stavitel PŘÍRODNÍ Josef Chybík STAVEBNÍ MATERIÁLY

stavitel

PŘÍRODNÍ STAVEBNÍ MATERIÁLY Josef Chybík

Přírodní stavební materiály Josef Chybík

Grada Publishing 2009

Knihu věnuji svým učitelům.

Přírodní stavební materiály Josef Chybík Tiráž tištěné publikace Vydala Grada Publishing, a.s. U Průhonu 22, Praha 7 [email protected], www.grada.cz tel.: +420 220 386 401, fax: +420 220 386 400 jako svou 3771. publikaci Odpovědná redaktorka Jitka Hrubá Grafická úprava a sazba Eva Hradiláková Foto na obálce RIGI, stavební společnost, s.r.o. Počet stran 272 První vydání, Praha 2009 Vytiskly Tiskárny Havlíčkův Brod, a. s., Husova ulice 1881, Havlíčkův Brod © Grada Publishing, a.s., 2009 Cover Design © Eva Hradiláková, 2009 Názvy produktů, firem apod. použité v knize mohou být ochrannými známkami nebo registrovanými ochrannými známkami příslušných vlastníků. ISBN 978-80-247-2532-1 ELEKTRONICKÁ publikace ISBN 978-80-247-9114-2 (ve formátu pdf)

Obsah Předmluva ............................................................................................................................. 9 Úvod ....................................................................................................................................... 11 1 Teoretický základ tepelných dějů, akustiky a požární ochrany stavebních konstrukcí .................................................................................................................... 14 1.1 Základní pojmy a veličiny užívané ve stavební tepelné technice . ..................................... 14 1.2 Základní pojmy a veličiny užívané ve stavební akustice ................................................... 18 1.3 Základní pojmy v požární ochraně budov ....................................................................... 19 2 Energetická bilance stavebních materiálů ................................................................ 21 3

Přírodní materiály jako obnovitelné zdroje energie ................................................ 30

3.1 Sláma jako energetická surovina .................................................................................... 32 4 Dříve používané přírodní materiály........................................................................... 4.1 Desky z dřevěné vlny a cementu . ................................................................................... 4.2 Dřevotřískové desky ....................................................................................................... 4.3 Dřevovláknité desky ....................................................................................................... 4.4 Desky Likus .................................................................................................................... 4.5 Kůrovinové desky . ......................................................................................................... 4.6 Desky Empa ................................................................................................................... 4.7 Desky z pazdeří . ............................................................................................................ 4.8 Lisované desky Solomit .................................................................................................. 5

35 35 35 36 36 36 36 36 37

Hlína . ........................................................................................................................... 38

5.1 Historické kořeny stavitelství z nepálené hlíny . ............................................................... 5.2 Vlastnosti hlíny a výrobků z hlíny . .................................................................................. 5.3 Stabilizace hlíny.............................................................................................................. 5.4 Zjišťování vlastností nepáleného materiálu . .................................................................... 5.5 Přednosti nepálené hlíny ................................................................................................ 5.6 Nedostatky nepálené hlíny ............................................................................................. 5.7 Suroviny ........................................................................................................................ 5.8 Technologie zpracování hlíny . ........................................................................................ 5.9 Tradiční nepálené kusové stavivo .................................................................................... 5.10 Novodobé kusové stavivo z nepálené hlíny ..................................................................... 5.11 Války ............................................................................................................................. 5.12 Hlína dusaná do bednění ............................................................................................... 5.13 Vrstvená nebo také nakládaná hlína, zvaná též lepenice ................................................. 5.14 Hloubené konstrukce ..................................................................................................... 5.15 Hlinoslaměné konstrukce v kombinaci se dřevem ...........................................................

38 41 44 45 48 51 55 58 59 62 66 67 73 73 74

5.16 Omazávky, mazanice . .................................................................................................... 5.17 Mazaniny . ..................................................................................................................... 5.18 Malty na zdění ............................................................................................................... 5.19 Přilnavostní – základní nátěry.......................................................................................... 5.20 Hrubé omítky . ............................................................................................................... 5.21 Jemná hliněná omítka .................................................................................................... 5.22 Příklad použití hlíny v rodinném domě v Čelákovicích...................................................... 5.23 Výrobky z jemné hlíny a jílu ............................................................................................

74 75 76 77 77 80 87 90

6 Výrobky z dřevní hmoty ............................................................................................. 95 6.1 Vlastnosti dřevovláknitých desek .................................................................................... 96 6.2 Použití dřevovláknitých desek . ....................................................................................... 99 7

Korek ......................................................................................................................... 111

7.1 Vlastnosti korku ........................................................................................................... 112 7.2 Zpracování korku ......................................................................................................... 113 7.3 Použití korku ............................................................................................................... 114 8 Ovčí vlna .................................................................................................................... 116 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5

Vlastnosti ovčí vlny . ..................................................................................................... Úprava ovčí vlny . ......................................................................................................... Zabudování ovčí vlny . .................................................................................................. Stavební tepelná izolace z ovčí vlny .............................................................................. Difuzně otevřený systém Diffuwall® ..............................................................................

9

Konopí........................................................................................................................ 125

9.1 Legislativa k pěstování konopí v ČR .............................................................................. 9.2 Konopí ve stavebnictví.................................................................................................. 9.3 Bilance CO2 .................................................................................................................. 9.4 Tepelně izolační materiály z konopí............................................................................... 9.5 Konopný podlahový systém ......................................................................................... 9.6 Stavba stěny z konopného pazdeří ............................................................................... 9.7 Konopné pazdeří pro lehčenou maltu a izolační vrstvy . ................................................ 9.8 Drť z konopného pazdeří.............................................................................................. 9.9 Konstrukce vnějších stěn s izolacemi z konopí............................................................... 9.10 Konstrukce šikmých střech s izolacemi z konopí............................................................ 9.11 Příčky s izolacemi z konopí ........................................................................................... 9.12 Stropy s izolacemi z konopí .......................................................................................... 9.13 Konopné izolace Canabest . .........................................................................................

116 116 117 119 122

126 126 128 128 132 132 133 134 134 137 138 140 140

10 Len ............................................................................................................................ 143 10.1 Zpracování lnu ............................................................................................................. 143 10.2 Vlastnosti výrobků ze lnu ............................................................................................. 144 10.3 Skladování a manipulace s materiálem ......................................................................... 145

10.4 Zabudování materiálu .................................................................................................. 145 10.5 Použití izolace ze lnu . .................................................................................................. 146 11 Materiály z dovozu ................................................................................................... 149 11.1 Bavlna ......................................................................................................................... 11.2 Juta ............................................................................................................................. 11.3 Kokos .......................................................................................................................... 11.4 Bambus .......................................................................................................................

150 150 153 155

12 Rákos ........................................................................................................................ 161 12.1 Rákos jako nosič omítek . ............................................................................................. 12.2 Rákosové desky ........................................................................................................... 12.3 Střešní krytina z rákosu ................................................................................................ 12.4 ZOO Jihlava – chýše z přírodních materiálů . .................................................................

162 162 163 169

13 Sláma jako stavební materiál . ................................................................................. 173 13.1 Historie ........................................................................................................................ 13.2 Vliv použití slámy na životní prostředí ........................................................................... 13.3 Vlastnosti slámy ........................................................................................................... 13.4 Biotičtí škůdci .............................................................................................................. 13.5 Slaměný balík .............................................................................................................. 13.6 Konstrukční řešení s využitím slámy............................................................................... 13.7 Podlaha se slámou........................................................................................................ 13.8 Omítky použitelné na slaměnou konstrukci................................................................... 13.9 Sláma jako tepelná izolace plochých střech................................................................... 13.10 Sláma jako tepelná izolace šikmých střech . ................................................................. 13.11 Instalace v konstrukcích ze slámy................................................................................. 13.12 Nenosné panely z lisované slámy – ekopanely.............................................................. 13.13 Nosné panely z lisované slámy .................................................................................... 13.14 Příklady domů s použitím slaměných prvků.................................................................. 13.15 Sláma jako střešní krytina . .......................................................................................... 14

174 176 177 187 188 190 205 207 213 215 217 218 222 225 242

Přírodní materiály k úpravě povrchů . ..................................................................... 245

14.1 Výrobky na ochranu dřeva ........................................................................................... 245 14.2 Povrchové úpravy na omítky a zdivo . ........................................................................... 252 14.3 Povrchová úprava antikorozní kovářskou barvou .......................................................... 257 Závěr .................................................................................................................................... 259 Literatura ............................................................................................................................. 260 Rejstříky ............................................................................................................................... 263

8

/ Přírodní stavební materiály

Děkuji všem, kteří jakkoliv přispěli při práci na rukopisu. Podklady a informace poskytli nebo byli pomocníky při zpracování:

Jan Bareš, Ekopanely CZ, s.r.o. Jedousov; Leoš Boček, FA VUT Brno; Aleš Brotánek, Rožmitál pod Třemšínem; Jaromíra Císařová, Korek Jelínek spol. s r.o. Rychnov u Jablonce nad Nisou; Pavel Deržmíšek, FA VUT Brno; Yvona Gaylliová, Ekologický institut Veronica Brno; Dagmar Glosová, FA VUT Brno; Ladislav Grégr, Claygar s.r.o. Lužice; Daniel Grmela, FAST VUT Brno; Pavla Hesová, IZOLACE KONOPÍ CZ, s.r.o. Tábor; Boris Hochel, Bratislava (Sk); David Hora, IZOLACE KONOPÍ CZ, s.r.o. Tábor; Mojmír Hudec, ELAM Brno; Ondřej Chybík, FA VUT Brno; Felix Jeanmarie, Niederbuchsitten (CH); Georg H. Jeitler, Baden bei Wien (A); Max V. Jensen, Svojanov u Bouzova; Felix Jerusalem, Curych (CH); Pavel Klang, Brno; Jana Klimešová, FA VUT Brno; Pavel Koterzyna TRESPOLART, s.r.o. Strunkovice nad Blanicí; Jan Krňanský, Praha; Ladislav Kubů, m.t.a. spol. s r.o. Praha; František Kurtin, ecoShop Brno; Jaroslav

Men, Juta a.s. Turnov; Christian Meyer, Limbach (D); Karel Murtinger, EkoWATT CZ s.r.o. České Budějovice; Michal Navrátil, RIGI, stavební společnost, Hradčany; Pavel Nešťák, Roženecké Paseky; Petr Novák, FA VUT Brno; Stefanie Ostermair, GrAT Wien (A); Ivo Štefan, Juteko spol. s r.o. Praha; Tomáš Pešek, Juteko spol.s r.o. Praha; Gabriela Plachá, Kreidezeit Dačice; Lucie Pohanková, FA VUT Brno; Bernard Resch, natur & lehm, Tattendorf (A); Werner Schmidt, Trun (CH); Lukáš Sochor, FAST VUT Brno; Ludvík Trnka, Brno; Marek Vlček, Hliněný dům Lysovice; Kamila Weiglová, FAST VUT Brno. Zvláště pak děkuji paní doc. Ing. Ivaně Žabičkové, CSc. a panu doc. Ing. Janu Wernerovi, kteří se ochotně a s pečlivostí jim vlastní ujali lektorování. Svými připomínkami, podněty a návrhy přispěli ke zkvalitnění díla. Josef Chybík

