Walczymy o to, by można było w Polsce budować wyższe budynki wielorodzinne w technologii drewnianej
Proszę opowiedzieć, w jaki sposób obecne przepisy budowlane ograniczają w Polsce możliwość budowania wielokondygnacyjnych budynków drewnianych. Wiem, że jest to wiedza specjalistyczna i w szczegółach niełatwa do zrozumienia dla przeciętnego „Kowalskiego”. Być może będzie pan w stanie wyjaśnić te kwestie nieco mniej naukowo – mnie i naszym czytelnikom.
Zacznę od tego, że przepisy, które ograniczają budowanie takich budynków, są w tej chwili nowelizowane. Związane są one z różnymi aspektami, ale w przypadku elementów drewnianych chodzi głównie o bezpieczeństwo pożarowe. Jako pracownik Instytutu Techniki Budowlanej przedstawiłem pewne propozycje zapisów, które wynikają z kilku lat bardzo intensywnych prac badawczych, dzięki którym udało się pozyskać wiedzę z tego zakresu. Clou problemu leży w tym, że istnieją materiały będące materiałami palnymi i takie, które są materiałami niepalnymi. Jednak to, że coś jest palne, nie znaczy, że zachowuje się niebezpiecznie w ogniu – to są dwie różne rzeczy. Prosty przykład. Weźmy stal, która jest materiałem niepalnym. Jednak w ogniu nagrzewa się bardzo szybko i niezabezpieczona ogniochronnie traci funkcję izolacyjną oraz nośną. Dlatego np. kijki do pieczenia kiełbasek nad ogniskiem zrobione z metalu muszą mieć drewnianą rączkę – inaczej nie utrzymalibyśmy długo takiego pręta nad ogniem, gdyż parzyłoby nas w dłoń.
Natomiast drewno jest klasycznym przykładem materiału palnego, jednak jednego z lepszych i bardziej przewidywalnych jeśli chodzi o zachowanie w ogniu. Drewno w ogniu się zwęgla, powstaje wtedy tzw. zwęglina, która jest izolatorem dla wnętrza przekroju i znacząco spowalnia degradację elementu. W obecnych przepisach kluczowym ograniczeniem z punktu widzenia szerszego zastosowania drewna są wymagania stawiane oddzieleniom przeciwpożarowym, które mogą występować np. w formie ścian i stropów. Mają one za zadanie oddzielać strefy pożarowe w budynku w taki sposób, że gdy pożar wybuchnie w jednej części, to w tym samym czasie w innej części budynku będzie bezpiecznie i można będzie spokojnie ewakuować tam ludzi. Dzięki temu, kiedy przyjeżdża straż pożarna, ma do gaszenia jedną część, a nie całą powierzchnię.
Z punktu widzenia konstrukcji drewnianych problem polega w zapisie, że oddzielenie stref pożarowych powinno być wykonane z materiałów niepalnych, dodatkowo w odpowiedniej klasie odporności ogniowej. Odporność ogniowa to parametr mówiący o tym, że przez określony czas, np. 60 minut, taka przegroda będzie zapewniała bezpieczeństwo w dalszej części budynku, co oznacza że nie przedostanie się przez nią ogień. Jest to kluczowy aspekt formalny, który powoduje, że drewna w takim oddzieleniu nie można wykorzystać.
Jednak istotne jest to, że w technologii szkieletowej drewno odpowiedzialne za nośność znajduje się w otoczeniu materiałów niepalnych. Mowa o wełnie mineralnej, która m.in. pełni funkcję izolatora akustycznego i termicznego, ale też odgrywa kluczową rolę w bezpieczeństwie pożarowym. W przypadku elementu szkieletowego wykorzystujemy też okładziny, najczęściej na bazie gipsu czy innych mieszanek cementowych, czyli materiałów niepalnych. One właśnie powodują, że ten element drewniany jest ze wszystkich stron zakryty – pełni rolę tylko i wyłącznie szkieletu i nie jest narażony na bezpośrednie działanie ognia.
