Izolačné materiály na báze drevných vlákien

Trendom súčasného stavebníctva je realizovať nízkoenergetické, pasívne, nulové a dokonca aj plusové rodinné domy. Pri každej z týchto stavieb je cieľom investora v menšej či väčšej miere minimalizovať spotrebu energie, a tým zabezpečiť nielen nízke prevádzkové náklady samotnej stavby, ale aj prispieť k zníženiu zaťaženia životného prostredia emisiami CO2.

Dosiahnuť nízkoenergetický, respektíve iný štandard zodpovedného bývania minimalizujúceho spotrebu energie sa dá pomocou rôznych konštrukčných materiálov. Od tehál, cez betón, minerálne izolácie či fólie, až po prírodné, ekologické materiá­ly, ktorými sú napríklad aj drevovláknité dosky (obr. 1).

Tie možno pre ich tepelnotechnické a mechanické vlastnosti použiť na tepelnú izoláciu novostavieb, rekonštruovaných alebo sanovaných stavebných konštrukcií. Ide o tepelnoizolačný materiál, ktorého vlastnosti sú porovnateľné s vlastnosťami bežne používaných izolačných materiálov ako minerálna vlna alebo polystyrén.

Vstupnou surovinou používanou pri ich výrobe je drevo z ihličnatých stromov, najmä smrekové a jedľové. Tieto dreviny sa vyznačujú dlhými vláknami a vysokým obsahom lignínu. V praxi sa možno stretnúť s dvomi spôsobmi výroby. Prvý, takzvaný mokrý proces výroby drevovláknitých izolačných dosiek sa začal v krajinách západnej Európy už okolo roku 1940. Tento tradičný proces spracovania materiálu sa zakladá výlučne na termomechanickej úprave ekologickej vstupnej suroviny – dreva. Súdrž­nosť vlákien drevovláknitej dosky vyrábanej mokrou cestou zabezpečujú fyzikálno-chemické procesy. Z fyzikálneho hľadiska ide o spojenie drevných vlákien splstnatením. Z chemického hľadiska dochádza v drevných vláknach pôsobením tepla a vody k procesu degradácie lignínu a amorfných častí hemicelulózy – drevu vlastných látok. K efektu súdržnosti dochádza následným zvrátením tohto procesu, teda lignín a amorfné časti hemicelulózy sa vrátia do pôvodného stavu. Tento proces prebieha bez potreby použitia dodatočných aditív, ako sú polyuretánové živice, PMDI spojivá alebo polyolefínové lepidlá, ktoré sa pridávajú do drevovláknitých dosiek vyrábaných suchou cestou. Druhý, takzvaný suchý proces umožňuje výrobu dosiek aj s menšou objemovou hmotnosťou a objavil sa koncom 90-tych rokov, a vyžaduje si už použitie syntetických (umelých) spojív. Tie umožňujú dosiahnuť vzájomnú spojitosť drevených vlákien aj v doske s veľmi malou hustotou. Ich najväčšou výhodou je jednoduchšia aplikácia v medzi stĺpikových a medzi krokvových priestoroch, keďže takéto dosky sú ľahšie stlačiteľné.

Aj keď materiály na báze drevených vlákien nie sú slovenskej verejnosti príliš známe, majú u nás dlhú tradíciu. Pôvodne sa zvykli aplikovať najmä do podláh (doska Hobra). Modifikáciou pôvodne vyrábaných drevovláknitých dosiek vznikol rad produktov vhodných na použitie do celej stavebnej konštrukcie – v obalovom plášti stavby rovnako ako aj v stropných, podlahových a strešných konštrukciách.
Tepelná vodivosť drevovláknitých dosiek je na úrovni λD = 0,039 – 0,049 W/(m . K). Ich použitím sa minimalizujú tepelné úniky cez stavebné konštrukcie, čo v zimných mesiacoch výrazne prispieva k poklesu nákladov na vykurovanie.

Tepelnou kapacitou dosiek c = 2 100
J/(kg . K) možno zároveň dosiahnuť tepelnú stabilitu objektov aj v letných mesiacoch. Vďaka tepelno-akumulačnej schopnosti sa zabraňuje prehrievaniu vnútorných priestorov a dosahuje sa fázový posun teplôt o 7 až 13 hodín.

Dosky na báze dreveného vlákna majú vyššiu hustotu r = 150 až 260 kg/m³, a preto ich možno použiť aj na efektívne zníženie nežiaduceho hluku, ktorý sa šíri cez zvislú alebo vodorovnú konštrukciu. Ich hustota zaisťuje tvarovú stálosť a vyhotovená izolačná vrstva nepodlieha degradácii.

