Płyty warstwowe na elewacji hali przemysłowej. Jak dobrać warstwowe płyty ścienne do założeń projektu?

Płyty warstwowe ścienne to popularne rozwiązanie obudowy konstrukcji hal przemysłowych, np. produkcyjnych, magazynowych, logistycznych, chłodni czy mroźni. Poza odpowiednimi parametrami technicznymi, decydującymi o doborze produktów do danej realizacji, cechy wizualne obecnie wytwarzanych płyt warstwowych pozwalają na wznoszenie obiektów o ciekawych i oryginalnych elewacjach.

Spis treści

1. Jak są zbudowane ścienne płyty warstwowe?
2. Jak dobierać ścienne płyty warstwowe do założeń projektu architektonicznego?
3. Izolacyjność termiczna przegrody
4. Odporność ogniowa
5. Płyty warstwowe ścienne a warunki eksploatacji hali przemysłowej

Popularność płyt warstwowych wynika m.in. z ich niewielkiego ciężaru, możliwości montażu bez ciężkiego sprzętu (bez względu na warunki atmosferyczne), a także wysokich parametrów izolacyjności akustycznej, termicznej i odporności ogniowej (w zależności od materiału i grubości rdzenia). Wytwarza się je w zakładach produkcyjnych według projektu, a następnie przywozi bezpośrednio na plac budowy i tam montuje do konstrukcji hali. Takie rozwiązanie pozwala na szybkie mocowanie gotowych elementów elewacji obiektu i przyspiesza proces jego budowy.

Dostępne warianty płyt warstwowych pozwalają na zaprojektowanie ścian obiektów o różnym przeznaczeniu i określonych parametrach. Trzeba jednak pamiętać, że stanowią one jedynie materiał osłonowy, elewacyjny i nie mogą być traktowane jako element nośny konstrukcji.

Jak są zbudowane ścienne płyty warstwowe?

Ścienne płyty warstwowe składają się z rdzenia pełniącego funkcję izolacyjną oraz dwóch okładzin (zewnętrznej i wewnętrznej) z blachy stalowej ocynkowanej ogniowo, zabezpieczonych specjalnymi powłokami chroniącymi przed korozją, promieniowaniem UV czy oddziaływaniem termicznym. Rdzeń może być wykonany z pianki poliuretanowej PUR lub PIR (poliizocyjanurowej), wełny mineralnej skalnej bądź styropianu. Użyty materiał wpływa na właściwości fizyczne i mechaniczne gotowych wyrobów.

• Płyty warstwowe ścienne z rdzeniem ze styropianu stosowane są zwykle tam, gdzie wymagana jest lekka i stosunkowo tania obudowa hali o dobrych parametrach termoizolacyjnych. Obecnie technologia wytwarzania płyt styropianowych pozwala uzyskać elementy o większej sztywności niż te dawniej produkowane, a także wyższej izolacyjności cieplnej, dzięki lepszemu połączeniu arkuszy styropianu w rdzeniu ograniczającym powstawanie mostków termicznych. Płyty tego rodzaju mają jednak niską odporność na ogień, co może być przeciwwskazaniem do ich stosowania w niektórych halach przemysłowych, np. przeznaczonych do składowania materiałów niebezpiecznych.

• Płyty warstwowe ścienne z rdzeniem z wełny mineralnej skalnej – dzięki właściwościom materiału termoizolacyjnego (niepalność) mają bardzo wysoką odporność ogniową – nawet EI 240. Z tego powodu są wykorzystywane w obiektach, które muszą spełniać wymogi dotyczące ognioodporności, np. w magazynach materiałów łatwopalnych. Duża masa płyt zwiększa izolacyjność akustyczną ścian, grubość warstwy musi być natomiast na tyle duża (znacznie grubsza niż dla pianki poliuretanowej), by spełnić wymagania dotyczące izolacji termicznej. Rdzeń złożony jest z niewielkich płyt lub bloczków prostopadłościennych, co pozwala uzyskać jednakową sztywność całej płyty. W przypadku rdzeni umieszczonych w układzie lamelowym (włóknami ułożonymi prostopadle do okładziny) cała płyta ma takie same cechy fizyczne i termiczne. Bloczki wełny powinny być klejone z okładzinami metalowymi, a także między sobą, w przeciwnym razie blachy mogą ulegać zdeformowaniu, co będzie widoczne na gotowej elewacji.

