Slaměné desky ve stavebnictví

Vlastnosti slámy z hlediska jejího použití ve stavebních konstrukcích

Výzkumy pro využití slámy ve stavebnictví ukázaly, že stavební materiály z ní vyrobené vykazují zpravidla méně příznivé fyzikálně-mechanické vlastnosti. Na druhé straně bylo také zjištěno, že tato nedokonalost může být v praxi vyvážena vysokou úrovní jiných užitných vlastností.

Díky nízké tepelné vodivosti a vláknitému charakteru slámy mají materiály z ní vyrobené relativně nízkou tepelnou vodivost. Tepelná vodivost je silně závislá na objemové hmotnosti (míře slisování) slámy. Obecně lze říci, že zabudováním slaměných materiálů do konstrukce vnějšího pláště staveb lze přispět ke zlepšení jejich tepelně izolačních vlastností. Zřídka se používá neupravovaná sláma přímo jako tepelná izolace.

Co se týká obecně návrhu tepelně technických parametrů stavebních konstrukcí, v praxi se dnes ukazuje, že oproti dřívějším požadavkům, vedle požadavku na zimní tepelnou ochranu, se klade požadavek na letní tepelnou ochranu. U lehkých, dostatečně tepelně izolovaných staveb, nabývá na významu problém letní tepelné ochrany kvůli přehřívání vnitřního vzduchu v interiérech budov nadměrnými tepelnými zisky z oslunění. Přírodní materiály rostlinného původu vykazují oproti běžným silikátovým materiálům některé příznivé vlastnosti, zejména vysokou hodnotu tepelné kapacity (c [J.kg^-1.K^-1]). Užití takových materiálů pak zvyšuje schopnost tepelné akumulace konstrukcí. Tímto způsobem lze příznivě ovlivnit vnitřní klima v objektu z hlediska tepelné stability budov.

Tuto vlastnost lze využít zejména u takových konstrukcí, které mají nízkou schopnost akumulace tepla. Použití velmi lehkých syntetických tepelných izolací umožňuje snadný prostup teplotní vlny stěnovou konstrukcí (teplotní vlna prostupující z vnějšku konstrukcí může být způsobena např. osluněním vnějšího povrchu v letním období). V praxi se často požaduje vyřešit potíže s nízkou tepelnou stabilitou podstřešních prostorů obytných podkroví, jež se projevují neúnosně vysokými teplotami vnitřního povrchu střešní konstrukce v podkroví v letním období, způsobenými tepelnými zisky z oslunění. Užitím materiálů s vysokou tepelně akumulační schopností lze tyto problémy eliminovat nebo alespoň zmírnit.

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

V neposlední řadě poskytují materiály na bázi slámy dobré zvukově izolační vlastnosti, jak vzduchové neprůzvučnosti tak i akustické pohltivosti. Tyto vlastnosti však velmi závisí především na struktuře a objemové hmotnosti konkrétního typu použitého materiálu.

Nevýhodou slámy (stejně jako celé skupiny přírodních rostlinných surovin) je jistá vlhkostní citlivost. Dlouhodobé vystavení materiálu na bázi rostlinných vláken účinku nadměrné vlhkosti může způsobovat biologickou degradaci působením bakterií, plísní či hub. Proto by tyto materiály použité ve stavební konstrukci měly být vždy spolehlivě odděleny od zdrojů vlhkosti. Při správném návrhu a montážním provedení stavby by však s vlhkostí v konstrukci neměly být problémy. Další nevýhodou rostlinných materiálů bývá jejich hořlavost; ta se snižuje přísadami retardujícími hoření. Požární odolnost konstrukcí z hořlavých materiálů značně zvyšuje nehořlavá povrchová úprava (omítka nebo obklad). Přesto je z tohoto důvodu jejich použití vhodné spíše pro menší bytové stavby.

Využití slámy ve stavebnictví

Sláma je přírodní obnovitelnou surovinou jejíž použití ve stavebnictví zažívá v poslední době určitou renesanci. Sláma je produkt vznikající při pěstování obilí, lze ji většinou získat jako odpadní produkt zemědělství, proto lze její využívání ve stavebnictví chápat jako zužitkování druhotné suroviny.

Sláma se ve stavebnictví využívala již odedávna. Historicky tradiční je použití slámy v doškových střechách, ke zhotovování nepálených cihel "vepřovic", přes zimu na půdě uskladněná sláma stavení tepelně izolovala.

