Z modułów w standardzie niskoenergetycznym
Prezentowana realizacja to dowód na to, że przestrzenne prefabrykaty o dobrej jakości wykonania pozwalają w szybkim czasie wybudować dom w wysokim standardzie energetycznym i użytkowym.
Trendem we współczesnym budownictwie mieszkaniowym jest nowoczesna i prosta architektura, optymalny układ funkcjonalny budynku uzyskiwany na stosunkowo niewielkiej powierzchni, wysoka jakość wykonania i materiałów, co z korzyścią przekłada się na komfort zamieszkania. Jednocześnie zachodzi potrzeba spełnienia oczekiwanych przez inwestorów wymogów ekonomicznych, krótkiego czasu realizacji inwestycji, niskiego śladu węglowego i wysokiej efektywności energetycznej. Wszystkim tym oczekiwaniom może sprostać modułowe budownictwo prefabrykowane.
Głównym atutem prefabrykatów modułowych jest najwyższa jakość wykonania, którą znacznie łatwiej osiągnąć w fabryce niż na placu budowy. Wykorzystanie linii produkcyjnej zapewnia stały standard jakości, krótki czas realizacji, niski nakład pracy przy wykorzystaniu dużej automatyzacji, a tym samym istotną redukcję kosztów. Z kolei na budowie wiele zależy od pogody, dostępności precyzyjnych narzędzi, logistyki, a przede wszystkim od czynnika ludzkiego.
Istotną zaletą prefabrykatów modułowych jest także to, że już w fabryce są one całkowicie wykończone, a nawet wyposażone w zabudowy meblowe.
Moduły jak klocki
Skuteczność prefabrykacji zależy od wielu czynników, przede wszystkim od wyboru powtarzalnego i typowego układu architektoniczno-konstrukcyjnego. Opracowuje się typowe elementy konstrukcyjne i niekonstrukcyjne, które do siebie pasują (przypominają plastikowe klocki z dzieciństwa) i umożliwiają indywidualne kształtowanie funkcji wznoszonych z nich budynków. W tej realizacji wykorzystano system składający się z ośmiu różnych modułów przeznaczonych do budowy kondygnacji naziemnej (typu „U600”) oraz poddasza nieużytkowego (typu „Ud600”). Wymiarami zewnętrznymi moduły odpowiadają 20-stopowemu kontenerowi morskiemu.
Za przyjęciem takiego rozwiązania przemawiała możliwość transportu prefabrykowanych modułów bez ograniczeń ponadgabarytowych. Skorygowano jednak te wymiary tak, żeby miały wielokrotność 30 cm, co pozwala wykorzystywać do ich budowy typowe elementy konstrukcyjne i materiały, ograniczając prace wyłącznie do tych montażowych na hali produkcyjnej.
Konstrukcja modułu
Ramę główną – czyli konstrukcję w obrysie modułu – wykonano z drewna klejonego BSH. W narożnikach elementy są łączone śrubami zamkowymi, z wykorzystaniem podkładek kolczastych i kątowników ciesielskich. Przegrody poziome – podłogę i sufit – tworzą elementy z drewna konstrukcyjnego C24 połączonego z ramą główną za pośrednictwem typowych łączników ciesielskich. Innowacyjnym rozwiązaniem jest wykorzystanie jako poszycia zewnętrznego podłogi oraz stropu płyt warstwowych z rdzeniem poliuretanowym zamiast płyt OSB. Jest to bardzo uniwersalny materiał, który jednocześnie usztywnia konstrukcję modułu oraz stanowi bardzo skuteczną izolację termiczną. Dzięki temu stworzono przegrody zewnętrzne zabezpieczone przed działaniem czynników atmosferycznych, szczególnie w trakcie transportu. Przestrzenie pomiędzy belkami podłogi i stropu są wypełnione wełną mineralną i od strony wnętrza wykończone płytą OSB (podłoga) oraz drewnianą płytą trójwarstwową (sufit).
