Environmentálne vhodný drevený dom so slamou

V súčasnosti sa kladie veľký dôraz na životné prostredie, zvyšuje sa predovšetkým informovanosť verejnosti o potrebe znižovať emisie CO₂, čoho dôsledkom je aj Kjótsky protokol. Viac ako 50 % všetkých skleníkových plynov ide na vrub stavebníctva.

Samotná výstavba a prevádzka budov sa podieľa na viac ako jednej tretine svetovej spotreby energie, a teda aj na výraznej tvorbe emisií. Budovy vo všetkých fázach svojho životného cyklu majú značný negatívny vplyv na životné prostredie. Jedným zo spôsobov, ako sa začať správať viac environmentálne, je zamerať sa na realizáciu takzvaných zelených budov. Ide o objekty, ktoré sa navrhujú, realizujú a prevádzkujú tak, aby sa ich negatívny dosah na životné prostredie a ľudské zdravie minimalizoval a aby sa zabezpečila maximálna účinnosť v súvislosti s využívaním zdrojov – energií, materiálov a vody. Stavebné postupy sú v súlade s trvalo udržateľným rozvojom. Tieto budovy zároveň poskytujú kvalitné vnútorné prostredie, bez rizika syndrómu chorých budov.

Zelený dom – drevostavba so slamou
Princípy navrhovania zelených budov možno implementovať aj do výstavby drevodomov. Podľa odhadu Organizácie Spojených národov sa výroba nových stavebných materiálov podieľa jedenástimi percentami na produkcii celosvetových emisií CO₂. Používaním prírodných rastlinných obnoviteľných materiálov, ako je drevo a slama, možno dosiahnuť zápornú bilanciu emisií CO₂, a to počas celej životnosti stavby. Spaľovaním, respektíve kompostovaním týchto materiálov sa síce do ovzdušia CO₂ uvoľní, ale nie vo väčšom množstve, ako sa vďaka fotosyntéze spotrebovalo počas rastu tohto rastlinného materiálu.

Výhody použitia dreva v stavebníctve sú už dostatočne známe. Medzi významnejšie patria:

• nízka spotreba energie a tvorba emisií počas celého životného cyklu,
• látková a termická zužitkovateľnosť, bio­logická rozložiteľnosť a následné opätovné navrátenie do prírodného reťazca,
• schopnosť absorbovať prach, škodliviny zo vzduchu a filtrovať ich,
• znižovanie množstva elektrického náboja v okolitom vzduchu,
• schopnosť dynamicky sa prispôsobiť podmienkam vlhkosti,
• dobré tepelnoizolačné a akustické vlastnosti,
• priaznivé mechanické a technologické vlastnosti, nízka objemová hmotnosť,
• rýchla výstavba vďaka maximálnemu vylúčeniu mokrých procesov.

Drevo
Na výstavbu budov na bývanie treba používať kvalitné drevo, ktoré sa ťaží v zime, najlepšie v období medzi 27. decembrom a 13. januárom, vtedy sa totiž v dreve nenachádza hmyz či ostatní škodcovia a prúdenie živice je zastavené. Drevo treba ťažiť z obhospodarovaných lesov. Systém certifikácie lesov vytvorila mimovládna organizácia FSC (Forest Stewardship Council) a má svoje zastúpenie aj na Slovensku.

Slama
Slama je každoročne obnovujúca sa surovina plne skompostovateľná, ktorá predstavuje prakticky poľnohospodársky odpad. Na stavebné účely možno používať rôzne druhy slamy, veľmi vhodná je hlavne z ryže, zo žita, z ľanového pazderia, ale v našich podmienkach sa najčastejšie vyskytuje zo pšenice a jačmeňa (bez klasov). Menej stabilná, a tak aj menej vhodná, je slama z jačmeňa a ovsa.

V roku 2009 sa v Slovenskej republike vyprodukovalo 2,8 milióna ton obilnej slamy, ale potenciál je vyšší dokonca až o 4 milió­ny ton. Celkový výnos obilnej slamy nemožno v plnej miere využiť na stavebné účely, pretože väčšia časť slúži napríklad ako krmivo alebo podstielka.

