arrows Analýzy, trendy arrows Stavební hmoty a výrobky arrowsEnvironmentálne vlastnosti drevených stavebných konštrukcií
grafické podklady: archiv autora
text: Jozef Štefko
číslo: 04/09
Environmentálne vlastnosti drevených stavebných konštrukcií

· Detaily pôvodnej zrubovej architektúry
Cieľom článku je prezentovať drevo ako obnoviteľnú surovinu, ktorej využitie v stavebných konštrukciách vedie k zníženiu energetickej náročnosti a záťaže životného prostredia a ktorá ponúka ekonomickú alternatívu spôsobu výstavby. Na príkladoch dokumentuje niektoré jeho prednosti, ktoré je už možné exaktne preukázať naznačenými metódami environmentálneho hodnotenia.
odeslat odeslat    tisk tisk
Prof. Ing. Jozef Štefko, PhD. (*1962)

Prof. Ing. Jozef Štefko, PhD.Pôsobí na Technickej univerzite vo Zvolene, je absolventom Stavebnej fakulty STU v Bratislave. Je odborníkom na drevené stavebné konštrukcie, najmä vo vzťahu k energetickej efektívnosti, trvalo udržateľnému rozvoju a stavebnej fyzike. V tejto oblasti na univerzite koordinuje aj výskumnú a vývojovú činnosť. Je spoluautorom publikácie Drevené stavby. E-mail: stefko@vsld.tuzvo.sk

Keby drevo bolo posudzováno ako stavebný materiál z hľadiska komplexu environmentálnych, mechanických, tepelnotechnických, estetických vlastností a dopadu na životné prostredie, zrejme by sme medzi ostatnými materiálmi nenašli obdobnú alternatívu. Vlastnosti dreva, príjemné pre človeka: nízka tepelná prijímavosť, schopnosť do určitej miery regulovať vlhkostný režim a pohlcovať škodlivé látky, príjemná aróma, tepelná ochrana, našli v minulosti v pôvodnej architektúre zrubových domov uplatnenie v príťažlivom tvare, bez toho, aby mal prostý staviteľ znalosti zo stavebnej fyziky, ekológie, alebo architektonickej kompozície. Návrat k drevenej architektúre je nielen vyjadrením hľadania pôvodných hodnôt v dnešnej rozkolísanej dobe. Človek, vystavený náporu pretechnizovanej civilizácie, zvlášť citlivo vníma každý dotyk s prírodou a prírodným materiálom. Fenomén drevenej architektúry v mnohých krajinách Európy neznamená len nadviazanie na tradíciu. Dôvodom je aj trend znižovania energetickej náročnosti, trvalo udržateľného rozvoja či snaha návratu k prírode a pôvodným hodnotám. Novodobé budovy na báze dreva sú charakteristické nízkou spotrebou tepla na vykurovanie a nízkymi hodnotami koeficientu prechodu tepla oplášťujúcich konštrukcií. Samotné drevo v stavebnej konštrukcii má zápornú bilanciu emisií – napríklad pri prepočte spotreby energie pri výstavbe, prevádzke a likvidácii budovy na produkciu kysličníka uhličitého – keďže počas rastu stromu pohltí viac škodlivín, ako ich po zabudovaní vyprodukuje. Natívne drevo tak nezostáva nič dlžné prírodnému prostrediu.

Moderná architektúra drevených stavieb (Gradient)
¤ Moderná architektúra drevených stavieb (Gradient)

Nízke zastúpenie dreva v stavebných konštrukciách v Českej republike a na Slovensku, napriek takej bohatej tradícii, má niekoľko príčin:

