Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně

Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Lesnická a dřevařská fakulta Ústav nauky o dřevě

Náhrada klasických šindelů materiálem z tepelně upraveného dřeva Bakalářská práce

2009

Jaroslav Tulach

2

Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma Náhrada klasických šindelů materiálem z tepelně upraveného dřeva sám zpracoval a uvedl jsem všechny použité prameny. Souhlasím, aby moje bakalářská práce byla zveřejněna v souladu § 47b Zákona č. 111/1998 Sb.o vysokých školách a uložena v knihovně Mendelovy zemědělské a lesnické univerzity v Brně, zpřístupněna ke studijním účelům ve shodě s Vyhláškou rektora MZLU o archivaci elektronické podoby závěrečných prací. Jako autor kvalifikační práce se zavazuji, že před sepsáním licenční smlouvy o využití autorských práv díla s jinou osobou (subjektem) si vyžádám písemné stanovisko university o tom, že předmětná licenční smlouva není v rozporu s oprávněnými zájmy univerzity a zavazuji se uhradit případný příspěvek na úhradu nákladů spojených se vznikem díla dle řádné kalkulace.

V Brně, dne.............................................podpis studenta

3

Rád bych touto cestou poděkoval vedoucímu mé bakalářské práce panu Ing. Aleši Dejmalovi, Ph.D. za cenné rady a pomoc při tvorbě bakalářské práce, dále pak panu Martinu Otáhalovi z firmy Finnforest za ochotu a zaslání informací včetně materiálu k mému pokusu. Dále bych poděkoval pracovníkům Hydrometeorologickému ústavu v Košeticích za údaje vývoje teplot a vlhkostí v období projektu.

4

Abstrakt Česky: Jméno: Jaroslav Tulach Téma práce: Náhrada klasických šindelů materiálem z tepelně upraveného dřeva. Abstrakt: Tato práce se zabývá zkoumáním vlastností dřeva tepelně upraveného smrku Thermowoodu, které je zde použito jako vhodná alternativa řezaných dřevěných šindelů. Projekt je založen na sledování změn a vlastností povrchu šindele, vyrobené z tepelně upraveného smrkového dřeva vůči šindeli z přírodního smrkového dřeva. V pokusu založeném na pozorování šindelů z těchto dvou materiálů vyšel tepelně modifikovaný smrk jako vhodnější materiál za předpokladu, že nebyla použita chemická ochrana šindelů. Klíčová slova: Thermowood, šindel, rovnovážná vlhkost

English:

Theme: Substitution of Classic Shingles for the Material Made of Thermally Modified Wood Content: This thesis engages in study of qualities of Thermowood, which is used as the appropriate alternative of cut wooden shingles. The aim of this project is monitoring of changes and differences of qualities of the surface of shingle between the one made of thermally modified spruce wood and the other one made of classic spruce wood. In this experiment focused on monitoring shingles made of these two kinds of materials there was the thermally modified spruce wood evaluated as the more appropriate material, provided that there was not used the chemical protection for shingles. Key words: Thermowood, shingle, balanced humidity

5

Obsah: 1. Úvod...........……………………………………………………………………………8 2. Cíl práce...........……………………………………………………………………….9 3. Literární přehled............…………………………………………………………….10 3.1. Dřevěné šindele...................………………………………………………………...10 3.1.1. Historie dřevěných šindelů....................…………………………………………..11 3.1.2. Materiály pro výrobu šindelů...................…………………………………………11 3.1.3. Popis výroby šindelů............………………………………………………………12 3.1.4. Rozměry a pokládka šindelů………………………………………………………12 3.2. Dřevo Smrku...........…………………………………………………………………14 3.2.1.Makroskopická stavba smrku .................………………………………………….14 3.2.2. Složení dřeva.......…………………………………………………………………15 3.2.3. Chemické složení dřeva.....…...…………………………………………………...15 3.2.4. Fyzikální a mechanické vlastnosti dřeva...…...…………………………………...16 3.2.5. Thermowood....................…………………………………………………………16 3.2.6. Výroba thermowoodu ...........…………………………………..…………………17 3.3.7. Vlastnosti...........…………………………………………………………………...17 4. Materiál a metodika.....................…………………………………………………....18 4.1.Použité materiály.............…………………………………………………………….18 4.2.Parametry šindelů.............……………………………………………………………19 4.2.1.Postup výroby šindelů………………………………………………………………19 4.2.2.Vstupní měření vlhkosti , rozměrů , hmotnosti …………………………………....20 4.2.3. Pokládka šindelů , instalace v exteriéru......…...........……………………………..22 4.3. Průběžná měření……………...……………………………………………………...23

6

5. Výsledky měření........................……………………………………………………...25 5.1 .Naměřené hodnoty..............………………………………………………………….25 5.2. Vliv počasí na šindele...................................………………………………………...27 5.3. Vizuální hodnocení..................………………………………………………………29

6 .Diskuse………………………………………………………………………………...31 7 .Závěr…………………………………………………………………………………..33 8. Summary……………………………………………………………………………...34 9. Použitá literatura………………………………………………………………….….35 10. Přílohy……………………………………………………………………………….36

7

1.Úvod Dřevo patřilo a patří mezi suroviny, které v existenci člověka hrají důležitou roli. Ať sloužilo jako zdroj energie, předmět k obstarání potravy nebo se stalo dominantou pro postavení obydlí či estetickým prvkem, bude lidstvo doprovázet po staletí. Dřevo patří k surovinám obnovitelným a pokud se lidstvo bude chovat ekologicky, dá se nazvat nekonečným zdrojem. Při zřizování obydlí využívali lidé dřevo a části dřevin pro tvorbu střechy nad hlavou. S postupným vývojem společnosti se lidstvo začalo zabývat zlepšením úrovně žití a společně s tím i zkvalitněním výrobků ze dřeva. Části dřevin na střechách příbytků byly nahrazeny polotovary ze dřeva, které byly ručně opracované. Pro prodloužení trvanlivosti této krytiny se používali různé ochrany dřeva především různé formy nátěrů, často obsahující ne zcela vhodnou látkou. I když je sice dřevo nevyčerpatelným zdrojem, stále se věda a výzkum zabývá zlepšováním jeho vlastností. Touto cestou chce docílit jeho zkvalitnění, ale zároveň i rychlé obnovy. Příkladem zlepšení vlastností je tepelná úprava dřeva, kterou se dřevo stane stabilním. Vylepšení vlastností dřeva by se dalo lépe využít v oblasti použití dřeva jako střešní krytiny. Stojí za to zabývat se využitím tepelně upraveného dřeva jako vhodnější náhrady a zpracovávat větší sortiment dřeva, něž zbytečně snižovat přírodní zásoby kvůli potřebě výběrového dřeva.