Drevovláknité dosky sú difúzne otvorené. Nízky faktor difúzneho odporu m = 5 zabraňuje kondenzovaniu vodných pár v konštrukcii. To pozitívne vplýva na kvalitu vnútornej mikroklímy a súčasne umožňuje stenám a strešnému plášťu dýchať.

Drevovláknité dosky sa vyrábajú z ekologickej suroviny – dreva. Preto sa radia do skupiny ekologických izolácií, šetrných k životnému prostrediu aj ľudskému zdraviu. Dosky vyrábané mokrou cestou sú plne recyklovateľné, možno ich spaľovať alebo bezpečne kompostovať.

Radia sa do triedy horľavosti E (v súlade s STN EN 13501-1+A1: 2010: Klasifikácia požiarnych charakteristík stavebných výrobkov a prvkov stavieb. Časť 1: Klasifikácia využívajúca údaje zo skúšok reakcie na oheň (Konsolidovaný text)). Pri požiari povrch dosiek zuhoľnatie, čím sa zamedzí šíreniu požiaru smerom do vnútra konštrukcie. Výsledkom je nadštandardná požiarna odolnosť celých konštrukcií (skladieb). V prí­pade drevostavieb je konštrukcia schopná odolávať počas požiaru v interiéri až 90 minút a pri požiari v exteriéri 120 minút.

Vlastnosti drevovláknitých dosiek umožňujú stavať objekty a konštrukcie s minimálnymi energetickými stratami a hodia sa na stavbu nízkoenergetických a pasívnych domov (obr. 2 a 3).

Obr. 2  Drevovláknité dosky použité pri výstavbe rodinného domu v pasívnom štandarde	Obr. 3  Podkladová konštrukcia na zhotovenie drevenej fasády rodinného domu v pasívnom štandarde

Drevovláknité dosky možno použiť v rámci celého obalového plášťa stavby, ale aj v interiéri na dodatočné zaizolovanie stropov, opláštenie priečok ako obklad stien, ale aj ako podhľadové dosky. Tradičnou a najstaršou aplikáciou drevovláknitých dosiek je ich využitie v podlahových systémoch.

Zimná a letná energetika stavieb
V súčasnosti sa kladie veľký dôraz na energetickú úspornosť budov. Žiaľ, zvyčajne sa táto problematika redukuje len na minimalizáciu spotreby energie v zimnom období.

V dôsledku snahy minimalizovať zimné energetické straty sa zhotovujú strešné, stropné a obvodové konštrukcie s veľkou hrúbkou tepelných izolácií. Nadväzujúcim opatrením, ktoré taktiež znižuje tepelné straty objektov, je inštalácia takzvaných rekuperačných jednotiek. Výsledná tepelná strata objektu v zimnom období slúži potom ako meradlo, na základe ktorého sa domy klasifikujú ako energeticky neúsporné, v bež­nom ekonomickom štandarde, nízkoenerge­tické, pasívne až takzvané nulové (plusové) domy. Treba však zdôrazniť fakt, že aktuálne chápaná energetická klasifikácia objektov sa týka výhradne ich energetickej náročnosti vzťahujúcej sa na zimné obdobie.

Nikde však nie je zaručené, že v dome, ktorý je označený ako nízkoenergetický alebo pasívny, bude mať jeho užívateľ zaručenú celoročnú tepelnú pohodu. Čím dlhšie trvá horúce letné počasie, tým viac sa v letnom období môže objekt významne prehrievať. Toto je typickým znakom zle navrhnutých skladieb stavebných konštrukcií. Problém spočíva v tom, že ani veľmi hrubou tepelnou izoláciou s nízkou objemovou hmotnosťou nemožno zabrániť prehrievaniu stavebných objektov. Ak chce teda užívateľ už hotového domu zabrániť prehrievaniu, musí inštalovať klimatizáciu. Platí, že spotreba energie potrebnej na chladenie objektu je približne 2,5- až 3-krát vyššia ako spotreba energie na jeho vykurovanie. Z tohto uhla pohľadu potom nízkoenergetický, respektíve pasívny dom (ktorý je produktom úvah z pohľadu zimnej energetiky) môže byť vzhľadom na celoročnú spotrebu energie viac objektom v bežnom štandarde, ak nie dokonca energeticky neúsporným objektom.

Ak chce majiteľ stavebného objektu zabezpečiť vnútornú tepelnú pohodu (príjemné teplotné pomery) po celý rok, a pritom nezvyšovať celkovú energetickú spotrebu, musí sa zaoberať aj otázkou letného prehrievania budov.

