 2021 roku przepisy wymagają aby wartość współczynnika przenikania ciepła dla ścian nie przekraczała                 U≤0,2Wm2K , [1]. 

Na polskim rynku materiałów budowlanych są dostępne pustaki i bloczki, z których można wykonać ściany jednowarstwowe spełniające powyższe kryterium wartości współczynnika przenikania ciepła.  Wyroby takie posiadają w swojej objętości dużą ilość niewielkich, zamkniętych przestrzeni z uwięzionym powietrzem. Sprawia to, że takie materiały mają doskonałe zdolności termoizolacyjne oraz dobrze akumulują ciepło. 

Rozwój technologii wytwarzania wyrobów ceramicznych doprowadził do powstania pustaków z ceramiki poryzowanej. Są to pustaki ceramiczne posiadające w objętości swoich ścianek mikropory, taka budowa znacząco zmniejsza współczynnik przenikania ciepła przez ścianę zbudowaną z tego materiału. 

Pustaki z ceramiki poryzowanej powstają w procesie wypalania gliny w temperaturze około 800^oC. Przed formowaniem i wypalaniem pustaka do masy gliny dodaje się pył drzewny, który w procesie obróbki termicznej utlenia się pozostawiając niewielkie puste przestrzenie. Zaletą tych wyrobów jest dobra izolacyjność termiczna oraz duża zdolność do akumulacji ciepła, co oznacza oddawanie ciepła przez nagrzaną ścianę kiedy w domu zrobi się chłodniej i pobieranie ciepła z nadmiernie nagrzanych pomieszczeń. Taki proces może znacznie złagodzić nadmierne zmiany temperatury w pomieszczeniach. Pustaki z ceramiki poryzowanej charakteryzują się wysoką paro przepuszczalnością. Jednak zjawisko to może w pewnych warunkach wywołać problem. Jeżeli ściana zbudowana z ceramiki poryzowanej zostanie pokryta od zewnątrz warstwą o dużej odporności na przenikanie pary wodnej jak na przykład styropian lub nieprzepuszczalny tynk, para wodna wnikająca w pustaki od strony pomieszczenia zostanie w nich uwięziona. Niska temperatura zewnętrzna spowoduje kondensację pary w zewnętrznej jej warstwie co będzie prowadziło do powstania zawilgocenia ściany i powstania pleśni. Aby ustrzec się przed tym zjawiskiem należy rozważnie podejść do wykończenia zewnętrznej powierzchni ściany, stosować tynk paroprzepuszczalny oraz wełnę mineralną zamiast styropianu. Ogólna zasada konstrukcji ścian zewnętrznych jest taka, że warstwy znajdujące się od strony wnętrza obiektu powinny posiadać wysoki opór dyfuzyjny natomiast warstwy leżące od strony zewnętrznej powinny mieć opór dyfuzyjny o niewielkiej wartości. Taka budowa ściany pozwala łatwo oddawać ścianie parę wodną co zabezpiecza przed wykraplanie się pary w przegrodzie i powstawaniem pleśni.

Jednym z kryteriów podziału wyrobów poryzowanych, według normy [6] jest sposób murowania. Z ceramiki poryzowanej można wyodrębnić wyroby przeznaczone do murowania na zwykłe spoiny oraz spoiny pocienione. Spoiny pocienione uzyskuje się używając zaprawy cienkospoinowej lub zaprawy do murowania na sucho. Zastosowanie cienkiej spoiny jest możliwe dzięki wysokiej dokładności wykonania płaszczyzn elementów. Zaprawa do murowania na sucho umożliwia prace w temperaturze do -5^oC. 

Dalej wyroby te można  podzielić na przeznaczone do murowania z różnego rodzaju spoiną pionową: zwykłą, na suchy styk lub na wpust. Elementy łączone na suchy styk posiadają w ściankach bocznych wgłębienie, pustaki te podczas wykonywania ściany zestawia się tak aby na połączeniu powstała kieszeń, którą zalewa się zaprawą. Elementy łączone na wpust posiadają na powierzchniach bocznych pióra i wpusty, dzięki którym uzyskuje się szczelne połączenie bez zaprawy. Tego typu połączenia ograniczają liczbę spoin z zaprawą do niezbędnego minimum dzięki czemu powstaje prawie jednolita ściana ceramiczna, która ma korzystniejszy współczynnik przenikania ciepła od ściany z pełnymi spoinami.