Předmluva /

9

Předmluva Odklonění od starých výrobních postupů, v nichž se běžně používaly přírodní materiály, začalo s nástupem průmyslové revoluce, která naše území zasáhla na počátku 19. století. Její vliv spustil řetězec proměn s dopadem na urbanizaci a demografickou strukturu země. Projevil se odlivem venkovského obyvatelstva, které jako pracovní síla odcházelo do měst. Zde tito lidé „nasáli“ městský životní styl a pozvolna jej přenášeli do svých venkovských domovů. Námezdní dělníci zvolna opouštěli dovednosti, které se v historickém vývoji s naprostou samozřejmostí při stavbě domů uplatňovaly. Řemeslné techniky děděné generacemi otců a dědů a materiály používané starými staviteli se v překotném vývoji překrývaly moderními způsoby výstavby. Společnost se ocitla na prahu procesů považovaných za stírání rozdílu mezi městem a vesnicí. Nebyl to však hlavní důvod, který způsobil odchýlení od staletých stavitelských zvyklostí. Na uplatnění materiálů vyráběných průmyslovými metodami měl dominantní vliv především rozvoj dopravních systémů. Trasy železnic a vodních cest byly na našem území dokončeny v podstatě do konce 19. století. Poněkud volnějším tempem se rozšiřovala výstavba zpevněných komunikací a s tím související silniční přeprava. Dalším předělem se stalo období první světové války, které významnou měrou souviselo se začleněním silniční dopravy do běžného života. Najednou přestalo být problematické, aby se na velké vzdálenosti transportovaly hmoty a výrobky. Domácí, s krajinou spjaté materiály se opouštěly. Neodolaly tlaku průmyslové výroby. Objevují se náznaky trendů, charakterizujících odklon od tradičních způsobů výstavby, které se nakonec neudržely ani na našem venkově. Zásadní význam pro opuštění starých technologií byl vedle dopravy spojen s výrobou a snadnou dostupností oceli, skla a především

s uplatněním cementu. Cement se používal nejen ke stavbě pevnějších základů, svislých a vodorovných konstrukcí. Prostý a vyztužený beton umožnil vytvářet konstrukce větších rozpětí. Ve velké míře se cement uplatnil i pro jednoduché vytváření povrchových úprav. Celá řada nově stavěných i původních domů ztrácela svůj výraz. Fasády se zbavovaly dřívějších výplní otvorů, které nahradila neúměrně velká a nezvykle členěná okna. Bílením nebo hliněnými omítkami upravené stěny ustupovaly sice trvanlivým, ale tuhým a nevzhledným cementovým omítkám. Domy opouštěly své původní funkce. Nejzachovalejší z nich, které si udržely zřetelné stopy těsného vztahu člověka a přírody, nazýváme památkami lidového stavitelství. Jsou reflexí materiálové základny, kterou naši předkové měli k dispozici a dovedli ji využít. K tomu po druhé světové válce přispělo zprůmyslněné stavebnictví, které spolu s typizací a unifikací, podporující produkci ohromného množství stejných nebo si velmi podobných budov, vedlo ke kvantitativnímu způsobu výstavby. Vše, co vznikalo na prknech architektů a vymykalo se této koncepci, mělo na realizaci buď velmi malou, nebo spíše žádnou naději. Transformovala se řemesla. Například nejhojněji používaný přírodní stavební materiál, kterým je dřevo, se z produkce českých stavebních podniků téměř vytratil. Řemeslníci přestali přebírat zkušenosti, které se dříve předávaly z generace na generaci. Hledaly se nové cesty kosmopolitně nesourodé s tím, co bylo dříve charakteristické pro jednotlivé kraje, města a obce. Z průmyslově vytvářených dílců, postrádajících alespoň náznak přírodní substance, vyrůstaly nové městské části nazývané sídliště. V projektových pracovištích umrtvovala invence architektů snaha o co nejvyšší produktivitu. Existovaly centrálně řízené ateliéry, kde se v poměrně velké míře pracovalo s opakovatelnými

10


projekty. Za hranicemi „železné opony“ jsme v polovině 70. let 20. století stáli zcela mimo nastupující proud, který v evropském kontextu přivál první projekty charakteristické konceptem ekologické architektury. Současné vývojové trendy jsou v obecné rovině úzce spjaty s myšlenkami trvale udržitelného rozvoje. V daleko větší míře, nežli tomu bylo v minulosti, vznikají obavy z vyčerpání surovinových a energetických zdrojů a z nadměrného znečišťování ovzduší. Myšlení stále většího počtu lidí silně ovlivňuje ekologie a snaha o zachování pokud možno co nejčistšího přírodního prostředí. I proto je jedním z důležitých parametrů přírodních materiálů jejich téměř stoprocentní recyklovatelnost. Stále větší důraz se klade na zdravotní nezávadnost materiálů. Uvedené tendence se promítají i do inovací konstrukcí. Pozornost se začíná přesouvat od energeticky náročných technologií k organické materiálové bázi, tzn. přírodním surovinám, které většinu požadavků udržitelného rozvoje splňují. S nastalou svobodou a možnostmi poznávat, jak se staví v zahraničí, i čeští architekti a stavitelé po roce 1989 odkrývali, kam až dospěly

technologie spojené s použitím přírodních materiálů. S cestami po Evropě získali zkušenosti, do jaké úrovně došla vzdělanost v této oblasti a jak hluboká je naše zaostalost. Díky nevšední otevřenosti zahraničních partnerů jsme mohli začít s transferem poznatků do domácího prostředí. Navzdory mnohému pozitivnímu jen s obtížemi k nim nalézali cestu nejen stavebníci, ale i projektanti. Přesto se objevili lidé, kteří byli ochotni studovat a poznávat zákonitosti stavitelství založeného na používání tradičních surovin. Nejčastěji však s nimi pracují jen menší, zpravidla specializované stavební podniky, které jsou ochotny je systematicky a plánovitě zařazovat do výrobního programu. Každá nová stavba, v níž se používají přírodní materiály, byla a stále je sledována širokým okruhem odborníků i veřejnosti. Doprovází je množství pracovních setkání – workshopů, kde si jejich účastníci mohou vlastním přičiněním vyzkoušet stavební postupy. K tomu neodmyslitelně patří rozvoj znalostí o vlastnostech výrobků, které se do stavebního díla zabudovávají. Také tato kniha si vytyčuje za cíl být příspěvkem k tomuto poznání.

Úvod /

11

Úvod Termín přírodní materiály není neznámý a můžeme jej nalézt i ve starých normách. Například v ČSN 1168, kterou již v roce 1939 vydala Česká společnost normalizační, jsou stavební materiály rozděleny do dvou skupin, na: a) materiály přírodní, které zahrnovaly nejen kámen, kamenné drti, štěrky, písky, hlíny, a dřevo, ale také korek, rákos a dokonce i asfalt, b) materiály umělé, kam patřilo vápno, cement, sádra, kamenné omítkové směsi, škvára, dehet, šedá litina a ocel, výrobky z pálené hlíny, také výrobky cementové, sádrové, litinové, ocelové a jiné. Přírodní stavební materiály v pojetí, které představuje tato kniha, jsou hmoty zpravidla rostlinného nebo živočišného původu. Německy se nazývají „nachwachsende Rohstoffe“, což můžeme přeložit jako dorůstající suroviny. Například se jedná o konopí, korek, len, ovčí vlnu, slámu a další. Proto pozornost nebude věnována hmotám, které jsou také přírodního charakteru, ale pocházejí z oblasti neživé přírody – například různé druhy hornin. Výjimkou bude pouze hlína, která rostlinné produkty velmi často vhodně doplňuje. Významnou vlastností přírodních materiálů je skutečnost, že mají příznivý vliv jak na lidské smysly, tak i na zdravé životní prostředí. Mnoho lidí trpí alergiemi a zdravotními indispozicemi, které jsou vyvolány látkami zabudovanými do konstrukcí. Hmoty, které vytvářejí obytný a pracovní prostor a jsou z přírodních materiálů, dokáží být příspěvkem k potlačení nebo úplnému odstranění těchto těžkostí. Dovedou například dobře regulovat vlhkost vzduchu ve vnitřním prostředí. Mají charakteristickou vůni, která blahodárně působí na lidské vědomí. Vizuální kontakt nebo dotyk ruky dokáže vyvolat příjemné pocity a zprostředkovat člověku dobrou náladu. Použitím materiálů

a konstrukcí realizovaných podle zásad zdravotní nezávadnosti se předejde mnohým chorobám, které se například mohou projevovat poklesem imunitních schopností organismu, rozvojem různých forem alergií, v krajních případech vznikem karcinomů. V této souvislosti probíhá světový výzkum, který se zabývá studiem vlivu budov na zdraví. Ubírá se několika směry: • "Indoor Air Polution" (IAP) se zabývá negativním působením škodlivin z fyzikálního, chemického i biologického hlediska. • "Sick Building Syndrome" (SBS) – syndromem nemocných budov se nazývá negativní ovlivnění zdraví člověka v budovách, jehož původ a souvislost s budovou zatím nedokážeme prokázat. • "Building Related Illness" (BRI) jsou choroby, které mají prokazatelně původ v samotné budově. Příroda produkuje velké množství surovin, které je možno použít ve výstavbě, mnohdy s jen velmi malým energetickým vkladem. Jsou anorganického původu, jako je hlína nebo kámen, rostlinného původu, ke kterým můžeme zařadit dřevo, konopí, korek, len, slámu, rákos, bambus, anebo původu živočišného, jako je ovčí vlna. Podle využití se dělí do tří kategorií – na konstrukční, izolační a doplňkové (Nagy 2004). a) Konstrukční materiály slouží k vytváření nosných konstrukcí. Zde se nejlépe uplatňují například kámen, dřevo, lisovaná sláma, nepálená hlína ve formě cihel, dusaná hlína, slaměné balíky nebo exotický bambus. b) Izolační materiály slouží pro tepelné izolování obvodových plášťů budov, zvukovou izolaci podlah a akustické obklady. Patří sem například bavlna, celulóza, konopí, len, rákos, ovčí vlna, sláma, výrobky z dřevěných vláken a korku.

12


c) K doplňkovým materiálům se řadí nátěry z přírodních látek, linoleum, podlahoviny z korku, tkaniny z juty, tkaniny z kokosových vláken, tkaniny a tapety z ovčí vlny nebo též omítky. K výstavbě budov se po dlouhá staletí používaly především místní materiály. Zpravidla se jednalo o suroviny, které se daly vytěžit nebo vyprodukovat přímo v místě stavby. Často to byla hlína, kámen a hmoty pocházející z rostlin. Tak známe území, která jsou označována jako zóny a styčné oblasti s výskytem podunajského hliněného a kamenného domu, západoevropského hrázděného domu, českého a moravského roubeného domu nebo alpského dřevěného domu v Pošumaví (Mencl 1980). Stavby se realizovaly podle generacemi osvědčených archetypů, podpořených tradičními a staletími prověřenými technologiemi. Nejen na venkově, ale i ve městech vznikaly soubory staveb v harmonickém souladu s krajinou, přitom vyhovující životnímu stylu jejich tvůrců. V současnosti se na tuto poněkud pozapomenutou tradici navazuje. Ve stavebních realizacích se opět objevují komponenty, které jsou produktem zemědělské výroby. Patří k nim například sláma. Jejich příznivé užitné vlastnosti jim například dovolují, aby se staly surovinou do zateplovacích systémů a střešních krytin. Po druhé světové válce nastalo období, kdy do stavebnictví vstoupila do té doby nevídaným způsobem chemická výroba. Její produkty jsou levnější než celá řada tradičních materiálů. Stačí s různými přírodními výrobky porovnat tepelné izolanty z pěnového polystyrénu. Jejich nízká cena však neobsahuje náklady nutné na recyklaci, což se stává zátěží odloženou budoucím generacím. Otázkou však zůstává, zda je vhodné aplikace hmot z neobnovitelných ropných zdrojů stále rozvíjet. Zvláště když existuje velké množství obnovitelných surovin, které dokáží synteticky vyráběný produkt nahradit a ropu i z hlediska perspektiv dalšího rozvoje ponechat pro vhodnější použití, za které můžeme například považovat produkci ušlechtilejších komodit, jako jsou

