Holzbau Forum Polska 2022

Odsłony: 3

Prefabrykacja, digitalizacja i automatyczna produkcja modułów to kierunek wytyczony dla budownictwa drewnianego

Możemy budować szybciej, z poszanowaniem ekologii i lokalnej tradycji, ale również bardziej ekonomicznie, rozsądnie dysponując surowcem. Wymaga to jednak cyfrowych narzędzi projektowych, automatyzacji produkcji i prefabrykacji. Przykłady architektonicznych rozwiązań, prezentowane przez uczestników 6 edycji Holzbau Forum Polska, pokazują, że sektor budownictwa drewnianego może być remedium nie tylko na kryzys klimatyczny i konieczność ograniczenia śladu węglowego, ale i naglące problemy sektora, takie jak termomodernizacja. 

Jak budować mądrzej przy ograniczonych zasobach? W sytuacji kryzysu wojennego, niedoboru materiałów budowlanych i galopujących cen to pytanie zadają sobie zarówno przedsiębiorcy, jak i prywatni inwestorzy. Odpowiedź na to i wiele równie ważnych zagadnień dotyczących współczesnego budownictwa można było uzyskać podczas Forum Holzbau Polska. Tegoroczna, szósta już edycja odbyła się w dniach 25-26 kwietnia w Hotelu Windsor w Jachrance. Wzięło w niej udział 53 wystawców i 400 uczestników. 

Szersze perspektywy

Branża budowlana pozostawia ogromny ślad węglowy. Dlatego coraz bardziej istotne jest, w jaki sposób budynki będą projektowane, z jakich materiałów będą realizowane, jak materiały te będą zachowywały się w całym cyklu ich życia i co się z nimi stanie po rozbiórce. Powinniśmy wyeliminować materiały nietrwałe oraz te, które przyczyniają się do degradacji środowiska, ale również bardzo rozsądnie gospodarować dostępnymi zasobami. Dlatego konstrukcje drewniane to odpowiedź na wyzwania stojące przed współczesnym budownictwem. Ten najstarszy budulec jest obecnie najbardziej zdigitalizowanym materiałem. Innowacyjne, cyfrowe rozwiązania pozwoliły wyeliminować jego niedoskonałości, a w realizowanych z drewna budynkach zwiększyć komfort cieplny i poprawić energooszczędność. Dzięki cyfrowym procesom projektowym i zautomatyzowanej produkcji możemy budować coraz wyższe, większe, ale również bardziej ekonomiczne obiekty. 

Żadna innowacja nie była równie przełomowa dla tego sektora jak technologie cyfrowe: nowe oprogramowanie pomaga rozwiązać problemy o wysokim stopniu złożoności, a sterowane cyfrowo maszyny zmieniają sposób, w jaki budujemy, obniżając koszty produkcji i otwierając architektom nowe możliwości projektowe – przekonywała Edyta Augustynowicz, profesor ds. cyfrowej produkcji i drewna w Wyższej Szkole Nauk Stosowanych w Bernie, ale również architekt wyspecjalizowany w nowych technologiach budownictwa.

Konieczna zmiana sposobu pracy

Coraz większe możliwości przed projektantami i wykonawcami otwiera również prefabrykacja. To idealne rozwiązanie w kompleksach miejskich, gdzie jej przewagą są nie tylko krótki czas inwestycji, ale niewielkie wymagania co do wielkości placu budowy. W zurbanizowanych przestrzeniach to zaleta nie do przecenienia. 

Dzięki produkcji fabrycznej modułu możemy pozwolić sobie na większą elastyczność w projektowaniu. Maszyny mogą produkować bardziej kompleksowe elementy i bardziej zróżnicowane – wymieniała Edyta Augustynowicz. – Jednak taka produkcja wymaga również zmiany sposobu pracy. Plany i rysunki muszą odejść do lamusa. Konieczna jest praca w trzecim wymiarze, żeby zapewnić maszynom odpowiednio dużo informacji do produkcji.

Prelegentka, odwojowując się do własnych doświadczeń zawodowych, pokazała, że nowoczesne narzędzia cyfrowe to sprzymierzeńcy architektów.  Mogą uprościć cały proces projektowy. Rozwinięta przez architektkę platforma do projektowania budynków modułowych dla firmy ERNE AG Holzbau, jednego z ich największych producentów w Szwecji, skraca proces projektowania z wielu dni lub nawet tygodni do zaledwie jednego dnia. Pozwala projektantom na większą elastyczność, a dodatkowo obniża koszty produkcji modułów poprzez optymalizację surowa. Program eliminuje również błędy, uniemożliwiając np. zaprojektowanie drzwi, które są za duże lub za małe, albo nie pasują do ściany.  