Warto sobie jednak zadać pytanie, co się stanie, gdy ogień zacznie bezpośrednio oddziaływać na elementy drewniane? I również w tym wypadku drewno pokazuje swoją przewidywalność zachowania. Oczywiście – drewno w temperaturze 280-300oC zaczyna się palić, ale gdy po godzinie pożaru przecięlibyśmy taki element drewniany, to jego rdzeń w środku będzie nienaruszony. Niepalna stal, będąca przewodnikiem, przy kilkuset stopniach zaczyna bardzo szybko tracić swoje parametry związane ze sztywnością, po przekroczeniu granicy plastyczności zaczyna się szybko odkształcać, a elementy z niej wykonane bardzo się deformują. Ściana wykonana z elementów stalowych z okładzinami zachowa się więc gorzej niż ściana o podobnej budowie, ale z elementami drewnianymi, właśnie dlatego, że elementy stalowe dużo szybciej tracą swoją sztywność i ściana ulega wyboczeniu, podczas gdy elementy drewnianego szkieletu są izolatorem i nie nagrzewają się tak szybko, pozostają sztywne znacznie dłużej.
Drugim problemem jest to, że drogi ewakuacyjne, np. schody, muszą być wykonane z materiału niepalnego w całości. Częściowo dochodzi tu jednak do niespójności w przepisach, bo żeby się ewakuować, muszą być zachowane odpowiednie warunki, np. termiczne, związane z widzialnością czy ilością gazów trujących. Jak temperatura osiągnie kilkaset oC, to nikt nie da rady się ewakuować, bo warunki na to nie pozwolą. Skoro więc temperatura, przy której można się bezpiecznie ewakuować (do 60oC na wysokości 1,8-2,0 m) jest do ewakuacji niezbędna, to trudno stawiać elementom, np. schodom, po których prowadzona jest ewakuacja, inne wymagania. Powyższe oznacza więc, że istotne jest, by przegrody stwarzały warunki do ewakuacji, a nie rodzaj zastosowanego w tych elementach materiału.
Poza tym warto się zastanowić nad innymi aspektami, jeśli chodzi o bezpieczeństwo pożarowe. By zobrazować, o co mi chodzi, zadam z pozoru dziwne pytanie: w co jest pani/pan teraz ubrana/y? Spodnie, bluzka, spódnica – to wszystko wykonane jest z materiałów palnych, ale przecież nie oznacza, że nie dba pani/pan o własne bezpieczeństwo. Przecież te ubrania mają pewnie ze 30 dodatkowych cech, które powodują, że czuje się pani/pan w tym bezpiecznie, komfortowo, atrakcyjnie, itd. I dokładnie tak samo jest z drewnem, na które należy patrzeć holistycznie, a nie jednowymiarowo. Dlatego też jako pracownik Instytutu Techniki Budowlanej przygotowałem uwagi do nowelizowanych warunków technicznych i zaproponowałem, by w przypadku przegród stanowiących oddzielenie przeciwpożarowe można było stosować jako elementy nośne materiały klasy reakcji na ogień D (drewno charakteryzuje się taka klasą) – pod warunkiem, że będą to przegrody warstwowe. Oczywiście chodzi o stosowanie ich w otoczeniu materiałów niepalnych, bo jedynie taki układ zapewnia właściwy poziom bezpieczeństwa.
Podsumowując: trzeba wiedzieć, jak budować oraz odpowiednio dostosować przepisy, a wtedy nawet wyższy budynek w technologii szkieletowej drewnianej będzie bezpieczny pożarowo.
Tak, to nie ulega wątpliwości. Warto pamiętać, że czasem ogrom zalet danego materiału znacznie przewyższa jego wady – z którymi różnymi sposobami można sobie poradzić. Budynki drewniane o wyższym standardzie technicznym, takie, które są jednocześnie ciepłe, lekkie i nie trzeba dużo energii na ich ogrzanie, po prostu spełniają wymagania współczesnego świata.
W polskich realiach mówimy o budynkach niskich i średniowysokich, czyli do 25 m wysokości, ale już złagodzenie przepisów dla wielorodzinnych budynków o 6 kondygnacjach, znacząco by ułatwiło budowanie z tego ekologicznego, pochłaniającego CO2 i odnawialnego materiału.
Obserwujemy powrót do drewna jako materiału budowlanego.