léky. Přitom je potřeba si uvědomit značné závislosti na producentech suroviny, která je obtížně a mnohdy s průvodním jevem ekologických katastrof dobývána, přepravována a zpracována. Navíc se zpravidla nachází v politicky nestabilních teritoriích. Příkladem mohou být zkušenosti získané z energetické krize, která nastala v roce 1973. I současnost je prodchnuta trendem stoupajících nebo kolísajících cen ropy, zemního plynu, uhlí i elektřiny. Tíživé zkušenosti byly získány při několikatýdenním kolapsu v dodávce zemního plynu, který Evropu postihl na počátku roku 2009. To vše posiluje přesvědčení o použití nezávislých alternativních energetických a surovinových zdrojů. Nejen v mnoha evropských zemích, ale i u nás již v současnosti existuje množství příkladů, ve kterých se optimálně využívá konstrukčních vlastností hlíny a tepelně izolační schopnosti slámy, lněných nebo konopných vláken. Aktuální veličinou je přitom potřeba energie na jejich výrobu. Podle míry při výrobě vložené energie lze provést porovnání několika vybraných surovin a konstrukcí (Minke 2008), obrázek 1. Nejhůře vycházejí plné cihly s 1350 kWh/m3. Porézní cihly oproti cihlám plným potřebují pouze 40 %, beton 37 % energie. Možná překvapivě vyznívají desky OSB s 95 %. Slaměné balíky mají proti plným cihlám pouze 5% podíl vložené energie. Přírodní materiály uplatněné ve výstavbě jsou zdravotně nezávadné hmoty. Oproti produktům vyráběným z ropy jsou charakteristické také tím, že na konci životnosti se dají snadno recyklovat. Velmi úspěšné je dřevo, které jako dorůstající obnovitelný materiál kumuluje ve své rostlinné struktuře CO2. Environmentálně šetrný přístup se řídí teoreticky zdůvodněnými a praxí ověřenými principy, které preferují přírodní materiály z obnovitelných a recyklovatelných surovin (Pifko & Špaček et al. 2008). Zatížení dopravou může ve velké míře snížit využívání místních zdrojů. I přírodní materiály se mohou stát málo vhodnými, pokud budou přepravovány po dlouhých trasách. Například převážení slámy na velké vzdálenosti může

Úvod / 1600

1350 1280

Vložená energie kWh/m3

1400 1200 1000 800

800 600

540

500

590

400 200 0

70 7

PC POC

BT

PBD DH OSB

SB

DS

10

40

NH

SDH

13

PC – plná cihla POC – porézní cihla BT – beton PBD – prefabrikovaná betonová deska DH – dřevěné hranoly OSB – dřevoštěpkové desky SB – slaměné balíky DS – dřevěná nosná konstrukce vyplněná slámou (45 kWh/m3 až 70 kWh/m3) NH – nepálená hlína (1 kWh/m3 až 10 kWh/m3) SDH – strojem dusaná hlína

Obr. 1 Energie vložená do zpracování stavebních materiálů (Minke 2008) tento zajímavý a kvalitní přírodní produkt posunout až za hranici použitelnosti. Zcela se tak poruší princip o úspornosti, který by měl platit u materiálů vyrobených s minimální energetickou náročností. V energetické optimalizaci budov je vhodnou alternativou realizace pasivních domů s použitím přírodních materiálů. To lze tvrdit i přes skutečnost, že z hlediska pořizovacích – investičních nákladů je průměrná cena těchto objektů při bližně o 8 % až 12 % vyšší. K běžnému provozu takové budovy je však potřebné pouze 10 % energie oproti domům stavěným podle současných požadavků. V Evropě již bylo realizováno množství nových moderních domů, v nichž jsou použity přírodní materiály a přitom dosahují velmi nízké spotřeby. Příkladem může být administrativní objekt firmy Natur&Lehm v Tattendorfu s použitím slámy a hlíny nebo S-Haus v Böheimkirchenu. Důslednost při výstavbě v Böheimkirchenu byla dovedena až k výrobě nábytku z lisované slámy. Obě stavby vykazují vynikající energetické výsledky, které je řadí ke špičkovým dílům v kategorii pasivních domů. Takovéto domy významnou měrou přispívají ke snížení zatížení životního prostředí. Příspěvkem může být ještě případné

použití paliva získaného z rostlin. Například dům v Tattendorfu je v období s nejnižšími teplotami vytápěn bioethanolem. Zajímavou stavbou je také rodinný dům ve švýcarském Eschenz (Chybík 2008), jehož realizace se uskutečnila z panelů vyrobených z lisované slámy. V České republice je obdobným pasivním domem Centrum ekologických aktivit v Hostětíně. S tématy přírodních domů se rozvíjí i mezinárodní spolupráce. Řada našich zájemců o přírodní stavitelství vyjíždí do zemí, kde je tento typ výstavby na pokročilé technologické úrovni. Z poslední doby můžeme vzpomenout návštěvu slovenských stavitelů u Švýcara Wernera Schmidta, který je znám jedinečnými stavbami z nosné slámy. Studenti se svými učiteli vyjíždějí do Rakouska. Také do České republiky a na Slovensko přichází řada známých odborníků. Můžeme uvést vystoupení německého profesora Gernota Minkeho v Bratislavě (2008) a v Brně (2009), úspěšný návrh a realizaci profesora Georga W. Reinberga v Hostětíně, přednášku architekta Felixe Jerusalema (2008) a Wernera Schmidta (2009) v Brně nebo praktické ukázky stavitele Toma Rijvena na několika workshopech v Hradčanech u Tišnova (2007).

14


1 Teoretický základ tepelných dějů, akustiky a požární ochrany stavebních konstrukcí K přiblížení pojmů, které jsou v dalších kapitolách používány, je přiložen krátký komentář. Budou definovány základní matematické vztahy, které se při popisu vlastností materiálů ve stavební tepelné technice, akustice a požární ochraně uplatňují nejčastěji. Také budou uvedeny fyzikální jednotky užitých veličin.

1.1 Základní pojmy a veličiny užívané ve stavební tepelné technice Teplo (Q) je energie dodávaná v důsledku rozdílu teplot. Energii lze dodávat též konáním práce a přenosem hmoty. Příspěvek dodaný teplem není v energii soustavy rozlišitelný od příspěvků dodaných jinými způsoby: pojem tepelná energie, který se velmi často používá, nemá proto smysl (Zemansky 1957), (Chybík 2005). Jednotkou je J = m2kg/s2. Tepelný stav dané látky vyjadřuje teplota. Rozlišujeme: • termodynamickou teplotu, • Celsiovu teplotu. Termodynamická teplota (T ) je definována druhou větou termodynamiky a přiřazením 273,16 K teplotě trojného bodu vody, což je směs ledu, vody a vodní páry. Celsiova teplota (t) je definována vztahem:

θ = T - 273,15

kde θ je T

Celsiova teplota ve °C (stupních Celsia), termodynamická teplota v K (Kelvinech).

Teplota trojného bodu vody je 273,16 K a 0,01 °C. Teplota bodu mrazu je 0,00 °C a 273,15 K. Rozdíly teplot vyjádřené ve °C a v K jsou číselně přesně stejné, to znamená, že 1 °C je přesně roven 1 K. V anglosaských zemích se ještě používá stupnice Farenheitova. Jejími fixními body jsou 32 °F (0 °C) a 212 °F (100 °C). Vztah ke stupnici Celsiově se dá vyjádřit rovnicí: kde θf je θ

9 θf = ––– · θ + 32 5 teplota ve °F, teplota ve °C.

Tepelná kapacita (Kx ) vyjadřuje schopnost tělesa nebo soustavy přijímat teplo. Tepelná kapacita je teplo potřebné k ohřátí daného tělesa o jeden stupeň (1 K nebo 1 °C). Je definována podílem přivedeného tepla a příslušné změny teploty: kde Kx je dQ dT

dQ Kx = –––– dT tepelná kapacita v J/K = = m2·kg/(s2·K), přivedené teplo v J, přírůstek teploty v K způsobený přivedeným teplem.

Teoretický základ tepelných dějů, akustiky a požární ochrany stavebních konstrukcí /

Měrná tepelná kapacita (c) je teplo potřebné k ohřátí jednotky hmotnosti (1 kg) dané látky o jeden stupeň (1 K nebo 1 °C). Je definována podílem tepelné kapacity Kx a hmotnosti m zkoumaného množství látky:

( )

1 dQ Kx c = ––– = ––– · ––– m m dT

kde c je Kx m Q T

měrná tepelná kapacita v J/(kg·K) = m2/(s2·K), tepelná kapacita v J/K = m2·kg/(s2·K), hmotnost látky v kg, přivedené teplo v J, teplota v K.

Absolutní vlhkost daného vzduchu (φ ) vyjadřuje hmotnost vodní páry obsažené v jednotce objemu (1 m3) tohoto vzduchu. Vyjadřuje se vztahem: mV φ = ––– V kde φ je absolutní vlhkost vzduchu v kg/m3, hmotnost vodní páry v kg, mv V objem vzduchu v m3. Relativní vlhkost daného vzduchu ( ϕ) je poměr hmotnosti vodní páry obsažené ve vzduchu ku hmotnosti nasycené vodní páry stejného objemu a teploty. Může se vyjádřit vztahem:

φ p ϕ = ––– · 100 = ––– · 100 φn pn

kde ϕ je φ φn p pn

relativní vlhkost vzduchu v %, absolutní vlhkost vzduchu v kg/m3, absolutní vlhkost párou nasyceného vzduchu v kg/m3, parciální tlak vodní páry v daném vzduchu v Pa, parciální tlak nasycené vodní páry v daném vzduchu v Pa.

15

Tepelný tok (IQ) je teplo dodané za jednotku času. Je definován podílem přenášeného tepla a příslušného času: dQ IQ = –––– dτ

kde IQ je dQ dτ

tepelný tok v J/s = W = m2·kg/s3, dodané teplo v J, za čas dτ v s.

Hustota tepelného toku (q) vyjadřuje tepelný tok připadající na jednotku plochy (1 m2) postavenou kolmo ke směru šíření tepla. Je definována podílem tepelného toku a plochy, jíž tento tok kolmo prochází: dlQ q = –––– dS

kde q je dIQ dS

hustota tepelného toku ve W/m2 = kg/s3, tepelný tok v J/s = W = m2·kg/s3, plocha v m2.

Teplotní gradient (spád) je teplotní rozdíl, připadající na jednotkovou vzdálenost (1m):

∆T ––– , (obecně grad T) ∆x

kde ∆T je

teplotní rozdíl v K nebo °C připadající na vzdálenost ∆ x.

Tepelná vodivost (λ) vyjadřuje schopnost látky vést teplo. Tepelná vodivost daného materiálu je hustota tepelného toku při jednotkovém teplotním gradientu. Hustota tepelného toku při daném teplotním gradientu ∆T/∆ x pak je:

∆T q = - λ · –––, (obecně q = -λ · grad T) ∆x (znaménko minus vyjadřuje, že tepelný tok je kladný, když je gradient záporný)

kde q je λ

hustota tepelného toku ve W/m2= kg/s3, součinitel tepelné vodivosti ve W/(m·K) = m·kg/(s3·K),

16


∆T/∆ x teplotní gradient v K/m, jednotková vzdálenost v m. ∆ x Tepelná propustnost daného materiálu (Λ) je hustota tepelného toku při jednotkovém teplotním rozdílu. Hustota tepelného toku při daném teplotním rozdílu ∆T pak je: q = Λ · ∆T Tepelná propustnost je tepelná vodivost, připadající na jednotkovou vzdálenost (například jednotkovou tloušťku materiálu):

λ Λ = ––– ∆x kde q je hustota tepelného toku ve W/m2 = kg/s3, plošná tepelná vodivost Λ ve W/(m2·K) = kg/(s3·K), T teplota v K, součinitel tepelné vodivosti λ ve W/(m·K) = m·kg/(s3·K), Tepelná jímavost (b) vyjadřuje schopnost materiálu o definované vlhkosti přijímat teplo: Je vyjad řována vztahem: b= λ · c · ρ kde b je λ c ρ

tepelná jímavost ve W2·s/(m4·K2), součinitel tepelné vodivosti ve W/(m·K) = m·kg/(s3·K), měrná tepelná kapacita v J/(kg·K), objemová hmotnost v kg/m3.

