Požární odolnost obvodových stěn pro pasivní domy s využitím slaměných balíků jako tepelné izolace

Datum: 27.8.2012  |  Autor: Ing. Jan Růžička, Ph.D., ČVUT Praha, fakulta stavební  |  Recenzent: prof. Ing. Rostislav Drochytka, CSc., FAST VUT Brno

V rámci Projektu 1221420507: „Vybrané vlastnosti přírodních a dalších stavebních materiálů, stavebních prvků a budov“ programu Efekt MPO ČR byly provedeny zkoušky požární odolnosti obvodových plášťů pro nízkoenergetické a pasivní domy na bázi přírodních a recyklovaných materiálů. Ukazuje se, že sláma vyhovuje nejen tepelnětechnickým ale při správné aplikaci i požárním požadavkům na obvodové pláště.

Využití slaměných balíků jako tepelné izolace a v některých případech u nízkopodlažních staveb jako prvků pro nosnou konstrukci patří v současnosti sice k okrajovým stavebním technologiím ale, jak ukazují praktické realizace experimentálních staveb na straně jedné a výsledky výzkumu na straně druhé, k technologiím, které mají v určitých souvislostech potenciál k širšímu uplatnění.

V rámci Projektu 1221420507: „Vybrané vlastnosti přírodních a dalších stavebních materiálů, stavebních prvků a budov“ programu Efekt MPO ČR byly provedeny zkoušky požární odolnosti obvodových plášťů pro nízkoenergetické a pasivní domy na bázi přírodních a recyklovaných materiálů. Celkem bylo z hlediska požární odolnosti testováno 7 skladeb obvodových konstrukcí na 4 zkušebních vzorcích. V rámci těchto skladeb byly testovány i dvě konstrukce využívající jako tepelné izolace slámu resp. slaměné balíky. Projekt byl zpracováván na Katedře konstrukcí pozemních staveb, Fakulty stavební ČVUT v Praze v roce 2011, požární zkoušky byly provedeny v autorizované zkušební laboratoři PAVUS, a. s. ve Veselí nad Lužnicí.

1. Sláma ve stavebních souvislostech

V souladu s obecnými principy udržitelné výstavby [1] je snaha co nejvíce snížit negativní environmentální dopad těchto konstrukcí [2], což znamená mj. i využívat tzv. environmentálně efektivní materiály, tj. materiály z obnovitelných, recyklovaných či snadno recyklovatelných zdrojů nebo materiálů s co nejmenšími hodnotami svázaných emisí CO2, SO2 a zabudované energie. Do popředí zájmu se tak kromě „běžných“ stavebních materiálů a konstrukcí dostávají i materiály a technologie tzv. „alternativní“, které ovšem mohou výrazně snížit negativní environmentální stopu staveb při zachování jejich technické kvality a trvanlivosti. K jedním z těchto materiálů patří i sláma, kterou je možno využít jako tepelnou izolaci a v některých případech i jako prvky pro nosné konstrukce.

Při hodnocení efektivnosti využití slaměných balíků a slámy v moderní výstavbě je možno vycházet z řady pohledů. Důležité je vždy vnímat její technické vlastnosti a limity, podřídit těmto vlastnostem konstrukční a technologické řešení stavby jako celku a současně odpovědně řešit stavební detaily s vědomím všech rizik, která mohou během celé životnosti stavby nastat. U slámy, podobně jako u ostatních přírodních materiálů, jsou tato rizika o to větší o co menší je její odolnost především vůči působení vody a vlhkosti ať již ve formě vody srážkové nebo ve formě vodní páry. To klade vysoké nároky na konstrukční řešení detailů a také na vysokou technologickou kázeň při výstavbě.

Z čistě technického pohledu jsou u slámy rozhodující její tepelněizolační vlastnosti, popřípadě u nosné slámy únosnost, stlačitelnost, odolnost proti vlhkosti, škůdcům atd.

Z hlediska tepelnětechnických vlastností je možno v odborné literatuře nalézt řadu hodnot s poměrně velkým rozptylem. Např. dle [3], se hodnoty součinitele tepelné vodivosti u slámy pohybují v poměrně značném rozsahu, a sice při tepelném toku kolmo ke stéblům, λ = 0,060–0,070 W/(m‧K); při tepelném toku rovnoběžně se stébly, λ = 0,065–0,075 W/(m‧K). Podle [4] lze nalézt i velmi optimistické hodnoty např. λ = 0,0456 W/(m‧K). V našich podmínkách pak byly naměřeny hodnoty λ = 0,050–0,120 W/(m‧K) [5], [6]. Podle těchto zdrojů lze jako výpočtové hodnoty součinitele prostupu tepla tuzemských balíků uvažovat hodnoty v rozmezí 0,060–0,075 W/(m‧K). Tepelnětechnické vlastnosti mají velký vliv i z hlediska požární odolnosti konstrukcí, jak bude ukázáno níže.

