Materiály z přírodních obnovitelných zdrojů

Tato tendence je částečně způsobena jednak přirozenou reakcí na přetechnizovanou moderní společnost a také výsledkem snah o "ekologičtější" přístup k výstavbě a bydlení vůbec. Přírodními materiály z obnovitelných zdrojů se v tomto smyslu rozumí technologicky zušlechtěné organické hmoty rostlinného původu. Pokud je použitá surovina zároveň vedlejším produktem jiné výroby, kterou lze charakterizovat odpadní druhotnou surovinou, lze zároveň hovořit o racionálním využívání odpadních látek.

Většina dosavadních aplikací přírodních materiálů vyrobených z rostlinných surovin byla odzkoušena při výstavbě rodinných domů. Z praxe lze vysledovat, že k použití přírodních materiálů ve stavbách dochází většinou pouze z přímé iniciativy investora stavby. To je způsobeno jistou všeobecnou nedůvěrou vůči přírodním materiálům.

Průzkumy týkající se využívání stavebních hmot vyrobených z přírodních obnovitelných surovin ukázaly, že přírodní materiály většinou vykazují o něco méně příznivé mechanicko-fyzikální vlastnosti. Na druhé straně bylo také prokázáno, že tyto nedostatky mohou být v praxi vyváženy jinak vysokou úrovní ostatních užitných vlastností.

Nízká tepelná vodivost a vláknitý charakter většiny rostlinných látek přispívají po zabudování materiálu do konstrukce vnějšího pláště stavby k výraznému zlepšení jeho tepelně-izolační vlastnosti. Někdy se tyto látky využívají přímo pro výrobu stavebních tepelně-izolačních materiálů. Přírodní materiály rostlinného původu poskytují oproti běžným silikátovým materiálům vyšší hodnoty tepelné kapacity c [J.kg^-1.K^-1], proto zabudování takových materiálů do stavby ovlivňuje tepelně-akumulační schopnost stavebních konstrukcí. Lze tak příznivě ovlivnit vnitřní klima v objektech z hlediska tepelné stability budov.

Stavební materiály tohoto druhu najdou využití zejména u vnějších lehkých konstrukcí, kde se předpokládá nízká schopnost akumulace tepla umožňující rychlý prostup teplotní vlny konstrukcí (zvýšená teplota prostupující konstrukcí zvnějšku může být způsobena např. účinkem osluněním vnějšího povrchu v letním období). V praxi se často řeší potíže s nízkou tepelnou stabilitou podstřešních prostorů obytných podkroví, jež se projevuje neúnosně vysokými teplotami vnitřního povrchu střešní konstrukce v podkroví v letním období. Užitím materiálů s vysokou tepelně akumulační schopností lze tyto problémy eliminovat.

Přírodní materiály rostlinného původu jsou obecně propustné pro vodní páru a mohou akumulovat jisté množství vlhkosti sorpcí ze vzduchu. Příznivou vlastností rostlinné hmoty a materiálů z ní vyrobených je schopnost absorbovat vlhkost do vnitřního pórového systému při zvýšené vlhkosti vzduchu a při snížení vlhkosti vzduchu ji naopak pozvolna uvolňovat do okolního prostředí. Tento mechanismus příznivě ovlivňuje vlastnosti mikroklimatu uvnitř objektu z hlediska vlhkosti vzduchu, hlavně v zimním období, kdy může docházet k dlouhodobému snížení vlhkosti vzduchu uvnitř objektu.

Obr. 1: Pórová struktura dřeva - obraz zvětšený 450x pomocí
elektronového mikroskopu.

V neposlední řadě poskytují materiály na bázi rostlinných vláken dobré zvukově izolační vlastnosti, jak z hlediska vzduchové neprůzvučnosti, tak i akustického útlumu. Konkrétní vlastnosti však přímo závisejí hlavně na struktuře a objemové hmotnosti použitého materiálu.

Jako suroviny pro výrobu stavebních materiálů lze v podstatě využít druhotné produkty ze zemědělské nebo průmyslové výroby, např. slámu, kokosová vlákna, korkovou drť, dřevěné hobliny aj. Jejich využití ve stavebních materiálech lze proto chápat jako zužitkování odpadních surovin.

Nevýhodou většiny rostlinných materiálů je jistá vlhkostní citlivost. Nadměrná dlouhodobá vlhkost může zapříčinit biologickou korozi, tedy degradaci působením bakterií, plísní či hub na materiál. Proto by tyto materiály, zabudované ve stavební konstrukci, měly být vždy spolehlivě odděleny od zdrojů vlhkosti anebo musí být při navlhčení zajištěna možnost jejich rychlého vysychání. Při správném návrhu skladby a provedení stavby by však s vlhkostí ve stěně neměly vznikat problémy.