Užívatelia podkrovia dobre poznajú situáciu, keď sa počas teplých až tropických letných dní v krátkom čase (bežne tri až tri a pol hodiny) konštrukcia prehreje a následne teplo sála do interiéru. To má, pochopiteľne, za následok nepríjemný nárast teplôt. Z hľadiska normatívnych predpisov je prípustná teplotná hranica +27 °C. Táto teplota je však pre mnohých užívateľov domov príliš vysoká, a to tak na prácu, ako aj na spánok. Preto si často dávajú inštalovať klimatizáciu, ktorá sa však spája s vysokými obstarávacími aj prevádzkovými nákladmi.

Letnému prehrievaniu objektov však možno účinne predísť aj iným spôsobom. Napríklad zabezpečením akumulačnej schopnosti obvodového a strešného plášťa, použitím vhodných izolačných materiá­lov. Tým sa dá podstatne predĺžiť čas potrebný na prehriatie konštrukcie (aspoň do nočných hodín, keď sa interiér dá ochladiť vetraním).
 
Použitie drevovláknitých dosiek v streche
V strešných konštrukciách možno použiť drevovláknité dosky priamo pod krytinu medzi krokvy alebo z vnútornej strany strešnej konštrukcie (obr. 4).

Hlavná izolačná vrstva strechy sa vytvára materiálmi určenými medzi krokvy. Vyznačujú sa nižšou objemovou hmotnosťou, a teda aj lepšími izolačnými charakteristikami z hľadiska zimnej energetiky porovnaní s podkrytinovými doskami. Tie slúžia na riešenie otázky letnej energetiky. Zväčša sú obohatené o malé percento parafínu, vďaka čomu sú čiastočne odolné proti vode v celom objeme a možno ich použiť aj ako dočasné debnenie uzatvárajúce stavbu. Spoj na pero a drážku (obr. 5) zamedzuje vzniku tepelných mostov, prieniku vody do konštrukcie, strešná konštrukcia je chránená proti prieniku vetra.

Na uzavretie strešnej konštrukcie z vnútornej strany sa zvykne používať sadrokartón, prípadne drevovláknitá doska vhodná na nanesenie omietky.

Drevovláknité dosky v stene
Obvodový plášť budov tvorí najväčšiu plochu celej konštrukcie každého objektu. Prá­ve preto zásadným spôsobom ovplyvňuje nielen vzhľad objektu, ale aj jeho úžitkové vlastnosti. Zložitosť konštrukcie obvodového plášťa spočíva najmä v množstve, rozmanitosti a často aj v rozporuplnosti vysokých nárokov, ktoré sa na konštrukciu kladú.

Požiadavky na obvodové plášte sa odvíjajú od potreby vytvoriť optimálne vnútorné prostredie s ohľadom na ekonomické, technické, technologické a estetické rozmery. Popri tom je nutné zohľadniť požiadavky na minimalizáciu energetickej náročnosti.

Obr. 6  Realizovaná obvodová stena s použitím drevovláknitej dosky, stena dosahuje hrúbku 34 cm pri splnení požadovaných tepelnotechnických požiadaviek.	Obr. 7  Drevovláknité dosky použité ako kontaktný tepelnoizolačný materiál na fasáde

Energetické zmeny v oblasti tepelnotechnických požiadaviek vyplývajúce zo smerníc EÚ výrazným spôsobom zmenili takmer všetky časti konštrukcie, z ktorých sa obvodové plášte skladajú (obr. 6). V súčasnosti už nemožno navrhovať novú obvodovú konštrukciu bez spoľahlivého tepelnoizolačného systému. Použitie drevovláknitých dosiek v stenových konštrukciách zabezpečuje nielen zníženie úniku tepla do vonkajšieho prostredia (obr. 7), ale aj konštantnú a zdravotne neškodnú vnútornú klímu budov (obr. 8).

Obr. 8  Optimálnou skladbou steny sa zabezpečuje zdravotne neškodná vnútorná klíma.	Obr. 9  Použitie drevovláknitej dosky ako izolačnej podložky na tlmenie krokového hluku pod plávajúcou podlahou

Drevovláknité dosky v podlahových konštrukciách
Základným kritériom výberu vhodného izolačného materiálu do podlahových konštrukcií je výška zaťaženia, ktorá sa líši v závislosti od typu priestoru (obytné, spoločenské, prevádzkové, prípadne športové priestory). Drevovláknité dosky určené na izoláciu podlahových konštrukcií sa používajú na vytvorenie izolačnej vrstvy betónových a drevených podláh. Používajú sa ako podložky pod vrchnú vrstvu podlahy – plávajúcu podlahu (obr. 9) a prioritne sú určené na tlmenie krokového hluku.

