Přírodní materiály – složka udržitelného stavebnictví

Po konci druhé světové války vznikla tíživá situace vyvolaná narůstajícími obavami z dalšího vojenského konfliktu. Plynula z křehké stability zaviněné antagonismem jaderných velmocí a jejich experimenty s atomovými zbraněmi. Nastalo období neklidu s lokálními střety jako např. válka v Koreji, které hrozily, že přerostou v nový globální konflikt. Svět prožíval napjaté období studené války.

Vedle toho si obyvatelé Země začali od druhé poloviny dvacátého století uvědomovat další typ civilizační hrozby. Souvisela se stupňovanou exploatací přírodních zdrojů a nešetrnými procesy, které doprovázely zužitkování neobnovitelných surovin využívaných především jako nosiče energie.

Z toho plynula enormní zátěž životního prostředí. Tato nebezpečí již od padesátých let dvacátého století a ve zvýšené míře v následujících desetiletích postupně přerostla do obtížně řešitelného problému.

Jedná se o téma, v němž se vedle odborníků ze společenských, přírodovědných a technických oborů významně angažují také ekonomové a politici.

Reakce na změny

Důležité události, které ovlivnily procesy ochrany životního prostředí, proběhly na konci šedesátých let a v sedmdesátých letech dvacátého století. K otevření témat zaměřených na budoucnost lidstva a podporu globálních výzev byl v roce 1968 založen Římský klub.

Své vize shrnul do publikace Limity růstu, která se stala jedním z podkladů k zahájení první světové konference o životním prostředí.

Pod záštitou OSN se konala v roce 1972 ve Stockholmu. Vydala deklaraci, jejíž šestadvacet bodů chápeme i dnes jako postuláty udržitelného rozvoje.

Cílem bylo, aby se v oblasti životního prostředí a výstavby:
a) respektovaly požadavky vedoucí k ochraně přírodních zdrojů,
b) zachovala se schopnost Země vyrábět z obnovitelných surovin,
c) našly se optimální cesty při plánování lidských sídel.

V následujícím roce (1973) potvrdil vážnost situace politicky a obchodně vyvolaný zlom. Způsobila jej kolize mezi producenty a odběrateli ropy. Dostala název ropný šok, který přerostl v první globální energetickou krizi.

Člověk stál na prahu dosud nepoznaných dějů, které jej inspirovaly k zamyšlení nad situací, jak se zachovat v případě omezení nebo ukončení těžby fosilních zdrojů energie. Nastartoval se komplex úsporných opatření a ve větší míře byl zahájen rozvoj technologií využívajících obnovitelné zdroje.

Vzniklo odvětví environmentálně šetrného stavitelství, které například urychlilo a rozvinulo témata spojená s pasivními a aktivními způsoby využití sluneční energie. Začala výstavba solárních budov, schopných efektivně zužitkovat potenciál energetických účinků naší nejbližší hvězdy. [3]

Pro architekturu se otevřela brána k rozvoji dosud málo frekventovaných nebo spíše tehdy ještě neověřených a neznámých technologií. Praktikující architekti a inženýři stanuli před výzvou, aby si je osvojili a na potřebné tvůrčí úrovni zaváděli do svých projektů.

Při hledání alternativ našla v těchto procesech své místo také výstavba budov z přírodních stavebních materiálů. Na konci sedmdesátých let vyvstaly otázky spojené s klimatickou změnou. Hovořilo se tehdy především o globálním oteplování. Holistický (celostní) pohled na nastalý stav se začal odvíjet později.

Získané poznatky byly deklarovány na první světové klimatické konferenci konané v roce 1979 v Ženevě. V tehdejší ČSSR je zprvu s potřebnou vážností a důležitostí vnímala jen nepočetná skupina odborníků a mladých aktivistů. Všeobecný respekt získaly až v následujících desetiletích.

Mezník v nahlížení na tvorbu a ochranu životního prostředí vymezila konference Summit Země konaná v roce 1992 v Rio de Janeiro. Byla na ní uzavřena Rámcová úmluva OSN o změně klimatu. Její signatáři – v současné době je to více než 180 zemí – se zavázali „zabránit antropogenně vyvolané nepříznivé změně klimatu“. [10]

Summit vydal také dokument nazvaný Agenda 21. Šlo o globální strategický a akční plán světového společenství, který stanovil konkrétní kroky směřující k udržitelnému rozvoji.

Současná situace

První dvě decennia 21. století můžeme charakterizovat jako období, v němž pronikavými antropogenními zásahy do přírodních procesů získala změna klimatu jasnější kontury, nežli tomu bylo ještě před několika málo lety.