To nie jest przypadek, że nastąpił renesans tego typu technologii. Zrewidowana została nieprzychylna opinia o drewnie, która związana była z pewnymi zaszłościami, kiedy ludzie bez wystarczającego doświadczenia budowali drewniane domy, nieprawidłowo je izolowali, nie uwzględniali wszystkich aspektów związanych z fizyką budowli czy bezpieczeństwa pożarowego i trwałości tych konstrukcji. Źle zaprojektowane i wykonane konstrukcje nie zapewniały oczekiwanej trwałości, co tez było bardzo istotne. Obecnie, w przypadku nowych technologii, mamy przegrody tak skonstruowane, że są otwarte dyfuzyjnie, a więc nie ma możliwości, żeby wilgoć zostawała wewnątrz przegrody. Dzięki takim rozwiązaniom wilgoć w sposób naturalny wychodzi poza obręb przegrody.
Drewno pracuje w ustalonych dla niego korzystnych warunkach, które zapewniają trwałość rozwiązania, dlatego można budować budynki, które będą mogły być użytkowane bez konieczności przeprowadzenia remontu generalnego nawet przez kilkadziesiąt lat. Kluczowe jest to, by zrobić to dobrze. Dlatego tego typu technologiami powinny zajmować się firmy, które się po prostu na tym znają i mają doświadczenie. Jeśli dzieje się to w zakładzie z linią produkcyjną, gdzie się prefabrykuje poszczególne elementy w formacie 2D (panele) czy 3D (moduły), to wiadomo, że kwestie kontroli jakości są na dużo wyższym poziomie niż w przypadku przegród powstających bezpośrednio na placu budowy.
Instytut Techniki Budowlanej pod pana kierownictwem, razem z PSP oraz Unihouse, przeprowadził eksperyment pożarowy "Bezpieczny pożarowo szkieletowy dom drewniany.” Co chcieli państwo udowodnić tym eksperymentem? I czy wyniki mają realny wpływ na ewentualną zmianę przepisów dotyczących budowania wielokondygnacyjnych budynków w technologii drewnianej?
W 2018 roku Henryk Kowalczyk, ówczesny Minister Środowiska, zorganizował spotkanie z przedstawicielami m.in. Ministerstwa Infrastruktury, Komendy Głównej Państwowej Straży Pożarnej oraz naszego Instytutu. Osoby związane z budownictwem drewnianym zastanawiały się, co zrobić, żeby można było więcej budować w technologii drewnianej. Bo zdajemy sobie sprawę, że to jest nakaz współczesności. Po prostu musimy budować tak, żeby było mniej energochłonnie, ale jednocześnie bezpiecznie, trwale i z myślą o środowisku.
Z szeregu rozmów wyniknęło między innymi to, że powinniśmy uzgodnić parametry bezpiecznego budynku drewnianego. Komenda Główna PSP wskazała, że do tego niezbędne są badania, dlatego ITB zdecydował się na prowadzenie projektu, którego ostatecznym efektem był eksperyment pożarowy. Przeprowadzono go w dwukondygnacyjnym budynku modułowym o powierzchni 110 metrów kw. wykonanym w technologii szkieletowej drewnianej z okładzinami na bazie gipsu, z wentylowaną elewacją. Dobrane elementy wynikały z narzucenia przez PSP pewnych warunków. Była potrzeba zbadania zachowania stropu czy wydłużonego korytarza, a także odpowiedni rozwój pożaru, czyli zadymienie i osiąganie wysokich temperatur. W celu sprostania oczekiwaniom Państwowej Straży Pożarnej zrealizowaliśmy aż sześć pożarów – trzy wewnętrzne i trzy zewnętrzne. Pierwszy pożar wewnętrzny to symulacja zapalenia się wersalki od papierosa ze stosunkowo niewielką ilością materiałów palnych. Drugi to pożar kuchni, gdzie tych łatwopalnych materiałów było już więcej. Największy pożar odpowiadał już zapisom Eurokodów, czyli dokumentów normatywnych dla projektantów, zawierających wytyczne, w jaki sposób projektować budynki. W tym wypadku wykorzystano jako paliwo prawie 2 tony wysuszonego drewna, pociętego w odpowiednie kawałki i ułożonego w stosy. Każdy ze scenariuszy charakteryzował się pełnym rozgorzeniem, a więc w pełni rozwiniętym pożarem wewnętrznym, a osiągane temperatury przekraczały 1000oC.
