Ekonomiczność projektowania lekkiej obudowy – analiza i przykłady rozwiązań

System płyt warstwowych PAROC® AST
Technologia produkcji płyt warstwowych PAROC AST® stosowana przez fińską firmę PAROC Panel System Oy Ab stanowi przełomowy moment w ocenie możliwości zastosowań płyt warstwowych z rdzeniem z wełny skalnej jako materiału budowlanego. W panelach PAROC AST® całkowite i jednorodne spojenie okładzin z lamelowymi włóknami wełny skalnej stanowi gwarancję jednakowej wytrzymałości w każdym przekroju. Podczas próby wytrzymałości na rozciąganie uszkodzenie panelu zawsze następuje w rdzeniu, co dowodzi, że miejsce najbardziej krytyczne, jakim jest warstwa spajająca, pozostaje nienaruszone oraz że panel ma zdolność do przenoszenia bardzo dużych obciążeń. Minimalna wartość wytrzymałości na rozciąganie dla paneli jakości AST® wynosi 100 kN/m2.

Tabela 1. Wytrzymałość na rozciąganie i ściskanie różnych typów paneli PAROC

fot. PAROC Panel System

Ściany zewnętrzne budynku z płyt warstwowych
Jednym z istotnych elementów budynku są ściany zewnętrze i elewacja budynku, które oprócz swej roli funkcjonalnej spełniają również funkcję estetyczną. Ich zadaniem staje się oddziaływanie na otoczenie za pomocą koloru, faktury oraz wzorów graficznych na powierzchniach zewnętrznych ścian. Ważne są szczególnie jej możliwości promocyjne – ściana z płyt warstwowych może stać się doskonałą powierzchnią reklamową, kreującą jej pozytywny wizerunek. Gama produktów PAROC® Panel System oferuje pełną paletę twórczych możliwości. Odpowiadając na rosnące potrzeby designerów firma PAROC Panel System stworzyła nowe produkty na bazie płyty warstwowej o nazwach handlowych: PAROC® print, PAROC® art oraz PAROC® delign.

fot. PAROC Panel System

Wytyczne doboru płyt warstwowych
Współczynnik przenikania ciepła Uc
System PAROC, dzięki zastosowaniu konstrukcyjnej wełny skalnej o różnej gęstości, dysponuje czterema typami płyt o różnych współczynnikach Uc dla tej samej grubości płyty. Są to:
– AST® L – dla ścian o ekstremalnych wymaganiach dotyczących izolacji termicznej;
– AST® T – dla ścian o wysokich wymaganiach dotyczących izolacji termicznej;
– AST® S – dla w normalnie użytkowanych budynkach z normalnymi wymaganiami ogniowymi,
– AST® F – dla ścian o wysokich wymaganiach ogniowych,
– AST® E – dla stropów podwieszanych, lecz także dla ścian o wysokich wymaganiach wytrzymałościowych.
Należy również podkreślić, że ciężar paneli do zastosowań standardowych (typ AST® T i AST® S) jest znacznie mniejszy, co jest wynikiem zastosowania wełny o mniejszej gęstości. Różnica w ciężarze paneli dochodzi nawet do 21-30% w stosunku do technologii tradycyjnych. W rezultacie panele PAROC AST® mniej obciążają konstrukcję główną oraz mają lepsze właściwości użytkowe (tab. 2).

Tabela 2. Parametry paneli PAROC w zależności od gęstości rdzenia

Na przykład płyta o grubości 175mm w typie AST T 175 ma rdzeń o gęstości 75 kg/m3 i współczynnik Uc = 0,22 W/m2 · K. Natomiast płyta AST E 175 o gęstości rdzenia 120 kg/m3 ma Uc = 0,25 W/m2 · K. Zastosowanie płyt AST T 175mm pozwala na mniejsze zapotrzebowanie energii na ogrzewanie budynku i skutkuje mniejszym o 37% ciężarem ściany, co ma również wpływ na mniejsze obciążenie konstrukcji głównej.