• Płyty warstwowe ścienne z rdzeniem z pianki poliuretanowej PIR lub PUR – wykorzystuje się je głównie przy budowie hal produkcyjnych, dla których wymagana jest wysoka odporność ogniowa na poziomie EI 15–EI 60 (dla płyt PIR – bezfreonowa, samogasnąca pianka poliizocyjanurowa). Ten rodzaj rdzenia, zwłaszcza z PIR, pozwala uzyskać najwyższe właściwości termoizolacyjne płyt warstwowych, dlatego dzięki ich zastosowaniu można obniżyć koszty ogrzewania obiektu. Płyty z poliuretanowym rdzeniem są lżejsze od tych z wełną, a także – ze względu na wysoką termoizolacyjność – cieńsze, co obniża koszty transportu i montażu, przyspiesza wykonanie obudowy hali, a także może ograniczyć wydatki związane z eksploatacją obiektu.

Jak dobierać ścienne płyty warstwowe do założeń projektu architektonicznego?

Wymagania techniczne dotyczące prefabrykowanych samonośnych płyt warstwowych z obustronnymi okładzinami z blachy stalowej określa norma PN-EN 14509:2013-12 „Samonośne izolacyjno-konstrukcyjne płyty warstwowe z dwustronną okładziną metalową. Wyroby fabryczne. Specyfikacje”. Obejmuje materiały przeznaczone do stosowania jako rdzeń, a także płyty wykorzystywane w chłodniach magazynowych i z różnymi rozwiązaniami krawędzi w obrębie rdzenia, natomiast nie uwzględnia np. elementów w kształcie łuku czy narożnika. W przypadku płyt używanych jako elementy chłodni, budynku i/lub zestawy obudowy budynku należy się również kierować Wytycznymi ETA 021 „Zestawy do budowy chłodni magazynowych”.

Wśród płyt warstwowych, poza standardowymi, oferowane są również takie o podwyższonych parametrach, np. dla obiektów chłodniczych, ze zwiększoną nośnością i większymi rozpiętościami, z rozwiązaniami gwarantującymi odpowiedni poziom szczelności i oszczędności energii czy o wysokiej odporności ogniowej, które pozwalają spełnić różne wymagania inwestorów i użytkowników hal. Warto tu wspomnieć np. o płytach wytwarzanych w technologii AST, która umożliwia uzyskanie ponadstandardowej wytrzymałości elementu przy zachowaniu minimalnej siły spojenia rdzenia z okładzinami.

Wymiary ściennych płyt warstwowych, a także ich układ (pionowy lub poziomy) na elewacji trzeba przewidzieć już na etapie projektowania konstrukcji, by odpowiednio dopasować ich rozpiętość i miejsca montażu. Ponadto należy uwzględnić dostępność wymiarów, ponieważ są one produkowane na zamówienie według projektu obudowy (grubość i szerokość elementu są stałe, długość docina się zgodnie z zapotrzebowaniem). Ze względu na rodzaj zastosowanej izolacji oraz wymaganą przewodność cieplną, rdzeń płyty może mieć grubość od 40 do 300 mm. Szerokość jest modularna i wynosi zazwyczaj 1–1,22 m. Planując układ płyt na elewacji, trzeba pamiętać również o szerokości krycia i odstępach pomiędzy sąsiednimi elementami. Długość zależy od warunków technicznych transportu i montażu, a także rodzaju materiału termoizolacyjnego lub powłoki i wynosi maksymalnie 12–16,5 m.

Izolacyjność termiczna przegrody

Standardy dla budynków wznoszonych od 2021 roku wyznaczają wymagania związane z energooszczędnością, m.in. określają maksymalną wartość współczynnika przenikania ciepła U_max dla poszczególnych elementów konstrukcyjnych obiektów. Dla ścian zewnętrznych budynków o temperaturze wewnętrznej powyżej 16°C wynosi ona 0,2 W/(m²·K). Parametry i rodzaj płyt warstwowych trzeba zatem dobrać już na etapie projektowania konstrukcji hali. Ważny jest tu materiał i grubość rdzenia, które zapewnią odpowiednią izolacyjność cieplną. Na przykład w przypadku wyrobów z rdzeniem z wełny mineralnej można dobrać gęstość materiału termoizolacyjnego, co pozwala uzyskiwać płyty o różnych współczynnikach U przy tej samej grubości rdzenia. Do mroźni, w których temperatura musi być utrzymywana na stałym poziomie (np. –28, a nawet –50°C), stosuje się głównie płyty warstwowe z rdzeniem PIR o grubości 200 mm i więcej.