Další nevýhodou rostlinných materiálů je jejich hořlavost. Hořlavost se dá snížit přísadami retardujícími hoření. Požární odolnost konstrukcí z hořlavých materiálů značně zvyšuje nehořlavá povrchová úprava (omítka nebo obklad). Proto je jejich použití vhodné spíše pro menší bytové stavby.

Možnosti využití některých konkrétních surovin

Tradičním stavebním materiálem z obnovitelných přírodních zdrojů je dřevo. Dřevo je používáno ve stavebnictví již od nepaměti v různých podobách a pro různé účely. Kromě tradičního použití řezaného dřeva se vyrábějí také desky z dřevitých částic pojených silikátovými pojivy. U nás se vyrábějí zejména dobře známé cementodřevotřískové desky typu Cetris, izolační desky Heraklit a dřevovláknocementové zdící stěnové tvárnice.

Při výrobě a zpracování řeziva vzniká z prvotního dřevitého materiálu ve fázi opracování (řezání, broušení, hoblování) na konstrukční výrobky daných rozměrů a rovinatosti povrchu značné množství částicových (partikulárních) odpadů. Ty mají stejnou materiálovou bázi jako vyráběný materiál, a tudíž i stejně cenné látkové vlastnosti. Některé typy těchto zhodnocených odpadů lze často s úspěchem použít pro výrobu nových stavebních materiálů. Ze zahraničí jsou známy např. snahy o výrobu tepelně izolačních materiálů z odpadních hoblin nebo lze dřevité částice přidávat jako lehké plnivo do betonu. Dřevobetony mohou dosahovat dobrých fyzikálně-mechanických vlastností: nižší objemové hmotnosti, příznivého poměru mezi pevností v tahu a pevností v tlaku nebo lepšího útlumu dynamických akustických kmitů. Nevýhodou je, že přítomnost látek obsažených ve dřevě značně zpomaluje hydratačního procesu cementu. Proto se tyto dřevobetony používají k využití ve stavbách jen výjimečně.

K obnovitelným přírodním surovinám, potenciálně využitelným ve stavebnictví, lze přiřadit i ovčí vlnu, byť se jedná o produkt živočišné výroby, některé fyzikální vlastnosti vlny jsou blízké materiálům z přírodních vláken. Chov ovcí je důležitý pro ochranu přírody a krajiny v horských a podhorských oblastech. Ovčí vlna dnes nenachází takové využití v textilním průmyslu jako dříve a tak jednou z možností je její použití jako tepelně izolačního materiálu ve stavebnictví. Ovčí vlna je dostupná ve formě vaty k ucpávání konstrukčních dutin nebo ve formě izolačních rohoží. Vlna se svými tepelně izolačními vlastnostmi řadí mezi nejlepší izolanty, dobře se s ní pracuje, ale je nutné ji chránit před hmyzem. Vlna je lehce hořlavá, avšak hoří jen v přímém plameni, je tedy samozhášivá. Pro snížení hořlavosti lze vlnu impregnovat např. boraxem nebo fosforečnanem sodným. Nevýhodou izolace z ovčí vlny bránící jejímu většímu uplatnění na trhu je vyšší cena.

Další z přírodních surovin uplatňovaných v poslední době ve stavebnictví je sláma. Sláma vzniká jako produkt při pěstování obilí, lze ji většinou získat jako odpadní produkt zemědělství, proto lze její využívání ve stavebnictví chápat jako zužitkování druhotné odpadní suroviny.

Využití slámy ve stavebnictví

Sláma je přírodní obnovitelnou surovinou, jejíž použití ve stavebnictví zažívá v poslední době jistou renesanci. Sláma se ve stavebnictví využívala již odedávna. Tradiční bylo použití slámy v doškových střechách, ke zhotovování nepálených cihel "vepřovic", navíc přes zimu na půdě uskladněná sláma stavení tepelně izolovala.

Zahraniční prameny uvádí, že jako jistou alternativu pro současnou výstavbu lze využít slaměné balíky. Sláma se v zemědělství lisuje do balíků kvůli lepší skladovatelnosti a manipulaci. Tyto balíky byly v několika případech bez dalších úprav přímo použity na stavbě. Užití slaměných balíků je výhodné zejména po ekologické stránce. Jejich použití na stavbách bylo zatím realizováno spíše ekologickými nadšenci. Při stavbě rodinných domků se dají využít rozličným způsobem, například jako výplň dřevěného skeletu, dodatečná tepelná izolace zděné stavby nebo k izolaci stropů či střech. Nelze je však použít jako materiálu pro zhotovování nosných částí budov.