Digitalizacja wsparciem dla ekologii

Digitalizacja to narzędzie, które może być pomocne również w ekologii. Cyfrowo zaprojektowane nowoczesne konstrukcje drewniane są remedium na kryzys klimatyczny, ponieważ możemy je traktować jako nowoczesne magazyny dwutlenku węgla. Metr sześcienny drewna ma zdolność do gromadzenia jednej tony dwutlenku węgla.

Dzięki narzędziom cyfrowym możemy modelować i ulepszać każdy z elementów jeszcze przed rozpoczęciem budowy. Możemy je optymalizować na wczesnym etapie inwestycyjnym i określać wbudowany ślad węglowy – mówiła Magdalena Szabert, z firmy Eurban Construction Ltd.

Taki minimalny wpływ na środowisko mają płyty klejone krzyżowo (CLT), a jednocześnie pozwalają na wykonywanie zaawansowanych architektonicznie koncepcji. Dlatego drewnu klejonemu krzyżowo dedykowana zastała sesja „Drewno CLT w przestrzeni publicznej”. 

Przykładem pokazującym jego potencjał jest budynek edukacyjny w  Leśnym Ogrodzie Botanicznym w Marszewie. Zadaniem architektów – Damiana Poklewskiego-Koziełł i Marcina Gierbienisa było zaprojektowanie budynku w całości wykonanego z drewna, ze wskazaniem na jego nowoczesną odsłonę, łączącego tradycję z innowacją. Dlaczego łatwo pracować z tym materiałem? Ponieważ prefabrykowana konstrukcja jest realizowana w krótkim czasie, co przekłada się na ekonomię inwestycji. Płyty są przygotowywane w fabryce i wycinane indywidualnie pod kątem projektu. Każdy element ma swoje miejsce i jest idealnie dopasowany. CLT pozwala na uzyskanie przekrojów ścian cieńszych od betonowych czy stalowych, spełniających podobne parametry techniczne. 

CLT – jak to ugryźć?

Dlaczego więc architekci tak niechętnie decydują się wybór tej technologii w swojej pracy? Według Doroty Sibińskiej, architektki z XYstudio, to nadal „przygoda pełna niespodzianek”, a sama technologie niesie ze sobą szereg pytań bez odpowiedzi. Doświadczeniem zdobytym podczas realizacji hybrydowego przedszkola w Aleksandrowie Łódzkim: z parterem w technologii tradycyjnej i piętrem z płyt CLT, podzieliła się w trakcie prelekcji pod znamiennym tytułem: „Jak ugryźć drewniane ZLII – historia małych kroków”. 

Jak przyznała, największą trudnością w przypadku projektów w technologii CLT jest niewiedza i obawy urzędników, które dla inwestora mogą okazać się kosztowne. 

Dziś trochę nauczona doświadczeniem, zanim rozpocznę projektowanie w CLT, kontaktuję się z lokalnymi rzeczoznawcami i pytam czy znają tę technologię, czy mają szczególne wymagania, czy mam na coś zwrócić szczególną uwagę, czy mam się udać z projektem do PSP i zapytać o opinię – doradzała Dorota Sibińska. – Nie daje mi to gwarancji, że rozwiązania, które zastosuję będą przez nich pozytywnie zaopiniowane, ale pozwala mi wyjaśnić wcześniej zagadnienia, które w poprzednich projektach mnie zaskoczyły.

Szybka technologia modułowa CLT wydawała się idealnym rozwiązaniem do zrealizowania inwestycji w pół roku. Jednak już na etapie projektu budowlanego zaczęły się problemy. 

Rozpoczęła się dyskusja z rzeczoznawcami pożarowymi i inspektorami nadzoru czym właściwie jest konstrukcja dachu w CLT. Nie ma tu klasycznej konstrukcji – łat i krokwi, jest za to płyta z „kieszeniami” na izolację – relacjonowała architekt Sibińska. – Po raz kolejny strażak oczekiwał, że załączymy badania na gotowy system –  dach wraz z izolacją i pokryciem. Inspektor nadzoru podobnie. Zaczęto rozkładać dach z poszyciem na części pierwsze. Drewno miało odporność odpowiednie badania, wełna jest NRO, a membrana? Tu już nie wiadomo, każdy miał inne zdanie, to samo dotyczyło łat. Trzeba było podjąć ryzyko. Termin 1 września był nieodwołalny, a na dyskusje ze strażakami nie mieliśmy już czasu. Zakupiona została membrana NRO, łaty zostały zabezpieczone.