Záver
Až keď sa zohľadní nielen zimná, ale aj letná energetická náročnosť stavebného objektu, bude možné konštruovať domy nielen energeticky úsporné, ale aj domy, ktoré sú schopné zaistiť celoročnú tepelnú pohodu v interiéri. Koncepčnú úlohu pri riešení plášťov stavieb zohľadňujúcich letnú a zimnú energetiku možno splniť použitím drevovláknitých dosiek. Majú optimálne tepelnoizolačné, ale zároveň aj tepelnoakumulačné vlastnosti. Okrem toho sú ekologické, difúzne otvorené, môžu sa priamo omietať a umožňujú výlučne suchú montáž vo všetkých materiálových systémoch (drevostavba aj klasická výstavba) bez použitia lepidiel a tmelov. Vďaka ich objemovej hmotnosti sa dosky používajú aj ako ochrana proti krokovému a vzdušnému hluku.

Materiály na báze drevného vlákna nachádzajú uplatnenie vo všetkých stavebných konštrukciách. Postupne sa dostavajú aj do povedomia investorov na Slovensku a popri tradičných materiáloch si každoročne získavajú väčší okruh priaznivcov.

Mýty a pravdy o drevovláknitých doskách Drevovláknité dosky sú horľavé podobne ako drevo Dosky sú zaradené do triedy horľavosti E. Drevné vlákna sú zlisované dokopy, čím sa zamedzuje prístup kyslíka a potláča efekt horenia. Materiál je skôr náchylný tlieť a uhoľnatieť. V prípade stavebných konštrukcií sú izolačné plochy navyše obalené vrstvami z nehorľavých materiálov, ako sú omietka alebo sadrovláknité dosky. To zabraňuje prístupu ohňa k doskám či už z interiéru, alebo exteriéru.   Napáda ich drevokazný hmyz Tu je rozhodujúca vlhkosť samotnej drevnej hmoty. Optimálna vlhkosť na pôsobenie drevokazného hmyzu sa pohybuje na úrovni 15 %. Pri výrobe sa vlhkosť dosiek nachádza na úrovni asi 7 až 8 %, počas zabudovaného stavu v konštrukcii v kritickom období nepresiahne 12 až 13 %. Pre aktivitu drevokazného hmyzu teda drevovláknité dosky nemajú optimálnu vlhkosť. Rozhodujúce je, akým spôsobom sa doska do stavby zabuduje. Pokiaľ stavebná konštrukcia ako celok vyhovuje tepelnotechnickým a vlhkostným požiadavkám (napr. energetická stavebnica „diffu“), napadnutie hmyzom nehrozí. Správne použitie je teda predpokladom toho, aby drevovláknitá doska bola trvalo v dostatočne suchom prostredí.   Dosky budú priťahovať hlodavce Nie je to pravda. Hlodavce na budovanie skrýš vyhľadávajú miesta pre nich s lákavou arómou. Pri výrobe týchto dosiek sa drevo vystavuje vysokým teplotám a tlakom, ktoré zapríčinia rozklad aromatických látok. Tie sa vo finálnom produkte takmer vôbec nenachádzajú. K dodatočnej ochrane prispieva aj vytvorenie mechanických zábran.   Ako prírodný materiál podliehajú hnilobe Je to nepravdepodobné. Hniloba je jav, ktorý vzniká pôsobením drevokazných húb pri určitej zvýšenej vlhkosti a teplote. V štandardne fungujúcich konštrukciách je zhromažďovanie vlhkosti vo forme kapilárnej vody vo vláknach minimálne. Vodná para vďaka vysokej paropriepustnosti doskou rýchlo prechádza a opúšťa ju.   Po čase sa rozpadnú Jednou z výhod drevovláknitých dosiek je ich hustota. Preto sú tvarovo stále a ich súdržnosť sa dlhodobo zachováva. Dôkazom sú realizácie staršie viac ako 60 rokov.

 TEXT: Ing. Miroslav Valjent, prof. Ing. Jan Krňanský, CSc.
OBRÁZKY a FOTO: Smrečina Hofatex

Ing. Miroslav Valjent je praconíkom technických služieb spoločnosti Smrečina Hofatex, a. s.

Prof. Ing. Jan Krňanský, CSc., pôsobil na Stavebnej fakulte ČVUT v Prahe.

Recenzoval Ing. Ján Vrtielka, ktorý pôsobí na Katedre mechanickej technológie dreva Drevárskej fakulty Zvolenskej univerzity vo Zvolene.

Článok bol uverejnený v časopise Stavebné materiály.