Klasa wytrzymałości pustaków poryzowanych osiąga wartość do 20 MPa. Wartość ta nie odbiega od wytrzymałości innych ściennych wyrobów ceramicznych. Pustaki ceramiczne poryzowane są jednak bardziej kruche z uwagi na występujące w ich strukturze mikropory. Należy o tym pamiętać podczas transportu i prowadzenia robót murarskich.

Bardziej zaawansowanym wyrobem z tej rodziny są pustaki ceramiczne poryzowane z wypełnieniem szczelin wełną mineralną. Wypełnienie wełną zmniejsza współczynnik przenikania ciepła pustaków, który jest na tyle niski, że można z nich budować ściany jednowarstwowe spełniające wymagania izolacyjności ścian zewnętrznych.

Innym rodzajem materiałów ściennych stosowanych do budowy ścian o niskim współczynniku przenikania ciepła są bloczki i pustaki keramzytobetonowe. Keramzyt powstaje w procesie spiekania gliny w temperaturze 1150^oC. Ma formę kuleczek uformowanych poprzez pęcznienie w procesie wypalania. W środku kuleczek z keramzytu znajdują się zamknięte pory, dzięki czemu jest on nienasiąkliwy, lekki i jest dobrym izolatorem. Keramzyt jest głównym składnikiem kruszywa keramzytobetonu dzięki czemu keramzytobeton jest stosunkowo lekki, posiada niski współczynnik przewodzenia ciepła i co również ważne dla materiałów używanych do budowy ścian, odporny na działanie pleśni i grzybów.

W wyrobach z keramzytobetonu pomiędzy kuleczkami keramzytu znajdują się puste przestrzenie, które może penetrować woda. Podobnie jak w wypadku pustaków z ceramiki poryzowanej, z powodu niskiej wartości współczynnika oporu dyfuzyjnego pary wodnej zalecane jest ocieplanie ścian wełną mineralną. W tym wypadku jednak nie ma niebezpieczeństwa zagrzybienia ściany ponieważ keramzyt jest odporny na rozwój pleśni i grzybów. Niemniej jednak zawilgocenia ściany nie jest zjawiskiem pożądanym ponieważ zwiększa przewodzenie ciepła przez ścianę.

Z keramzytobetonu produkuje się pustaki. Pustaki na swoich pionowych ściankach maja wyprofilowane wpusty i pióra dlatego powierzchnie pionowe nie wymagają łączenia zaprawą. Rozwiązanie to poprawia parametry współczynnika przenikania ciepła ściany. Z powodu braku spoin pionowych producenci zalecają w murze pod otworami okiennymi układanie zbrojenia z cienkich prętów, co ma zabezpieczać przed zarysowaniem muru w wypadku osiadania fundamentu. W wypadku murowania cienkich ścian (12 cm) należy łączyć elementy na pełną spoinę: poziomą i pionową.

Aby polepszyć parametry energochronne pustaków z keramzytobetonu, produkowana jest odmiana keramzyto-styropianowa. Puste przestrzenie wypełnione są styropianem. Układ ścianek i styropianu jest tak dobrany aby maksymalnie zniwelować mostki przemarzania. Powierzchnie boczne posiadają specjalne wpusty i wypusty w keramzytobetonie i styropianie aby zapewnić szczelne połączenia pionowych styków.

Z pustaków łączonych na poziome, cienkie spoiny ciepłochronne wznosić można ściany jednowarstwowe. Powierzchnie pionowe bloczków łączy się bez zaprawy na pióro i wpust zapewniając ciągłość wkładki styropianowej. Współczynnik przenikania ciepła dla takiej ściany wynosi 0,15 W/(m²K). Mur taki po wykonaniu wymaga szybkiego otynkowania ponieważ keramzytobeton chłonie wodę w przestrzenie pomiędzy kulkami keramzytu.