8

2.Cíl práce Cílem mé bakalářské práce je prozkoumat vhodnost použití tepelně modifikovaného dřeva jako materiálu pro výrobu šindele.Vhodnost bude posouzena z výsledků měření změn rozměrů, vlhkosti a vzhledu v závislosti na počasí. V pokusu se vyrobí stříška pokryta šindeli vyrobenými ze dvou odlišných materiálů stejného původu dřeva, konkrétně ze smrku. Měření vlhkosti bude prováděno v týdenních intervalech dotykovým vlhkoměrem. Součástí práce bude

srovnání výsledků měření včetně údajů

z hydrometeorologické stanice.

9

3. Literární přehled 3.1. Dřevěné šindele Šindele jsou dřevěné přířezy opracované do klínovitého tvaru, které skládáním jednotlivých prvků tvoří plošný celek – střešní krytinu. Dřevěný šindel je na jedné straně zkosený a na druhé má vyřezaný nebo vyfrézovaný žlábek do tvaru V viz obrázek 1. Podle tvaru se šindele rozdělují na rovné , které se používají na rovných plochách nebo zkosené, ty se používají na vyskládání tvarů jako je úžlabí, vikýře, nároží nebo kruhových přístřešků. Šindele se používají na střechy s minimálním sklonem od sklonem se zkrátí

35 %. Tímto

při dešti čas kontaktu šindele s vodou. Pro trvanlivost šindelů je

klíčový způsob výroby-např.výběr vhodného materiálu.Vzhledem k použitému materiálu je to krytina lehká nezatěžující životní prostředí při výrobě, případně likvidaci,avšak na druhé straně, snadno hořlavá nebo zápalná.

Obr.1. Dřevěné šindele-pohled zespodu

10

3.1.1 Historie dřevěných šindelů

Dřevěné šindele byly tradiční a v minulosti nejpoužívanější střešní krytinou na lidových stavbách. Na přelomu 19. a 20. století byly běžnou krytinou především v horských a podhorských oblastech, kde doplňovali konstrukce roubených staveb. Z důvodu větší trvanlivosti byly postupem času stávající došky nahrazovány šindeli i v níže položených oblastech. Vzhledem ke své náročnosti na výrobu a pokládku si je mohly dovolit lidé z bohatších vrstev na svých panských staveních, církevních stavbách a městských budovách. Ručně vyráběné dřevěné šindele udávaly stavbám ušlechtilost díky vysokým praktickým a estetickým nárokům na střešní krytinu. Pojem šindel má původ v územích, které byli součástí Římské říše a je odvozen z latinského pojmu ,, scindula “, což je vysvětleno jako štípat. Dnes se využití dřevěných šindelů zúžilo na několik výjimek pro obnovu kulturních památek a skanzenů.

3.1.2 Materiály pro výrobu šindelů

K výrobě se používá dřevo jehličnatých stromů například smrk, jedle, modřín. Méně je využíváno dřevo listnatých stromů vzhledem k větší náročnosti na opracování dřeva a také vyšší hmotností krytiny, i když trvanlivost je lepší. Ale i přesto se dříve používal dub, akát. Důležitým krokem pro výrobu šindelů je výběr kulatiny. Vhodné jsou stromy rostlé v horských oblastech s malým ročním přírůstkem dřeva, které se vyznačují větší hustotou a samozřejmě lepší odolností a pevností. Stromy se kácejí v zimním období, kdy nemají mízu. Při výběru je důležitá orientace dřeva na severní stranu. V Čechách se nejvíce používalo smrkové a jedlové dřevo v oblasti Beskyd a Šumavy. Modřínové dřevo bylo dominantou v alpských zemích tzv. alpský typ šindele.

11

3.1.3. Popis výroby šindelů

Podle způsobu výroby se dělí šindele na štípané a řezané. Štípaný šindel se vyrábí radiálním štípáním dřevěných špalků odpovídajících rozměrů. Špalky musí být bez suků a zbavené kůry. Štípáním se oddělují destičky trojúhelníkového tvaru o přibližné tloušťce konečného šindele. Dodatečně se tloušťka a hladkost upravuje pořízem. Na širší straně se nožem vyřezává drážka ve tvaru V, do které zapadá užší část dalšího šindele. Tloušťka povrchu není rovnoměrná ale povrch je hladký a dosti odolný proti povětrnostním vlivům, protože dřevěná vlákna nebyla přerušena . Naproti tomu řezaný šindel je rozměrově přesnější a je možné ho vyrábět i z méně kvalitního dřeva. Řezání se provádí po směru vláken v radiálním směru jako u štípaných šindelů. Nevýhodou je však narušení dřevních vláken

a tím snížení trvanlivosti a

hydrofobnosti. Vylepšením vlastností řezaných šindelů se docílí následným opracováním (hoblováním), čímž se kvalitou přiblíží šindelům štípaným. Pro zlepšení trvanlivosti se oba druhy šindelů impregnují látkami proti dřevokaznému hmyzu a houbám. K tomu se využívala fermež, dehtový olej, dnes se používá tlaková nebo vakuová impregnace před vysušením za pomoci vodných roztoků anorganických látek bez rozpouštědel.

3.1.4. Rozměry a pokládka šindelů

Rozměry šindelů se pohybují od 60 mm do 120 mm, tloušťka 15 mm – 20 mm a délka 400 mm – 500 mm (obr.1). Šindele do sebe zasazené se přibíjely do latí čtyřhrannými kovanými hřebíky. Dnes se používají měděné, hliníkové a nerezové hřebíky. Šindele se pokládají v jedné řadě, využitím spíše na hospodářských budovách, kde v místě překrytí jsou dvě vrstvy na sobě, hřebíky jsou pod vrchní vrstvou a délka překrytí je minimálně 150. Pro obytné budovy se volí dvojitá pokládka, kde v místě překrytí jsou na sobě tři vrstvy. Dvojitá pokládka se dělí podle připraveného laťování na normální(vzdálenost latí 350 mm) a na husté laťování (vzdálenost latí 200 mm). Rozdíl v použití jednoduché pokládky a dvojité spočívá v tom, že v letních měsících při teplém počasí bez srážek se jednoduše položené šindele seschnou a při dešti podtéká voda spárami do stavení. Ovšem jen do té doby, než dřevo navlhne a spáry se zatáhnou .