Po dožití stavby je sláma z balíků jednoduše a nezávadně likvidovatelná, lze ji kompostovat. Neupravená sláma má vysokou vlhkostní citlivost a sklony k degradaci účinkem vlhkosti (hniloba, plíseň). Při správném návrhu a provedení stavby by však s vlhkostí ve stěně neměly být problémy. Konstrukční vrstva slámy se musí být vždy spolehlivě oddělit od všech zdrojů vlhkosti a souvisle uzavřít další materiálovou vrstvou, např. omítkou nebo obkladem, které mj. eliminují její hořlavost. Přesto je z tohoto důvodu použití balíků vhodné spíše pro malé stavby.

Technicky vyspělejší a v praxi zajímavější je užití moderních slaměných desek. Slaměné desky jsou panely vyrobené z lisované slámy. Na rozdíl od slaměných balíků nelze desky získat ze zemědělské výroby, jejich výrobou se zabývá specializovaná firma.

Slaměné panely ve stavebnictví

Hlavní surovinou pro výrobu slaměných panelů je pšeničná sláma. Jádro desky tvoří slisovaná sláma. Povrch panelů je opatřen kartonem z recyklovaného papíru pojeným k slaměnému jádru přírodním lepidlem. Do lisované slámy se přidávají přísady proti hlodavcům a zlepšující další vlastnosti panelů. Lisování slámy do kompaktní podoby desky probíhá ve speciálním tvářecím lisu za vysokého tlaku a teploty. Všechny materiály používané k výrobě desek jsou 100% hygienicky nezávadné, ekologicky čisté a mají svůj původ v obnovitelných přírodních zdrojích.

Slaměné desky mohou být užity pouze pro zhotovení nenosných částí konstrukcí budov. Možnost použití slaměných desek ve stavebnictví je poměrně široká. Mezi nejrozšířenější aplikace patří interiérové příčky (stabilní i mobilní), stropní podhledy, řešení půdních vestaveb obytných podkroví, opláštění dřevěných skeletů apod., při použití jako opláštění skeletu však nemohou plnit statickou funkci plošného ztužení rámů skeletu. Obecně je lze často použít místo desek sádrokartonových, OSB desek nebo dřevotřískových desek. Zajímavá je aplikace slaměných desek při řešení obytných podkroví. U podkrovních prostor bývají totiž časté problémy s tepelnou stabilitou v letním období. Díky tepelně akumulačním schopnostem slaměných panelů lze tyto problémy přinejmenším zmírnit.

Za pozornost stojí použití slaměných panelů při výstavbě montovaných staveb s dřevěným skeletem.

Montované stavby s využitím slaměných panelů

Slaměné panely lze s výhodou použít k opláštění dřevěného nosného skeletu montovaných staveb. Na našem území již bylo provedeno několik realizací takových staveb rodinných domů, přičemž zkušenosti z jejich realizací jsou dobré. Nosnou konstrukci obvodových stěn zde tvoří dřevěný skelet. Skelet je z obou stran opláštěn slaměnými panely, prostor mezi panely je vyplněn tepelnou izolací z minerální vlny. Povrch panelů bývá opatřen standardní povrchovou úpravou stěn. Slaměné panely se v těchto stavbách používají také pro vnitřní dělící stěny, příčky a podhledy.

Obr. 2 Stavba montovaného rodinného domu. Dřevěná konstrukce skeletu
je oplášťována slaměnými deskami [1].

U objektů tvořených popsanou konstrukcí a materiály lze očekávat vysokou úroveň některých užitných vlastností, neboť dříve zmíněné výhodné vlastnosti přírodního organického materiálu se promítnou do vlastností celého objektu.

Díky montované konstrukci je proces výstavby velmi rychlý a není do stavby objektu vnesena vlhkost, jako je tomu u zděných či betonovaných konstrukcí. To vede oproti budovám vznikajícím mokrým procesem k jistým úsporám na vytápění v prvních letech obývání stavby a nedochází k problémům vlivem zvýšené zabudované vlhkosti. Vnější stěny objektů mají velmi dobré tepelně izolační vlastnosti dané dvěma slaměnými deskami a výplní z tepelně izolačního materiálu z minerální vlny. Tepelně akumulační vlastnosti dřeva a slámy dávají vnitřnímu prostředí objektu relativně dobrou tepelnou stabilitu v zimním i v letním období. Potom nedochází v létě přes den k rychlému přehřívání vnitřního prostředí v domě, ani k rychlému vychládání budovy při přerušení vytápění v zimním období. Díky vlastnostem slámy lze v objektu předpokládat vhodný vlhkostní režim vnitřního vzduchu.

Použitá literatura:

[1] Firemní materiály Marstav Eko - www.marstaveko.cz
[2] Firemní materiály Ekodesky Stramit s.r.o. - www.ekopanely.cz

Autor: Stanislav Šťastník, Radek Steuer, Hana Kmínová
Organizace: Fakulta stavební Vysokého učení technického v Brně