Slamené baly sa zhotovujú v rôznych formátoch: malé mávajú rozmery 350 × 500 × 500 mm až 1 200 mm, pričom šírka môže byť menšia než 500 mm, stredné 500 × 800 × 700 až 2 400 mm a veľké 700 × 1 200 × 1 000 až 3 000 mm. Najčastejšie sa využívajú malé formáty s lisovacou hustotou od 80 do 120 kg/m³. Tieto baly predstavujú predovšetkým lacný tepelnoizolačný materiál, ich súčiniteľ tepelnej vodivosti podľa technických skúšok v Rakúsku a v Nemecku (GrAT 2001) sa rovná 0,0456 W/(m . K), čo je porovnateľné s inými bežne využívanými izolačnými materiálmi. Izolovaním domov pomocou slamených balíkov možno dosiahnuť štandard pasívnych domov. Medzi ďalšie prednosti patria jej vynikajúce environmentálne vlastnosti. Výroba slameného balu vyžaduje približne v rozsahu od 14 MJ/m3 do 22 MJ/m³ energie, pričom napríklad na výrobu minerálnej vlny sa spotrebuje spravidla 77-krát viac.

Viazaná energia (embodied energy) slameného balu je 0,24 MJ/kg (Magwood, 2004). Výpočet vychádza z toho, že v priemere 1 MJ viazanej energie vyprodukuje 0,098 kg CO₂ (Balderstone, 2005). To znamená, že 1 kg balu slamy vyprodukuje 0,023 kg CO₂. (0,24 × 0,098 = 0,023). Avšak slama viaže až 60 % uhlíka, a tak 1 kg slamy obsahuje približne 0,6 kg uhlíka. Jeden kilogram uhlíka v prítomnosti kyslíka vytvorí približne 3,7 kg CO₂, čím je v 1 kg slamy uložených (zakonzervovaných) 2,22 kg CO₂ (0,6 × 3,7 = 2,22). Celkové emisie CO₂ z 1 kg balenej slamy teda predstavujú –2,197 kg. (0,023 – 2,22 = –2,197). Táto hodnota sa líši pri jednotlivých druhoch slamy, ale len minimálne. Zároveň závisí aj od použitých lisovacích strojov a podobne.

Tieto charakteristiky dreva a slamy predstavujú veľký potenciál pre výstavbu zelených budov s nulovou uhlíkovou stopou, znižujú nielen dopyt po energii použitej na výrobu nových materiálov, ale aj spotrebu energie na vykurovanie alebo chladenie budov.

Konštrukčné riešenia slamených domov
Na realizáciu stien zo slamených balíkov možno použiť dva základné konštrukčné systémy nazývané nosná stena a nenosná stena.

Nosný konštrukčný systém zo slamy
Systém výstavby z nosných slamených stien vznikol v USA v štáte Nebraska na konci 19. storočia. Pri tomto systéme sa tiaž strechy bez pridaných podpier prenáša cez navrstvené balíky slamy priamo do základov. Dôležité je, aby balíky boli relatívne silne zlisované do takej miery, aby sa dosiahlo predpätie steny, čím sa však zvyšuje hodnota súčiniteľa jej tepelnej vodivosti (znižuje sa jej izolačná schopnosť). Balíky sa najčastejšie ukladajú naplocho. Orientujú sa steblami kolmo na stenu, čím sa zabezpečí lepšia priľnavosť omietky na ich konce (obr. 1).

Výhody nenosného konštrukčného systému spočívajú v možnosti dosiahnuť netradičný architektonicky výraz, v podstatne rýchlejšej výstavbe, nízkych projektových nákladoch a nižších nárokoch na remeselnú zručnosť pri realizácii. Nosný systém je ekonomicky a environmentálne vhodnejší než nenosný systém.

Základnými nevýhodami tohto systému je potreba slamu skladovať na suchom mieste počas celého stavebného procesu až do jej omietnutia, možnosť využitia skôr pri menších jednopodlažných stavbách, obmedzený percentuálny podiel otvorov pre okná a dvere maximálne na 50 % z plochy každej steny, povolená dĺžka steny bez dodatočnej výstuže maximálne 6 m a v neposlednom rade problematický proces získania stavebného povolenia.