Je pak na odpovědnosti každého projektanta, jak „optimistickou“ hodnotu pro návrh nebo deklarování kvality obvodové konstrukce zvolí, samozřejmě zcela jiná je otázka jaká bude kvalita konstrukce ve skutečnosti s ohledem na skutečné vlastnosti konkrétních použitých balíků. Na druhou stranu z hlediska širších souvislostí je zřejmé, že se tyto hodnoty pohybují „ve stejném řádu“, jako hodnoty běžně používaných izolantů, i když spíše při spodní hranici, z tohoto hlediska je se tedy sláma jeví jako konkurence schopnou alternativou, alespoň do doby, než se běžnými a cenově srovnatelnými stanou tepelné izolace řádově kvalitnější (aerogely, vakuové izolace…), které umožní buď řádově jinou kvalitu obvodových konstrukcí, nebo významně sníží jejich tloušťky. Stále však zůstává neoddiskutovatelným přínosem environmentální kvalita slámy jako materiálu z obnovitelných zdrojů a s nízkými hodnotami svázané energie a svázaných emisí.

Z hlediska použití slámy jako nosného materiálu je třeba počítat se specifickými vlastnosti zejména s velkými deformacemi a s omezenou únosností. Bez větších rizik, ale s konstrukčním řešením detailů s ohledem na deformace, lze realizovat stavby na výšku jednoho až dvou podlaží při eliminování lokálního zatížení a při omezených rozponech.

Ekonomický pohled velmi souvisí se způsobem technologického zpracování. Jednak je možno slámu ve formě slaměných balíků popř. volně ložené slámy použít ve stavebních konstrukcích tzv. low-cost způsobem, tj. zpracovávat přímo na stavbě. Samotná cena slámy je v porovnání s běžnými tepelnými izolacemi velmi nízká, je však vykoupena vysokou pracností, časově náročným zpracováním a vysokým podílem manuální lidské práce. Pokud by se z tohoto pohledu hodnotila ekonomika stavby při reálné době zpracování a reálných cenách práce, pak stavba příliš ekonomicky nevychází. Touto technologií je sláma velmi často zpracovávaná v zájmových sdruženích a komunitách, formou workshopů a odborných setkání a pak cena práce není započítávána. V této, byť ekonomicky pokřivené kalkulaci pak výsledná cena stavby vychází nepoměrně příznivěji.

Druhým přístupem je průmyslové zpracování slámy např. ve formě prefabrikovaných prvků s nosnou, dělicí nebo tepelněizolační funkcí. Řada příkladů takovýchto realizací ukazuje možnost použití slámy v reálném ekonomickém prostředí. Dokonce existují firmy, např. [7], [8], [9], které se přímo na tuto technologii specializují a mají vyvinuty vlastní stavební systémy s řešenými detaily a technologií zpracování slámy (viz Obr. 1, 2).

Obr. 1
Obr. 1: Příklad prefabrikované obvodové stěny s tepelněizolační výplní ze slaměných balíků, realizace bytového domu v centru Amsterdamu (Zdroj: R. Rovers)
Obr. 2
Obr. 2: Nosné panely firmy Ecococon (www.ecococon.lt) z lisované slámy v dřevěném rámu (Zdroj: www.createrra.sk)

2. Požadavky na požární odolnost stavebních konstrukcí

Požadovaná požární odolnost (PO) v minutách konstrukce závisí na tzv. stupni požární bezpečnosti (SPB) daného požárního úseku. SPB (I až VII) závisí na požární výšce objektu, požárním zatížení a konstrukčním systému budovy z požárního hlediska. Pro rodinné domy řešené jako dřevostavby s hořlavým konstrukčním systémem se běžně uvažuje následující SPB a jemu odpovídající požadovaná PO pro obvodovou případně pro vnitřní nosnou stěnu:
jednopodlažní RD – I. SPB – požadovaná PO = 15 min;
dvoupodlažní RD – II. SPB – požadovaná PO = 30 min pro 1. NP, 15 min pro 2. NP;
třípodlažní RD – III. SPB – požadovaná PO = 45 min pro 1. NP a 2. NP, 15 min pro 3. NP.

3. Metodika zkoušek požární odolnosti

Obr. 3
Obr. 3: Požární scénáře pro oblast požárního zkušebnictví.