Odporność ogniowa

Hale produkcyjne, magazyny bądź chłodnie z uwagi na swoje funkcje powinny spełniać wymagania dotyczące ochrony przeciwpożarowej, określone w przepisach budowlanych, m.in. w Rozporządzeniu Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 roku w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU nr 75, poz. 690, z późn. zm.) oraz w Rozporządzeniu Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 7 czerwca 2010 roku w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów budowlanych i terenów (DzU nr 109, poz. 719). Odnosi się to zarówno do zapewnienia bezpieczeństwa użytkownikom, pracownikom, jak i znajdującym się w hali urządzeniom, materiałom i towarom. Odpowiednie właściwości płyt warstwowych w zakresie bezpieczeństwa ogniowego potwierdzone mogą być także certyfikatami, np. FM Approved.

Według przepisów przeciwpożarowych podstawowymi parametrami określającymi wymagania dla obiektów wielkokubaturowych, takich jak hale produkcyjno-magazynowe, są m.in.: gęstość obciążenia ogniowego, zagrożenie wybuchem, wysokość (liczba kondygnacji), powierzchnia budynku (strefa pożarowa). Na ich podstawie określana jest klasa odporności pożarowej oraz odporności ogniowej elementów budynku. W przypadku płyt warstwowych wykorzystywanych jako elementy nienośne ścian zewnętrznych najczęściej mamy do czynienia z klasą EI 60 (60 oznacza czas, w którym zachowują szczelność i izolacyjność ogniową).

Pod względem odporności ogniowej zdecydowanie najlepsze parametry (nawet EI 120 czy EI 240) można uzyskać w przypadku ściennych płyt warstwowych z rdzeniem z wełny mineralnej, który nie zmienia objętości w ekstremalnych temperaturach. Płyty z rdzeniem PIR mogą mieć klasę w zakresie od EI 15 do EI 60.Innymi ważnymi parametrami płyt warstwowych są klasa reakcji na ogień (najwyższe wykazuje wełna mineralna) i stopień rozprzestrzeniania ognia (w przypadku płyt warstwowych NRO – nierozprzestrzeniające ognia). Konstrukcja hali może czasami wymuszać połączenia na elewacji płyt z różnymi rdzeniami, np. PIR i MWF, z wymaganym współczynnikiem EI 60 dla części obiektu. Wówczas płytę z wełną mineralną montuje się tylko w miejscu, gdzie parametr ten ma być spełniony. Pozostałą część hali można obudować płytami z poliuretanem, zapewniającymi lepszą izolacyjność cieplną.

Płyty warstwowe ścienne a warunki eksploatacji hali przemysłowej

Odpowiednio dobrane i poprawnie zamontowane płyty warstwowe długo utrzymują swoje parametry, m.in. wytrzymałość, izolacyjność cieplną czy odporność na warunki atmosferyczne – w przypadku hal to przynajmniej 25 lat. W przypadku bardziej skomplikowanych i strategicznych obiektów (np. elektrociepłowni) wymaga się rozwiązań o dłuższej żywotności – nawet do 50 lat. Dlatego dobierając rodzaj i parametry płyt, trzeba brać pod uwagę przeznaczenie hali przemysłowej. W przypadku magazynów materiałów sypkich obudowy ścian powinny mieć okładziny z blach grubszych (np. 0,7 mm i więcej) niż standardowe (zwykle 0,5 mm), aby zagwarantować większą sztywność i wytrzymałość na nacisk.

Z kolei w halach, w których wymaga się wysokich standardów higienicznych, np. przeznaczonych do przechowywania żywności, warto stosować płyty pokryte specjalną powłoką chroniącą przed rozwojem bakterii. Do obudowy hal pełniących funkcję chłodni i mroźni, w których temperatura wynosi nawet –40°C, używa się natomiast płyt warstwowych chłodniczych. Są odporne na niskie temperatury, odkształcenia i spełniają wszelkie wymagania sanitarne.

Do obliczeń wytrzymałości mechanicznej wyrobów wykorzystuje się tabele obciążeń płyt warstwowych, pozwalające na ich szybki i łatwy dobór pod kątem wytrzymałości i odporności na obciążenia statyczne oraz dynamiczne. Powinny być opracowane dla konkretnego typu i grubości płyty, grubości okładziny zewnętrznej i wewnętrznej. Zawierają także informacje dotyczące konstrukcji, np. minimalnej szerokości podpór skrajnych i pośrednich, układu statycznego jedno-, dwu- lub wieloprzęsłowego, liczby i rodzaju zastosowanych łączników, parcia i ssania (wiatru, śniegu), stanów granicznych nośności i użytkowania, a także różnicy temperatur pomiędzy okładziną zewnętrzną a wewnętrzną.