Ściany (wewnętrzne i zewnętrzne) mają konstrukcję lekkiego szkieletu drewnianego z wypełnieniem z wełny mineralnej. Od strony wnętrza są wykończone drewnianą płytą trójwarstwową. Alternatywnym wykończeniem ścian i sufitów może być płyta gipsowo-kartonowa. Rzut budynku zaprojektowano tak, aby powstał tak zwany moduł sanitarny, umożliwiający kompletne wykonanie instalacji sanitarnych w łazience i kuchni, ponadto częściowe wykończenie i wyposażenie łazienki.
Na etapie prefabrykacji wykonano również kompletną instalację elektryczną, wentylacji i ogrzewania. W trakcie prefabrykacji obiektu prototypowego zrezygnowano z montażu stolarki okiennej, głównie z obawy podwykonawcy przed uszkodzeniami w trakcie transportu i montażu. Jednak na bazie zdobytego doświadczenia do kolejnych obiektów przewidziano stolarkę okienną montowaną na etapie produkcji modułów.
Konstrukcja ramy okiennej będzie zapewniać precyzyjne łączenie stolarki pomiędzy modułami w trakcie montażu na budowie. Elewację budynku przewidziano z płyt warstwowych z rdzeniem z wełny mineralnej. Stanowiąca jej poszycie blacha powlekana może być wykończona w wybranym kolorze RAL. Można też wykonać elewację z deski drewnianej albo – tak jak w tym prototypowym budynku – z rdzewiejącej blachy architektonicznej.
Fundament pod moduły
Jedną z największych zalet budownictwa modułowego jest niska masa wznoszonego obiektu, umożliwiająca przeniesienie obciążeń na grunt nośny bez stosowania drogich oraz skomplikowanych fundamentów. Jednak rodzaj fundamentów będzie zależał od lokalnych warunków gruntowych, dlatego zawsze muszą być projektowane indywidualnie. Lekkie budynki modułowe najprościej jest posadowić bezpośrednio na żelbetowych stopach fundamentowych, które należy przewidzieć w każdym narożniku modułu. Na gruncie nośnym (nieorganicznym) można ułożyć prefabrykowane płyty żelbetowe, następnie podwaliny zapobiegające tak zwanemu klawiszowaniu budynku, a na nich oprzeć prefabrykowane moduły. Jednak w wypadku tej realizacji przyjęto inne rozwiązanie.
Z uwagi na to, że w miejscu przewidzianym na dom zalegały grunty torfowe, obciążenia trzeba było przenieść na znajdujący się pod nimi grunt nośny. Zrobiono to za pośrednictwem żelbetowych pali CFA o średnicy 22 cm, na których wylano żelbetowe podwaliny.
Montaż na budowie
Zanim gotowe moduły trafią na plac budowy, muszą zgodnie z procedurami oraz check-listą w przeddzień załadunku przejść ostatni przegląd. Pozwala to na usunięcie ewentualnych niedociągnięć i przygotowanie ich do transportu. Do przewiezienia siedmiu modułów były potrzebne cztery samochody ciężarowe z naczepami.
Montaż prefabrykatów rozpoczęto po wytyczeniu precyzyjnej lokalizacji poszczególnych modułów względem fundamentów i przyłączy mediów. Prace trwały klika godzin, przeprowadziła je dwuosobowa brygada z wykorzystaniem samojezdnego dźwigu budowlanego. Tego samego dnia na placu budowy pojawili się podwykonawcy: jeden z dostawą prefabrykowanej więźby dachowej, a drugi ze stolarką okienną. Te zespoły pracowały równocześnie, aby jak najszybciej zamknąć budynek oraz zabezpieczyć go przed oddziaływaniem warunków atmosferycznych. W tym czasie uruchomiono też przyłącze wodociągowe i kanalizacji sanitarnej.
Kolejnego dnia zostały zamontowane blaszane panele na dachu, warstwowe płyty elewacyjne, a elektryk połączył rozdzielnice pośrednie pomiędzy modułami i uruchomił instalację elektryczną. Ostatnim etapem montażu było wykończenie szczytów oraz tarasu drewnem modrzewiowym. Dzięki temu, że większość elementów wyposażenia została wykonana już na etapie prefabrykacji, dom osiągnął wyższy standard wykończenia niż tak zwany stan deweloperski.