Zkoušky požární odolnosti svislých nosných konstrukcí jsou popsány v ČSN EN 1363-1: 2000 Zkoušení požární odolnosti; Část 1: Základní požadavky a podle ČSN EN 1365-1: 2000 Zkoušení požární odolnosti nosných prvků; Část 1: Stěny. Požární odolnost je zkoušena na výsecích nosných stěn o velikosti 3×3 m. Úroveň tepelného zatížení ve zkušební peci (výkon hořáků) je dána tzv. požárním scénářem, tzv. „normovým požárem“, pro který je zkoušená konstrukce zamýšlená (viz. Obr. 3). Stěny byly zkoušeny na tzv. vnitřní požár, který simuluje podmínky uvnitř hořícího prostoru s plně rozvinutým požárem (stav po tzv. prostorovém vzplanutí – „flashover efekt“).

Kromě vlastní doby v minutách jsou ve výsledné PO uváděny mezní stavy PO: R (únosnost a stabilita), E (celistvost povrchu, tj. šíření plamene, kouře…), I (tepelněizolační schopnost na straně odvrácené od požáru). Dále je uváděn druh konstrukce: DP1 (nejčastěji zcela nehořlavé konstrukce např. zděná či železobetonová), DP2 nebo DP3 (konstrukce s jistým podílem hořlavých materiálů).

Vzhledem k výzkumnému charakteru projektu byly zkoušky provedeny ve dvou zkušebních režimech, které se lišily způsobem přípravy zkušebních vzorků. Vlastní průběh zkoušky byl vždy proveden plně v souladu s normovou metodikou.

  • tzv. deklarační zkouška – konstrukční řešení a skladba zkušebního vzorku 3×3 m je neměnná v celé jeho ploše; výsledky zkoušky je možno chápat jako deklaraci požární odolnosti zkoušené konstrukce.
  • tzv. experimentální (ověřovací) zkouška – konstrukční řešení a skladba zkušebního vzorku se liší v různých částech vzorku, jsou ověřovány různé materiály, skladby a různá konstrukční řešení; výsledky zkoušek ukazují orientační míru požární odolnosti nejslabšího článku složené konstrukce.

Přínosem experimentálního pojetí zkoušky bylo především ověření většího počtu konstrukčních a materiálových řešení a ověření základních principů. Výsledky zkoušky mohou pomoci při další optimalizaci konkrétních konstrukčních skladeb. Největší riziko takto koncipované zkoušky spočívalo v možnosti předčasného ukončení celé zkoušky při selhání části vzorku nebo při defektech na stycích konstrukčních částí.

Zkušební vzorky byly osazeny kromě teplotních čidel na neohřívaném povrchu vzorku také sadou čidel uvnitř skladby. To umožnilo vytvořit tzv. teplotní profil stěny v průběhu požární zkoušky. Tento teplotní profil umožňuje hlubší analýzu konstrukce a jejího chování v průběhu požárního zatížení a může tak sloužit jako podklad pro její další optimalizaci z hlediska požární odolnosti.

4. Návrh modelových skladeb

Skladby zkušebních vzorků a dimenze nosných prvků byly cíleně navrženy na předpokládané spodní hranici požární odolnosti. Záměrně tak byly ve skladbách použity co nejsubtilnější nosné prvky svislé nosné konstrukce a současně co nejmenší tloušťky požáru odolných vrstev (krycích i tepelněizolačních) k ochraně těchto svislých nosných konstrukcí.

Zkoušené skladby tedy záměrně neodpovídají např. tepelnětechnickým požadavkům pro nízkoenergetické a pasivní domy, ale tvoří vždy základ reálné konstrukce. Smyslem bylo ověřit limitní skladby a jejich chování. Konstrukční principy a principy skladby jednotlivých vrstev jsou všech vždy navrženy, aby odpovídaly statickým a stavebně fyzikálním požadavkům na obvodové stěny. Předpokládá se, že konstrukce navržená pro konkrétní projekt bude buď pracovat s těmito minimálními dimenzemi a tloušťkami vrstev, tj. bude totožná se zkušebním vzorkem, nebo budou konstrukční prvky a tloušťky vrstev vždy vyšších dimenzí, tj. tzv. „na straně bezpečnosti“ oproti zkoušenému vzorku. V rámci projektu byly zkoušeny 2 skladby využívající slámu jako tepelné izolace (Obr. 4).

Obr. 4
Obr. 4: Konstrukční skladby obvodových stěn z nosných slaměných balíků (vlevo) a se slámou jako tepelnou izolací bez nosné funkce (vpravo).
Skladba 3 – nosná stěna ze slaměných balíků
Obr. 5
Obr. 6

Obr. 5–9: Realizace stěny z nosných slaměných balíků – skladba 3.