  • V celkovej spotrebe energie na stavby ešte stále nie je zdôraznená výrobná energetická náročnosť, náročnosť na dopravu a montáž. V cenách energie nie sú zreálnené ďalšie celospoločenské dopady, ktoré sú daňou za tzv. energetickú bezpečnosť, či ekologický a zdravotný dopad. Iné, energeticky oveľa náročnejšie materiálové bázy, ktoré viac zaťažujú životné prostredie, tak ponúkajú bezkonkurenčne nižšie ceny stavebných výrobkov.
  • Ešte stále je u investorov zakorenená určitá nedôvera ku drevostavbám. Vedomosti o výhodách využívania dreva pri konštrukciách sú dosť obmedzené. Drevostavby stále predstavujú vo vedomí ľudí provizórnu konštrukciu s nízkou trvanlivosťou, slabou izoláciou a náročnou údržbou a ešte stále u väčšiny ľudí znamenajú synonymum chudoby a nízkeho postavenia v spoločenskom rebríčku, hoci úroveň kvality, životnosti a architektonického detailu súčasných drevených stavebných konštrukcií sa značne odlišuje od zrubových či montovaných domov z minulého obdobia.
  • Regulatívy často smerujú rozhodnutia na určitý smer. Toto môže byť len veľmi ťažko ovplyvniteľné užívateľom. Ako príklad pre takúto prekážku sú nezmyselné protipožiarne obmedzenia v mnohých krajinách, ktoré zakazujú alebo obmedzujú využívanie dreva pri stavbách mnohých typov budov.
  • Pri konečnom rozhodnutí je nadradené technické riešenie. Zákazník sa zameriava pri výbere na technicky najlepšiu možnosť a najtrvácnejšie riešenie vždy, pokiaľ náklady na toto riešenie sú rozumné. Naopak vyššie ceny niektorých výrobkov z dreva v porovnaní s konkurenčnými výrobkami môžu byť akceptované len ak sú tu ďalšie vlastnosti, ktoré iné produkty nemajú, ako je napr. pozitívny image, estetická funkcia, technická nadradenosť (napr. lepšie izolačné vlastnosti).
  • Pretrváva nedostatok vedomostí a technických skúseností s výnimočnými vlastnosťami dreva. Toto nie je len prípad architektov, ale aj konečných spotrebiteľov, ktorí často nemajú dostatok informácií o dreve. Tieto obmedzené vedomosti často vedú k zlému využívaniu dreva a následne na to k problémom, ktoré spôsobujú negatívny efekt na celkové vnímanie dreva v stavbách.
  • Mnoho environmentalistov sa stále mylne domnieva, že stromy by mali zostať v lese s ohľadom na ochranu prírody. Ochrana prírody je určite veľmi dôležitá, ale je tu systém prírode blízkeho hospodárenia v lesoch, ktorý zabezpečuje trvaloudržateľné využívanie produktov z lesa bez poškodzovania prírody. Typickým vágnym argumentom, s ktorým sa stretávame dokonca aj v odborných časopisoch, je paradoxné stavanie použitia dreva do neekologickej pozície. Príklad: „keď vyrúbu posledný strom kvôli dreveným oknám, zanikne diskusia okolo materiálových báz okien“. Zabúda sa pritom na prognózu vo vyčerpaní zásob ropy a fosílnych palív.