Zahraniční prameny uvádí, že jako jistou alternativu pro současné stavění lze využít slaměné balíky. Sláma se v zemědělství formuje do balíků kvůli lepší skladovatelnosti a manipulaci. Tyto balíky byly v několika případech bez dalších úprav přímo zabudovány do staveb. Při stavbě rodinných domků se dají využít například jako výplň dřevěného skeletu nebo dodatečná tepelná izolace zděné stavby. Nelze je však použít jako nosného materiálu pro zhotovení nosných částí budov. Použití slaměných balíků je výhodné zejména po ekologické stránce. Jejich použití na stavbách bylo zatím realizováno spíše ekologickými nadšenci. Po dožití stavby lze slámu z balíků jednoduše a nezávadně zlikvidovat kompostováním. Neupravená sláma má vysokou vlhkostní citlivost a sklony k degradaci vlivem vlhkosti (hniloba, plíseň).

Technicky vyspělejší a v praxi zajímavější je použití moderních slaměných desek. Slaměné desky jsou panely vyrobené z lisované slámy. Na rozdíl od slaměných balíků neseženete desky od zemědělců, ale jejich výrobou se zabývá specializovaná firma.

Slaměné panely ve stavebních konstrukcích

Hlavní surovina pro výrobu slaměných panelů slouží pšeničná sláma. Jádro desky tvoří slisovaná orientovaná slaměná vlákna a povrch panelů je opatřen kartonem z recyklovaného papíru připojeným k slaměnému jádru přírodním lepidlem. Do lisované slámy se přidávají přísady proti hlodavcům a zlepšující 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 surovinách.

Základní vlastnosti u nás dostupných slaměných panelů jsou následující:

• standardní rozměry 2600 x 1200 x 60 mm (délka, šířka, tloušťka)
• průměrné měrné hmotnosti:
  • 24 kg/m² - plošná hmotnost,
  • 398 kg/m³ - objemová hmotnost,
  • 74 kg - hmotnost st. panelu,
• průměrný součinitel tepelné vodivosti: λ = 0,102 W.m^-1.K^-1,
• součinitel prostupu tepla panelu U = 1,69 W.m^-2.K^-1 (R = 0,59 m².K.W^-1),
• průměrný difúzní odpor R_d = 4,3.10^-9 m.s^-1 (resp. r_d = 0,8 m, μ = 13),
• akustický útlum panelu 27dB.

Obr. 1: Vzhled vnitřku panelu ze slaměných vláken tuzemské produkce.

Možnosti pro využití slaměných panelů ve stavebnictví jsou poměrně široké. Jejich použití je však limitováno skutečností, že panely nelze použít jako nosné části konstrukcí. Mezi nejrozšířenější aplikace patří konstrukce interiérových příček (stabilní i mobilní), stropní podhledy, řešení půdních vestaveb obytných podkroví, opláštění dřevěných skeletů atd. Obecně je lze použít k obdobným účelům jako desky sádrokartonové, cemento-dřevovláknité desky nebo OSB desky (tech. pozn.: při použití jako opláštění rámů skeletu nemohou slaměné panely staticky spolupůsobit s rámem a plnit funkci plošného ztužení rámů skeletu). Racionální je aplikace slaměných desek při vytváření obytných podkroví. V podkrovních prostorech bývají často problémy s tepelnou stabilitou v letním období. Díky zvýšeným tepelně akumulačním schopnostem slaměných panelů lze tyto problémy zmírnit.

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

Montované stavby využívající slaměných panelů

Slaměné panely lze s výhodou použít pro opláštění dřevěného nosného skeletu montovaných staveb. Na našem území již bylo provedeno několik realizací staveb takových rodinných domů, přičemž zkušenosti s jejich užíváním jsou dobré. Nosnou konstrukci obvodových stěn tvoří dřevěný skelet, ten je z obou stran opláštěn slaměnými panely. Dutina mezi panely je kompaktně vyplněna tepelnou izolací z minerální vlny. Povrch panelů bývá opatřen tenkovrstvou stěrkovou omítkou. Slaměné panely se v těchto stavbách také využívají pro vnitřní dělící stěny, příčky a podhledy.

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

U budov tvořených popsanou konstrukcí lze prokázat vysokou úroveň některých užitných vlastností, neboť výše uváděné příznivé vlastnosti přírodního vláknitého materiálu se promítnou do užitných vlastností celého objektu.

Díky montované konstrukci je proces výstavby rychlý a nevnáší se do stavby objektu vlhkost, jako je tomu u klasických zděných budov. To vede k jistým úsporám tepla na vytápění v prvních letech užívání stavby oproti stavbám s mokrými procesy výstavby. Vnější stěny stavby mají velmi dobrou tepelně izolační schopnost, která je odvozena ze skladebného uspořádání materiálových vrstev s slaměnými deskami a výplní tepelně izolačního minerálně vláknitého materiálu. Vysoké tepelně akumulační vlastnosti dřeva i slámy poskytují vnitřnímu prostředí objektu dobrou tepelnou stabilitu v zimním i v letním období, takže nedochází v létě přes den k rychlému přehřívání vnitřního prostředí v domě, ani k rychlému vychládání budovy při přerušení vytápění v zimním období. Díky fyzikálním vlastnostem slaměných vláken lze v objektu předpokládat příznivý vlhkostní režim vnitřního vzduchu.