Analogiczny problem wystąpił przy ścianach zewnętrznych, a kolejnym utrudnieniem okazała się klatka schodowa. 

W technologii drewnianej klatka schodowa jest największym zagrożeniem ze względu na nieznajomość technologii drewnianych, szczególnie w środowisku rzeczoznawców i oddziałach kontrolno-rozpoznawczych z zakresu ochrony przeciwpożarowej PSP – przyznała architektka. – 

W następnym projekcie będziemy zmuszeni stosować klatki żelbetowe, ponieważ ryzyko swobodnej interpretacji przepisów naszych urzędników jest zbyt duże, a zmiany w konstrukcji na etapie budowy właściwie niemożliwe.

Odporność ogniowa konstrukcji drewnianych jest wystarczająca lub możliwa do osiągnięcia, aby usprawiedliwić wykorzystanie drewna w budowie nowoczesnych, w pełni funkcjonalnych, energooszczędnych i przyjaznych dla człowieka budynków mieszkalnych, użyteczności publicznej, czy wielokondygnacyjnych, a być może nawet wysokościowych – dowodził natomiast Jerzy Gronek z Politechniki Warszawskiej, analizując przykład hali sportowej, której główną konstrukcje nośną stanowią dźwigary typu „hokej” z drewna klejonego warstwowo klasy GL28c.

Termomodernizacja prefabrykatami 

Lekkie elementy prefabrykowane znajdują zastosowanie w wielu rodzajach konstrukcji, mogą stanowić również nowoczesną alternatywę podczas prac termomodernizacyjnych. To kolejny z ważnych problemów sektora budowlanego, wymagający szybkich i skutecznych rozwiązań. Według danych Komisji Europejskiej 75% budynków w UE jest nieefektywna energetycznie, a jedynie 1% jest poddawany każdego roku renowacji. „Fala Renowacji” ma usunąć bariery utrudniające modernizację budynków, tak, aby osiągnąć poziom minimum 3% odnowionych budynków w ciągu roku. 

Odpowiedzią jest między innymi wykorzystanie elementów prefabrykowanych, które tworząc szczelną obudowę wokół budynku minimalizują starty ciepła – przekonywał Tomasz Sasin z Politechniki Warszawskiej. – Technologia ta daje architektom i inżynierom nowe możliwości wykorzystania fasad i większy potencjał w modernizacji budynków.

Doskonałe parametry można osiągnąć stosując technologię prefabrykacji Timber based Element System (TES), w której głównym materiałem jest drewno. Na jej korzyść przemawiają uzyskane parametry. 

W wyniku głębokiej termomodernizacji akademików uczelni w Oulu, w zachodniej Finlandii, zmniejszono zapotrzebowanie energii pierwotnej na ogrzewanie z 148 kWh/m2•rok do 30 kWh/m2•rok – informował Tomasz Sasin.

Tę metodę termomodernizacji zastosowano także w budynkach  komunalnych w Roosendaal w Holandii, zmniejszając  zapotrzebowanie energii pierwotnej na ogrzewanie do 25 kWh/m2•rok. Dzięki temu rachunki za ogrzewanie zmniejszyły się o 67%.  

Aktywna Izolacja Termiczna

Budynki wzniesione w technologii szkieletowej z łatwością osiągają wymaganą izolacyjność cieplną, jednak mają małą masę termiczną, przez co szybko nagrzewają się i szybko to ciepło tracą. Z problemem tym można sobie poradzić stosując np. Aktywną Izolację Termiczną, która zwiększa pojemność cieplną. Uczestnikom Holzbau Forum Polska przybliżyła ją dr inż. Małgorzata Fedorczak-Cisak z Politechniki Krakowskiej.   

W przegrodach zewnętrznych budynku w warstwie izolacji w specjalnie wyznaczonej płaszczyźnie należy umieścić wężownicę, połączoną z wężownicą w gruncie. W tym zamkniętym obwodzie przy pomocy małej pompy obiegowej krąży roztwór glikolu z woda o temperaturze zbliżonej do temperatury akumulatora gruntowego, który zasilany jest drugą wężownicą „pozyskującą” energię z energii słonecznej – tłumaczyła prelegentka. – W efekcie tego rozwiązania zwiększa się bezwładność termiczną budynku, co spowoduje zmniejszenie straty cieplnej przegrody zimą od 50 do 80%.

