Efektywność akustyczna i cieplno-wilgotnościowa budynku zeroenergetycznego – wyniki badań

Drewniane konstrukcje modułowe budynków zeroenergetycznych stanowią przyszłość zrównoważonego budownictwa, łączącą wysoką efektywność energetyczną z minimalnym wpływem na środowisko. W ramach projektu „Budynek zeroenergetyczny w konstrukcji modułowej” współfinansowanego przez Europejski Fundusz Rozwoju Regionalnego w ramach Regionalnego Programu Operacyjnego Województwa Podlaskiego na lata 2014- 2020 zaprojektowaliśmy panele ścienne przeznaczone dla konstrukcji szkieletowych budynków drewnianych w różnych konfiguracjach geometrycznych i konstrukcyjnych. Dla przygotowanego rozwiązania przeprowadziliśmy badania dotyczące efektywności akustycznej oraz cieplno-wilgotnościowej. W tym artykule prezentujemy wyniki badań oraz płynące z nich wnioski.

Badanie efektywności akustycznej w budynkach zeroenergetycznych

Efektywność akustyczna stanowi istotny aspekt komfortu użytkowania budynków zeroenergetycznych. Analizę akustyczną wykonano w programie Insul. Celem było sprawdzenie, czy zaprojektowane przegrody spełniają wymagania normowe. Należy nadmienić, że wspomniany program zawyża wyniki, jednak jeśli badanie przegrody wykaże duży zapas izolacyjności, można przyjąć, że spełnia ona wymagania akustyczne.

Badanie efektywności akustycznej przeprowadzono na gotowym budynku. Zbadano przegrody w postaci stropów międzykondygnacyjnych, ścian międzylokalowych, ścian akustycznych, ścian zewnętrznych oraz tarasów.

Wyniki badania i wnioski

Badanie wykazało, że w porównaniu do obowiązujących norm większość przegród spełniła wymagania. Jedyny problem pojawił się w przypadku podłogi pokrytej linoleum, na której nie było warstw akustycznych. Na tej podstawie można stwierdzić, że pod kątem akustyki budynek zaprojektowano prawidłowo. Wykorzystanie drewna w konstrukcji nie wpłynęło negatywnie na izolacyjność akustyczną budynku, co podkreśla potencjał tego materiału w projektowaniu komfortowych przestrzeni mieszkalnych.

Analizy cieplno-wilgotnościowe przegród zewnętrznych budynków zeroenergetycznych

Konstrukcje modułowe z drewna wykorzystują budulec w postaci materiału organicznego wrażliwego na wilgoć połączoną z dodatnią temperaturą. Długotrwałe wystawienie na działanie takich warunków powoduje rozwój pleśni i gnicie, a w najgorszych przypadkach może nawet prowadzić do utraty nośności elementów konstrukcji. Dodatkowo występowanie pleśni stanowi czynnik zagrażający ludzkiemu zdrowiu. Im bardziej energooszczędna przegroda, tym większe ryzyko wystąpienia zagrożenia, dlatego przeprowadzenie analiz cieplno-wilgotnościowych było niezbędne w kontekście sprawdzenia bezpieczeństwa projektowanej konstrukcji.

Analizy cieplno-wilgotnościowe przegród zewnętrznych zostały wykonane na wszystkich projektowanych przegrodach zewnętrznych, tj. na:

• ścianie zewnętrznej typu A,
• ścianie zewnętrznej typu B,
• ścianie zewnętrznej z dobitką,
• podłogi na gruncie w łazience,
• podłogi na gruncie w salonie,
• podłogi na żelbecie w łazience,
• podłogi na żelbecie w salonie,
• dachu wentylowanego w dwóch kierunkach,
• dachu wentylowanego w jednym kierunku,
• dachu niewentylowanego.

Analizy zostały przeprowadzone przy użyciu specjalistycznego oprogramowania WUFI, które wykonuje niestacjonarne obliczenia transportu ciepła i wilgoci w materiałach porowatych.

Wyniki badania i wnioski

Wyniki obliczeń potwierdziły dobre warunki cieplno-wilgotnościowe dla ściany zewnętrznej typu B, podłogi na gruncie w salonie oraz podłogi na żelbecie w łazience. Analizy wykazały także obszary wymagające obserwacji w trakcie użytkowania budynku.

• Dla ściany zewnętrznej typu A, ściany zewnętrznej z dobitką oraz podłogi na gruncie w łazience wykazano możliwość wystąpienia niekorzystnej wilgotności w stopce zewnętrznej słupka dwuteowego.
• Dla podłogi na żelbecie w salonie wykazano możliwość wystąpienia kondensacji na styku wełny mineralnej i pianki poliuretanowej w przestrzeni podpodłogowej.
• Dla dachu wentylowanego w dwóch kierunkach oraz dachu wentylowanego w jednym kierunku wykazano możliwość nadmiernego zawilgocenia sklejki pod membraną dachową.
• Dla dachu niewentylowanego wykazano możliwość degradacji poszycia konstrukcyjnego na skutek procesów gnilnych powstałych w niekorzystnych warunkach cieplno-wilgotnościowych.

Warunki cieplno-wilgotnościowe w przegrodach zewnętrznych w czasie rzeczywistym

Warunki cieplno-wilgotnościowe w przegrodach zewnętrznych są również badane w czasie rzeczywistym. W trakcie produkcji budynku w przegrodach zamontowano czujniki wilgotności i temperatury. Dane są na bieżąco rejestrowane w specjalnym systemie, dzięki któremu istnieje możliwość stałej obserwacji warunków panujących w danych elementach przy jednoczesnym sprawdzeniu zachowania tych elementów. Wykresy miesięczne i roczne dają dostęp do kompleksowych danych na temat warunków cieplno-wilgotnościowych panujących w całym budynku. Przez pierwsze dwa lata przegrody dążą do stanu równowagi dynamicznej, dlatego obserwacja musi być prowadzona przez minimum 5 lat – dopiero po tym czasie będzie możliwa walidacja wyników.

Budynek wyposażono także w system pomiaru zużycia energii. Zarejestrowane dane wykazały nieefektywność energetyczną zastosowanych rozwiązań ogrzewania elektrycznego oraz przewagę odnawialnych źródeł energii – w tym przypadku pomp ciepła. Dane wskazały również na wadę budynku polegającą na przegrzewaniu się konstrukcji w miesiącach letnich. Niski współczynnik przenikania ciepła przegród oraz dobra szczelność powietrzna połączone z małą bezwładnością cieplną spowodowaną użyciem konstrukcji szkieletu drewnianego sprawiają, że budynek szybko się nagrzewa, a jednocześnie zbyt wolno oddaje ciepło na zewnątrz. Z tego względu rekomenduje się stosowanie w kolejnych budynkach zeroenergetycznych pomp ciepła z możliwością chłodzenia.

Perspektywa rozwoju budownictwa zeroenergetycznego na podstawie analiz

Wyniki badań podkreślają znaczenie integracji technologii odnawialnych w projektach budynków zeroenergetycznych. Wykorzystanie pomp ciepła w budynkach o drewnianej konstrukcji modułowej zapewni oszczędności energetyczne oraz podniesie komfort użytkowników.

Budownictwo zeroenergetyczne w konstrukcji modułowej wymaga kolejnych badań pod kątem ulepszenia efektywności cieplno-wilgotnościowej, ze szczególnym uwzględnieniem zastosowania skutecznych technologii wentylacyjnych ograniczających ryzyko kondensacji. Przeprowadzone analizy dowodzą, że drewno ma ogromny potencjał jako główny materiał konstrukcyjny.