Stěna je z balíků slámy 500×410×500 mm, které plní tepelněizolační a nosnou funkci. Prahová a věncová fošna z panelu NOVATOP tl. 84 mm jsou spřaženy po 600 mm stahovacími závitovými tyčemi M12, které slouží ke stlačení balíků. Objemová hmotnost nestlačených balíků je 77,0 kg/m3, po finálním přitížení 93,1 kg/m3. Z interiéru je na rabicové pletivo provedena jílová omítka PICAS, tl. 50 mm, z exteriéru pak vápenná omítka tl. 30 mm na rabicovém pletivu.

Obr. 7
Obr. 8
Obr. 9

Skladba 4a – LOP s dřevěnými sloupky s izolací ze slámy a foukané celulózy
Obr. 10
Obr. 11

Obr. 10–14: Realizace stěny s nosnými dřevěnými sloupky s izolací ze slámy a foukané celulózy.

Obvodová stěna vychází z principu systému 2×4 a je tvořena nosnými dřevěnými sloupky 50/100 mm s plášťováním z desek OSB 4PD tl. 15 mm. Tepelnou izolaci tvoří slaměné balíky tl. 410 mm, dutina mezi balíky a OSB deskami je vyplněna foukanou směsí celulózy CIUR 50 % a slaměné řezanky 50 %. Z interiéru je na OSB deskách provedena jílová omítka PICAS tl. 30 mm na rabicovém pletivu, v horní polovině stěny je pod jílovou omítkou proveden stěrkový podklady ze stavebního lepidla. Z exteriéru jsou slaměné balíky opatřeny vápennou omítkou na rabicovém pletivu tl. 30 mm.

Obr. 12
Obr. 13
Obr. 14

5. Průběh a vyhodnocení požárních zkoušek

Zkoušky byly prováděny ve svislé stěnové peci, vzorky byly zabudovány do ocelového zatěžovacího rámu s možností volné dilatace po okrajích. Zatěžovací rám byl vložen do otevřeného čela zkušební pece a 30 minut před započetím zkoušky bylo hydraulickými lisy vneseno definované svislé zatížení, které může v reálných podmínkách nastat od účinků stálého nebo nahodilého zatížení. Tepelný výkon naftových hořáků byl nastaven v souladu se zvoleným požárním scénářem.

Stěna 3 byla zkoušena tzv. „deklarační“ zkouškou, tj. zkušební vzorek i metodika zkoušky odpovídaly požadavkům ČSN. Stěna 4a byla zkoušena tzv. „ověřovací“ zkouškou, tj. zkušební vzorek byl dělený na dvě části a v každé části byla osazena jiná skladba. Při této zkoušce je experiment ukončen v okamžiku selhání méně odolné požární konstrukce, druhá skladba tak nedosáhne svého limitu požární odolnosti. Obě stěny byly testovány na tzv. vnitřní požár.

Během požární zkoušky byly sledovány jednak parametry požadované normou, ale také teploty uvnitř skladby, na základě kterých byl vytvořen tzv. „teplotní profil“ stěny. Ten umožňuje hlubší analýzu chování konstrukce při požáru a také její případnou další optimalizaci. Teploty v jednotlivých vrstvách (směrem od požárem namáhané strany) jsou vztaženy k teplotám příslušného požárního scénáře, tj. pro vnitřní požár (normový). V oblastech grafu, kde se průběhy teplot blíží k těmto křivkám, se konstrukce blíží k limitu PO.

5.1 Skladba 3 – stěna z nosných slaměných balíků

Nosná stěna ze slaměných balíků byla zkoušena na vnitřní požár podle normové teplotní křivky, zkouška byla provedena jako tzv. deklarační. Zatížení stěny po dobu zkoušky bylo 12,0 kN/m.

Průběh zkoušky
min.stranaprůběh
5.ESčerné skvrnky v ploše – vypalování příměsí slámy v omítce
15.ESdrobné trhlinky (2×) v dolní části stěny
20.ESdalší vodorovné trhlinky v dolní části stěny, délka cca 0,3÷0,5 m
25.ESprodloužení některých trhlin na délku cca 1 m
35.ESrozvoj trhlin až do 2/3 výšky, v dolní části větší počet i větší šířka trhlin
45.ESrozvoj trhlin v celé výšce stěny
55.ESna dolních trhlinách lokálně odklon částí omítky do 15 mm
60.ESlokálně hoření plynů unikajících ze stěny v trhlinách
75.EShoření na otevřených trhlinách v dolní části stěny
90.ESpokračuje hoření na trhlinách v omítce
NSbez viditelných změn
120.ESintenzivnější hoření na trhlinách v omítce, trhliny v dolní části rozevřené s kolmým posunem okrajů vůči povrchu do cca 50 mm
130.–140.ESrozpadání omítky v dolní části na jedné straně vzorku (šířka trhlin cca 50÷75 mm)
140.ESodpadnutí části vrstvy omítky v ploše, na vzorku zůstala roztrhaná vrstva omítky pod rabicovým pletivem
144.ESzřícení části omítky v celé tloušťce
NSnárůst deformací skokem, průhyb vzorku ven z pece a vznik vodorovných trhlin při horním a dolním okraji stěny, pokles tlaku v zatěžovacím okruhu vlivem zrychlení svislé deformace – překročení meze únosnosti
145. konec zkoušky před zřícením vzorku
Použité zkratky:
ES = exponovaná strana vystavená účinku požáru
NS = neexponovaná strana odvrácená od požáru