W pięciu eksperymentalnych budynkach z systemem Aktywnej Izolacji Termicznej na Węgrzech od 14 lat prowadzone są badania oparte na pomiarach rzeczywistych. Zaobserwowano, że o ponad 60%  zmniejsza straty energetyczne przez przegrody zewnętrzne. Pozwala skrócić okres grzewczy, a latem może pasywnie chłodzić budynek. Może również zwiększać o 25% efektywność kolektora słonecznego.   

Ekologicznie i ekonomicznie

Budynki z wykorzystaniem drewna mają wielowiekową tradycję, jednak stosowane technologie często są nieekonomiczne. 

Często pełnowartościowy surowiec, przebadany, obrobiony mechanicznie i termicznie, oznakowany CE i dopuszczony do obrotu na rynku materiałów budowlanych zamienia się w opał , czy zwykły śmieć – przytoczył fakty architekt Wojciech Pilacki. – Często to nawet 30% surowca wsadowego – aż 30%, czy tylko 30% produktu? A gdyby zlikwidować odpad? Dzisiaj wiemy, że ograniczenie go do około 8% nie stanowi w zasadzie dużego problemu.

To kolejny argument za stosowaniem modułowych prefabrykatów, dzięki którym budownictwo drewniane może być bardziej ekonomiczne. 

Im prefabrykat większy, tym mniejsze straty – mniejszy odpad i mniejsze zużycie surowca konstrukcyjnego – tłumaczył prelegent. Maksymalizacja zysków zaczyna się w momencie, w którym zakład produkcyjny zaczyna powielać zoptymalizowane projekty.

Nowa definicja trwałości

Zdefiniowania na nowo wymaga również trwałość architektury, o czym przekonywał architekt Marek Idziak-Sępkowski.  

Przy takiej skali budownictwa nie ma już miejsca na marzenia o kilkusetletniej żywotności budynków. Właściwie kilkudziesięcioletni wydaje się zbyt długi. Trwałość dziś powinna oznaczać, że budynek pozostanie wolny od większych usterek wyłącznie na czas pełnienia pierwotnej funkcji. A gdy on minie, to zostanie w niskonakładowy i niskoemisyjny sposób zdemontowany, a pozostałości po nim poddane recyklingowi – powiedział prelegent. 

Architektura drewniana ma więc kolejną przewagę – pozwala na bardziej niskonakładową dekonstrukcję niż inne konwencjonalne technologie. 

Pionierska Sesja Master 

Formuła Holzbau Forum Polska łączy strefę wystawiennicza, gdzie prezentowane są praktyczne rozwiązania dla sektora budownictwa drewnianego z fachowymi sesjami wykładowymi. W tym roku po raz pierwszy została rozszerzona o nowe wydarzenie – Sesję Master, czyli publiczną obronę 5 prac dyplomowych z zakresu architektury i budownictwa drewnianego. To pionierskie wydarzenie moderował dr Andrzej Noskowiak z Poznańskiego Instytutu Technologicznego Łukasiewicza. Każdy z uczestników wygłosił 20-minutowy autoreferat i zaprezentował wyniki swojej pracy dyplomowej. Wszystkie prace prezentowały wysoki poziom merytoryczny, a ich autorzy doskonale przygotowali się do zreferowania tematów przed publicznością. Dla najlepszej pracy przewidziano nagrodę pieniężną w wysokości 500 zł, ufundowaną przez Stowarzyszenie Energooszczędne Domy Gotowe. Otrzymał ją Mateusz Majocha z Politechniki Śląskiej za „Projekt drewnianej hali przemysłowej LVL”

Coraz więcej wystawców

Z roku na rok Holzbau Forum Polska cieszy się coraz większym zainteresowaniem, gromadząc więcej uczestników i wystawców. W tegorocznej edycji swoją ofertę zaprezentowały aż 53 firmy związane lub świadczące usługi dla sektora budownictwa drewnianego. Dostawcy drewna konstrukcyjnego, drewnopochodnych materiałów budowlanych, narzędzi, łączników, chemii i oprogramowania przez dwa dni byli do dyspozycji uczestników dzieląc się wiedząc, odpowiadając na liczne pytania i doradzając. 

Kolejna edycja Holzbau Forum Polska odbędzie się wiosną 2023 roku również w Jachrance. 

Fot. D. Jakubowski/ForumHolzbau