Nenosný konštrukčný systém zo slamy
Ide o skeletovú konštrukciu tvorenú prevažne z drevených profilov, ktorá preberá zaťaženie zo strechy a prenáša ho do základov (obr. 2). Slamené baly plnia tepelnoizolačnú funkciu.

Obr. 2 Voštinová stena s nenosnými slamenými balmi vyvinutá v Rakúsku (GrAT 2002) a) skladba steny, b) detail voštinového skeletu 1 – kontralatovanie, 2 – zavetrovacia papierová fólia, 3 – vonkajší obklad z červeného smreka, 4 – zavetrovací drevený záklop – úsporné debnenie, 5 – slamené balíky s ρ = 90 kg/m3, 6 – voštinový drevený nosný skelet, 7 – vnútorný drevený záklop, 8 – trstinové rohože – nosič omietky, 9 – vnútorná vápenná alebo hlinená omietka

Táto metóda je architektmi a projektantmi viac preferovaná a umožňuje realizáciu väčších objektov, bez problémov spojených so získaním stavebného povolenia.

V prípade nenosného konštrukčného systému sa strecha realizuje ešte pred ukladaním slamených balov, čím sa zabezpečí ich lepšia ochrana proti poveternostným vplyvom, systém poskytuje výbornú stabilitu pre okenné a dverné otvory rôznych veľkostí a v spojení s oceľovým rámom možno vytvárať veľké otvorené priestory a aj viacpodlažné bloky, ako sú sklady, parkoviská či priemyselné jednotky.

Tento systém je však zložitejší a finančne nákladnejší než (nosný) systém z Nebrasky, na výstavbu skeletu treba vyššiu úroveň tesárskych zručností a výstavba je podstatne náročnejšia na spotrebu dreva.

Drevodom so slamenou izoláciou v pasívnom štandarde
V riešenom dome (bungalove) sú zakomponované predovšetkým tri základné materiály, a to drevo, slama a hlina (obr. 3, 4, 5). Tie navzájom spolupôsobia a harmonicky sa dopĺňajú. Nosný skelet tvoria technicky sušené drevené profily, medzi stĺpiky (I-pro­fily) sa vkladajú slamené baly s objemovou hmotnosťou 90 kg/m3 s hrúbkou 400 mm, ktoré oproti zvyčajne využívaným izolá­ciám nesústreďujú vzniknutú vlhkosť do jedného miesta, ale rozptyľujú ju do väčšieho priestoru.

Obr. 4 Schéma pôdorysu bungalovu	Obr. 5 Schéma rezu bungalovu

Nedostatok týkajúci sa nerovnomernej kvality slamených balov sa prekrýva doplnkovou drevovláknitou izoláciou s hrúbkou 60 mm. Funkcia vzduchotesnej roviny sa zabezpečuje OSB/3 ECO doskami prelepovanými páskami Airstop. Povrchy stien sa prevažne ukončujú hlinenou omietkou, ktorá sa často prichytáva na trstinovú rohož (exteriérová sa nanáša v hrúbke 50 mm a interiérová v hrúbke 20 mm). Pri exteriérovom nanášaní je nutné vylepšiť jej vlastnosti prostredníctvom prímesí (najčastejšie vápnom) a zabezpečiť dostatočný presah strechy (minimálne 500 mm), čím sa dosiahne ochrana proti dažďu.

Vnútorné priečky sú vytvorené z plných nepálených tehál, ktoré dokážu výborne akumulovať teplo a regulovať vlhkosť, a sú taktiež omietnuté hlinenou omietkou s hrúbkou 15 mm. Hlinené omietky majú na kvalitu vnútorného prostredia výborný vplyv, pretože sú schopné tak ako drevo pohlcovať škodliviny a regulovať vzdušnú vlhkosť a zároveň vytvárať vhodnú eletroiontovú mikroklímu.

Strešná konštrukcia sa rieši ako extenzívna zelená strecha s 15° sklonom, pričom na zabránenie zosunu substrátu sa používa jutovina. Nosnú funkciu plní drevený krov realizovaný z technicky sušeného dreva. Keďže sa pod strechou nachádza nevyužívaný nevykurovaný priestor, navrhla sa tepelná izolácia do stropu nad 1. nadzemným podlažím, vyhotovená zo slamených balov s hrúbkou 200 mm a  dodatočnou drevovláknitou izoláciou s hrúbkou 2 × 80 mm.