Zkouška byla ukončena ve 145. minutě z důvodu překročení maximální povolené svislé deformace 1 % z celkové výšky vzorku, tj. 30 mm, tj. dosažení mezního stavu požární odolnosti R. Povrch stěny zůstal po celou dobu zkoušky celistvý a nedošlo k prohoření stěny (Obr. 15). Od 114. minuty, patrně v souvislosti s degradací požární ochranné vrstvy z jílové omítky, narůstá rychlost svislé deformace.

Z hlediska mezní stavů, doby v minutách a druhu konstrukce byla dosažena požární odolnost REI 120 DP3.

Zkouška prokázala význam povrchových vrstev a jejich provedení pro požární odolnost konstrukce. Jednoznačně byl prokázán význam kotvení, tj. rabicového pletiva, pro zajištění stability ochranné požární vrstvy, v tomto případě jílové omítky. Ta může být v praxi nahrazena pravděpodobně i jinou omítkou.

Graf 1
Graf 1: Teplotní profil skladby 3.

Z teplot v průběhu požáru z teplotního profilu stěny (Graf 1) je patrný klíčový význam povrchových úprav u této konstrukce, které byly v tomto případě realizovány jílovými omítkami. Omítka v tloušťce 50 mm dokáže efektivně ochraňovat další souvrství, teplota pod omítkou je od 90. min konstantně cca o 200 °C nižší než teplota požáru. Ve 144. minutě je z teplotního profilu patrné odpadnutí hliněné omítky a prudký nárůst teploty, který se projevuje i v dalších vrstvách.

Průběh teploty v 1/3 tloušťky slaměné izolace ukazuje zpomalení nárůstu teploty vlivem odpařující se přirozené vlhkosti slaměné stěny, cca od 20. do 60. min je teplota konstantní na 100 °C, poté se zpožděním narůstá a blíží se teplotě pod omítkou. Je patrný skokový nárůst teploty v okamžiku odpadnutí hliněné omítky.

Teploty v dalších vrstvách se přibližují hodnotě 100 °C, průměrná teplota z příslušných čidel na neohřívaném povrchu snímaná z čidel je 66 °C, maximální teplota z příslušných čidel je pak 61,8 °C, tj. maximální teplota na neohřívaném povrchu 140 °C dle ČSN není atakována.

Konstrukce nosné stěny ze slaměných balíků prokázala při zatížení 12,0 kN/m´ a při výše popsaných povrchových úpravách a konstrukčních opatření dostatečnou požární odolnost a z tohoto pohledu je možné její využití jako nosné obvodové stěny pro NE/PAS domy. Klíčový význam z hlediska požární odolnosti hrají povrchové úpravy slaměné stěny. Hliněná omítka tl. 50 mm na rabicovém pletivu tvořila dostatečnou požární bariéru pro rozvoj požáru. V praxi je možno jí nahradit i jinou omítkou nebo masivním obkladovým materiálem. Důležité je zachování tloušťky této vrstvy a především její stability po dobu požáru, tj. kotvení ke slaměnému podkladu.

Obr. 15
Obr. 15: Slaměná stěna po ukončení zkoušky bez vnějších známek poškození, patrné jsou tmavé skvrny na povrchu vnější vápenné omítky.
Obr. 16
Obr. 16: Snímek z termokamery při ukončení zkoušky v cca 146. minutě – na snímku je patrné mírně nerovnoměrné prohřátí stěny, povrchové teploty jsou v rozmezí 64–74 °C.
Obr. 17
Obr. 17: Hořící povrch slaměných balíků po odpadnutí jílové omítky v době po ukončení zkoušky.