Tepelná pohltivost (s) je schopnost materiálu pohlcovat teplo nebo teplo uvolňovat. Definuje se vztahem:

s =

( )

p 2 · ––– · b T

kde s je b T

tepelná pohltivost ve W/(m2·K), tepelná jímavost ve W2·s/(m4·K2), vhodně zvolená doba kmitu v s.

Součinitel přestupu tepla (h) vyjadřuje sdílení tepla mezi tekutinou (plynem nebo kapalinou) a tuhou stěnou. Je roven hustotě tepelného toku mezi tekutinou a stěnou při jednotkovém tepelném rozdílu mezi nimi. Hustota tepelného toku při daném teplotním rozdílu pak je: qi = hsi · (θai - θsi ),

qe = hse · (θae - θse )

kde hsi ,hse je součinitel přestupu tepla na vnitřní a vnější straně konstrukce ve W/(m2·K), q hustota tepelného toku mezi tekutinou a stěnou ve W/m2, teplota vnitřního vzduchu ve °C, θai teplota vnějšího vzduchu ve °C, θae teplota na vnitřním povrchu θsi konstrukce ve °C, teplota na vnějším povrchu θse konstrukce ve °C. Součinitel přestupu tepla α závisí na vlastnostech tekutiny a na zakřivení a náklonu stěny. Tento součinitel je obtížné určit, poněvadž se mění v širokých mezích v závislosti na druhu proudění, viz tabulka 1.1. Výpočtem stanovený součinitel přestupu tepla se jen výjimečně shoduje s hodnotami získanými experimentální cestou. Tab. 1.1 Součinitel přestupu tepla pro různé druhy prostředí (Mrlík 1993)

Prostředí Klidný vzduch Proudící vzduch

Součinitel přestupu tepla hs [W/(m2·K)] 3,5 až 12,0 12,0 až 580,0

Proudící kapalina

230,0 až 5800,0

Vroucí kapalina

4600,0 až 7000,0

Kondenzující vodní páry

8100,0 až 14000,0


17

Tab. 1.2 Požadované a doporučené hodnoty součinitele prostupu tepla podle ČSN 73 0540-2:2007

Pol.

Popis konstrukce

Doporučené hodnoty U [W/(m2·K)]

Pasivní domy U [W/(m2·K)] 0,12

1

Střecha plochá a šikmá se sklonem < 45°

0,24

0,16

2

Strop pod nevytápěnou půdou

0,30

0,20

3

Stěna vnější ve vytápěném prostoru

0,30

0,20

4

Střecha strmá se sklonem > 45° lehká

0,30

0,20

5

Střecha strmá se sklonem > 45° těžká

0,38

0,25

6

Podlaha a stěna vytápěného prostoru přilehlá k zemině

0,45

0,30

Součinitel prostupu tepla (U) vyjadřuje sdílení tepla mezi dvěma tekutinami oddělenými tuhou stěnou (nebo mezi tekutinou a stěnou, jsouli odděleny izolační vrstvou). Je roven hustotě tepelného toku při jednotkovém rozdílu teplot mezi uvažovanými tekutinami. Tepelný tok při daném teplotním rozdílu pak je: q = U · (θai - θae ) a součinitel prostupu tepla má tvar: q U = ––––––– (θai - θae )

kde U je q θai θae

součinitel prostupu tepla ve W/(m2·K) = kg/(s3·K), hustota tepelného toku ve W/m2 = kg/s3, teplota vnitřního vzduchu ve °C, teplota vnějšího vzduchu ve °C.

V aplikacích uplatňovaných ve stavební tepelné technice je součinitel prostupu tepla vyjádřen vztahem:

Požadované hodnoty U [W/(m2·K)]

1 1 U = ––– = –––––––––––––––––– n 1 d 1 RT ––– + –––k + ––– hsi λk hse

S k = 1

kde U je RT hsi hse dk λk

0,15

součinitel prostupu tepla ve W/(m2·K) = kg/(s3·K), tepelný odpor při prostupu tepla v m2·K/W, součinitel přestupu tepla na vnitřní straně konstrukce ve W/(m2·K) = kg/(s3·K), součinitel přestupu tepla na vnější straně konstrukce ve W/(m2·K) = kg/(s3·K), tloušťka k-té vrstvy stavební konstrukce v m, tepelná vodivost k-té vrstvy stavební konstrukce ve W/(m·K) = m·kg/(s3·K).

Kritéria Kritéria součinitelů prostupu tepla definuje ČSN 73 0540:2007. Rozlišuje hodnoty požadované a doporučené. V pokynech pro navrhování uvádí také parametry pro budovy s velmi nízkou energetickou náročností. V tabulce 1.2 jsou uvedeny hodnoty součinitelů prostupu tepla vybraných konstrukcí.

18

/ *Přírodní stavební materiály

1.2 Základní pojmy a veličiny užívané ve stavební akustice Rozsah slyšení se u zdravého člověka pohybuje v rozmezí od f = 16 Hz až 20 Hz a končí mezi f = 16 KHz až 20 KHz. Vysokou citlivost vykazuje sluch v oblasti středních frekvencí, přibližně mezi f = 0,50 kHz až 5,0 kHz. Mezi f = 0,50 kHz až 2,00 kHz se nacházejí kmitočty, které jsou důležité pro poslech řeči. Směrem k nízkým kmitočtům se citlivost sluchu výrazně snižuje. Kmitočty nižší než f = 16 Hz definují oblast nazývanou infrazvukem. Zvuky o kmitočtu vyšším než f = 20 kHZ jsou ultrazvukem. Zvukově izolační vlastnosti dělicích prvků vzhledem ke zvukům, které se šíří vzduchem, jsou charakterizovány neprůzvučností R. Jsou dány vztahem: kde W1 je W2

W1 R = log ––– W2 akustický výkon dopadající na dělicí prvek ve W, akustický výkon vyzářený zkoušeným dělicím prvkem ve W.

Hladina akustického tlaku L se vyjadřuje jako podíl akustického tlaku p k referenční hodnotě akustického tlaku: kde p je po

p L = 20log ––– po akustický tlak v Pa, referenční hodnota akustického tlaku po = 2·10-5 Pa.

Pro stavební materiály je důležitou vlastností schopnost pohlcovat zvuk. Vyjadřuje se činitelem zvukové pohltivosti jako poměr zvuku pohlceného plochou Wa ke zvuku dopadajícímu na plochu Wi :

W α = –––a Wi

Pohlcený zvuk je rozdílem energie zvuku dopadajícího Wi a odražené složky Wr: Wa = Wi - Wr kde Wa je Wi Wr

energie zvuku pohlceného plochou ve W, energie zvuku dopadajícího na plochu ve W, energie zvuku od plochy odraženého ve W.

Pohltivost povrchů A se udává vztahem:

Sα · S n

A =

i

i

i = 1

kde αi je Si

činitel zvukové pohltivosti materiálu, udávaný pro oktávové intervaly v kmitočtech od f = 125 Hz do 4000 Hz, popř. 8000 Hz, plocha materiálu v m2.

Pro orientační informaci o zvukové pohltivosti materiálů se v praxi používá střední hodnota činitele pohltivosti, zjištěná jako průměr z hodnot přiřazených ke kmitočtům f = 250, 500, 1000 a 2000 Hz. Tato hodnota se také nazývá NOISE REDUCTION COEFICIENT a označuje se NRC:

(α250 + α500 +α1000 +α2000 ) NRC = ––––––––––––––––––––– 4

Požadavky na konstrukce Na stavební konstrukce příček a stěn mezi místnostmi v budovách jsou v ČSN 73 0532:2000 stanoveny hodnoty, které se určí podle ČSN EN ISO 717-1 z veličin v třetinooktávových kmitočtových pásmech definovaných v ČSN EN ISO 140-4.


19

Tab. 1.3 Vybrané požadavky pro neprůzvučnost konstrukcí podle 73 0532:2000

Chráněný – přijímací prostor

Pol.

Požadavky na zvukovou izolaci R´w , DnT,w [dB]

Hlučný – vysílací prostor

A. Bytové domy (kromě rodinných domů) – jedna obytná místnost bytu o 3 a více obytných místnostech 1.

Všechny ostatní místnosti téhož bytu, pokud nejsou funkční součástí chráněného prostoru

42

B. Bytové domy – obytné místnosti bytu 2.

Všechny místnosti

52

3.

Veřejně používané prostory, např. schodiště, chodby, vestibuly, terasy

52

4.

Veřejně nepoužívané prostory, např. půdy

47

5.

Průchody, podchody

52

6.

Průjezdy, podjezdy, garáže

57

7.

Provozovny s hlukem LA,max ≤ 85 dB s provozem nejvýše do 22,00 h

57

8.

Provozovny s hlukem LA,max ≤ 85 dB s provozem i po 22,00 h

62

9.

Provozovny s hlukem 85 dB < LA,max ≤ 95 dB s provozem i po 22,00 h

72

C. Řadové rodinné domy a dvojdomy 10.

Místnosti v sousedním domě

Pro váženou neprůzvučnost mezi místnostmi se společnou plochou stěny, příčky nebo stropu se stanovuje stavební neprůzvučnost R´w. Pro neprůzvučnost vnitřních dveří vážená laboratorní neprůzvučnost Rw. Pro neprůzvučnost mezi místnostmi, kde společná plocha dělicí konstrukce je menší než plocha příslušné stěny, příčky nebo stropu platí, že musí splňovat požadavky z tabulky 1.3 alespoň jedna z jednočíselných veličin DnT,w nebo R´w. Pro neprůzvučnost mezi místnostmi, které nemají společnou dělicí konstrukci, tzn., že spolu bezprostředně nesousedí, vážený normalizovaný rozdíl hladin DnT,w. Pro hodnocení zvukové izolace mezi místnostmi vážený normalizovaný rozdíl hladin DnT,w. V následující tabulce jsou uvedeny požadavky pro neprůzvučnost konstrukcí v bytových domech.

57

1.3 Základní pojmy v požární ochraně budov V německých a rakouských podkladech se k materiálům i stavebním konstrukcím uvádí hořlavost podle tříd. Do publikace byla tato označení převzata. Aby byla správně pochopena, bude k nim ve shodě s DIN 4102 uveden výklad. Do třídy A jsou zařazeny nehořlavé hmoty, například zdivo, beton, sádrokarton, pěnové sklo, minerální vlákna, cementotřískové desky. A1 jsou nehořlavé hmoty bez organických látek. Třída A2 jsou nehořlavé hmoty s organickými látkami. Třída B charakterizuje hořlavé látky. B1 jsou materiá ly těžce hořlavé například lehké dřevovláknité

20


desky nebo dubové parkety. B2 označuje látky normálně hořlavé, například dřevo a výrobky ze dřeva a také organické tepelné izolace. B3 jsou materiály lehce hořlavé, které se nesmí ve výstavbě používat. V dubnu 2009 vyšla novela normy ČSN 73 0810 Požární bezpečnost staveb – Společná ustanovení. Podle ČSN EN 13501-1 definuje vliv stavebních výrobků na rozvoj požáru s označením A1, A2, B, C, D, E, F. Případné dolní indexy FL u těchto tříd charakterizují podlahoviny, L pak tepelné izolace potrubí. Vztah mezi dřívějšími požadavky na stupeň hořlavosti a třídami reakce na oheň je v tabulce 1.4.