Eksperyment obserwowało wiele osób, zaproszony był m.in. Komendant Główny PSP oraz funkcjonariusze z komórek odpowiadających za nadzór nad bezpieczeństwem pożarowym z ramienia Państwowej Straży Pożarnej. Reakcje tych specjalistów, kiedy zobaczyli, że mamy ponad 1000 oC, w pełni rozwinięty pożar, płomienie wychodzące okami i strzelające do góry, z punktu widzenia współczesnego budownictwa drewnianego, były bezcenne. Większość dziwiła się, że budynek pomimo takiego pożaru i drewnianej konstrukcji, wciąż stoi. Tym bardziej, że wcześniej w tym samym budynku były dwa inne pożary. Mało tego – ostatecznie ten budynek po trzech pożarach wewnętrznych i trzech zewnętrznych nie został rozebrany i wyrzucony, ale został rozebrany i złożony z wymianą części okładzin w innym miejscu i służy m.in. PSP oraz firmie, która była odpowiedzialna za jego utylizację. To tylko wskazuje jak bezpiecznie został zaprojektowany i wykonany ten budynek.
Niesamowite!
Tak. Świadkowie eksperymentu naocznie uświadomili sobie, że współczesne budownictwo szkieletowe drewniane i budynki modułowe, to jest zupełnie coś innego niż dawne budownictwo drewniane. Nie da się tego porównać z tradycyjnymi starymi budynkami drewnianymi, które faktycznie w czasie pożaru zachowują się bardzo niebezpiecznie. Te nowoczesne zachowują się w sposób przewidywalny i kontrolowany. Na stropie nad pomieszczeniem, w którym przez godzinę pożar osiągał 1000 oC, temperatura nawet nie drgnęła. Strop modułowy miał około 60 cm – można było na nim siedzieć i (gdyby nie odgłosy pożaru) w ogóle się nie zorientować, że na dole się pali. Monitorowaliśmy te temperatury, więc wiemy dokładnie, jakie były.
Eksperyment pokazał możliwości tej technologii. Na tej podstawie zdecydowaliśmy się do warunków technicznych wprowadzić propozycje nowych zapisów. To oczywiście nie zależy tylko i wyłącznie ode mnie czy ITB, bo wypowiadają się też inni specjaliści, przede wszystkim Ministerstwo, które nadzoruje cały proces legislacji. Jednak jeśli w sposób rozsądny się do tego podejdzie, można będzie wprowadzić nowe przepisy. Powiem więcej, osobiście uważam, że dla konstrukcji drewnianych, jeżeli chodzi o odporność ogniową, można nawet podwyższyć wymagania – w porównaniu do innego typu przegród. Dlaczego? Bo konstrukcje szkieletowe drewniane i tak te wymagania spełniają. Wynika to z tego, że bezpieczeństwo pożarowe jest załatwiane niejako przy okazji fizyki budowy, izolacyjności termicznej itd.. Już samo osiągnięcie odpowiednich wskaźników w tych parametrach powoduje, że taki element staje się też bezpieczny pożarowo. Eksperyment ponadto wykazał, że przegrody są na tyle szczelne, iż przy zamkniętych oknach i drzwiach wzniecony pożar sam się zdusił, co również jest świadectwem przemyślanej i bezpiecznej konstrukcji. Cała technologia ma na to wpływ – nie tylko drewno, ale też wełna mineralna, okładziny gipsowe itd. powodują, że budynki modułowe drewniane są bardzo szczelne. By powstał pożar, potrzebne są trzy rzeczy – źródło zapłonu, materiał, który się zapali i tlen. Jeżeli pomieszczenie jest szczelne, to tlenu zaczyna brakować i pożar samoczynnie się wygasza. W czasie eksperymentu właśnie do tego doszło, dlatego musieliśmy w jednym ze scenariuszy wybić okna, by pod wpływem tlenu pożar na nowo się rozwinął.