V Európe je súčasný podiel nosných stavebných konštrukcií z dreva 10 % s prognózou zdvojnásobenia. Pre širšie uplatnenie dreva sa vytvárajú vládne podporné programy. Vývojové pracoviská v Európe intenzívne riešia okrem problémov horľavosti a požiarnej ochrany aj otázky zvukovej izolácie, stability, ekologických požiadaviek, konštrukčných systémov. Vznikajú nové architektornické smery v ponímaní drevených stavieb. Napríklad organická architektúra, ktorej kolískou je susedné Maďarsko, sa dostáva do povedomia celého sveta. Dôsledné využitie a maximálne zhodnotenie domácich surovín je charakteristickým znakom vyspelých ekonomík. Ak by malo byť zodpovednosťou štátu a štátnych inštitúcií v oblasti stavebníctva a bytovej politiky znižovať energetickú náročnosť, zachovať trvalo udržateľný rast a znížiť dopady na životné prostredie – tak ako to vidieť vo vyspelých štátoch – nezaobíde sa bez podpory trvalo udržateľných stavebných konštrukcií. Drevo začína byť vnímané ako strategická surovina stavebníctva v 21. storočí. Snaha o trvaloudržateľný rozvoj vnáša do spoločnosti určité znepokojenie, keďže vedie k snahe o znižovanie spotreby. Spotreba je na druhej strane kľúčovým poháňadlom ekonomiky, pretože ekonomický rast požaduje narastanie spotreby. Pre funkciu demokratických systémov to spravidla prináša značné ťažkosti. Spotreba je problémom vtedy, ak spotrebujeme konečné, nie trvalo udržateľné zdroje. Z trvalo udržateľných zdrojov energie je najdôležitejšie a najdostupnejšie slnko. Pre získanie a uchovávanie slnečnej energie je z environmentálne priateľských alternatív najvýhodnejšia fotosyntéza a rast stromov.
Výhodnosť dreva ako perspektívnej suroviny 21. storočia v stavebníctve vyplýva z jeho prírodnej podstaty a komplexu vynikajúcich vlastností. Pri jeho použití v stavebných konštrukciách je potrebné rešpektovať najmä skutočnosť, že sa jedná o prírodný materiál s priaznivými mechanickými vlastnosťami pri nízkej hmotnosti, výhodnými technologickými vlastnosťami, ako je ľahká opracovateľnosť, schopnosť spájania a nízka spotreba energie pri výrobe stavebných dielcov, ich doprave a likvidácii stavebného objektu.
Postavenie dreva je potrebné posúdiť aj z globálneho hľadiska predpokladanej dostupnosti surovinových zdrojov v 21. storočí. Drevo ako trvalo obnoviteľnú surovinu v udržovaných lesoch s priaznivými environmentálnymi vlastnosťami postaví do popredia najmä očakávané dočerpanie zásob pevných, tekutých a plynných palív. Nastáva potreba znižovať ohrozenie zemskej atmosféry skleníkovými plynmi, z ktorých 61 % tvorí CO2 ako produkt spaľovania. Nezanedbateľný fakt je trvalá  obnoviteľnosť dreva, pri ktorej sa počas rastových procesov fotosyntézou vytvára kyslík a odčerpáva CO2, pričom uhlík sa akumuluje v biomase. Drevené stavebné konštrukcie znamenajú vo všeobecnosti vyššiu úroveň tepelnej ochrany.
Snahou projektantov je znížiť celkovú energetickú bilanciu budovy už v štádiu návrhu. Ukazuje sa, že ekonomickým riešením hrubej stavby budovy s nízkou spotrebou energie (popri aplikácii technických zariadení na využitie spätného získavania tepla a slnečnej energie) je práve uplatnenie konštrukcií na báze dreva.

Drevená konštrukcia energeticky pasívneho domu
¤ Drevená konštrukcia energeticky pasívneho domu

Pri plánovaní zlepšenia tepelnej ochrany – to platí aj pre nové budovy – si treba uvedomiť nasledovné skutočnosti:

  • Ceny energie zďaleka nedosiahli vrchol – ich radikálne zvýšenie naopak ešte len očakávame.
  • Ceny energie bude diktovať nielen zhoršujúca sa situácia v zásobách fosílnych palív, ale aj politika monopolov.
  • V súvislosti so vstupom novoprijatých štátov do menovej únie bude devalvovať národná i európska mena.
  • Ceny stavebných prác budú narastať.
  • Sprísňovať sa bude legislatíva v tepelnej ochrane budov.
  • Skvalitňovať sa budú verejnosťou vžité štandardy na tepelnú ochranu (napr. energeticky pasívne domy budú rovnakou samozrejmosťou, ako sú dnes eurookná s nízkymi U-hodnotami zasklenia). So štandardom budú narastať aj investičné nároky.
  • Pri vysokej spotrebe energie v celej spoločnosti sa budú radikalizovať i dopady na životné prostredie a príroda sa bude brániť o to úpornejšie. Šetrenie energie sa stane denným programom všetkých.
  • Po zavedení energetickej certifikácie budov trhová cena nehnuteľnosti bude v podstatnej miere závisieť od energetickej efektívnosti.
  • Zavedená energetická certifikácia budov sa premietne do trhovej ceny nehnuteľnosti ktorá bude vo zvýšenej miere závisieť od energetickej efektívnosti.
  • V EÚ sa pripravuje zavedenie aj ekologickej certifikácie.