Kolejne dni poświęcono na uruchomienie ogrzewania/klimatyzacji, dokończenie prac w łazience, ułożenie folii grzewczych, paneli podłogowych, montaż kuchni oraz pozostałej zabudowy meblowej. Wbrew wcześniejszym obawom o prawidłową koordynację połączeń instalacji pomiędzy modułami wykonanie prac przebiegło bezproblemowo. W tym zakresie opracowanie szczegółowego projektu wykonawczego okazało się niezbędne. Wszystkie te prace zajęły dwuosobowej brygadzie niespełna dwa tygodnie. Jak dowiedziono, podczas realizacji domu prototypowego od zamówienia do oddania kluczy inwestorowi nie potrzeba więcej niż dwa miesiące. Ponieważ pozostaje szereg usprawnień do wdrożenia w procesie produkcji modułów i ich montażu, osiągnięty czas może zostać znacznie skrócony.
Jak się przewiduje, czynności formalno-prawne związane z uzyskaniem wszelkich decyzji administracyjnych będą zajmowały znacznie więcej czasu niż sama produkcja i montaż budynku.
Zasilanie elektryczne
W prezentowanym domu energia elektryczna zasila nie tylko oświetlenie i urządzenia gospodarstwa domowego, lecz także pompy ciepła, urządzenia wentylacyjne i maty grzewcze. Instalacja elektryczna wraz z białym montażem osprzętu elektrycznego została wykonana w trakcie prefabrykacji modułów. Na budowie prace ograniczały się do wzajemnego połączenia rozdzielnic elektrycznych każdego z modułów oraz przyłączenia głównego kabla zasilania do rozdzielnicy głównej. Prace wymagały tylko kilkugodzinnego zaangażowania elektryka, który znaczną część czasu poświęcił na obowiązkowe pomiary elektryczne.
Na dachu przewidziano montaż instalacji fotowoltaicznej współpracującej z mikroinwerterami. W tym celu został przygotowany kabel zasilający, a odpowiednie zabezpieczenia wcześniej wbudowano do rozdzielnicy głównej.
Instalacje ukryte w modułach
Dzięki fabrycznemu rozprowadzeniu pozostałych instalacji na budowie nie muszą pojawiać się kolejne ekipy podwykonawcze. Aby móc korzystać z wentylacji mechanicznej, w trakcie montażu budynku trzeba jedynie złączyć ze sobą wcześniej przygotowane w modułach rury wentylacyjne. Rekuperator do odzysku ciepła jest zlokalizowany w suficie podwieszanym modułu sanitarnego. Z modułu sanitarnego są też wystawione przyłącza do instalacji kanalizacji sanitarnej oraz zimnej wody. W tym module jest też umieszczony zasobnikowy podgrzewacz wody z pompą ciepła, gdzie dolnym źródłem jest odzysk ciepła wentylacyjnego za rekuperatorem.
Ogrzewanie
Dom ogrzewany jest ciepłym powietrzem. Głównymi źródłami ogrzewania są trzy zestawy pomp ciepła typu split w wersji powietrze-powietrze, których jednostki wewnętrzne również zamontowano na etapie prefabrykacji. Wybrano pompy ciepła z funkcją grzania i chłodzenia, które z powodzeniem ogrzewają budynek nawet przy temperaturze zewnętrznej do –25°C. W związku z tym, że moc pompy ciepła uzależniona jest od temperatury zewnętrznej, moc urządzeń zbilansowano do temperatury około –8°C. W przypadku wystąpienia niższych temperatur przewidziano źródła szczytowe w postaci podłogowej folii grzewczej na podczerwień.
Mata grzewcza w łazience jest głównym i jedynym źródłem ogrzewania.