rys. PAROC Panel System

 
Maksymalna rozpiętość płyt
Podstawowym parametrem wyjściowym przyjmowanym do obliczeń statycznych obudowy jest obciążenie wiatrem. W zależności od rozpiętości konstrukcji inny czynnik decyduje o statyce płyty. Naturalną tendencją podczas projektowania powinno być jednak dążenie do maksymalnych dopuszczalnych rozpiętości płyt. Efektem takiego podejścia jest zmniejszenie konstrukcji głównej, która decyduje o koszcie budynku.
Jak pokazuje doświadczenie, koszt konstrukcji głównej budynku stanowi 75-80% kosztów bryły budynku, koszt obudowy – 20-25% kosztów. Wniosek: lepszy efekt ekonomiczny można uzyskać przy większych rozpiętościach.
Przykład?
Zestawmy maksymalne dopuszczalne rozpiętości dla płyty standardowej PAROC AST S 150mm, porównywalnej pod względem nośności z płytami innych producentów obecnych na rynku, z płytą o zwiększonej wytrzymałości PAROC AST E 150mm. W przypadku obciążenia wiatrem 0,5 kN/m2 maksymalna dopuszczalna rozpiętość wynosi dla AST S 150; L max = 7,96m, a dla płyty AST E 150 mm L max = 9,53m, czyli więcej o 19%.
Podstawową korzyścią wynikającą z zastosowania technologii AST® jest możliwość optymalizacji kosztów obudowy przy zachowaniu jednej i tej samej grubości panelu. Stosując różne typy paneli, można przyjąć różne wartości obciążenia dla ich maksymalnej rozpiętości podparcia lub dla tej samej wartości obciążenia założyć inne maksymalne rozpiętości. Przykład dla panelu o grubości 150mm pokazano na rys. 1.

Rysunek 1. Różne obciążenia i rozpiętości w zależności od typów płyt PAROC

Odporność ogniowa
Jedną z ważniejszych korzyści wynikających z zastosowania technologii AST® jest ognioodporność. Panele typu AST® F i AST® E zostały zaprojektowane dla zabudowy przegród budowlanych przenoszących duże obciążenia ogniowe. Płyty warstwowe PAROC AST® zostały sklasyfikowane w Euroklasie jako A2-s1, d0, co oznacza, że są niemożliwe do zapalenia się i nie podtrzymują ognia (A2), wydzielają niewielkie ilości dymu i substancji toksycznych (s1) oraz nie generują płonących kropel stopionych materiałów (d0). W praktyce oznacza to, że płyty PAROC nie biorą udziału w procesie spalania, czyli nie powodują wzrostu obciążenia ogniowego budynku.
Maksymalna odporność na ogień konstrukcji z paneli PAROC AST® wynosi EI240 dla ścian i EI60 dla stropów podwieszanych. Rdzeń z konstrukcyjnej wełny skalnej PAROC® ma dobrą izolacyjność termiczną oraz nie zmienia swojej objętości w ekstremalnych temperaturach. Badania ognioodporności paneli PAROC AST® wykazały, że zachowują one swoją izolacyjność i szczelność ogniową do 360 minut. Spoiwo paneli PAROC AST® jest odporne na wysokie temperatury i zachowuje spojenie rdzenia z nieeksponowaną okładziną podczas oddziaływania ognia. Złącze w panelach PAROC jest specjalnie zaprojektowane do zachowania szczelności ogniowej bez dodatkowych uszczelek w złączu, zapobiegając w ten sposób penetracji gorących gazów i płomieni (tab. 2).
Obciążenie ogniowe magazynu z płyt PAROC jest od 4 do 6 razy mniejsze niż w wypadku używania płyt z rdzeniem z PU lub EPS. Ściany ognioodporne z płyt warstwowych stanowią zaporę zatrzymującą ogień na czas do 240 minut, chroniąc ludzi oraz towary znajdujące się we wnętrzu budynku, co jest wartością niewymierną.