Tab. 1.4 Vztah mezi požadavky na stupně hořlavosti a třídami reakce na oheň podle ČSN 73 0810:2009 Stupeň hořlavosti A

Třída reakce na oheň A1 A2

B

B

C1

C

C2

D

C3

E F

Energetická bilance stavebních materiálů /

21

2 Energetická bilance stavebních materiálů Se vzrůstajícím počtem obyvatel naší planety se zvyšuje také spotřeba energie, obrázek 2.1. Jestliže v roce 1971 žilo na Zemi 3,8 miliard obyvatel a spotřeba činila 7,1 miliard tun měrného paliva, potom se v roce 1990 počet obyvatel zvýšil na 5,4 miliard a spotřeba energie narostla na 14,8 miliard tun měrného paliva. Za dalších deset let v roce 2000 již žilo na Zemi 6,3 miliard obyvatel a spotřeba energie vzrostla na 16,8 miliard tun měrného paliva. Za téměř 20 let v rozmezí 1971 až 1990 nastal vzestup počtu obyvatel o 42 % a vzestup spotřeby energie o 108 %. V roce 2000 došlo oproti roku 1990 k vzestupu počtu obyvatel o 16,6 % a k nárůstu spotřeby energie o 13,5 %. Období 1971 až 1990 je tedy možno charakterizovat jako etapu poznamenanou značným plýtváním surovin. Léta pozdější jsou již ovlivněna tendencemi k energetické úspornosti. Jestliže v roce 1971 dosáhla produkce emisí CO2 14,1 miliard tun, potom v roce 1990 již 21,8 miliard tun, což byl nárůst 54,6 %. V desetiletém rozmezí přibližně 27 %. V roce 2000 však produkce CO2 stoupla na 31,9 miliard tun, což

charakterizovalo zvýšení o 46,3 %. Zde se ukazuje, že produkce emisí CO2 je přímo úměrná energetické spotřebě. Při hodnocení materiálů je nezbytné přihlížet také k jejich ekologické stopě. Je sledováno, s jakými environmentálními důsledky lze různé stavební materiály použít. Je nezbytné numericky definovat podíl energetické složky a míru vlivu produktu na kvalitu životního prostředí (Znášiková & Nemcová & Kierulf 2008). Rozlišují se tři hlediska: 1. Množství vázané primární energie (PEI), označované také jako tzv. šedá energie, je údaj v MJ/kg, který vypovídá o primární energii v daném materiálu. Jde o energii vynaloženou na získání suroviny, výrobu a dopravu materiálu (1 MJ v přepočtu odpovídá 0,27 kWh). 2. Emise CO2 ekv. (GWP Global Warming Potential – potenciál globálního oteplování) zahrnuje emise látek přispívajících ke skleníkovému efektu. CO2 se vzhledem k jeho množství, které se v atmosféře vyskytuje, považuje za srovnávací ekvivalent. Uvádí se kolik kilogramů CO2 bylo uvolněno při výrobě materiálu.

35

31,9

Počet obyvatel (miliard) Spotřeba energie (miliard tun) Emise CO2 (miliard tun)

30 25 21,8

20

16,8

14,8

15

14,1

10

7,1

5

3,8

6,3

5,4

0

1971

1990

2000

Obr. 2.1 Přehled demografického vývoje, spotřeby energie a produkce emisí CO2 v období let 1971 až 1990 (Löffland 2002)

22


Ne každý materiál má pozitivní bilanci. Například dřevo a jiné rostoucí suroviny absorbují během růstu více CO2, než se uvolní při jejich přípravě a zabudování ve stavbě. 3. Emise SO2 ekv. (AP Acidification Potential – potenciál zakyselení životního prostředí). Jako ekvivalent se používá SO2. Týká se však i jiných plynů, které se podílejí na acidifikaci. Především oxidu dusíku a amoniaku. Tento méně známý, ale také důležitý údaj poskytuje informace o nezvratném procesu zasíření přírody průmyslovou produkcí. Plyny reagují a váží se v atmosféře s vodou a dopadají na Zemi především ve formě kyselých dešťů, které přispívají nejen k poškozování vodních, lesních a půdních ekosystémů, ale i budov a ve venkovním prostředí exponovaných uměleckých předmětů.

V tabulce 2.1 se uvádějí hodnoty základních fyzikálních parametrů vybraných přírodních materiálů. Tabulka 2.2 obsahuje hodnoty PEI (MJ/kg), emise CO2 (kg CO2 ekv/kg příslušného materiálu) a emise SO2 (kg SO2 ekv/kg příslušného materiálu). Může se s nimi pracovat například následujícím způsobem. Použije se korek, a to tak, aby konstrukce z něj vytvořená měla součinitel prostupu tepla U = 0,10 W/(m2·K). Jestliže je součinitel tepelné vodivosti desek z korku λ = 0, 040 W/(m·K), pak vychází tloušťka izolantu 400 mm. Při hustotě ρ = 120 kg/m3 bude jeho hmotnost 48 kg/m2. Parametr PEI se vypočítá jednoduchým součinem: PEI = 48 × 7,100 = 340,8 MJ/m 2 . Analogicky lze zjistit hodnotu GWP = 48 × -1,230 = -59,04 kg CO2 ekv/m2 a také hodnotu AP = 48 × 0,00274 = 0,132 kg SO2 ekv/m2. S vyčíslením hmotnosti jednotlivých

Tab. 2.1 Fyzikální vlastnosti vybraných přírodních stavebních materiálů (Brüggemann & Skock 2006) Součinitel tepelné vodivosti λ [W/(m·K)]

Objemová hmotnost ρ [kg/m3]

Měrná tepelná kapacita c [J/(kg·K)]

Faktor difuzního odporu μ

Len

0,040

20-40

1600

1

Konopí

0,040

20-25

1600

1-2

0,040–0,060 0,040

160–250 40–60

2100

5–10 1–2

Kokosová vlákna a) role b) rohože

0,050 0,045

75 125

data nejsou

1–2 5–10

Korek a) granulát b) desky

0,050 0,040

55–60 80–500

1670–1800

1–2 5–10

Granulát ze žita

0,050

100–120

1900

2–3

Ovčí vlna

0,040

20–25

1700

1–2

0,045–0,055

190–225

nejsou data

1–2

0,045

70–80

2000

1–2

0,052–0,080

90–110

nejsou data

2

0,040

30–65

2196

1–2

Materiál

Dřevovláknité desky a) pevné b) flexibilní

Rákos Mořská tráva Slaměné balíky Seno

1200000

1063000

1000000 8000000 600000

Emise CO2 (t)

Vázaná primární energie (MJ)


486000

400000 200000 0

Ekologická stavba

Klasická stavba

Obr. 2.2 Porovnání vázané primární energie u stavby ekologické a klasické (Kierulf 2008) komponentů stavby se potom stanoví ekologická stopa celé budovy. Například Morávek & Tywoniak (2008) a také Kierulf (2008) provedli environmentální a energetické hodnocení domů realizovaných v pasivním standardu. Realizovaný dům může být sice pasivní, avšak z pohledu svázané – šedé energie, vlivem volby materiálu velmi náročný. Pro udržitelné stavebnictví je nezbytné se zabývat i touto skutečností. Kierulf (2008) porovnával dva typy domů. První, který nazval klasický, je postavený z cihel, má železobetonové stropy a kontaktní izolace z pěnového polystyrénu. Druhý dům tvoří přírodní materiály, jako je dřevo, celulóza, hlína a pod základovou deskou spojitě probíhá tepelná izolace z drceného pěnového skla. Oba domy měly shodnou dispozici a stejný objem a oba bylo možno zařadit do kategorie pasivních domů. Materiálovými charakteristikami byly definovány hodnoty vázané primární energie, emise CO2 a emise SO2. Analýza poskytla výsledky, ze kterých je patr-

150 130 110 90 70 50 30 10 -10 -30 -50

23

150

-35

Ekologická stavba

Klasická stavba

Obr. 2.3 Porovnání emise CO2 u ekologické a klasické stavby, která se projevuje jako globální potenciál oteplování (Kierulf 2008) né, že zabudovaná energie je u stavby, kde se použily přírodní materiály, více jak dvakrát menší než u stavby klasické, obrázek 2.2. Jestliže emise CO2 u přírodních materiálů neexistují a v materiá lech rostlinného původu se CO2 váže do hmoty, potom u klasické stavby je produkce tohoto skleníkového plynu výrazná, obrázek 2.3. Také emise SO2 vychází zřetelně ve prospěch stavby navržené z přírodních materiálů. Proč je správné upřednostnit přírodní organické materiály před materiály syntetickými, vyplývá i z představení vlastností pěnového polystyrénu. Má výborné tepelně izolační vlastnosti a také nízkou cenu. Během jeho výroby však vznikají styrénové a pentanové emise. Pentan přispívá k vytváření skleníkového efektu. Styrén jako nervový jed způsobuje mutace v genetické výbavě a je zřejmě karcinogenní. Z tohoto vyplývá, že používání materiálů přírodního charakteru je správně zvolená cesta, která se stává příspěvkem k trvale udržitelnému rozvoji.

24


Tab. 2.2 Hodnoty podílu energetické složky PEI a míra vlivu produktu na kvalitu životního prostředí vyjádřena parametry GWP a AP (Zdroj: www.baubook.at; www.createrra.sk) 1. Štěrky a písky ρ

PEI

GWP

AP

[kg/m ]

[MJ/kg]

[kg CO2 ekv /kg]

[kg SO2 ekv /kg]

Štěrk

1800

0,080

0,004

0,00005

2

Makadam

1600

0,110

0,007

0,00012

3

Písek, vlhký 20 %

1650

0,091

0,005

0,00004

č.

Název

1

3

2. Konstrukční materiály ρ

PEI

GWP

AP

[kg/m3]

[MJ/kg]

[kg CO2 ekv /kg]

[kg SO2 ekv /kg]

Stavební dřevo sušené na vzduchu

540

1,890

-1,409

0,00124

2

Stavební dřevo technicky sušené

500

2,720

-1,490

0,00161

3

Lepené dřevěné hranoly

455

8,040

-1,259

0,00341

4

Křížem spojené dřevěné desky KLH

500

3,220

-1,632

0,00183

5

Beton prostý

2300

0,689

0,103

0,00024

6

Keramzitový beton

1400

2,000

0,384

0,00266

7

Betonové duté tvárnice

1200

0,872

0,135

0,00043

8

Železobeton

2400

1,117

0,145

0,00037

9

Ocel na vyztužování

7800

22,700

0,935

0,00567

10

Děrované cihly

800

2,490

0,176

0,00055

11

Masivní hlína − dusaná

2000

0,350

0,017

0,00010

12

Plynosilikát (pórobeton)

400

3,440

0,331

0,00010

13

Vápenopískové cihly

1810

0,842

0,105

0,00016

č.

Název

1

3. Dřevovláknité a dřevoštěpkové desky ρ

PEI

GWP

AP

[kg/m3]

[MJ/kg]

[kg CO2 ekv /kg]

[kg SO2 ekv /kg]

Dřevovláknitá deska Hofafest UD

260

13,700

-0,183

0,00688

Deska MDF

780

11,900

-1,040

0,00413

č.

Název

1 2


3

Deska OSB

660

9,320

-1,168

0,00603

4

Dřevocementové desky

500

4,240

-0,098

0,00110

5

Dřevomagnezitové desky

400

2,400

-0,140

0,00102

25

4. Tepelné izolace na tepelné mosty ρ

PEI

GWP

AP

[kg/m ]

[MJ/kg]

[kg CO2 ekv /kg]

[kg SO2 ekv /kg]

Pěnové sklo – desky

105

15,700

0,943

0,00227

2

Purenit

450

98,500

4,350

0,02160

3

Vápenopískové cihly (Kimmstein)

1200

9,350

0,493

0,00165

4

PUR desky

68

49,800

2,260

0,01600

č.