Na jednom realizovaném domě na bázi slaměných panelů bylo provedeno měření pro ověření jeho tepelně technických vlastností.

Popis sledovaného objektu a výsledky experimentálních měření

Stavba popisovaného domu se nachází v pardubickém kraji ve městě Přelouči. Jedná se o rodinný dům 3 + k.k. s příslušenstvím a garáží. Dům je přízemní, jednopodlažní bez podkroví, v půdorysném tvaru písmene L. Půdorysné rozměry jsou: 14 x 10 m, zastavěná plocha činí 115 m² s obestavěným prostorem 515 m³. Vnitřní dispozice objektu je patrná z půdorysného schématu na obrázku č. 5.

Spodní stavbu tvoří základ z betonových pásů, na nich je provedena železobetonová deska. Nadzemní část stavby je montovaná, tvoří ji dřevěná nosná konstrukce s vnitřním i vnějším opláštěním ze slaměných panelů s vloženou izolací z minerální vlny. Stěny jsou opatřeny stěrkovou vnitřní a vnější omítkou příp. obkladem. Tloušťka obvodových stěn činí 240 mm. Nezakryté části nosné dřevěné konstrukce jsou opatřeny protipožárním nátěrem. Vnitřní nenosné dělící stěny a podhledy jsou rovněž ze slaměných panelů. Konstrukce krovu je dřevěná s valbovou střechou se sklonem 25° s cementovláknitou krytinou.

Skladbu obvodové stěny tvoří 120 mm silná výplň z tepelně izolační minerální vlny Orsil jež je umístěna mezi dvěma slaměnými panely Stramit tloušťky 60 mm, povrch stěn je opatřen stěrkovými omítkami. Obvodové stěny budovy mají při své malé tloušťce (240 mm) vysoký tepelný odpor R = 4,32 m².K.W^-1. Pro zjištění nestacionárního teplotního chovaní stěny byly provedeny výpočty poměrné teplotní amplitudy, teplotního útlumu a fázového zpoždění teplotní vlny (viz obr. 3 a 4), které byly porovnány z hlediska výpočtových hodnot se stěnou, v jejíž skladbě byly místo slaměných desek použity cementodřevotřískové desky Cetris. Výpočtem stanovené fázové zpoždění teplotní vlny u stěny ze slaměných desek činí 6,9 hodiny a teplotní útlum 53.9, u identické stěny s deskami Cetris činí fázové zpoždění 3,2 hodiny a teplotní útlum 29.3. U skladby stěny se slaměnými deskami jsou výpočtové hodnoty dvakrát příznivější (pozn. při použití OSB desek nebo sádrokartonových desek lze očekávat výsledky méně příznivé).

Obr. 3 Nestacionární chování obvodové stěny budovy se slaměnými panely

Obr. 4 Nestacionární chování obvodové stěny budovy se slaměnými panely ve skladbě nahrazenými
cementodřevotřískovými deskami Cetris

Pro ověření tepelné stability objektu v letním období byly na objektu v létě na vybraných místech měřeny povrchové teploty obvodových stěn na vnitřních a vnějších stranách stěn. Měřením bylo prokázáno, že zatímco externí strana stěn se po část dne zahřívala vlivem oslunění a účinkem teplého vnějšího vzduchu, vnitřní strana stěny si zachovávala relativně stabilně svou původní teplotu. Tuto skutečnost dokumentuje graf naměřených povrchových teplot na obrázku č. 6. Průchod teplotní vlny od vnějšího líce konstrukce byl téměř neznatelný. To ukazuje, že vnitřní teplota v objektu je málo závislá na výkyvech venkovní teploty a potvrzuje předpoklad dobré vnitřní tepelné stability v objektu.

Obr. 5 Půdorysné schéma objektu s vyznačením míst měření povrchových teplot.
Hlavní půdorysné rozměry objektu jsou 14 x 10 metrů.

Obr. 6 Graf naměřených povrchových teplot v měřeném místě č. 7. Červená křivka ukazuje průběh teploty na vnějším povrchu. Modrá průběh teploty na vnitřním povrchu. Zatímco vnější strana stěny je zahřívána vlivem oslunění, na vnitřní straně se udržuje relativně stabilní teplota. Poloha a směrová orientace povrchu měřeného místa je patrná z obrázku půdorysu s vyznačenou směrovou orientací.