Ty nejdůležitější jsou charakteristické:
a) rychle se zvyšujícím počtem obyvatel Země a nároky na zajištění jejich potřeb,
b) požadavky obyvatel dosud zaostalých částí světa na zvýšení životní úrovně a s tím související globální migrace,
c) trendem dlouhodobě stoupající koncentrace antropogenních skleníkových plynů, kterými jsou vodní pára, oxid uhličitý CO₂, metan CH₄, ozon O₃, oxid dusný N₂O, částečně a zcela fluorované uhlovodíky HFC a PFC, fluorid sírový SF6, freony a další plyny,
d) acidifikací prostředí oxidy síry SOx,
e) degradací zemědělské a lesní půdy,
f) prohlubujícím se deficitem podzemních vod, usycháním lesů a šířením škůdců,
g) ztrátou biodiverzity,
h) enormní produkcí odpadu a jeho obtížnou a mnohdy neefektivní likvidací.

Současnost je vnímána v kontextu prohlubující se globální změny klimatu a jejího vlivu na ekosystémy. I přes hlasy skeptiků vstupují důsledky klimatické změny do všední každodennosti a týkají se všech odvětví lidské činnosti i každého jednotlivce.

Potvrdila to v roce 2015 v Paříži pořádaná konference OSN, kdy poprvé došlo k celosvětové dohodě o snižování dopadů klimatických změn. Její závěry mají vejít v platnost v roce 2020.

V těchto procesech se nachází nezanedbatelný prostor pro aktivity v oblasti přírodě vlídné architektury, založené na aplikaci materiálů s úzkou uhlíkovou stopou. Tomuto požadavku vyhovují přírodní stavební materiály.

Je potřeba hospodárně využívat pitnou vodu, stavět energeticky úsporněji, hledat cesty ke snížení produkce skleníkových plynů, a to zvláště když si uvědomíme, jak jsou budovy energeticky a environmentálně náročné [13]:
a) spotřebují 70 % elektrické energie,
b) produkují 65 % odpadu,
c) spotřebují 12 % vody,
d) generují 30 % emisí skleníkových plynů.

Cílem je, aby i Evropa směřovala k tendencím, které zohlední tyto požadavky. K tomu byla vydána a několikrát novelizovaná směrnice EPBD (Energy Performance of Buildings Directive), podle níž se do roku 2020 má oproti roku 1990 omezit ekologická zátěž. [6]

Jedná se o snížení emise skleníkových plynů o 20 % a v případě mezinárodní dohody až o 30 %. Příklad produkce emisí CO₂ připadajících na kilogram látky je vyjádřen v grafu na obr. 1. Je z něj patrné, že záporné hodnoty se nacházejí u přírodních materiálů – slámy, dřeva, korku nebo lnu.

To znamená, že v rámci jejich životního cyklu – růstu, se více hmotnostních jednotek CO₂ uloží do rostlinných tkání, nežli je uvolněno do atmosféry. Jiná je situace u materiálů z neobnovitelných surovin, např. betonu, oceli nebo keramiky.

U nich je bilance aktivní, což souvisí s energetickou náročností a produkcí emisí skleníkových plynů uvolněných při jejich výrobě. Totéž se týká prezentovaných tepelných izolací z expandovaného a extrudovaného polystyrenu, vláknitých izolací i pěnového skla.

Směrnice předepisuje snížení spotřeby energie o 20 %. Tento požadavek vede k průběžným revizím normativních předpisů, což se projevuje výstavbou energeticky úsporných budov.

Očekává se, že 20 % energetické potřeby pokryjí obnovitelné zdroje. Podle mezinárodní metodiky výpočtu EUROSTAT – SHARES činil v ČR v roce 2017 podíl obnovitelných zdrojů energie na konečné spotřebě 14,76 %. [1]

Přírodní stavební materiály

Obnovitelné přírodní materiály můžeme v procesu výstavby a provozu budov vnímat ve dvou rovinách:

a) na pokrytí energetických potřeb – jako nosiče energie, kam například patří v různých formách zpracovaná biomasa – palivové dříví, dřevní štěpky, pelety, brikety lisované z dřevěných pilin nebo rostlinných vláken, řepka použitá jako komponent pohonných hmot nebo látky rostlinného a živočišného původu, ze kterých je možno produkovat bioplyn;
b) jako stavební materiály – k tvorbě hmot, pro nosné a nenosné konstrukce, kterým se v článku budeme dále věnovat.

Přírodní materiály byly po celá staletí používány k výstavbě domů. Uplatnění nacházely především na venkově. [8] Lidé, kteří s nimi pracovali, dobře věděli, že se jedná o zdravotně nezávadné hmoty a také to, že jejich příznivou vlastností byla schopnost je znovu použít nebo snadno recyklovat.