12

U dvojitého pokládání tato situace nenastává. Šindele se kladou ostrou hranou proti návětrné straně. Zabrání se tak zahánění vody do drážek a kladení odporu proti větru. U hřebene se poslední řada předsazuje cca o 100 mm z návětrné strany, aby nedocházelo k odtržení horních šindelů. Po dokončení pokládky se zpravidla provádí ještě jedna úprava povrchu nátěrem.

Obr.2. Rozměry šindelů

přibližné rozměry:

rovný šindel použití: na rovných plochách

zkosený šindel použití: na pokrývání úžlabí, nároží, kruhových přístřešků apod.

13

3.2. Dřevo smrku Dřevo smrku je materiálem organického původu, které se vytváří zdřevnatěním většiny buněčných stěn. Smrk charakteristický svými vlastnostmi jako je přirozená kresba, barva, fyzikální a mechanické vlastnosti. Nejběžněji využívanou částí stromu je dřevo kmene, které může zaujímat až 90 % objemu stromu. Dřevo smrku je materiál , který se snadno opracovává, nechá se spojovat různými způsoby, dobře se suší, obtížněji impregnuje. Vzhledem ke své hmotnosti je dřevo výjimečné v oblasti pevnosti a pružnosti jenž se dá využít v širokém rozsahu potřeb člověka. Jeho slabinou je schopnost přijímat vlhkost a vodu, fotodegradace. Kombinací těchto vlastností dřeva dochází někdy ke snadnému napadení biotickými činiteli.(Šlezingerová 2008)

3.2.1. Makroskopická stavba smrku

Makroskopickou stavbu smrku je možno pozorovat okem nebo lupou. Znaky, které lze takto pozorovat jsou například: letokruhy, suky, běl, dřeň, pryskyřičné kanálky, vyzrálé dřevo, cévy. Tyto znaky jsou jednou ze základních pomůcek při určování druhů dřev a kvality dřev u dřevin. Letokruhy jsou tvořeny činností kambia během vegetačního období a přerušeny v období vegetačního klidu. Letokruh je složen ze dvou vrstev – jarního a letního dřeva. Ostrost přechodu jarního a letního dřeva je pozvolná. Jarní dřevo má obvykle silnější vrstvu a světlejší barvu, je to přírůstek na začátku vegetačního období. Letní dřevo je tmavší, slabší ale pevnější, tvoří se na konci vegetačního období. Barva dřeva je světlá žlutohnědá. Smrk se řadí mezi dřeva bělová s vyzrálým dřevem. Běl se je vodivá pro vodu s tmavší barvou při čerstvě pokáceném stromu oproti středové části s vyzrálým dřevem. Vyzrálé dřevo se dá považovat za mrtvé bez vodivé funkce.

14

Pryskyřičné kanálky jsou rysem jehličnatých dřevin . Orientovány jsou horizontálně i vertikálně a jsou

vzájemně propojeny. U smrku jsou zastoupeny 0,2 % v celkovém

objemu dřeva. Funkce je shlukovat a vylučovat pryskyřici. Suky jsou části větví s hustě rostlými letokruhy vyznačující se tmavou barvou. Jsou považovány za vady, které ovlivňují mechanické vlastnosti dřeva .

3.2.2. Složení dřeva

Základem všech živých rostlin je buňka. Struktura buňky je tvořena, buněčnou stěnou, která ohraničuje buňku, dává jí tvar a mechanickou oporu. Přes buněčnou stěnu se uskutečňuje transport živin a sekrece látek. Buněčná stěna je produktem cytoplazmy, což je tekuté médium, které buňku vyplňuje a obsahuje další důležité, primitivní orgány “ tzv.organely“. Nejdůležitější organelou je jádro, které je ohraničeno membránou.

3.2.3. Chemické složení dřeva Dřevo je komplex různých látek,

z nichž základ tvoří přírodní polymery celulóza,

hemicelulóz, lignin “ (Horáček,Šlezingerová,Gandelová). Označují se jako hlavní složky dřeva. Celulóza je polysacharid ve vodě nerozpustný, jehož D-glukozové podjednotky jsou spojeny vazbou β(1-4). Procentické zastoupení celulózy je v průměru 35-55 %. Část celulózy

uspořádaná do pravidelného tvaru pomocí vodíkových vazeb se nazývá

krystalická . Zbylá část tzv. amorfní není tak pevná jako je krystalická. Rozpustná je celulóza pouze v silných anorganických kyselinách . Využití nachází při výrobě buničiny a papíru, dalšími reakcemi se buničina využívá k výrobě plastů, folií, laků, lepidel. Hemicelulózy jsou spojujícím prvkem celulózy a ligninu. Jejich vlastnosti se odvíjí od délky základního řetězce, rozvětvení a acetylaci. Zastoupení se liší i u druhu dřevin. Jehličnany obsahují 20-35 %, listnaté dřeviny 23-30 % objemu dřeva. Využití hemicelulóz je obdobné jako u celulózy např. výroba rozpouštědel, lepidel nebo hexosy hemicelulóz na výrobu krmných kvasnic.

15

Lignin je důležitostí a zastoupením hned za celulózou. Vzhledem k prostorové orientaci makromolekul

dobře vyplňuje prostor mezi fibrilami. Jeho ukládání do prostoru

buněčných stěn se nazývá lignifikace neboli zdřevnatění. Množství ligninu je

u

jehličnatých dřevin větší cca 25-35 %, u listnáčů 15-30 % . Rozložení ve dřevě není stejné, ve větší míře je v kůře. Oproti celulóze je lignin méně stálý. Využití při výrobě buničiny a následně se zpracovává odpad jako náhražka fenolformaldehydových pryskyřic při výrobě dřevotřískových desek . Od 1-5% obsahuje dřevo organické a anorganické látky tzv.doprovodné látky .