Na rynku można spotkać pustaki, których jedna z zewnętrznych ścianek jest grubsza. Tą stronę pustaka należy ustawić do wnętrza pomieszczenia. Take ustawienie umożliwia większą akumulację ciepła przez ścianę. Ściana może pochłaniać ciepło z nadmiernie nagrzanego pomieszania i oddawać je kiedy temperatura spadnie.

Kolejnym materiałem do wykonywania ciepłych ścian jest beton komórkowy (ytong, gazobeton suporex). Wyroby z betonu komórkowego produkowane są na bazie cementu, piasku kwarcowego, wapna, gipsu, wody oraz proszku aluminiowego jako substancji pianotwórczej. Spulchniona w reakcji chemicznej masa twardnieje, jest krojona na elementy, które dojrzewają w autoklawach w obecności pary wodnej pod ciśnieniem 1,2 MPa i w temperaturze 190^oC. Poprzez dobranie składników w odpowiednich proporcjach w procesie produkcji powstają bloczki, które posiadają porowatość w zakresie od 60% do 85%. Taka ilość zamkniętych porów daje doskonale termoizolacyjny materiał budowlany.

Z betonu komórkowego produkowane są bloczki o różnych gęstościach objętościowych i różnej wytrzymałości na ściskanie. Najlżejsze mają gęstość 250 kg/m³, natomiast najcięższe 800 kg/m³. Większy ciężar oznacza lepszą izolacyjność akustyczną i wyższą wytrzymałość na ściskanie, która kształtuje się w granicach od 1,5 MPa do 7,0 MPa. Bloczki o mniejszej gęstości pozornej posiadają większą porowatość i co za tym idzie lepszą izolacyjność termiczną. Aby uzyskać odpowiednio niski współczynnik przenikania ciepła ściany jednowarstwowej murowanej z bloczków z betonu komórkowego stosuje się zaprawę ciepłochronną lub cienką zaprawę klejową. 

Pionowe ścianki bloczków mogą być ukształtowanie na pióro-wpust i tego typu elementy muruje się tylko na spoiny poziome. Ścianki pionowe łączy się wsuwając wpust w pióro bez zaprawy. Tą czynność mają usprawniać specjalne uchwyty ukształtowane w ściance bloczka.

Bloczki z betonu komórkowego można ciąć i kształtować nawet narzędziami ręcznymi. Ta cecha oraz niewielki ciężar sprawiają, że doskonale nadają się do wykonywania wszelkich konstrukcji przy wykańczaniu wnętrz: przepierzenia, zabudowy czy półki. 

Wszystkie trzy wymienione systemy pozwalają murować ściany zewnętrzne jednowarstwowe spełniające wymóg maksymalnego współczynnika przenikania ciepła dla ścian zewnętrznych  U≤0,2Wm2K   . 

Wszystkie wymienione materiały posiadają klasę odporności ogniowej A1, oznacza to, że są niepalne i podczas pożaru nie wydzielają szkodliwych substancji. Dodatkowo beton komórkowy nie nagrzewa się pod wpływem działania wysokiej temperatury. 

W każdym z trzech wymienionych systemów ściennych produkowane są elementy towarzyszące, takie jak nadproża, narożniki, kształtki szalunkowe czy elementy wieńca, pozwala to wznosić ściany z jednego rodzaju materiału. Duże rozmiary bloczków i pustaków oraz niewielka waga doskonale nadają się do szybkiego wznoszenia obiektów.

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] PN-B-12069:1998 i Az1:2002 Wyroby budowlane ceramiczne,

[3] „Tradycyjne i nowoczesne materiały budowlane” A. Sieniawska-Kuras,

[4 ] „Budownictwo ogólne – Materiały i wyroby budowlane” praca zbiorowa,

[5] „Ciepłochronne konstrukcje ścian zewnętrznych i budynków mieszkalnych” C. Byrdy,

[6] Materiały firmy Wienerberger

[7] Materiały firmy Tele-Strop-System

[8] Materiały firmy Hotblok