5.2 Skladba 4a – LOP s dřevěnými sloupky s izolací ze slámy a foukané celulózy

Tato skladba byla testována tzv. „ověřovací“ zkouškou na děleném zkušebním vzorku společně se skladbou 4b. Tato skladba byla řešena jako dřevěný sloupkový systém 2×4 s konstrukčním plášťováním z desek z recyklovaných nápojových kartonů (Tetrapak) a s izolací ze směsi foukané celulózy CIUR 50 % a slaměné řezanky 50 % (podrobněji viz [10]). Nízká požární odolnost desek z recyklovaných nápojových kartonů ovlivnila průběh zkoušky, skladba 4a nedosáhla po dobu experimentu limitů požární odolnosti. Vzorek byl testován při tzv. vnitřním požáru, zatížení nosné stěny v průběhu zkoušky bylo 22,5 kN/m.

Průběh zkoušky
min.stranaprůběh
15.ESskladba 4b – první svislá trhlina v hliněné omítce
19.ESskladba 4b – nárůst šířky trhliny v hliněné omítce a vznik další svislé trhliny v dolní části stěny
30.ESskladba 4b – rozšiřování prvních trhlin a vznik trhliny i v horní části stěny, síť slabých trhlinek v ploše hliněné omítky;
skladba 4a – bez viditelných změn
31.ESskladba 4b – odpadnutí části hliněné omítky na okraji (u styku skladeb) v ploše cca 1,5×1,5 m, viditelné výztužné pletivo omítky a odfouknutí omítky po okrajích; odpadnuté části;
skladba 4a – bez podstatných změn, pouze drobné trhlinky v ploše
37.ESskladba 4b – odpadnutí další části hliněné omítky, odkrytí podkladní vrstvy a uvolňování hliníku z desky Flexibuild;
skladba 4a – zvýraznění trhlinek v ploše hliněné omítky
45.ESskladba 4b – hoření odkrytých částí povrchu;
skladba 4a – nárůst počtu i velikosti trhlinek v omítce
47.ESskladba 4b – odpadnutí všech zbytků hliněné omítky, intenzivnější hoření povrchu
49.ESnelze pozorovat kvůli hoření skladby 4b v peci
58.NSskladba 4b – slabý únik dýmu pod horní krycí fošnou
61.NSskladba 4a + 4b bez dalších podstatných změn
66.NSskladba 4b – lokální černání povrchu na spáře v horní části stěny a únik dýmu spárou, následně tmavnutí a černání povrchu vnějšího záklopu
68.NSskladba 4b – vznik žhavých trhlinek v černé ploše a rychlé prohořívání záklopu; trvalý průnik plamenů na NS – porušení celistvosti;
skladba 4a – bez viditelných změn povrchu (NS); konec zkoušky
Použité zkratky:
ES = exponovaná strana vystavená účinku požáru
NS = neexponovaná strana odvrácená od požáru

Zkouška byla ukončena v 66. minutě vlivem porušení celistvosti E s trvalým průnikem plamenů v části skladby 4b se ztužujícími tetrapakovými deskami. Část vzorku se skladbou 4a (slaměné balíky s foukanou celulózou a ztužujícími OSB deskami) byla v okamžiku ukončení zkoušky bez jakýchkoliv známek porušení na vnější neexponované straně (Obr. 17). Z hlediska mezní stavů, doby v minutách a druhu konstrukce byla dosažena požární odolnost REI 60 DP3 a ta je jako minimální předpokládána pro obě skladby.

Graf 2
Graf 2: Teplotní profil skladby 3.

Zkouška obdobně jako u stěny 3 potvrdila výraznou ochrannou funkci hliněné omítky a balíků slámy jako tepelného izolantu.

Na teplotním profilu obou skladeb je, stejně jako u skladby 3, patrná značná ochranná funkce hliněné omítky. U skladby 4a (Graf 2) byla hliněná omítka aplikována na dřevěnou OSB desku, která vytvářela během testu spolehlivější podporu pro omítku než tetrapaková deska ve skladbě 4b, kde cca ve 45 minutě došlo pravděpodobně k destrukci vrstvy hliněné omítky v důsledku selhání jejího nosiče z tetrapakových desek.

Obě skladby dle předpokladu vykazovaly, podobně jako všechny předchozí stěny, zanedbatelný nárůst povrchové teploty na neohřívané straně. Nízké povrchové teploty v rozmezí 20–29 °C v okolí porušení celistvosti vzorku (Obr. 18) při ukončení zkoušky ukazují, že po selhání tetrapakových desek byl rozvoj hoření konstrukce velmi rychlý.

Zkouška potvrdila vysokou požárně ochrannou schopnost slaměných balíků a vnitřní hliněné omítky. Použití tetrapakové desky pro konstrukční plášťování a vzduchotěsnou vrstvu je i s ohledem na požární ochranu svislých nosných prvků možné, ale je třeba vnímat limity tohoto recyklovaného materiálu, dané zejména přítomností plastů. Zkoušená skladba 4b byla z tohoto pohledu velmi exponovaná, i přesto byla dosažená požární odolnost 60 minut nosné obvodové stěny plně postačující pro NE/PAS domy.