Název

1

3

5. Tepelné izolace do podlah a na základy č.

Název

ρ

PEI

GWP

AP

[kg/m3]

[MJ/kg]

[kg CO2 ekv /kg]

[kg SO2 ekv /kg]

1

EPS1 20

20

98,500

3,350

0,02160

2

EPS 25

25

98,500

4,350

0,02160

3

Polystyrénový beton

300

5,320

0,580

0,00141

4

Expandovaný hydrofobizovaný perlit

145

9,350

0,493

0,00165

5

Skleněná vata – pochůzná

68

49,800

2,260

0,01600

6

Kamenná vata – pochůzná

104

23,300

1,640

0,01050

7

XPS vypěňovaný HFC

45

104,000

81,300

0,02470

8

XPS vypěňovaný CO2

38

102,000

3,440

0,02110

9

Pěnové sklo drcené a zhutněné 1,3

136,5

6,670

0,348

0,00133

6. Kontaktní tepelné izolace ρ

PEI

GWP

AP

[kg/m3]

[MJ/kg]

[kg CO2 ekv /kg]

[kg SO2 ekv /kg]

EPS – fasádní (EPS F)

18

98,500

3,350

0,02160

2

EPS s grafitem (Neopor)

15

98,500

3,350

0,02160

3

Skleněná vata – fasádní

68

49,800

2,260

0,00133

4

Kamenná vlna – fasádní (Fasrock)

147

23,300

1,640

0,01050

č.

Název

1

26


5

Minerální pěna (Multipor)

115

4,770

0,474

0,00111

6

Vakuová izolace

190

62,100

3,430

0,01000

7

Korek

120

7,100

-1,230

0,00274

7. Izolace dutin ρ

PEI

GWP

AP

[kg/m3]

[MJ/kg]

[kg CO2 ekv /kg]

[kg SO2 ekv /kg]

Skleněná vata

25

49,800

2,260

0,01600

2

Minerální vlna

33

23,300

1,640

0,01050

3

Minerální vlna foukaná

65

22,100

1,600

0,01030

4

Perlit expandovaný – sypaný

85

9,350

0,493

0,00165

5

Keramzit

400

2,450

0,333

0,00215

6

Celulóza – volná

35

7,030

-0,907

0,00341

7

Celulóza (střecha – sklon do 30°)

50

7,030

-0,907

0,00341

8

Celulóza (stěny – sklon od 30°)

65

7,030

-0,907

0,00341

9

Konopné rohože s PE vlákny

30

31,100

-0,133

0,00539

10

Konopné rohože bez PE vláken

30

27,100

-0,377

0,00437

11

Lněné rohože s PE vlákny

30

38,000

0,364

0,00874

12

Lněné rohože bez PE vláken

30

34,000

0,121

0,00772

13

Ovčí vlna

30

14,700

0,045

0,00266

č.

Název

1

8. Kročejová izolace ρ

PEI

GWP

AP

[kg/m3]

[MJ/kg]

[kg CO2 ekv /kg]

[kg SO2 ekv /kg]

Len zpevněný vlákny z PE tl. 5 mm

30

38,000

0,364

0,00874

2

Skleněná vata tl. 10 mm

68

49,800

2,260

0,01600

3

Kamenná vlna tl. 10 mm

104

23,300

1,640

0,01050

4

Dřevovláknitá deska tl. 5 mm

260

13,700

-0,183

0,00688

5

PE měkká pěna tl. 3 mm

34

79,900

2,070

0,01470

6

Korek

120

7,100

-1,230

0,00274

č.

Název

1


27

9. Podlahy ρ

PEI

GWP

AP

[kg/m3]

[MJ/kg]

[kg CO2 ekv /kg]

[kg SO2 ekv /kg]

Palubovka tl. 25 mm

630

13,820

0,089

0,00618

2

Linoleum tl. 3 mm

1000

41,200

0,374

0,01520

3

Dřevěné parkety tl.18 mm

740

18,670

0,282

0,00627

4

Laminátové parkety tl. 12 mm

600

38,400

0,657

0,02160

5

Keramická dlažba tl. 12 mm

2000

13,900

0,717

0,00298

6

Anhydritová mazanina tl. 40 mm

2000

0,796

0,132

0,00041

7

Asfaltová mazanina tl. 50 mm

2200

0,895

0,055

0,00024

8

Betonová mazanina tl. 50 mm

2000

0,880

0,102

0,00027

č.

Název

1

10. Stěny a stropy ρ

PEI

GWP

AP

[kg/m3]

[MJ/kg]

[kg CO2 ekv /kg]

[kg SO2 ekv /kg]

Sádrokarton – protipožární

850

4,440

0,209

0,00070

2

Sádrokarton

850

4,340

0,203

0,00066

3

Sádrovláknitá deska

1180

4,950

-0,015

0,00078

4

Anhydritová omítka

1000

2,260

0,120

0,00042

5

Vápenná omítka

1000

2,560

0,130

0,00045

6

Trasvápenná omítka

1400

1,990

0,205

0,00052

7

Vápenocementová omítka

1800

1,560

0,153

0,00056

8

Vápenosádrová omítka

1300

2,380

0,172

0,00500

9

Sádrové omítky

1300

2,560

0,128

0,00045

10

Hliněné omítky

1700

0,360

-0,045

0,00013

11

Cementový postřik

1800

2,644

0,278

0,00104

12

Trasvápenný postřik

1800

2,556

0,300

0,00041

13

Přilnavostní nástřik 2 mm

1700

2,559

0,118

0,00109

14

Vodou ředitelná disperze

1000

15,600

0,600

0,00340

č.

Název

1

28

/ Přírodní stavební materiály 11. Fasáda m

PEI

GWP

AP

[kg/m2]

[MJ/kg]

[kg CO2 ekv /kg]

[kg SO2 ekv /kg]

Perlitová omítka tl. 30mm

15,00

2,230

0,551

0,00111

2

Dřevěný obklad tl. 25 mm

15,75

3,060

-1,140

0,00163

3

Překližka tl. 15 mm

9,75

18,500

-0,707

0,00602

č.

Název

1

12. Střecha m

PEI

GWP

AP

[kg/m2]

[MJ/kg]

[kg CO2 ekv /kg]

[kg SO2 ekv /kg]

Měděný plech tl. 0,7 mm

6,23

99,300

5,480

0,16700

2

Titanzinkový plech tl. 0,65 mm

4,68

42,500

2,650

0,03880

3

Pozinkovaný plech tl. 0,7 mm

5,46

37,000

1,630

0,01140

4

Hliníkový plech s práškovou barvou tl. 1,0 mm

2,80

125,000

8,920

0,04240

5

Prášková barva

0,65

113,000

5,700

39,80000

6

Hliníkový eloxovaný plech

2,80

125,000

8,910

0,04280

7

Pálená keramická střešní taška

35,00

4,570

0,200

0,00070

8

Betonová střešní taška

40,00

1,790

0,198

0,00047

9

EPDM tl. 1,20 mm

1,44

113,000

3,320

0,01950

10

Polymerbitumenová fólie tl. 3 mm

3,30

51,100

1,160

0,00726

11

Stavební papír

0,10

15,100

-0,975

0,00653

12

PE fólie

0,40

77,000

2,020

0,02100

13

Geotextilie

0,14

93,700

2,820

0,02400

14

Hliníková parozábrana

0,20

621,000

32,700

0,17200

č.

Název

1

13. Okna m

PEI

GWP

AP

[kg/m2]

[MJ/kg]

[kg CO2 ekv /kg]

[kg SO2 ekv /kg]

Argon 2 x 16 mm

0,0285

0,180

0,008

0,04400

2

Krypton 2 x 12 mm

0,0417

98,000

4,400

24,40000

3

Rám dřevěného okna

7,22

158,000

-2,600

0,04500

4

Rám dřevěného okna s jádrem z PUR

6,50

167,000

3,400

0,03800

č.

Název

1

Energetická bilance stavebních materiálů / 5

Rám dřevohliníkového okna

7,85

249,000

3,600

0,07500

6

Rám dřevohliníkový s jádrem z korku

8,06

290,000

6,200

0,08300

7

Rám plastový s PUR

7,14

623,000

28,400

0,16100

29

14. Distanční rámečky v izolačních sklech č.

Název

PEI

GWP

AP

[kg/bm]

[MJ/kg]

[kg SO2 ekv /1bm]

[kg CO2 ekv /1bm]

8

Distanční nerezový rámeček mezi skly

0,06

1,680

0,063

0,003

9

Thermix 16 mm

0,07

1,200

0,075

0,425

30


3 Přírodní materiály jako obnovitelné zdroje energie Spotřeba energie má stále vzestupnou tendenci. Přitom očekávaný nárůst nebude již v dohledné budoucnosti možno pokrýt známými neobnovitelnými surovinovými zdroji. Fosilní paliva se postupně vyčerpávají, těží se s rostoucí finanční náročností, doprava se uskutečňuje na velmi velké vzdálenosti, často z oblastí a přes území, která nesou stopy zjevné nebo latentní politické nestability. Odborníci Deutsche Shell, AG vytvořili prognózu rozvoje surovinových zdrojů s výhledem do roku 2060, obrázek 3.1. Podle ní má od roku 2040 klesat spotřeba uhlí. Zlom v těžbě ropy a zemního plynu nastane v roce 2020. Je pravděpodobné, že dojde ke zvýšení spotřeby energie získané v atomových elektrárnách. Tradiční biomasa a voda zůstanou jako zdroj energie na dosavadní úrovni. Vzestup se očekává od energetického potenciálu větru, nové biomasy a především od Slunce. V zemích, kde jsou k tomu vhodné podmínky, se nárůst energetické spotřeby bude krýt z geotermálních zdrojů a z potenciálu moře.

Země Evropské unie volí podle krajinných možností různé přístupy. Jelikož v České republice nejsou obnovitelné zdroje příliš rozvinuty a z celkové spotřeby zatím dosahují pouze 4 %, bude příklad vztažen k vývoji, který v letech 1990 až 2006 proběhl v sousedním Německu. Ze situace zachycené na obrázku 3.2 je zřejmé, že do roku 1990 byla dominantním zdrojem voda. Nástup dalších alternativních energetických zdrojů však byl pozvolný. Teprve v polovině 90. let nastal vzestup produkce energie získané z větrných elektráren. V roce 2004 již výkon větrných zařízení předčil technologie využívající vodu a tento trend se udržel i v následujících letech. V roce 2000 se po letech mírného vzestupu zlomově zvýšil energetický výkon produkovaný z biomasy. Na konci sledovaného období již byl podíl biomasy výrazný. Energie získaná z odpadních surovin i z konverze slunečního záření zachyceného fotovoltaickými články činila pouze doplňkový výkon a energie získaná ze zemské kůry měla jen zcela okrajový přínos.

1800 1500

Nové druhy Geotermální + moře Slunce Nová biomasa Vítr Voda Tradiční biomasa Atomová energie Ropa a zemní plyn Uhlí

Exajoule

1200 900 600 300 0 1900 1920

1940

1960

1980

2000

2020

2040

2060

Obr. 3.1 Historie a prognóza spotřeby energetických zdrojů v rozmezí let 1900 až 2060 (Zdroj: Deutsche Shell, AG. 2002.)

Přírodní materiály jako obnovitelné zdroje energie /

31

80000 70000

Výkon (GWh/a)

60000 Geotermální Fotovoltaika Odpady Biomasa Vítr Voda

50000 40000 30000 20000 10000

2006

2005

2004

2003

2002

2001

2000

1999

1998

1997

1996

1995

1994

1993

1992

1991

1990

0

Obr. 3.2 Vývoj obnovitelných zdrojů energie ve Spolkové republice Německo v letech 1990 až 2006 (Böhme & Dürrschmidt 2007) Z evropského měřítka může být příkladem město Güssing a okolní obce z rakouské spolkové země Burgenland, kde se podařilo vybudovat zařízení, která zásobují město a okolní vesnice levnou energií získanou ze dřeva, obrázek 3.3. To se stalo podnětem pro zakotvení podniků vyrábějících podlahové parkety. Z nich získaný odpad se stal další složkou pro kogenerační spalování s produkcí tepla a elektřiny.