3.2.4. Fyzikální a mechanické vlastnosti dřeva

Fyzikální vlastnosti dřeva zahrnují děje, které nastávají při přijímání vlhkosti-bobtnání, kontaktu s tekutinou-nasáklivost, odevzdávání vlhkosti-sesychání, pohybu tekutinypropustnost, vedením tepla, elektrické vodivosti a odporu. Všechny tyto vlastnosti jsou prvotně brány v potaz při užití a zpracování dřeva. Mechanické vlastnosti charakterizují schopnost dřeva odolávat účinku vnějších sil. Dělí se do tří skupin :Základní – pevnost , pružnost , plastičnost , houževnatost Odvozené - tvrdost , odolnost proti tečení ,odolnost proti trvalému zatížení Technologické- štípatelnost , opotřebovatelnost , ohýbatelnost Působení mechanických sil na dřevo nazýváme mechanické namáhání. při mechanickém namáhání se dřevo chová odlišně vzhledem k anatomické stavbě, chemickému složení a geometrii tělesa .

3.2.5. ThermoWood

Ve vývoji lidstva je dřevo nepostradatelnou surovinou, ať už pro zhotovování obydlí nebo zvyšování pohodlí, estetického dojmu, tak i jako surovinou ve funkci náhrady jiných obtížně dosažitelných surovin. Dřevo je schopno přijímat vlhkost, čímž se stává méně trvanlivým, dokáže také vlhkost odevzdávat. To bylo v souvislosti s užitím dřeva pro lidstvo důvodem zabývat se zlepšením vlastností, odolností a trvanlivostí dřeva. Již ve třicátých letech dvacátého století se v Německu

zabývali Stann a Hansen tepelnou

úpravou dřeva. Při jejich vědeckých výzkumech zjišťovali vývoj změn ve dřevě při tepelné úpravě dřeva. 16

Dalším vědcem zabývající se touto oblastí byl ve čtyřicátých letech Američan White. Po něm zkoumání probíhá opět v Německu Kollmanem, Schneiderem a Burem. V devadesátých letech se výzkumu ujali ve Francii, Holandsku a Finsku. Právě ve Finsku byly

výzkumné práce nejucelenější. Tepelně upravené dřevo získává označení

ThemoWood. Licenci pro proces výrobu vlastní členové sdružení Finish ThermoWood asociation. ThermoWood se vyrábí v sušárnách, kde se dřevo ohřívá minimálně na teplotu 180˚C, přičemž je chráněno párou. Pára také ovlivňuje chemické změny ve dřevě. Výsledkem je dřevo tmavší barvy, nízké rovnovážné vlhkosti, větší stability i zlepšení izolačních vlastností .

3.2.6.Výroba ThermoWoodu

Výrobní proces tepelně upraveného dřeva probíhá ve speciálních sušárnách, ze kterých vystupuje dřevo jako ThermoWood. Tento proces se dá rozdělit do tří fází. První fáze je zvyšování teploty k hranici okolo 100 º C a sušení za vysoké teploty. Do sušárny je vháněna horká pára. Následně se zvyšuje teplota na 130˚ C. Při tomto procesu vlhkost dřeva klesá téměř k nulové hodnotě. Druhá fáze je tepelná úprava. Na konci sušení se teplota v sušárně zvyšuje na 185˚ C až 215˚ C. Dosáhne -li se potřebné teploty, zůstává konstantní po dobu 2 – 3 hodin. Tato doba je závislá na konečném použití dřeva. Ve třetí fázi nastává ochlazování a úprava vlhkosti. Ochlazování probíhá snížením teploty pomocí rozprašovačů vody. Sníží-li se teplota na 80-90 ˚C nastává úprava zvyšování vlhkosti na konečnou hodnotu 4-7 %.

3.2.7. Vlastnosti Thermowoodu

Změny vlastností tepelně upraveného dřeva v porovnání z běžně vysušeným dřevem jsou zřejmé ve stabilitě, trvanlivosti, hustotě, tepelné izolaci, vlhkosti, barvě. Při úpravě vysokými teplotami, dochází k redukci vnitřních napětí v rámci struktury dřeva. Dochází k poklesu rovnovážné vlhkosti dřeva vlivem redukce hydroxylových skupin. Dále klesá propustnost vody . Sesýchání a bobtnání ThermoWoodu je v porovnání s neupraveným dřevem o 50 % nižší. Tepelně upravené dřevo je odolné vůči dřevokazným houbám a dřevokaznému hmyzu. Jádrové

i

bělové dřevo dosahuje stejné úrovně trvanlivosti. 17

Hustota ThermoWoodu se pohybuje od 350- 480 kg.m -³ při vlhkosti 6 %, což je přibližně o 10 % méně než hustota neupraveného dřeva. Emise unikající při procesu jsou výzkumem vyhodnoceny jako nezávadné. Podíl prchavých organických látek je po úpravě nižší než u neupraveného dřeva. Tepelná vodivost je oproti běžnému dřevu snížena o 20-25 %. Barva ThermoWoodu je ovlivněna dobou vystavení dřeva vysoké teplotě. Při použití ThermoWoodu

v exteriéru bez

povrchové úpravy získává šedostříbrnou barvu vlivem UV záření. Konečná vlhkost se pohybuje od 5-7 %, což je přibližně polovinou běžného dřeva. Horší vlastnosti získává ThermoWood v oblasti mechanických namáhání. Dřevo je tvrdé, ale křehké, takže není ho vhodné použít na staticky namáhané prvky. Při hoření vykazuje větší šíření plamenů, avšak produkuje méně kouře.

4. Materiál a metodika 4.1.Použité materiály

Pro pokus na náhradu šindelů z klasických materiálů materiálem z tepelně upraveného dřeva byl zvolen modifikovaný smrk ThermoWood od firmy Finnforest viz. obr.4. Jako klasický materiál byl smrk obr .5 .

obr . 4 ThermoWood

obr . 5 Smrk

18

Vstupující materiály byly vybírány převážně s radiálně orientovaným směrem řezu, aby se po následné technologii opracování

vystupující šindele přiblížily parametrům

klasických šindelů. Šindele vyrobené z radiálních přířezů mají větší stabilitu, neprohýbají se jako tangenciální přířezy, podíl jarního a letního dřeva

letokruhu je v ploše

vyrovnanější, tudíž se nestává, že méně odolné jarní dřevo aktivuje degradaci dřeva. Při výběru vhodných přířezů byl kladen důraz na průběh vláken, minimální počet suků, nepoužívat dřevo s trhlinami a jinými vadami, které by ovlivnily výsledky experimentu .