Dále byl v zimním období proveden termografický průzkum objektu pomocí infračervené kamery pro zobrazení povrchových teplot. Termovizní snímkování provedené z vnějšku i zevnitř objektu ukázalo, že teplota se po ploše obvodových stěn nijak výrazně nemění - viz snímky na obrázcích č. 7 a č. 8. Z toho lze usuzovat, že konstrukce stěn objektu neprokazuje žádná významná místa se zvýšeným prostupem tepla, tzv. tepelné mosty. A to ani v místech, kde stěnou prochází dřevěné sloupy nosného skeletu.

Obr. 7 Vlevo je snímek objektu pořízený termovizní kamerou. Dokumentuje homogenní rozložení teplot po ploše stěn obvodového pláště. Výplně dveřních a okenních otvorů mají vyšší teplotu způsobenou větším tepelným tokem oproti stěnám. Vyšší teplota střechy je způsobena osluněním. Vpravo je tatáž scéna zachycena běžným fotoaparátem.
Obr. 8 Vlevo je snímek části objektu pořízený termovizní kamerou dokumentující rozložení teplot po ploše obvodového pláště. Dobře patrná je teplejší výplň dveřního otvoru a část střešního pláště v horní části snímku. Vpravo je situace zachycena fotograficky.
Obr. 9 Vlevo je umístěn snímek z interiéru objektu pořízený termovizní kamerou zachycující horní roh místnosti, který stěnami sousedí s vnějším prostředím. V rohu je patrný pokles povrchové teploty, způsobený vlivem geometrie konstrukce. Nižší teplota v rozích vnějších místností je typická pro vnitřní kouty všech vytápěných budov, nezávisle na materiálu obvodových stěn. Vpravo je situace zachycena fotograficky.

Pro orientační zjištění energetické náročnosti budovy byla pro sledované období 27.1.2005 až 2.4.2005 měřena spotřeba plynu na vytápění objektu a současně byly sledovány vnější klimatické podmínky. Po zpracování dat jsou výsledky měření vyobrazeny v grafu - viz obrázek č. 10. Průměrná hodnota rychlosti větru v tomto období činila 3,3 m/s.

Obr. 10 Graf závislosti spotřeby energie v domě v závislosti na průměrné denní
teplotě vnějšího vzduchu (v měsících leden až duben 2004)

Uvnitř objektu byla v zimním období několikrát náhodně změřena relativní vlhkost vzduchu. Změřená relativní vlhkost vzduchu se držela v příznivých mezích 50 - 60 % relativní vlhkosti vzduchu při rozmezí teplot 21 - 22°C.

Výsledky měření na objektu z konstrukce využívající slaměných panelů potvrzují dobré užitné vlastnosti stavby vzhledem k schopnosti vytváření příznivého vnitřního mikroklimatu pro obyvatele domu. Přitom z hlediska ostatních vlastností, které se uplatní na vytváření dobrých vnitřní mikroklima v objektu, se jedná zejména o příznivé tepelně izolační poměry a dobrou tepelně akumulační schopnost domu. V dalším topném období bude provedeno detailní energetické měření v objektu pro vystavení tzv. energetického štítku budovy.

Závěrem chceme upozornit na to, že použití slaměných panelů není ve stavebnictví universální, v konkrétním případě je potřeba uvážit technické možnosti, použitelnost slaměných panelů jako polotovaru a zejména reálné účinky působících vlivů na materiál po zabudování do konstrukčního systému domu. To musí být doprovázeno snahou o racionální využití příznivých fyzikálních vlastností, které výrobek nabízí. Špatná technologie zabudování panelů do stavby může způsobit nízkou životnost, ať vlivem degradace materiálu vlhkostními účinky či mechanickým zatížením aj. Proto je doporučeno předem použití materiálů tohoto druhu konzultovat s dodavatelem nebo s výrobcem, zejména pro uplatnění ve vnějších stěnách. Pro výstavbu domů doporučujeme využití služeb specializovaných stavebních firem, které se zabývají aplikacemi těchto materiálů a používají pouze ověřenou technologii zabudování materiálů do stavby.

Doposud se jednalo spíše o průkopnické využití materiálů na bázi rostlinných slaměných vláken. Avšak získáním zkušeností s tímto novodobým konstrukčním materiálem, odstraněním počátečních těžkostí i mnohonásobným prověřením montážní technologie se podařilo najít racionální způsoby výstavby i větších objektů. Pro budoucnost se zdá nevyhnutelné rozšíření používání obnovitelných přírodních surovin. Tento předpoklad staví pro výrobce požadavek dalšího vývoje metod zušlechťování rostlinných vláken a pro investory domů poskytuje stavební materiály o výjimečných fyzikálních vlastnostech.

Tento příspěvek byl vypracován za podpory projektu GA ČR 103/05/H044 a výzkumného záměru MSM 0021630511

Použitá literatura:

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