V České republice se mnohé naděje pro používání obnovitelných zdrojů vkládají především do biomasy. Dosud byla realizována celá řada domovních kotelen i spaloven využívajících dřevní hmotu zpracovanou do formy briket, dřevních štěpek nebo pelet. Příkladem je výtopna v Hostětíně v Bílých Karpatech. V obci Roštín na Kroměřížsku se zase s úspěchem podařilo zprovoznit obecní výtopnu, ve

Obr. 3.3 Güssing (A) – energetické centrum na dřevní štěpku

32


které se zdrojem tepla stala do balíků slisovaná pšeničná nebo řepková sláma, obrázek 3.4. Na výtopnu s výkonem 4 MW je napojeno 145 domácností, obecní úřad, základní a mateřská škola, sokolovna, sauna a také kostel. Přebytky tepla se v květnu a červnu vyhřívá místní koupaliště. Náklady za teplo a teplou vodu se pro jednu domácnost pohybují kolem 20 tisíc Kč za rok.

3.1 Sláma jako energetická surovina Potřeba slámy pro stelivové účely se v České republice v posledních letech zmenšila. Vznikl nadbytek, což poskytuje dobrou příležitost pro její použití jako obnovitelného zdroje energie s minimálním negativním dopadem na životní prostředí. Výhřevnost slámy je 14,2 MJ/kg a blíží se výhřevnosti hnědého uhlí se 17,0 MJ/kg. Z 1 hektaru lze získat až 3,5 tuny slámy. Toto množství nahradí téměř 3 tuny hnědého uhlí. Přitom při spalování biomasy se uvolňuje jen takové množství CO2, které bylo do rostlin akumulováno během růstu. Sláma je charakteristická velmi nízkým obsa-

Obr. 3.4 Roštín – spalovna slámy hem prvků znečišťujících životní prostředí. Je to dobře patrné při porovnání s hnědým uhlím. Jestliže sláma obsahuje 0,1 % síry, potom hnědé uhlí 2 % až 7 %. Podíl dusíku je ve slámě 0,5 %. V hnědém uhlí je obsah dusíku téměř trojnásobný – obsahuje 1,4 %. Nepříjemné je, že při spalování slámy vzniká na odlučovačích a filtrech velké množství jemného popílku. Vzniklý popílek je zatím nesnadno zpracovatelnou surovinou. Například ve výtopně v Roštíně se dosud bez užitku shromažďuje na skládce. Slámu je nutno spalovat v suchém stavu. Při spalování vlhkého paliva vzniká produkce aromatických uhlovodíků. Současné technologie

Tab. 3.1 Produkce slámy v České republice v roce 2007 Sklizňová plocha [ha]

Průměrný výnos [t/ha]

Poměr zrno : sláma

Průměrná produkce slámy [t]

Pšenice ozimá

750 103

5,01

1:1,0

3 758 000

Pšenice jarní

60 884

2,91

1:1,0

177 000

Žito

37 504

4,73

1:1,0

177 000

Ječmen ozimý

129 514

4,81

1:1,0

623 000

Ječmen jarní

369177

3,44

1:0,8

1 016 000

Oves

59016

2,70

1:1,0

159

Tritikale

50050

4,11

1:1,0

206

Plodina

Obilniny celkem Řepka Produkce slámy celkem

6 116 337 571

3,06

1:1,2

1 240 7 356 000

Přírodní materiály jako obnovitelné zdroje energie /

Sklizňová plocha (ha)

800000

33

159 206

700000 1016

600000

Pšenice ozimá Pšenice jarní Žito Ječmen ozimý Ječmen jarní Oves Tritikale

500000 400000 623

300000 200000

177 177

100000

3758

Tritikale

Oves

Ječmen jarní

Ječmen ozimý

Žito

Pšenice jarní

Pšenice ozimá

0

Plodina

Obr. 3.6 Produkce slámy v České republice v roce 2007 (uvedeno v tisíci tunách)

Obr. 3.5 Sklizňová plocha obilnin v České republice v roce 2007 nedovolují nedokonalé spalování slámy, při němž se do spalovacího prostoru vhání horký vzduch a vzniká oxid uhelnatý CO. Rozsah sklizňových ploch obilnin v České republice v roce 2007 je patrný z obrázku 3.5. Největší ve výměře 750 103 ha připadá na ozimou pšenici. Roční množství vyprodukované slámy se ve světě odhaduje na 20·1011 tun. V ČR činí 7,356·106 tun, viz tabulka 3.1. Produkce slámy z jednotlivých plodin je patrná z obrázku 3.6 a z tabulky 3.1. Z toho se přibližně čtvrtina může využít pro energetické účely. Jestliže podíl zplyněné slámy dosahuje 80,3 %, potom zplyněný podíl dřeva je 70,0 % a podíl zplyněného hnědého uhlí pouze 57,0 %. Porovnání skladby prvků obsažených v obnovitelných zdrojích, kterými jsou sláma a dřevo, s neobnovitelným – fosilním zdrojem, kterým je uhlí, je patrno z tabulky 3.2.

Kvalita paliva je závislá na míře slisování slámy. To se projevuje v její objemové hmotnosti, která se pohybuje v rozmezí ρ = 40 kg/m3 až 550 kg/m3. Například u řezané slámy objemová hmotnost dosahuje ρ = 40 kg/m3 až 60 kg/m3. U kvalitně slisovaných briket ρ = 350 kg/m3 až 550 kg/m3. Sláma ve formě peletek a briket se spaluje v malých topeništích s výkonem 25 kW až 100 kW. Střední topeniště, v nichž se spalují brikety a dělené balíky, mají výkon 100 kW až 2000 kW. Velká topeniště pro spalování celých velkých balíků mají výkon do 10 MW. Porovnání různých materiálů podle jejich objemové hmotnosti, hmotnosti vyprodukované jednotky, za kterou jsou považovány balíky, brikety, pelety a granule, a způsobu manipulace, je zřejmé z tabulky 3.3.

Tab. 3.2 Porovnání skladby prvků obsažených v obnovitelných zdrojích, kterými jsou sláma a dřevo, s neobnovitelným fosilním zdrojem, kterým je uhlí (www.vscht.cz)

Palivo

Výhřevnost [MJ/kg]

Zplyněný podíl [%]

Popel [%]

C [%]

O [%]

H [%]

N [%]

S [%]

Sláma

14,2

80,3

4 – 7

44

35

5

0,5

0,1

Dřevo

15,3

70,0

0,5

43

37

5

0,1

0

Hnědé uhlí

17,0

57,0

1 – 30

58

18

5

1,4

2 až 7

34


Tab. 3.3 Objemová hmotnost, hmotnost prvku a způsob zpracování paliva ze slámy (www.energie.tzb-info.cz) Palivo

Objemová hmotnost [kg/m3]

Hmotnost [kg/kus]

Způsob manipulace

Sláma řezaná

40 – 60

–

mechanicky

Nízkotlaké balíky standardní

60 – 80

5

ručně i mechanicky

Vysokotlaké balíky standardní

80 – 120

10


Obří balíky válcové

60 – 90

350

jen mechanicky

Obří balíky kvádrové

80 – 160

400

jen mechanicky

Brikety

350 – 600

0,5 – 1


Pelety, sypané granule

300 – 550

0,01


Dříve používané přírodní materiály /

35

4 Dříve používané přírodní materiály Ve starších stavbách se nachází celá řada v minulosti používaných materiálů, které zcela nebo ales poň z části byly vyrobeny z přírodních surovin. Nejčastěji se jednalo o snahu využít jinak bezcenný odpad, který doprovázel zpracování plodin v zemědělské výrobě nebo hmot v dřevařském a textilním průmyslu. Ve své době jistě sehrály významnou roli a trvale zůstávají v obecném povědomí. Existují přízemní provizorní objekty postavené z panelů s jádrem z kukuřičných oklásků, kterým se říká „likusák“. Značkové pojmenování Hobra a Sololit v hovorovém stylu nahrazuje pojmenování dřevovláknitých desek. Přitom podstatu výrobků si již mnoho lidí nevybavuje. Uvedené materiály ve své době jistě obohatily stavební výrobu a k některým z nich se vracíme i v současnosti. Nenacházíme je pouze v nenosných konstrukcích. S větším očekáváním, nežli byly dosažené výsledky, se používaly i v nosných konstrukcích. Za všechny stačí vzpomenout materiál ze lněného nebo konopného pazdeří, nazývaný pazderobeton (Erben 1973). S přírodními hmotami starší provenience se můžeme potkat především při rekonstrukcích nebo při bouracích pracích starých domů. Takže i v současném stavebnictví jsou stále aktuální.

4.1 Desky z dřevěné vlny a cementu Desky z dřevěné vlny a cementu nesly název Lignos. Jednalo se o český ekvivalent k rakouským deskám Heraklith. Heraklith byl také z dřevěné vlny, ale pojený magnezitem. Desky ve velikosti 2000/500 mm a v tloušťce 15 až 100 mm se lisovaly za studena. Jejich objemová hmotnost dosahovala ρ = 360 kg/m3 až 570 kg/m3. Součinitel tepelné vodivosti se pohyboval v rozmezí

λ = 0,09 W/(m·K) až 0,14 W/(m·K). Desky byly tuhé, nehnily, vzdorovaly teplotám až do θ = 100 °C a daly se omítat. Používaly se pro tepelně-izolační i akustické obklady v lehkých stěnách, v příčkách a stropních podhledech.

4.2 Dřevotřískové desky Dřevotřískové desky se vyráběly z dřevěných pilin, hoblin, pazdeří, popřípadě ze záměrně strojně vyrobených třísek z podřadného dřeva, například kuláčů nebo odřezků. Pojivem desek byly pro jejich uplatnění v suchém prostředí močovinoformaldehydová lepidla Umacol C nebo Ducol, jinak fenolformaldehydová lepidla. Vyráběly se jako jednovrstvé nebo vícevrstvé s objemovou hmotností ρ = 400 kg/m3 až 800 kg/m3. Jejich součinitel tepelné vodivosti měl hodnoty λ = 0,046 W/(m·K) až 0,09 W/(m·K). Použitá močovinoformaldehydová a fenolformaldehydová lepidla způsobovala celou řadu zdravotních problémů, což se později stalo důvodem pro celkovou rekonstrukci poměrně velkého množství budov. Desky našly použití také při výrobě nábytku, zvláště sektorového. Prvním výrobkem tohoto druhu byl u nás již v roce 1949 vyráběný Bukas složený ze tří vrstev bukových třísek. Od 70. let 20. století se z pilin jehličnatého dřeva vyráběly desky Jespil, které se lisovaly za horka s xylenovým kondenzátem a následně se dýhovaly. Desky měly velikost 1200/1200 mm a tloušťky 10 až 17 mm, objemovou hmotnost ρ = 510 kg/m3 a součinitel tepelné vodivosti λ = 0,09 W/(m·K).

36


4.3 Dřevovláknité desky

4.5 Kůrovinové desky

Ve své době doznaly velkého rozšíření měkké i tvrdé dřevovláknité desky z rozvlákněného odpadového dřeva, zplstnatěného lisováním bez použití pojiva. Měkké dřevovláknité desky byly na líci hladké a na rubu drsné. Snadno se klížily a lepily a daly se ohýbat. Při zatížení f = 0,3 MPa se stlačily až o 20 % původní tloušťky. Jednalo se o silně nasákavý materiál, nevhodný do vlhkého prostředí. Nachází se ve skladbách podlah nebo v příčkách. Desky tohoto druhu nesly název Hobra nebo Izoplat. Součinitel tepelné vodivosti měkkých desek byl v rozmezí hodnot λ = 0,045 W/(m·K) až 0,055 W/(m·K). Tvrdé dřevovláknité desky se lisovaly za horka pod velkým tlakem. Opět měly hladký líc a drsný rub. Byly pevné a pružné, na vzduchu stálé. Desky vyrobené ze smrkového odpadu nesly názvy Sololit nebo na Slovensku Smrekolit a z bukového odpadu Bukolit. Uplatnění našly jako konstrukční desky pro obklady stěn, nášlapné vrstvy podlah, konstrukce dveří a nábytku, kde nahrazovaly dřevěné překližky.