4.2. Parametry šindelů

Zkoumané vzorky byly vyrobeny vlastním strojním zařízením. Proto zvolené rozměry šindelů použitých v experimentu byly částečně ovlivněny dostupností ThermoWoodu o určitých rozměrech. I vzhledem k tomu byly dodrženy rozměrové tolerance šindelů . Po opracování byla šířka šindelů 60 mm, tloušťka 20 mm , délka 400 mm. Tyto rozměry platí pro šindele z tepelně upraveného dřeva tak i pro smrk bez úpravy.

4.2.1. Postup výroby šindelů

Šindele byly vyrobeny následujícím postupem. Vizuální kontrolou roztříděné přířezy byly zakráceny na hrubou délku. Po zakrácení se hrubé přířezy frézovaly na rovinné frézce, čímž se mezi boční hranou a plochou vytvořil pravý úhel viz . příloha. Jako další krok se provedlo řezání na hrubou šířku na formátovací pile. Na tloušťkovací frézce se nastavila hodnota konečné tloušťky šindelů 20 mm a přířezy z obou materiálů byly sjednoceny. Obdobně se postupovalo při opracování

na konečnou šířku 60 mm. Po

připravení přířezů na tloušťku a šířku byl nastaven na spodní fréze úhel vřetena 45 º a pomocí frézovacího nástroje odebrána tříska. Vzniklá šikmá plocha byla polovinou klínovité hrany šindele, proto se frézování opakovalo. Takto opracované přířezy byly opatřeny hranou do klínovitého tvaru, která zapadá do drážek předchozích šindelů. Drážka v druhé hraně byla zhotovena pilovým kotoučem pod úhlem 45 º. Dalším krokem byly jednotlivé polotovary zakráceny na konečnou délku šindelů 400 mm. Během prováděných operací byl znatelný rozdíl v kladení odporu běžného smrku 19

a tepelně

upraveného smrku. Tepelně upravený smrk se dobře opracovával, oddělované třísky byly tvrdé, ostrých konců, opracované plochy byly hladké bez známek vytrhaných vláken. U smrku bez tepelné úpravy byl povrch hrubší s náznakem vyčnívajících hran letokruhů. Obrázková dokumentace k popsaným operacím je uložena v příloze.

4.2.2.Vstupní měření vlhkosti , rozměrů , hmotnosti

Před pokládáním šindelů bylo na vybraných vzorcích provedeno měření. Zjišťována byla vlhkost, rozměry, hmotnost a vizuální hodnocení.

Měření vlhkosti bylo provedeno dotykovým vlhkoměrem obr . 6. Důvodem zvolení tohoto vlhkoměru bylo budoucí měření již připevněných šindelů, na kterých by nebylo možné opakovaně provádět měření hrotovým vlhkoměrem . Vlhkoměr se na měřeném vzorku přidržel cca. pět vteřin. Po pěti vteřinách se na vlhkoměru ustálila hodnota, která nebyla konečná. Zjištěná hodnota byla nalezena v tabulce pro konkrétní dřevo a změřenou vlhkost. Konečné hodnoty vlhkostí vzorků z tepelně upraveného smrku a běžného smrku se zaznamenávaly do tabulky.

Obr. 6 Měření dřeva dotykovým vlhkoměrem

20

Dalším měřením bylo zaznamenání tloušťky, šíře šindelů a po pokládce měření plochy šindelů na šířku ¹. Délkové změny byly brány jako zanedbatelné. Naměřené hodnoty byly zaznamenány do tabulky, ve které byly vstupní rozměry od každého materiálu pouze jednou. Šířky šindelů z výroby byly stejné, takže nemělo smysl provádět měření dvakrát. Měření tloušťky a šířky jednotlivých šindelů bylo provedeno na začátku a konci experimentu .

Měření hmotnosti bylo provedeno vážením. Šindele z obu materiálů se zvážily na digitální váze. Pro kontrolu bylo provedeno měření hmotnosti u více vzorků se zjištěním malých rozdílů . Finální hodnoty byly výsledkem rozdílů po měření na začátku a na konci experimentu. Již na začátku byly hodnoty zcela rozdílné. Změřené hmotnosti by mohly naznačovat chování šindelů ve vnějších podmínkách. Údaje byly zaznamenány k ostatním výsledkům měření .

Obr.7 Měření hmotnosti dřeva

Připravené šindele k pokládce byly vizuálně vyhodnoceny s nepatrnými rozdíly v opracování povrchu. Povrch ThermoWoodu byl hladší bez vystouplých letokruhů . Čela u smrku po zakrácení šindelů byly oproti šindelům z ThermoWoodu roztřepené. To by mohlo ovlivňovat

mírně

negativně dobu kontaktu vody se dřevem. Na

plochách nebyli zřetelné žádné trhliny ani výskyt plísní . _______________________ ¹ Plochy šindelů byli měřeny zvlášť ThermoWood a smrk , na každé straně střechy -pro porovnání hodnot

21

4.2.3. Pokládka šindelů , instalace v exteriéru

Z vyrobených hranolků o průřezu 70 x 50 mm byla vytvořena konstrukce třech párů krovů jako základ pro laťování. Sklon krovů byl 45 º a spojeny k sobě byly vruty vzhledem k velikosti konstrukce. Na krovy byly přišroubovány hranolky 40 mm x 30 mm ve vzdálenosti 200 mm od sebe. Na latě se ocelovými hřebíky připevnila první řada šindelů s přesahem 100 mm přes spodní lať ². Tím samým způsobem se pokládaly šindele na druhé straně stříšky. Překrývání druhé a třetí řady přes sebe v našem případě bylo 100 mm. Při pokládání je důležité věnovat pozornost, aby poslední řada byla připevněna z návětrné strany s přesahem 100 mm. Po připevnění šindelů byli do země zaraženy čtyři kůly, na které se pomocí vrutů připevnila stříška. Poloha stříšky byla orientována jednou stranou na jihovýchod a druhou na severozápad. Nadmořská výška, ve které byl experiment vystaven vnějším klimatickým podmínkám, byla 560 m nad mořem. Začátek prvního měření v terénu byl 5.10. 2008. Od tohoto data bylo pravidelně prováděno měření vlhkosti

a rozměrů. Pohled na stříšku zobrazuje obr. 7, detailnější pohledy jsou

v příloze s obrázky .