Z pohľadu tepelnej ochrany a pri súčasných normatívnych požiadavkách začínajú byť aktuálne sendvičové obalové plášte budovy na báze dreva s vrstvou vysokoúčinnej tepelnej izolácie. Taký konštrukčný systém je charakterizovaný nízkou hmotnosťou a objemom nosných prvkov konštrukcie. To umožňuje aplikáciu tepelných a zvukových izolácií bez neúmerného zväčšovania hrúbky samotnej konštrukcie. Ak porovnávame súčasnú štandardnú ponuku výrobcov stavebných hmôt a konštrukcií pre obytné a občianske budovy na rôznej materiálovej báze, pri približne rovnakej investičnej náročnosti (berúc do úvahy dodávku i montáž stavebnou firmou), sú tepelno-technické charakteristiky stien v skladbe drevených domov podstatne lepšie. To sa premieta aj do celkovej nižšej spotreby tepla na vykurovanie. Napríklad pre platné národné normy v mnohých európskych štátoch je normatívna hodnota súčiniteľa prechodu tepla steny U ≤ 0,3 W/(m2K). Tomu zodpovedá stena z klasických dierovaných tehál o celkovej hrúbke 1 992 m, alebo stena z vyľahčených keramických tvaroviek hrúbky 440 mm a tepelnoizolačnej omietky, alebo z tvaroviek hrúbky 380 mm s prídavnou tepelnou izoláciou. U budov na báze dreva, pri použití klasickej konštrukcie obalového plášťa, je postačujúca celková hrúbka steny 215 mm.
Efektívnosť konštrukčného systému na báze dreva sa ukazuje najmä pri nízkoenergetických a energeticky pasívnych domoch. Keďže dominantným materiálom v skladbe progresívnych oplášťujúcich konštrukcií na báze dreva je vysokoúčinná tepelná izolácia, popri úspore hrúbky je možné efektívnym spôsobom docieliť vysoký izolačný štandard. Ako nosná konštrukcia drevených nízkoenergetických domov a energeticky pasívnych domov prichádza do úvahy drevená rámová konštrukcia; stenová konštrukcia z priestorových tvaroviek; alebo prefabrikovaná stenová konštrukcia z celostenových dielcov na báze lepeného dreva. Pri najjednoduchšej rámovej konštrukcii je možné použiť štandardné prvky rámu s dimenziou cca 60/140 mm a s tepelnoizolačnou výplňou, ktoré sa kvôli dosiahnutiu potrebnej hrúbky obojstranne doplnia prídavnými vrstvami izolácie – napr. vonkajším zatepľovacím systémom s odvetranou vzduchovou medzerou a vnútornou inštalačnou vrstvou.
Ďalšou ekonomickou možnosťou je použiť rám zo zložených priere- zov – I profilov alebo skriňových profilov so stienkami z OSB dosák. Takéto profily okrem lepšej priestorovej stability ponúkajú jednoduchší spôsob výstavby. Subtílne stienky z OSB značne eliminujú vplyv systémových tepelných mostov.

Diagram životného cyklu budovy v interakcii s environmentálnym systémom
¤ Diagram životného cyklu budovy v interakcii s environmentálnym systémom

Metódy environmentálneho hodnotenia
V súvislosti s environmentálnym hodnotením budov existuje niekoľko skupín problémov, ktoré sú charakterizované nasledovnými otázkami:

  • Aká je kvalita užívateľského komfortu, definovaná celým radom objektívnych merateľných indikátorov, ako je: teplotný stav, vlhkostný stav, sálanie, prúdenie vzduchu, vizuálna a akustická pohoda, prítomnosť znečisťujúcich látok, mykotoxínov a alergénov, bezprašnosť, elektrický náboj, elektromagnetický smog, PH prostredia apod.; alebo subjektívnych faktorov: estetika prostredia, farba a textúra povrchov, bezbariérovosť, informačný systém, prítomnosť pozitívnych stresových javov (napríklad krátkodobé vyvetranie čerstvým vzduchom) apod.?
  • Aká je energetická efektívnosť budovy a akú environmentálnu záťaž, vyčíslenú v množstve emisií do prostredia v prevádzkovom štádiu, budova predstavuje?
  • Aký zdroj energie budova spotrebuje na svoju prevádzku (neobnoviteľný, alebo obnoviteľný)?
  • Akú environmentálnu záťaž predstavujú materiály, zabudované do stavby?
  • Akú stopu zanechá budova v prírodnom prostredí počas celého životného cyklu, tj. od výroby stavebných materiálov, dopravy na miesto stavby, montáže, prevádzky, údržby až po likvidáciu a prípadnú recykláciu?