Založenie objektu sa navrhlo na betónových pásoch, zateplených izoláciou XPS s hrúbkou 80 mm (z dôvodu nenasiakavosti). Pod podkladovým betónom sa nachádza tepelná izolácia z drveného penového skla s hrúbkou 200 mm. Podlaha na teréne sa dodatočne zateplila drevovláknitou doskou s hrúbkou 80 mm.

Energetická efektívnosť
Množstvo spotrebovanej primárnej energie z neobnoviteľných zdrojov pre jednotlivé konštrukcie (obr. 6) a množstvo vyprodukovaných emisií CO₂ pre jednotlivé konštrukcie (obr. 7) sa stanovilo výpočtom v excelovskom programe od firmy Createrra. Dáta hodnoteného bungalovu zhodnocujú len konštrukčné riešenie domu (bez ohľadu na jeho prevádzku a prípadnú demoláciu). Celkový údaj charakterizujúci potenciál globálneho otepľovania má zápornú hodnotu emisií CO₂ = –1 724,56 kg CO₂ eq., čím sa dokázala jedna z výhod tohto konštrukčného systému oproti iným konvenčným systémom.

Obr. 6 Graf hodnôt spotrebovanej primárnej energie z neobnoviteľných zdrojov pre jednotlivé konštrukcie (celková hodnota 572 320,0 MJ)

Obr. 7 Graf hodnôt vyprodukovaných emisií CO₂ pre jednotlivé konštrukcie

Odporúčania
Výber tvaru objektu a typológia boli vypracované na základe požiadaviek investora.

Z environmentálneho hľadiska by sa založenie tohto domu malo navrhnúť buď na pätkách alebo na pásoch z tvárnic bez podkladného betónu a zároveň navrhnúť osadenie objektu vyššie nad terén, tak, aby pod ním vznikol prielezný priestor s výškou aspoň 600 mm. Vďaka tomu by sa mohla podlaha 1. nadzemného podlažia navrhnúť ako drevený strop s použitím tepelnej izolácie z nasiakavejších materiálov, teda aj zo slamy.

Z hľadiska nižších energetických nárokov by sa mal objekt riešiť ako dvojpodlažný s kompaktným tvarom tak, aby sa zabezpečil optimálny faktor tvaru budovy a minimalizovali ochladzovacie plochy.

Záver
Zelená architektúra patrí k novým prístupom k návrhu a užívaniu objektu, ktorý znižuje negatívne účinky na ľudské zdravie a životné prostredie. V dôsledku globálnej ekonomickej krízy a problémov s financovaním developerských projektov sa dá očakávať, že počet zelených budov bude výrazne narastať. Predpoklad, že tak, ako to je v niektorých krajinách EÚ, budú tieto budovy zvýhodňované napríklad prostredníctvom daňových úľav a vládnych podpôr, dostáva aj na Slovensku ­reálne kontúry.

TEXT: Ing. Monika Čuláková
OBRÁZKY: autorka

Ing. Monika Čuláková je doktorandkou na Ústave budov a prostredia Stavebnej fakulty Technickej univerzity v Košiciach.

Literatúra:
1.    J. Wihan: Humidity in straw bale walls and its effect on the decomposition of straw.
2.    E. Milutiene, K. Jürmann, L. Keller: Straw bale building – reaching energy efficiency and sustainability in northern lattitudes.
3.    G. Minke, F. Mahlke: Stavby ze slámy – Jak pořídit z balíků slámy standardní dům.
4.    Why build a straw bale house? http://www.dancingrabbit.org/building/straw_bale.php
5.    Domy ze slámy – zdravé a levné bydlení http://www.bydleni.cz/clanek/Domy-ze-slamy-8211-zdrave-a-levne-bydleni
5.    www.createrra.sk, www.amazonails.org.uk, www.asb.sk, www.techpark.sk

Článok bol uverejnený v časopise Stavebné materiály.