U skladby 4a s balíky slámy jako tepelným izolantem se dá očekávat obdobná nebo možná vyšší požární odolnost ve srovnání se stěnou 3.

Obr. 18
Obr. 18: Demontáž stěny se skladbou 4b (vlevo) po ukončení zkoušky, skladba 4a (vpravo) bez porušení.
Obr. 19
Obr. 19: Snímek z termokamery – prokreslování místa, ve kterém selhala celistvost u skladby 4b s tetrapakovými deskami (cca 62. min.), nízké povrchové teploty v okolí v rozmezí 20–29 °C ukazují, že po selhání desek byl rozvoj hoření velmi rychlý.
Obr. 20
Obr. 20: Na snímku je patrný rozdílný stav konstrukcí po ukončení zkoušky – skladba 4a pouze se zuhelnatělým povrchem, skladba 4b s kritickým prohořelým místem.

6. Závěr

Realizované zkoušky požární odolnosti, způsob jejich provedení a analýza výsledků, přinášejí cenné zkušenosti s chováním přírodních materiálů při požárním zatížení. Ukazuje se, že sláma vyhovuje nejen tepelnětechnickým ale při správné aplikaci i požárním požadavkům na obvodové pláště. Tento výsledek je cenným příspěvkem k problematice environmentálně efektivních budov a konstrukcí a dokazuje, že i „alternativní“ stavební materiály, pokud jsou použity v souladu s jejich stavebně fyzikálními vlastnosti, mohou plnit v konstrukčních skladbách různé funkce.

Důležitým závěrem z těchto experimentů je poznatek, že obě testované skladby využívající slámu jako tepelnou izolaci resp. jako nosný prvek splňují normové požadavky na požární odolnost nosných obvodových plášťů.

Tento výsledek byl získán za finanční podpory programu Efekt MPO ČR v rámci Projektu 1221420507: „Vybrané vlastnosti přírodních a dalších stavebních materiálů, stavebních prvků a budov“.

Zpracovatelem projektu byla Katedra konstrukcí pozemních staveb Fakulty stavební ČVUT v Praze, výsledky projektu včetně výstupních protokolů o zkouškách požární odolnosti jsou veřejně přístupné na webových stránkách zpracovatele http://kps.fsv.cvut.cz/.

Videozáznam ze zkoušky požární odolnosti slaměné stěny zpracovaný společností Prosperita o.p.s je k dispozici na:
http://www.youtube.com/watch?v=sF8s2ULM8Eg&feature=youtu.be

Na projektu spolupracovali: AB atelier, RIGI s.r.o., Penatus s.r.o, M.T.A.  s.r.o., CIUR a.s., Flexibuild s.r.o.

Literatura

  • [1] AGENDA 21 pro udržitelnou výstavbu – CIB Report Publikation 237, český překlad CIB Report 237, ČVUT v Praze, Praha, ISBN 80-01-02467-92, 2001
  • [2] RŮŽIČKA, J., MANČÍK, Š. Environmentální kvalita pasivních domů podle kritérií udržitelné výstavby – případová studie, praktický příklad. Sborník z konference Pasivní domy 2010, Brno
  • [3] BRONSEMA, Nicholas R. Moisture Movement and Mould Management in Straw Bale Walls for a Cold Climate. MSc. Thesis, University of Waterloo, Canada. Waterloo: 2010.
  • [4] Wandsystem aus Nachwachsenden Rohstoffen, studie dostupná z: http://www.baubiologie.at/download/hausderzukunft.pdf, Wien, 2001.
  • [5] GRMELA, Daniel. Šíření tepla a vlhkosti ve slaměných konstrukcích. Doktorská seminární práce č. 5. Fakulta stavební VUT Brno: 2010. http://www.slamak.info/products/sireni-tepla-a-vlhkosti-ve-slamenych-konstrukcich/
  • [6] RŮŽIČKA, J., KOPECKÝ, P., POKORNÝ, M., STANĚK, K. Obvodové pláště z přírodních materiálů pro pasivní domy – požární a tepelnětechnické vlastnosti, sborník z konference Pasivní domy 2011, Bratislava 2011
  • [7] www.pailletech.be
  • [8] www.ecococon.lt
  • [9] www.ekopanely.cz
  • [10] RŮŽIČKA, J., POKORNÝ, M. Požární odolnost obvodových stěn NED, PD z přírodních a recyklovaných stavebních materiálů. Časopis Stavebnictví, 11/2011, str. 34–39, ISSN 1802-2030
 