Obciążenie wiatrem

Jednym z podstawowych parametrów przyjmowanych do obliczeń statycznych obudowy jest obciążenie wiatrem, które wpływa na maksymalne dopuszczalne rozpiętości przęsła i zależy m.in. od rodzaju i grubości płyty, rdzenia, okładzin. W niektórych halach, zwłaszcza produkcyjnych, istotna jest izolacyjność akustyczna Rw. Wówczas warto wybierać spośród elementów z rdzeniem z wełny mineralnej, która najlepiej chroni przed hałasem (Rw na poziomie 31 dB), lub PIR (Rw 25–27 dB).

Ważną kwestią jest również szczelność całej obudowy, dlatego na styku płyt warstwowych z konstrukcją hali, a także m.in. na obróbce startowej, ławach fundamentowych, słupach konstrukcyjnych czy ramach trzeba umieścić uszczelki samoprzylepne. Fabrycznie umieszczona na płytach ciągła uszczelka i folia aluminiowa, a także wyprofilowane krawędzie oraz odpowiedni kształt zamka gwarantują jego wysoką izolacyjność cieplną oraz szczelność na wody opadowe i wnikanie wilgoci.

Niektórzy producenci jako dodatkowe rozwiązanie proponują wypełnienie masą butylową bądź wkładkę z pianki poliuretanowej miękkiej lub uszczelkę z EPDM, które wypełniają szczelinę na połączeniu dwóch płyt, likwidują punkty przemarzania, a także eliminują użycie pianki montażowej. Na rynku dostępne jest też rozwiązanie, które chroni przed zawilgoceniem wełnę mineralną w płytach ściennych zarówno przed montażem elementów, jak i w jego trakcie. To umieszczana fabrycznie, łatwa do usunięcia (tuż przed montażem) folia z tworzywa sztucznego, przyklejana do powierzchni rdzenia.

Obciążenia termiczne

Obciążenia termiczne mają duże znaczenie na elewacjach, na których blachy zewnętrzne płyt warstwowych mogą się znacznie nagrzewać pod wpływem temperatury i promieniowania słonecznego. Kolory o dużej intensywności barw nie tracą swoich właściwości pod wpływem promieniowania UV, jednak szczególnie ostrożnie trzeba dobierać okładziny w kolorach ciemnych, które mogą się mocniej nagrzewać. W przypadku zastosowania tych ostatnich zwykle zalecanym schematem statycznym jest układ jednoprzęsłowy, warto też skonsultować ich wykorzystanie z producentem płyt. Ponadto należy stosować odpowiednie mocowania oraz uwzględniać wpływ temperatury montażu na deformacje okładziny (montaż w temp. >10°C).

Obecnie dostępne tablice nośności wyrobów warstwowych określają parametry nośności i użytkowe dla ustalonych wartości różnic temperatury między okładzinami lub przez rozróżnienie wymienionych grup kolorystycznych. W normie PN-EN 14509 kolory stosowane na okładzinach zewnętrznych płyt podzielono na trzy grupy: bardzo jasne (I), jasne (II) i ciemne (III), ze względu na efekt nagrzewania się cienkiej okładziny metalowej pod wpływem temperatury powietrza zewnętrznego oraz energii promieniowania słonecznego. W każdym przypadku należy jednak rozpatrywać projekt i dobierać kolor płyt indywidualnie, uwzględniając zarówno odpowiednie normy, badania laboratoryjne, jak i warunki klimatyczne terenu, na którym ma być wybudowana hala.

Odporność na korozję

Dobierając ścienne płyty warstwowe na obudowę hali, trzeba również wziąć pod uwagę ich odporność na korozję, ze względu na agresywność środowiska zewnętrznego oraz wewnętrznego, w jakim będą się znajdowały. Pod tym kątem należy wybierać materiał okładziny, zabezpieczenie antykorozyjne oraz powłokę. Przydatne będą tu normy:

• PN-EN ISO 12944-2 – zawierająca klasyfikację korozyjności środowiska zewnętrznego, w której warunki atmosferyczne podzielono na kategorie C1–C5 w zależności od stopnia agresywności, klasyfikacji dokonano na podstawie prędkości ubywania ochronnej powłoki cynkowej;
• PN-EN 10169 – określająca podział powłok z klasą RC.

Standardowo stosowane blachy mają odporność korozyjną RC3. Przy bardziej agresywnych pod względem korozyjności środowiskach trzeba stosować okładziny z grubszą powłoką lakierniczą.

Dorota Czernek