Metódy environmentálneho hodnotenia budov sa vyvíjajú už zhruba 20 rokov a na ich základe postupne vznikli výpočtové modely a softverové nástroje, ktoré sa odlišujú rozsahom a mierou hodnotenia jednotlivých faktorov. Environmentálne hodnotenie budov v súvislosti s princípmi trvalo udržateľného rozvoja predstavuje komplexný multidisciplinárny a multikriteriálny problém, pričom komplexnosť sa prejavuje vo všetkých úrovniach hodnotenia. V súčasnosti sa stále vo väčšej miere presadzuje užívateľský komfort, teda okrem ekonomických a technických parametrov sa do nich zahrňujú aspekty sociálne, psychofyziologické a kultúrne. Dnes už je známych niekoľko desiatok metód, pričom niektoré sú na úrovni pomocných nástrojov pre projektantov a niektoré sa postupne zapracovávajú do legislatívy na národných alebo nadnárodných úrovniach. Podľa úrovne zamerania ich možno rozdeliť na:

  • modely zamerané na hodnotenie environmentálnych parametrov materiálov a konštrukčných prvkov (napr. ENVEST, BEES, OI3Kon);
  • modely zamerané na posudzovanie výrobných procesov (napr. GEMIS);
  • modely vychádzajúce z komplexného hodnotenia budov z hľadiska vnútorného prostredia, ale i z hľadiska vplyvu budovy na trvalú udržateľnosť vonkajšieho prostredia (napr. LEED, BREEAM, Green Globes, EcoProfile, CASBEE, HK-BEAM, NABERS).

V súvislosti s environmentálnym hodnotením je najviac pertraktovaná Metóda LCA (Life Cycle Assessment – Metóda posudzovania životného cyklu). Všeobecne sa používa na určenie negatívnych dopadov ľubovoľného systému na životné prostredie. Metóda LCA je popísaná prostredníctvom súboru medzinárodných noriem (ISO 14040–49). Podstatou metódy je určenie materiálových a energetických tokov smerom dovnútra a smerom von zo systému. Hlavnou prednosťou tejto metódy je práve systémový pohľad, pričom celý systém je sledovaný od začiatku zaťažovania životného prostredia (ťažba surovín, výroba stavebných materiálov a výrobkov), v priebehu užívania (prevádzka budov), až po likvidáciu (recyklácia). V celom procese je taktiež sledovaná spotreba palív a energie.
Súčasťou metódy LCA je posúdenie negatívnych vplyvov na životné prostredie, ako napríklad spotreba neobnoviteľných zdrojov energie, a s tým súvisiaca produkcia emisií CO2.
Na základe metódy LCA boli vyvinuté viaceré výpočtové modely a softverové nástroje na hodnotenie a porovnávanie stavebných materiálov, konštrukcií, technických zariadení i budovy ako celku (EcoEffect vo Švédsku, ENVEST vo Veľkej Británii alebo ATHENA v Kanade). Metóda LCA vyžaduje pomerne veľké množstvo vstupných údajov, ktoré je nutné priebežne aktualizovať.
Pri porovnaní celkovej energetickej náročnosti budov začína stále väčšiu úlohu zohrávať aj energetická náročnosť na ich výstavbu. Zvýšenie cien energie sa výrazne prejavilo aj vo výrobnej sfére a v doprave. Tu sú zaujímavé porovnania energetickej náročnosti pri výrobe rôznych stavebných hmôt a konštrukcií a pri ich doprave (závisiacej od hmotnosti prepravovaných hmôt a dielcov). Pri  porovnaní mernej spotreby energie na výrobu 1 t nasledujúcich materiálov vzhľadom na drevo vychádza nasledovná bilancia:

  • pálená tehla – 3násobná;
  • cement – 4násobná;
  • betón – 6násobná;
  • konštrukčná oceľ – 24násobná;
  • zliatiny hliníka – 126násobná.