Kůrovinové desky se vyráběly z rozvlákněné kůry jehličnatých stromů, s přísadou pilin, pazdeří, textilních vláken a jiných podobných materiálů. Formovaly se bez pojiva a vytvrzovaly se sušením. Vyráběly se v rozměrech 1200/600 mm v tloušťkách do 40 mm, s objemovou hmotností ρ = 320 kg/m3 až 360 kg/m3. Desky měly nasákavost až 70 % a součinitel tepelné vodivosti λ = 0,047 W/(m·K) až 0,087 W/(m·K). Používaly se k izolování stropů, jako vnitřní izolační vrstvy podlahových a příčkových panelů.

4.4 Desky Likus Desky Likus patřily rovněž ke konstrukčním deskám. Měly obvodový dřevěný rámeček vyztužený příčkami. Vnitřní část byla ze špalíčků z nařezaných kukuřičných oklásků. Povrchovou úpravu tvořila překližka nebo tvrdá dřevovláknitá deska. Desky se zhotovovaly v rozměrech 1000/2000 mm až 3000 mm. Jejich tloušťka byla v rozmezí 45 mm až 55 mm. Měly objemovou hmotnost ρ = 320 kg/m3 až 380 kg/m3 a součinitel tepelné vodivosti λ = 0,088 W/(m·K). Používaly se do střešních plášťů, příček, dveřních křídel. Také na obvodové stěny a stropy provizorních stavebních objektů a pro vyhotovení dalších konstrukcí.

4.6 Desky Empa Desky Empa byly slisované z lněného a konopného pazdeří, bavlněného a textilního odpadu a asfaltové emulze s cihlářskou hlínou jako pojivem. Vyráběly se ve velikosti 500/1000/30 mm, s objemovou hmotností ρ = 195 kg/m3 až 220 kg/m3. Součinitel tepelné vodivosti se pohyboval v rozmezí λ = 0,054 W/(m·K) až 0,076 W/(m·K). Desky velmi dobře přijímaly vlhkost a dosahovaly nasákavosti až 380 % z hmotnosti. Sloužily především jako tepelné a zvukové izolace stěn, příček a podlah.

4.7 Desky z pazdeří Desky z pazdeří byly pojeny umělou pryskyřicí Umacol C. Měly obdobné vlastnosti jako desky Empa, ovšem s tou výhodou, že jejich výrobní postup nevyžadoval tak značné množství vody, které se pak muselo vysoušet. Lněné pazdeří máčené v roztoku vodního skla tvořilo plnivo pazderového betonu, v němž byl pojivem cement. Pazderový beton měl objemovou hmotnost ρ = 650 kg/m3 až 1200 kg/m3 a součinitel tepelné vodivosti λ = 0,093 W/(m·K) až 0,151 W/(m·K). Jeho nepříznivou vlastností byla poměrně velká nasákavost.

Dříve používané přírodní materiály /

4.8 Lisované desky Solomit Vyráběly se také lisované desky a prošívané rohože z různých organických hmot. Použitou surovinou byla obilní, řepková nebo hořčičná sláma, rašelina, rákos, třtina, kokosová vlákna,

37

mořská tráva, lesní ostřice a další. Nejznámější byly rohože Solomit z tvrdé hořčičné slámy slisované za vysokého tlaku a prošité pozinkovaným drátem. Jejich součinitel tepelné vodivosti byl λ = 0,081 W/(m·K) až 0,151 W/(m·K). Byly označovány jako nehořlavé a hodily se pro zvukové izolace.

38


5 Hlína K nejstarším přírodním materiálům, které se používaly k výstavbě obytných staveb, patří vedle kamene a dřeva také hlína. Vždyť podle biblického příběhu člověk povstal ze země. V první knize Mojžíšově, nazvané Genesis, v kapitole 2, verši 7 se uvádí: “I učinil Hospodin Bůh člověka z prachu země a vdechl v chřípě jeho dechnutí života; i byl člověk v duši živou.” Člověk byl hlínou od prvopočátku obklopen, chodil po ní a stavěl z ní nejprve jednoduchá a postupně složitější obydlí.

5.1 Historické kořeny stavitelství z nepálené hlíny Hliněné stavby našly velké rozšíření ve starověkých civilizacích. Stěny z nepálených cihel vyzděné na kamenné podezdívce pocházejí z období kolem roku 8000 př. n. l. Například nejstarší městský celek – Jericho – mělo čtyřhektarovou rozlohu opevněnou obranným valem z nepálených cihel. Staré památky se objevují v Mezopotámii a Číně. Stavby z nepáleného materiálu jsou svázány i s mladšími civilizacemi Egypta. Například v období kolem roku 2700 před Kristem byla postavena Chasechemuejova pohřební ohrada z nepálených cihel. Měla impozantní rozměry – výšku 11 m, zdi tlusté 5 m a celkovou délku přibližně 67 m (Žabičková et al. 2008). Cihly sušené na slunci popisuje ve svých Deseti knihách o architektuře Říman Vitruvius (Vitruvius 1953). Hovořil o nich jako o vhodném materiálu, ovšem pro jeho menší únosnost, než kterou dosahovaly konstrukce z kamene, je nedoporučoval pro stavbu budov v hlavním městě. Římské předpisy tenkrát s ohledem na úsporu plochy požadovaly, aby stěny nebyly silnější než 1,5 stopy. Stěny z nepáleného zdiva musely mít tloušťku nejmé-

ně 2 až 3 délky cihly a při tloušťce stěn 1,5 stopy neunesly více než jedno poschodí. U nás, stejně jako v západní Evropě, je užití hlíny jako stavebního materiálu zmiňováno ve 13. až 14. století. Zvláště ve střední a jižní části Moravy se vyskytují mohutná ložiska sprašových hlín. Právě v těchto oblastech jsou hliněné stavby pro svou historickou a výtvarnou hodnotu významnou složkou architektonického dědictví. Stejně důležité jsou doklady hliněné architektury ve středoevropském kontextu, také u našich východních a jižních sousedů na Slovensku a v Rakousku. Hliněné stavby odolné proti ohni doznaly široké uplatnění v nízkopodlažní zástavbě nejen na vesnicích, ale i v městských klasicistních vícepodlažních domech. Pálená cihla byla drahá a dostupná jen pro majetné vrstvy obyvatelstva. V bohatších oblastech se vypalovaná keramika objevuje jako fasádní vrstva na nechráněných štítech domů či nadstřešních částech komínů. Protipožární a stavební nařízení dala základ k vytvoření stavebních řádů. Tzv. „Ohňový patent“ Marie Terezie z roku 1751 přikazuje, aby kuchyně a komíny byly zděné a aby každá chalupa měla do roka zděný komín. Dřevěné stavby se chránily vrstvami hliněných omazávek, tlustých až 80 mm, obrázek 5.1. Pro jejich lepší přídržnost k dřevěnému podkladu byly do dřeva hustě zatlučeny dřevěné kolíky. Hovoříme o tzv. ježkování. Ve druhé polovině 18. století byla vydána dvorní a guberniální nařízení, která měla napravit vady a nedostatky způsobené přílišnou stavební volností, dosud omezenou pouze ohledy požární bezpečnosti a ohledy sousedskými. V roce 1833 byl vydán první stavební řád, který stanovil veškeré podmínky stavby – od podání žádosti s plánem, přes úřední povolení, až k realizaci a kolaudaci. Díky tomu se dochovala řada autentických dokumentací a stavebních

Hlína /

Obr. 5.1 Rymice – roubená stěna s dřevěnými kolíky omazaná silnou vrstvou hlíny; základem je kamenná rovnanina protokolů městských i vesnických staveb postavených z nepálené hlíny. Po roce 1870 nastal při budování zděných konstrukcí pokrok spojený se změnou technologie výroby pálených cihel, prudkým rozvojem průmyslu a potřebou výstavby mnoha průmyslových objektů. Ke konci 19. století již v Evropě zcela převládla výstavba zděných staveb z cihel pálených. Období rozmachu zděných konstrukcí úzce souviselo s rozšířením kruhových pecí a zvýšením výroby. V roce 1867 byla ve Vídni postavena první kruhová pec soustavy F. Hoffmanna pro výpal cihlářských výrobků. Tato výkonná pec společně s novými stroji pro vytváření stavební keramiky znamenala zavedení nového konti nuálního provozu cihlářského průmyslu. Během následujících deseti až patnácti let bylo mnoho takových pecí postaveno na celém území bývalého Rakouska-Uherska. Nová technologie příznivě ovlivnila jakost výrobků. Ve snaze o další zvýšení výroby a zisků se prosadil úplný zákaz používání

39

nepálené hlíny ve stavbách, o čem svědčí zákon č. 39 – změna a doplnění brněnského stavebního řádu ze dne 16. června 1914. V §54 se uvádělo: Ku stavění zdí jakéhokoli druhu smí se při budovách bydlecích a hospodářských upotřebiti jen trvanlivého staviva, tj. kamene, pálených cihel, vápna, písku, cementu a betonu, nikoli však: vepřovic, jílu, malty hlinové neb jílové (Žabičková et al. 2008). Éra staveb z nepálené hlíny započatá v 17. století tak byla ukončena. Přesto ještě ve dvacátých a třicátých letech 20. století byla nepálená hlína používána venkovskými a maloměstskými staviteli, jak ukazují i četné stavební protokoly předpisující pálenou cihlu pouze pro štíty a komíny. V ČSN 1168–1939 je hlína pro práce zednické a přidružené uváděna již pouze jako materiál pro výrobu hliněné malty a mazaniny. Krátké oživení hliněného materiálu nastalo po druhé světové válce, kdy byly stavěny domy z hlinobetonu, nazývaného také hlinobit. S nástupem moderních stavebních materiálů však záhy došlo k postupnému utlumení a posléze ukončení výstavby z nepálené hlíny. Tuto skutečnost odrážejí i současné normy, kde hlína jako stavební materiál už není uvedena vůbec. V souvislosti se zákazem užívání hliněného materiálu nebyla v průběhu 20. století rozvíjena teorie ani nebylo sledováno, jak se konstrukce z tohoto přírodního materiálu budou dlouhodobě chovat v různých provozních podmínkách. Vznikla iluze, že materiál je přežitý a brzy zcela zmizí. Přestože ve 20. století byla u nás nepálená hlína téměř vytlačena, zůstal tento materiál předmětem zájmu i u světově známých architektů. Například Frank Lloyd Wright, Le Corbusier či Antonio Gaudí ve svých projektech s hlínou pracovali. Podporu nepálené hlíně vyjádřil i guvernér Kalifornie a budoucí prezident USA Ronald Reagan, jenž měl z hlíny postaveno letní sídlo. Právě tento moderní dům zvýšil v 70. letech minulého století v Evropě zájem o nepálenou hlínu (Urbášková & Novák 2008). Jeden z posledních příkladů použití hlíny je spojen se světově proslulým americkým architektem Frankem Gehrym. Na světovém bienále architektury, které se

40

/ Přírodní stavební materiály Obr. 5.2 Benátky (I) – bienále architektury 2008, model z hlíny na drátěném nosiči vytvořený Frankem Gehrym uskutečnilo v roce 2008 v Benátkách, vystavoval model stavby vytvořený z hlíny, obrázek 5.2. Nový nástup nepálené cihly nastává až nyní, na začátku 21. století. V některých evropských zemích mají hliněné materiály ve stavitelství již několik desetiletí své místo v ekologických a nízkoenergetických domech a jsou tak používány jako běžná alternativa, obrázek 5.3. Po řadě poznatků, které odhalily závadnost některých stavebních materiálů vyvinutých ve 20. století a jejich následném zákazu používání (stačí vzpomenout azbestocement, chemické sloučeniny Obr. 5.3 Mettmennstedten (CH) – obytné domy postavené z přírodních materiálů podle energeticky úsporných zásad

stavitel PŘÍRODNÍ Josef Chybík STAVEBNÍ MATERIÁLY

Recommend Documents