fot. PAROC Panel System

Trwałość eksploatacyjna
Kolejną korzyścią jest dłuższa trwałość ścian zbudowanych z płyt warstwowych PAROC budynku. Panele utrzymują swoją wytrzymałość i właściwości izolacyjne oraz są odporne na warunki atmosferyczne ponad oczekiwany okres ich użytkowania. W budynkach przemysłowych okres trwałości 25 lat jest wystarczający, ale w innych przypadkach (np. budynki elektrowni) wymagania mogą być wyższe i wynosić 50 lat lub więcej. Trwałość jest uzyskiwana poprzez przyjęcie właściwych standardów dotyczących komponentów do produkcji i samej technologii produkcji płyt. Dotyczy to zarówno materiału rdzenia, jak i okładzin. Włókno skalne rdzenia jest produkowane z użyciem właściwych składników i zachowaniem ich określonych proporcji. Uzyskuje się wtedy właściwą wytrzymałość i elastyczność włókna. Zastosowanie stali o odpowiedniej wytrzymałości na blachy wpływa również na trwałość płyt PAROC. Okładziny zewnętrzne są zabezpieczone standardowo powłoką PVDF o zwiększonej odporności na promieniowanie UV oraz mają zdolność do samooczyszczania się. Ważną rzeczą jest również dobór powłoki do odpowiedniej agresywności środowiska (tab. 3).
Powłoki PVDF stosowane standardowo na  powierzchniach zewnętrznych paneli PAROC zwiększają odporność korozyjną okładzin oraz wydłużają okres trwałości estetycznej budynku. Kolory o dużej intensywności barw nie tracą swych właściwości pod wpływem promieniowania UV.

Tabela 3. Wielkość obciążenia ogniowego od płyt warstwowych [MJ/m²] w zależności od materiału rdzenia

Tabela 4. Wpływ rodzaju powłoki na trwałość estetyczną budynku

fot. PAROC Panel System

Możliwość zabudowy fasad na płytach warstwowych
Fasady zabudowywane na płytach warstwowych PAROC AST® mogą stanowić doskonałą alternatywę wobec fasad wentylowanych mocowanych do ścian wykonanych w technologiach tradycyjnych. Szczególnie w przypadku budynków wysokich widoczne są oszczędności na ciężarze ścian oraz pośrednio na ciężarze szkieletu konstrukcji głównej i fundamentów.
Podczas dobierania systemu okładzin głównym ograniczeniem jest ciężar kompletnego systemu zawieszanego na ścianie z płyt warstwowych PAROC. Nie powinien przekroczyć 45 kg/m2. Możliwe do zastosowania w tym przypadku są fasady ceramiczne, z kompozytów aluminiowych, kasety metalowe, płyty HPL oraz panele ze szkła i konglomeratów kamiennych. Wykończenie powierzchni wewnętrznych ścian płytami G-K wraz z dodatkową warstwą wełny skalnej pozwala na uzyskanie izolacyjności akustycznej Rw = 49-52 dB. Na etapie doboru elementów okładzinowych należy określić ich podstawowe parametry mechaniczne, takie jak wytrzymałość na zginanie oraz moduł sprężystości. Szczegółowe omówienie tego problemu wykracza poza ramy niniejszego artykułu, dlatego w przypadku bliższego zainteresowania tą tematyką wskazana jest konsultacja z przedstawicielem firmy PAROC Panel System.

fot. PAROC Panel System

Rozwiązanie to ma szereg zalet. Panele PAROC AST® 500 pozwalają uzyskać około pięciokrotnie mniejsze obciążenie konstrukcji głównej – ciężar ściany z paneli o współczynniku U = 0,26 W/m2 · K wynosi tylko 23 kg/m2 przy izolacyjności akustycznej Rw rzędu od 31 do 49 dB. Przy zastosowaniu tego rozwiązania warstwa nośna pełni jednocześnie funkcję izolacji termicznej, a odporność ogniowa przegrody wynosi, w zależności od grubości i typu płyty, od EI 120 do EI 240. W przypadku paneli PAROC AST® zachodzi możliwość zastosowania perforowanych elementów fasadowych, pełniących funkcję ekranów pochłaniających, bez ujemnego wpływu wód opadowych na warstwę izolacji termicznej. Stosując płyty PAROC AST®, unikamy konieczności pracochłonnego „pionowania” podkonstrukcji fasady wentylowanej – jest ona mocowana bezpośrednio do równej powierzchni płyty warstwowej. Wykorzystanie płyt PAROC AST® pozwala uzyskać znacznie krótszy czas wykonania warstwy nośnej przy porównywalnym koszcie. Stosując ten system, szczególnie w przypadku budynków wysokich, można zauważyć oszczędności w ciężarze ścian oraz pośrednio w ciężarze szkieletu konstrukcji głównej i fundamentów.
 
Ze szczegółami oferty można zapoznać się na stronie: www.paroc.pl