Nízka hodnota energetickej náročnosti drevených nosných konštrukcií sa ešte zreteľnejšie prejaví v porovnaní s ostatnými materiálmi, ak zoberieme do úvahy nízky pomer hmotnosti nosného prvku k jeho únosnosti. Na príklade typického prvku konštrukcie strechy – krokvy s dĺžkou 7,3 m, s rovnakou únosnosťou, vidíme jasný 29násobný rozdiel energetickej náročnosti (tab. 1). Energetická spotreba pri výrobe vybraných stavebných materiálov je v tab. 2. Podľa niektorých štúdií pri výstavbe dvojpodlažnej budovy s ľahkou drevenou konštrukciou namiesto železobetónovej s úžitkovou plochou 5000 m2 možno usporiť až 1/3 energie, čo predstavuje úsporu okolo 5800 GJ. Pri modernom prístupe k spôsobu výstavby, ktorý zohľadňuje širšie chápané súvislosti, nielen technické či krátkodobé ekonomické záujmy, ponúkajú budovy na báze dreva perspektívnu alternatívu. Iste, možno hovoriť aj o ich slabých miestach, ktoré sa však za cenu menších či väčších nákladov dajú eliminovať. Dnešná úroveň poznania i realizačnej praxe to umožňuje. Ťažko ale vyvrátiť argument, že vo vyspelých štátoch s náročnými užívateľmi majú drevostavby a drevené konštrukcie vysoký a stúpajúci podiel.

Materiál

Objem prvku

Hmotnosť

Energetická náročnosť na výrobu a dopravu

Drevo (smrek)

0,125 m3

87,5 kg

55,8 MJ

Železobetón

0,173 m3

440 kg

1660 MJ

Tab. 1. Porovnanie výrobnej energetickej náročnosti typickej krokvy

Energetická spotreba

Rezivo

Lepené lamelové drevo

Betón

Železobetón

Oceľ

kWh/m3

660

1200

500

1600

51 000

kWh/kg

1,50

2,70

0,20

0,67

6,40

Tab. 2. Spotreba energie na výrobu vybraných stavebných materiálov [WINTER 1995]

Produkt

Energia (GJ/m3)

Čistá hodnota vyprodukovaného uhlíka (kg/m3)

Impregnované drevo

1,2

–228

Kompozitné drevné materiály

4,5

–168

Konštrukčná oceľ

448,0

8117

Železobetón

7,3

182

Hliník

362,0

6325

Tab. 3. Energia požadovaná na výrobu a čistý výdaj uhlíka z výroby stavebnýchmateriálov (Buchanan 2003)

Súčasné drevené zrubové konštrukcie
¤ Súčasné drevené zrubové konštrukcie s vysokým podielom natívneho dreva ako materiálu s nízkou energetickou náročnosťou a environmentálnou záťažou

Typické drevostavby
¤ Popri vynikajúcich fyzikálnych vlastnostiach sú typické drevostavby spojené s pôsobivým estetickým a psychologickým dojmom

Detaily pôvodnej zrubovej architektúry 
¤ Detaily pôvodnej zrubovej architektúry


Lektor článku: prof. Ing. Ivan Chmúrny, PhD. Profesor na Stavebnej fakulte STU v Bratislave



Licence Creative Commons

www.casopisstavebnictvi.cz podléhá licenci Creative Commons
Uveďte autora | Neužívejte dílo komerčně | Nezasahujte do díla 3.0 Unported
.

RSS
Líbí se nám: Vše o stavbách a architektůře najdete na 4stav.cz. Použité stroje jako brusky, lisy a jiné naleznete na AKKstroje.cz. Studijní materiály nejen o stavebnictví, ale i strojírenství a zeměpis najdete na Škola, studium, wiki. Pomozte klikem, udělejte dobrou věc a přečtěte si v magazínu nejen o životním stylu.
© 2007