Komentář recenzenta
prof. Ing. Rostislav Drochytka, CSc., FAST VUT Brno
V současné době, kdy se lidé opět vrací k přírodním materiálům a tím šetří životní prostředí, je využívání slámy jako tepelné izolace velmi aktuálním tématem. Článek pojednává o možnostech požární odolnosti obvodových stěn využívajících balíků slámy jako tepelné izolace.
V první části se autor zabývá obecnými tepelnětechnickými vlastnostmi slámy, upozorňuje na pracnost při jejím zpracovávání a ekonomickými parametry při jejím použití.
Po výčtu obecných požadavků na požární odolnost stavebních konstrukcí je v článku uvedena metodika plánu zkoušek požární odolnosti. Samotné zkoušky byly prováděny ve dvou zkušebních režimech, které se lišily způsobem přípravy vzorků (deklarační zkouška a experimentální zkouška) a byly navrženy dvě modelové skladby konstrukčních stěn.
První skladba byla provedena ze stlačených balíků slámy, které plnily jak izolační, tak nosnou funkci. Na balíky bylo připevněno rabicové pletivo a jako povrchová úprava, jílová omítka. Při praktické zátěži ohněm měla daná skladba konstrukce dostatečnou požární odolnost a z tohoto pohledu je možné její využití jako nosné obvodové stěny pro NE/PAS domy. Pletivo i omítka měla významnou funkci při zkouškách požární odolnosti, kdy tvořila dostatečnou požární bariéru v první fázi požáru.
Druhá skladba byla řešena jako dřevěný sloupkový systém 2×4 s konstrukčním plášťováním z desek z recyklovaných nápojových kartonů (Tetrapak) a s izolací ze směsi foukané celulózy a slaměné řezanky. Při zkouškách tato skladba měla vysokou požárně ochrannou schopnost balíků, ovšem použití tetrapakové desky pro konstrukční plášťování má určité limity při požární zátěži, ale i přesto byla dosažená požární odolnost 60 minut nosné obvodové stěny plně postačující pro NE/PAS domy.
Celkově použití balíků slámy, jako izolace obvodových stěn je, jak už psal i sám autor, velice pracná a z mého pohledu i těžko průmyslově prodejná. Pokud se někdo rozhodne o využití balíků slámy, ať už jako konstrukčně-izolační prvek nebo jen jako samostatnou izolaci, jde většinou pouze o ekologicky aktivní jedince, kteří si svá obydlí tvoří z velké míry svépomocí. Bohužel nevidím moc uplatnění pro masivnější množství lidí. Nezájem může spočívat ve strachu z krátké životnosti stavby, z pracnosti, z možnosti usídlení hlodavců vyhledávajících zbytky semen, ale také z toho, že při použití balíků slámy se rapidně zvýší šířka obvodové stěny.
Přínos použití balíkové slámy může být v tom, že se jedná o přírodní materiál, který může vytvářet bytovou pohodu a nechá dům „dýchat“. Jeho samotná pořizovací cena je nízká (pomineme-li zmíněnou pracnost při ukládání) a je relativně lehce dostupný.
Samotný příspěvek je napsán srozumitelně a je doplněn výstižnou fotodokumentací z výstavby obou konstrukcí. Zkoušky požární odolnosti mi přijdou zajímavé a přínosné.
Prof. Ing. Rostislav Drochytka, CSc.
English Synopsis
Fire resistance of external walls for passive houses using straw bales as insulation

The use of straw bales as insulation and in some low-rise buildings as elements for substructure are currently namely on the edge of building technologies but it is also technology that have potential in certain contexts to a wider application. It is shown by the implementation of experimental structures and research results.

 

Hodnotit:  

Datum: 27.8.2012
Autor: Ing. Jan Růžička, Ph.D., ČVUT Praha, fakulta stavební
Recenzent: prof. Ing. Rostislav Drochytka, CSc., FAST VUT Brno



Sdílet:  ikona Facebook  ikona Twitter  ikona Blogger  ikona Linkuj.cz  ikona Vybrali.sme.skTisk Poslat e-mailem Hledat v článcíchDiskuse (žádný příspěvek, přidat nový)


Projekty 2016

Související rubriky

Reklama

Partneři oboru

logo AC HEATING logo VAILLANT logo KINGSPAN
logo LIAPOR
logo HAAS FERTIGBAU

E-mailový zpravodaj

WebArchiv - stránky archivovány národní knihovnou ČR

Nejnovější články

 
 
 

Aktuální články na ESTAV.czPraha vypoví nájemní smlouvu parkoviště u muzea na Florenci„Schody do nebe“ aneb netradiční rozhledna z belgického venkovaZápach z kuchyně nemusí být váš problém