Obr. 7 Umístění stříšky v exteriéru ________________________________ ² Přesah je nutné dodržovat z důvodu konstrukční ochrany dřeva . Zamezí tím kontakt vody se spodní latí.

22

4.3. Průběžné měření

Po vystavení šindelů povětrnostním vlivům bylo prováděno pravidelné měření vlhkosti a rozměrů v týdenních intervalech. K měření vlhkosti byl používán dotykový vlhkoměr. Postup byl následující. Vlhkoměr se přikládal z vnitřní strany střechy na ThermoWood a smrk ve stejném místě. Pro větší přesnost byly měřeny tři šindele od každého materiálu, ze kterých byl spočítán průměr. Na vnější straně střechy by nebylo možné vzhledem k často nepříznivému počasí zjistit reálnou hodnotu vlhkosti . Naměřené hodnoty byly zaznamenávány do tabulky, ve které bylo možno sledovat změny ve srovnání s minulými měřeními.

Naopak měření rozměrů bylo prováděno na vnější straně. Na vnitřní straně byl omezen přístup k měření krovy. Každá strana byla pokryta z jedné poloviny šindeli ze smrku a z druhé poloviny šindeli

z ThermoWoodu. Toto rozdělení materiálů bylo z důvodu

orientace stran střechy na jihovýchod a severozápad. V zimním období, kdy byla střecha pokryta sněhem bylo nutné důkladně odstranit sníh, aby bylo možno objektivně měřit šířku šindelů v celé ploše .Naměřené rozměry se zaznamenávaly do tabulky. Měření šindelů samostatně bylo prováděno, ale rozměrové změny při tak malém rozměru byly nevýrazné a obtížně měřitelné. Z tohoto důvodu nejsou uvedeny.

Průběh teplotních změn a vlhkostí vzduchu byl zaznamenáván v Hydrometeorologickém ústavu se sídlem v Košeticích. Tento ústav je od místa experimentu vzdálen vzdušnou čarou deset kilometrů, takže hodnoty byly velmi přesné. Nadmořská výška, ve které se sídlo ústavu nacházelo byla 534 m nad mořem s rozdílem 26 m. Teploty byly měřeny třikrát denně v tzv. interové měření tj.: 7 00 , 14 00 , 21 00 a následně z toho byl vypočítán průměr ³. Vlhkost vzduchu byla měřena také třikrát, ale průměr se počítal standardním způsobem. Obě hodnoty byly zaznamenány do tabulky ke změnám rozměrů šindelů.

23

Vizuální hodnocení bylo zaměřeno stejně jako před připevněním šindelů na kontrolu hladkosti povrchu, jak se měnily povrchy obou materiálů, na změnu barev, tvorbu povrchových plísní, vytváření trhlin, reakce na střídání počasí. Dále byla porovnávána těsnost a celková stabilita šindelů na konci experimentu ke stavu na začátku.

__________________________ ³ Vzorec pro výpočet průměrné teploty je: součet hodnot teplot z interového měření, k nim připočtena jedna hodnota z 21. hodiny, to celé / 4. 4

Výpočet průměrné vlhkosti vzduchu je součet naměřených hodnot / 3 . Tři je počet měření tzv. interové měření

24

5.Výsledky měření 5.1. Naměřené hodnoty V tabulce 1 jsou uvedeny všechny naměřené údaje o rozměrových změnách šindelů v šířce jako celku ve vztahu k orientaci na světové strany. Součástí je teplotní a vlhkostní vývoj počasí v období experimentu. Začátek sledování byl v týdnu 1 v pravidelných týdenních intervalech . Nultý týden udává vstupní údaje.

Období (týden) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

Smrk (cm) JV 41 41,2 41,3 41,5 41,6 41,8 41,9 42 42 42 42,1 42,1 42,1 42 42 42 42 42,1 42,1 42,2 42,2 42,1 42,1 41,9 41,9 41,7 41,7 41,7 41,6

SZ 37 37,1 37,3 37,5 37,6 37,7 37,9 37,9 38 38 38 38 38 38 37,9 37,9 37,9 38 38 38,1 38 38 38 37,9 37,9 37,6 37,7 37,5 37,3

ThermoWood(cm) JV SZ 41,5 46,3 41,5 46,3 41,5 46,3 41,6 46,4 41,6 46,4 41,7 46,5 41,7 46,5 41,7 46,5 41,7 46,5 41,7 46,6 41,7 46,6 41,7 46,6 41,7 46,6 41,7 46,6 41,7 46,6 41,7 46,6 41,7 46,6 41,7 46,6 41,7 46,6 41,7 46,6 41,7 46,6 41,7 46,6 41,7 46,6 41,7 46,5 41,7 46,5 41,7 46,5 41,7 46,5 41,7 46,5 41,7 46,5

Počasí Vlhkost % Teplota st. C 67 83 77 83 95 89 93 83 90 95 92 82 83 87 86 85 85 90 98 84 96 93 81 89 68 89 79 57

7,6 10,9 5,7 4,3 10,8 6,1 6,5 -4 2,9 1,1 3 2,5 -5,5 -3,4 -12 0,1 0,1 -3,7 -1,2 -5,5 0 2,7 3,1 5,3 2,8 3,8 12,1 14

Tab. 1 Rozměry šindelů v ploše dle světových stran a materiálů , ø teplota a ø vlhkost vzduchu z hydrometeorologického ústavu Košetice .

25

Součástí tabulky 2 jsou naměřené vlhkosti šindelů z obou materiálů během experimentu včetně probíhajících barevných změn.