Ślad węglowy i efektywność energetyczna
Masa budynku modułowego w porównaniu z wznoszonym w tradycyjnych technologiach jest wielokrotnie niższa, co świadczy o niskim zapotrzebowaniu energetycznym na wytworzenie niezbędnych materiałów i produkcję budynku. Całkowita masa modułów, z których wzniesiono prezentowany budynek, wynosi niespełna 18 t. W tych obliczeniach przyjęto, że moduł podstawowy waży około 2 t, a sanitarny nieco powyżej 3 t. Uwzględniono też masę konstrukcji i wykończenia dachu, ale pominięto fundamenty. Na przykład na konstrukcję budynku zużyto zaledwie 6,07 m3 drewna – materiału odnawialnego (akumulującego CO2 w cyklu życia budynku) o bardzo dobrej proporcji masy do nośności. Po zakończeniu życia budynku niewielkie ilości pozostałych, częściowo nieodnawialnych materiałów można poddać recyklingowi.
Szczególną zaletą domu modułowego jest jego mobilność, to znaczy możliwość łatwej rozbiórki i ponownego montażu w nowej lokalizacji. Zatem cykl życia może zostać przedłużony.
Budynek został zaprojektowany jako niskoenergetyczny, chociaż do osiągnięcia standardu pasywnego wystarczyłoby niewielkie zwiększenie grubości izolacji termicznej przegród zewnętrznych. Zwiększenie udziału materiałów odnawialnych (ekologicznych), na przykład wykorzystywanych do izolacji termicznej, wiązałoby się ze zwiększeniem grubości przegród budowlanych o około 30-40%. Niestety jednoczesne połączenie wielu oczekiwań jest trudne do realizacji. W związku z tym projektanci zdecydowali się na zrównoważony bilans pomiędzy ekologią, redukcją i optymalizacją śladu węglowego a głównymi celami projektu. Mimo wszystko osiągnięto niski ślad węglowy, znacząco niższy niż w tradycyjnym budownictwie, kładąc silny nacisk na uprzemysłowienie produkcji, stworzenie optymalnych warunków eksploatacji i zamieszkania.
Zalet budownictwa modułowego
- krótki czas realizacji inwestycji, osiągany przez zaawansowaną prefabrykację
- możliwość uzyskania najwyższej jakości wykonania i bardzo nowoczesnej architektury
- niższe koszty wytworzenia, a przede wszystkim eksploatacji
- domy są komfortowe dla mieszkańców, a co najważniejsze – zbudowane przy bardzo niskim udziale energii pierwotnej
- dom można z powodzeniem rozebrać i ponownie zmontować w innej lokalizacji
Parametry i wyposażenie domu
- Powierzchnia zabudowy: 105,79 m2. Powierzchnia użytkowa: 89,72 m2. Kubatura budynku: 419,60 m3. Gabaryty budynku: 17,02 x 7,84 m. Wysokość budynku: 5,28 m
- Współczynnik przenikania ciepła U: ściany zewnętrzne – 0,13 W/(m2.K); stropodach – 0,11 W/(m2.K); podłoga – 0,12 W/(m2.K); stolarka okienna – 0,74 W/(m2.K).
- Obliczeniowe użycie energii elektrycznej: na potrzeby c.w.u. – 12,904 kWh/m2/rok; na potrzeby c.o. i wentylacji – 16,296 kWh/m2/rok.
-
Fotowoltaika: moc szczytowa - 6,2 kWp, obliczeniowy uzysk energii elektrycznej minimum 5 608 kWh/rok.
-
Ogrzewanie pomieszczeń: dwie pompy ciepła o mocy 3,5 kW i jedna 5,5 kW, elektryczna mata grzewcza o mocy 0,96 kW w łazience, folia grzewcza o mocy 3,6 kW (szczytowe źródło ciepła).
-
Ciepła woda użytkowa: podgrzewacz o pojemności 100 l z pompą ciepła o mocy elektrycznej 0,42 kW i grzałką elektryczną o mocy 1,8 kW. Wszystkie urządzenia są wyposażone w moduł Wi-Fi umożliwiający zdalne sterowanie nimi za pomocą smartfona.