Takimi sposobami powoli walczymy o to, by można było w Polsce budować wyższe budynki wielorodzinne w technologii drewnianej – jak to ma miejsce np. w Norwegii, Szwecji, Niemczech, Austrii czy Kanadzie. Właśnie w Kanadzie jakieś dwa lata temu rozmawiałem z Ministrem do spraw budownictwa prowincji Quebec. W tejże prowincji 96% budynków do 4 kondygnacji jest wykonanych w technologii drewnianej! Dodatkowo uzgadniali wtedy przepisy pozwalające na budowanie w tej technologii drewnianej budynków do 12 kondygnacji.
A zatem: da się. Mam nadzieję, że w naszym kraju również takie budynki staną się kiedyś normą. Moje kolejne pytanie dotyczy drewna jako materiału budowlanego przyszłości. Czy pan – jako specjalista od konstrukcji budowlanych i badań ogniowych – zgadza się ze stwierdzeniem, że drewno może stać się materiałem budowlanym przyszłości?
Oczywiście! Przede wszystkim, kiedy zwrócimy uwagę na ślad węglowy, drewno jest bezkonkurencyjne. Ponadto parametry drewna, jeśli chodzi o jego wytrzymałość w stosunku do masy, są na najwyższym poziomie – dużo lepsze niż choćby stal czy beton. Drewno świetnie pracuje podczas zginania czy ściskania, co jest również nie bez znaczenia. Powrót drewna do budownictwa wiąże się oczywiście z ochroną klimatu, ale także z docenieniem choćby jego właściwości izolacyjnych. Okazuje się, że ściana w technologii drewnianej może być dwa razy cieńsza niż tradycyjna murowana ocieplona np. styropianem, a będzie cieplejsza oraz da oszczędność przestrzeni i spowoduje, że mieszkanie może być nieco większe. Drewno daje właściwie same korzyści, a bezpieczeństwo pożarowe, jak wcześniej wspomniałem, jest zapewnione niejako przy okazji. Dzieje się tak dzięki temu, iż technologia szkieletowa drewniana jest tak wysoko rozwinięta, że wszystkie rzeczy związane z wymaganiami podstawowymi, które wprowadza rozporządzenie Parlamentu Europejskiego (nośność, bezpieczeństwo pożarowe, trwałość, recykling itd.), są w jej przypadku zachowane.
Drewno daje też ogromny komfort użytkowania – zdrowy mikroklimat i odpowiednie warunki termiczne, dobrą wilgotność i akustykę oraz oczywiście wpisuje się w trend powrotu do natury. Jest materiałem w pełni odnawialnym, co oznacza, że przyczynia się do tego, że kolejnym pokoleniom pozostawimy nie gorsze warunki do rozwoju niż sami zastaliśmy.
Czekamy zatem na to, by w Polsce równie dobrze przyjął się ten trend, jak choćby w Kanadzie...
Można powiedzieć, że coś już drgnęło u nas w tym temacie. Za sprawą Ministerstwa Klimatu powstała spółka Polskie Domy Drewniane. To już jakiś krok, chociaż budują na razie niewielkie budynki, to wierzymy, że już niedługo będzie można budować choćby pięciokondygnacyjne budynki mieszkalne w technologii drewnianej. W Niemczech czy Kanadzie buduje się całe osiedla w technologii drewnianej, idą za tym odpowiednie państwowe dopłaty, rozwój lokalnego przemysłu. Co ważne, przy dużej powtarzalności takich konstrukcji, maleją też koszty.
Trzeba jeszcze kilka rzeczy zrobić, by móc w Polsce budować z drewna na większą skalę – choćby uporządkować klasy wytrzymałościowe, by budować z tego, co jest w okolicy, a nie np. ściągać drewno z Austrii. Bezpieczeństwo pożarowe to jest trochę przy okazji wywołany problem, nawiązujący raczej do zamierzchłych kłopotów niż do tego, co mamy we współczesnym budownictwie. To ten sam materiał, ale w zupełnie innym otoczeniu, inaczej obudowany i o innym poziomie bezpieczeństwa niż kiedyś.
Dziękuję bardzo za rozmowę!
Rozmawiała:
Joanna Buharewicz
Zdjęcia
Archiwum Dr. inż. Pawła Sulika
Zdjęcie w tle: Unihouse SA