Období

Smrk

(týdny)

vlhkost(%)

19,5 21 1 (5.10.08) 2 (12.10.08) 22 3 (19.10.08) 24 4 (26.10.08) 25 26 5 (2.11.08) 25,8 6 (9.11.08) 7 (16.11.08) 27 8 (23.11.08) 26 9 (30.11.08) 26,3 10 (7.12.08) 28 11 (14.12.08) 28 12 (21.12.08) 30 13 (28.12.08) 24 25 14 (4.1.09) 15 (11.1.09) 28,5 16 (18.1.09) 24,6 17 (25.1.09) 26 26 18(1.2.09) 30,5 19 (8.2.09) 26 20 (15.209) 21 (22.2.09) 26 29 22 (1.3.09) 23 23 (8.3.09) 24 (15.3.09) 20 25 (22.3.09) 17 26 (29.3.09) 15 15 27 (5.4.09) 28 (12.4.09) 14,5

ThermoWood

Barevné změny Barevné změny

vlhkost%

smrk

thermowood

5,2 5,8 6,5 6,5 7 7,5 7,5 7,7 7,6 7,8 7,7 7,7 7,6 8 8,8 10 8,8 8,8 8,5 8,6 11 11 10 10 10,4 10 10 9 9

světlá

hnědá -

-

-

-

-

-

mírné ztmavnutí zesvětlání světle šedá zatmavnutí kolem hřebíků počátek plísně šedá větší plíseň šedá větší plíseň šedá zatmavnutí šedá kolem hřebíků šedá plíseň šedá plíseň šedá plíseň šedá plíseň šedá šedá zastavení plísně šedá šedá šedá tmavší odstín šedá

Tab. 2 Naměřené hodnoty vlhkostí šindelů ze smrku a z ThermoWoodu

26

Na začátku experimentu bylo prováděno měření hmotnosti šindelů z obou materiálů. Šindele se před připevněním na kostru zvážily na digitální váze a hmotnosti byly zapsány. Další měření bylo až na konci experimentu, které mělo stejný průběh jako na začátku. Zjištěné hmotnosti byly nápomocny

při vyhodnocování procesů probíhajících ve

vzorcích během experimentu. Naměřené hmotnosti jsou v tabulce 3 .

hmotnost (g)

Smrk

ThermoWood

počáteční

196

147

koncová

166

164

Tab. 3 Počáteční a koncová hmotnost

5.2. Vliv počasí na šindele

Z grafu 1 a 2 je viditelná závislost rozměrů šindelů na vývoji vlhkostí vzduchu. Reakce smrkových šindelů byla znatelně odlišná. Horní graf ukazuje křivky vývoje rozměrových změn šindelů ze smrku bez úpravy a šindelů z tepelnou úpravou. Oba druhy materiálu byly situovány na jihovýchod

a severozápad. I zde byly vidět rozdíly ve změnách

materiálů. Osy y udává rozměry dřevěných šindelů v centimetrech a osa x počet měření . V kombinaci se spodním grafem, který udává vývoj teplot a vlhkostí vzduchu je patrné jak se rozměrové změny vyvíjely v závislosti na teplotě a vlhkosti vzduchu. Hlavní osa y udává vlhkost vzduchu, vedlejší osa y stupně Celsia a osa x počet měření.

27

Smrk (cm) JV Smrk (cm) SZ ThermoWood(cm) JV ThermoWood(cm) SZ

28

25

22

19

16

13

10

7

47 46 45 44 43 42 41 40 39 38 4

43 42 41 40 39 38 37 36 35 34 1

Rozměry (cm)

Rozměrové změny

Počet měření

Graf 1 Rozměrové změny čtyř ploch s rozdílnou orientací vůči světovým stranám

20

100

15 10

80

5

60

0

40

-5

29

25

21

17

-15 13

0 9

-10 5

20

Počet měření

Graf 2 Teplotní a vlhkostní změny vzduchu

28

Teplota st. C

120

1

Vlhkost %

Vývoj teplot a vlhkostí vzduchu

Počasí Vlhkost % Počasí Teplota st. C

5.1. Vizuální hodnocení

Sledované šindele ze smrku a tepelně upraveného smrku byly kromě měření sledovány také vizuálně. Po instalování šindelů do venkovního prostředí nebyly v prvních týdnech pozorovatelné změny. Pouze po dešti a následném vysvitnutí slunce bylo na tmavším povrchu šindelů z ThermoWoodu

jasně vidět schopnost přitahovat paprsky, které

odpařily vlhkost z povrchu rychleji než u smrkových šindelů. Další obdobná situace nastávala po pokrytí šindelů sněhem. I při chladném počasí dokázaly sluneční paprsky sníh na šindelích z ThemoWoodu rozpustit. Na šindelích ze smrkového dřeva byl sníh bez známek aktivity slunečních paprsků. Příklad na obr. 8 .

Rozdílnost

při slunečních paprscích

Obr. 8 Rozdílnost povrchů při slunečním záření

Po uplynutí několika týdnů se po opakovaném střídání srážek a slunečních paprsků začaly objevovat na smrkových šindelích první známky zárodků plísně obr.9. Ty vytváří skvrny vlivem svých barevných výtrusů. Podmínky s vysokou vlhkostí vzduchu a dřeva jsou pro ně příznivé. Avšak na mechanické vlastnosti dřeva nemají vliv.

29

Obr. 9 Vytvořená plíseň

U šindelů z ThermoWoodu nebyly změny patrné kromě jiného odstínu barvy. Šindele byly před vystavením vnějším vlivům hnědé, ale vlivem venkovních podmínek se zbarvily do šedé barvy. Na šindelích ze smrkového dřeva byl vizuálně i hmatem znatelný rozdíl v hrubosti povrchu oproti ThermoWoodu. Ke konci experimentu při snižování vzdušné vlhkosti a zvyšování teploty se objevily na smrkových koncích trhliny.V této fázi došlo také k u smrku k velkému seschnutí šindelů,vytvoření spár mezi jednotlivými šindeli a k výraznému uvolnění vrstev šindelů obr .10 .

Obr. 10 Seschnutí šindelů

30

6. Diskuse U vyrobených šindelů byla zkoumána vhodnost nahrazení klasického

materiálu

za

materiál tepelně upravený. Pro experiment byla vyrobena konstrukce, na kterou se připevnily šindele ze smrku bez úpravy a z tepelně upraveného smrku. Po vystavení konstrukce ve venkovním prostředí byly sledovány probíhající změny. Sledované byly vlastnosti materiálů, rozměrová stálost, přijímání a odevzdání vlhkosti, stálost materiálů a povrchové změny. Začátek experimentu byl na přelomu podzimu, přes zimu a začátek jara (od 5.10.2008 do 12.4.2009). Všechny zjišťované údaje se postupně zaznamenávaly a na konci pokusu vyhodnotily. V tak krátkém čase by nebylo možné pozorovat šindele ošetřené chemicky či povrchovou úpravou se znatelnými výsledky. Proto byly zvoleny tyto materiály. I v takovém časovém horizontu, kdy experiment probíhal, byly zjištěny dobré výsledky. Šindele byly vybrány řezané, které jsou trvanlivostí horší vůči štípaným, ale i přesto se používají.

Po ukončení experimentu vyplývá z naměřených hodnot, že šindele vyrobené z tepelně upraveného dřeva jsou stabilní. Při výkyvech teplot a vlhkostí vzduchu nevykazovaly znatelné změny oproti šindelům na začátku experimentu. Důkazem toho jsou naměřené hodnoty uvedené v tabulce 1. V období s vysokou vlhkostí vzduchu se zvýšila vlhkost tepelně upraveného smrku z 5,2 % na 11 % . To byla horní hranice, na kterou se vlhkost dostala. Rozdíl hodnot vlhkosti u smrkových šindelů byl v porovnání s rozdílem u tepelně upraveného dřeva dvojnásobný v období velké vlhkosti vzduchu. Ještě větších rozdílů dosahovaly naměřené rozměry šindelů z těchto materiálů. Smrkové šindele rychle reagovaly na změny počasí. Rozdíl změn rozměrů u smrku byl až pětinásobný vůči tepelně upravenému smrku. Jiných výsledků bylo dosaženo při zjišťování hmotnosti vzorků. Tepelně upravený smrk svou hmotnost zvýšil oproti smrku běžnému. Důvodem byla pravděpodobně rozdílnost počátečních vlhkostí. Ale v experimentu se vycházelo ze skutečnosti, že klasické šindele jsou při pokládce vzduchosuché. Vizuální kontrolou byly sledovány změny barev, kdy u tepelně upraveného smrku barva hnědá přecházela do šedé a u smrku bez úpravy vlivem začínající fotodegradace barva ztmavla.

31

Po skončení srážek

bylo možno pozorovat schopnost tepelně upraveného smrku

přitahovat sluneční paprsky a zajistit tak energii potřebnou k odpaření vlhkosti z povrchu. Na konci experimentu, kdy bylo počasí slunečné s normální relativní vlhkostí vzduchu se projevily u šindelů ze smrku bez úpravy trhliny na čelech a značné seschnutí jednotlivých vzorků, ale i šindelů jako celku. Viditelné byly mezery mezi šindeli u smrku. U tepelně upraveného smrku tyto změny nenastaly. Vlivem takového seschnutí se šindele uvolnily a ztratily svou těsnost. V období se zvýšenou vlhkostí se na povrchu smrku vytvořily do zelena zbarvené skvrny. Ty byly výsledkem produkování barevných výtrusů plísně.

V celkovém hodnocení experimentu byl prokázán tepelně upravený smrk materiálem s lepší stabilitou. Při použití tepelně upraveného smrku pro výrobu šindele, by kromě stálosti byla výhodou i malá hmotnost střechy. Nevýhodou by bylo v případě požáru rychlé šíření ohně.

32

7. Závěr Bakalářská práce se zabývá náhradou klasických šindelů šindeli z tepelně upraveného dřeva. Pro pokus

byly vyrobeny smrkové a tepelně upravené šindele, které byly

vystaveny povětrnostním podmínkám. Pravidelným měřením a zaznamenáváním byly zjištěny hodnoty, ze kterých po zpracování byl vyvozen závěr.

Výsledkem je, že tepelně upravené dřevo by mohlo být použito jako náhrada materiálu při výrobě řezaných šindelů. Při

experimentu bylo toto dřevo rozměrově stabilní, po

dešťových srážkách se na něm udržovalo méně vody než u klasického materiálu. Povrch byl po celou dobu bez vystouplých letokruhů a známek zárodků plísně. Díky malým rozměrovým změnám nedochází k uvolnění šindelů.

33

8. Summary

Conclusion The thesis is focused on the substitution of the classic shingle for the thermally modified shingles. For the experiment there were used spruce and thermally modified shingles which were exposed to weather conditions. Thanks to regural measuring there were discovered the values which were used for this conclusion. The result is that the thermally modified wood could be used as the substitution of the materials in production of cut wooden shingles. During this experiment this thrmally modified wood was stable, after rain there was less water on the surface than on classic material. There were no distinguishable annuals rings and seeds of mildew on the surface. Thanks to using of this material there is the better solidity in case of the fixture with nails, because of the small changes in sizes.

34

9. Použitá literatura

Šlezingerová J . , Gandelová L . Stavba dřeva . 1. vyd . Brno : Mendelova zemědělská a lesnická univerzita 2002 , ISBN 80-7157-636-0 . Horáček P . Fyzikální a Mechanické vlastnosti dřeva .1 . vyd . Brno : Mendelova zemědělská a lesnická univerzita 1998 . ISBN 80-7157-347-7 . Svatoň J. Ochrana dřeva. 1.vyd. Brno: Mendelova zemědělská a lesnická univerzita 2000. ISBN 80-7157-435-x Hill, C.A.S. Wood modification: chemical, thermal and other processes. Chichester, England: John Wiley & Sons, 2006. 239 s. Wiley series in renewable resources. ISBN 978-0-470-02172-9. Wikipedie:Otevřená encyklopedie,Šindel [online].2009 Dostupné na www:http//www.cs.wikipedia.org/wiki/%C5%Aoindel Čerňanský

M.,

Šindel-šindelová

krytina

[online].

2000-2008

Dostupné

na

www:http://www.lidova-architektura.cz/A-vyvoj/konstrukce-staveb/drevo-krytinasindel.htm Osobní korespondence s firmou Finnforest –se sídlem Klecany u Prahy- kontaktní osobapan Martin Otáhal Český hydrometeorologický ústav- Observatoř v Košeticích-kontaktní osoba pan RNDr.Milan Váňa,Ph.D.

35

10. Příloha

Obr . Rozmítání

Obr . Úhlování plochy a hrany

Obr. Zakracování

Obr . Konstrukce

Obr . Sesazení šindelů Obr . Instalace exteriér

36

37

Obr . Tání sněhu

Obr . Zimní období

Obr . Rozdílnost materiálů

Obr . Seschnutí šindelů

Obr . Těsnost spoje

Obr . Období konce experimentu

38

39