Známé jsou budovy postavené z různých forem nepálené hlíny, která se buď tloukla – „nabíjela“ do bednění, nebo se z ní vytvářely cihly a války, případně se použila na vytváření stěn nakládáním – vrstvením. Pro vhodné užitné vlastnosti se hlína úspěšně používala pro výrobu omítek.

V oblastech s dostatečným množstvím dřeva se budovaly domy roubené, hrázděné nebo z oboustranně deštěných sloupkových konstrukcí a výplní ze slámy nebo konopného pazdeří. Jako střešní krytina se používaly slaměné nebo rákosové došky, dřevěné štípané šindele nebo šablony z břidlice.

Výjimečné nebyly ani objekty se stěnami zcela nebo zčásti vyzděnými z kamene. Stavebníci se řídili místními zvyklostmi a respektovali stavební praxí ověřená pravidla.

I když o architektonické tvorbě neměli žádné znalosti – stavěli architektonicky kvalitně; ač neznali stavební fyziku, přesto jejich domy netrpěly na vnitřních površích kondenzací vodní páry a výskytem plísní; třebaže neznali problematiku stability budov – jejich stavení se nehroutila atd.

Všechny stavitelské postupy konali s podporou řemeslného fortelu. Nesmíme si však dělat iluzi, že tohle bylo vlastní všem stavebníkům. Postavit dům nebylo nikdy nic jednoduchého.

A tak i v dřívějších dobách se specializované práce svěřovaly zednickému mistrovi, zkušenému tesaři, osvědčenému truhláři a dalším spolehlivým řemeslníkům.Po desetiletích trvající odmlce jsme se z přírodních materiálů učili stavět od našich sousedů – nejčastěji Rakušanů (obr. 2, 3).

Zkušenosti s domy ze slámy jsme získávali také ve Švýcarsku, severní Itálii (obr. 4) a o hliněných stavbách jsme se novinky dovídali ve Francii. V ČR se přírodní materiály začaly ve větší míře uplatňovat teprve od druhé poloviny devadesátých let dvacátého století.

Stavebníci se nejprve vraceli ke dřevu, na které se u nás v předešlých obdobích téměř zapomnělo. Posléze k němu přibyla hlína a suroviny jako jsou sláma, rákos, konopí, len, ovčí vlna a další. Z lisované slámy se ve východních Čechách v obci Jedousov u Přelouče vyrábějí 35 a 60 mm tlusté desky.

Produkt umožňuje vytvářet suchou montáží celé domy s obvodovými panely a příčkami. Kromě dřeva a slámy, která po slisování může plnit i nosnou funkci, jsou ostatní hmoty používány jako tepelně nebo zvukově izolační materiály nebo také jako materiály dekorační.

Lze konstatovat, že v současnosti je o budování staveb, které jsou koncipovány z přírodních stavebních materiálů, zájem s tendencí jeho nárůstu.

Zároveň však musíme upozornit, že tento typ výstavby se zřejmě nestane všeobecným trendem, který by výrazněji konkuroval u nás zažitým zděným nebo betonovým technologiím, a to ani na venkově. Přesto si nachází celkem početný okruh příznivců.

Proto je potřeba tuto problematiku dlouhodobě sledovat, rozvíjet, studovat a zabývat se jí. Realizace s uplatněním přírodních materiálů, někdy i na rozdíl od staveb budovaných konvenčními technologiemi, splňují potřebné atributy, abychom je mohli považovat za udržitelné.

Jedná se o:
a) architektonickou kvalitu,
b) nízkou energetickou náročnost,
c) úzkou stopu definovanou skleníkovými plyny,
d) snadnou údržbu,
e) minimální environmentální zátěž při jejich likvidaci,
f) schopnost je poměrně snadno recyklovat.

Stavby z přírodních materiálů splňují podmínky, aby odpovídaly požadavkům kladeným na ochranu životního prostředí. Umožňují vytvořit efektivní budovy v úrovni všech energeticky úsporných kategorií, včetně domů pasivních. [4]

Příznivé hledisko jim poskytuje skutečnost, že jsou budovány z místních surovinových zdrojů, popřípadě z materiálů, k jejichž získání je potřebná malá dojezdová vzdálenost. Potěšitelné je také to, že u staveb z přírodních materiálů došlo za uplynulých téměř třicet let ke zvýšení jejich architektonické úrovně.

Přispěly k tomu také kvalitně odvedené řemeslné práce, vykonané školenými pracovníky. Velmi důležité je, že se návrhům s přidanou hodnotou estetické kvality věnují vysokoškolsky graduovaní architekti.

Také se však někdy stává, že se stavebníci opájejí představou, že dům z přírodních materiálů jsou schopni postavit levně a vlastními silami.

Domnívají se, že tento způsob výstavby je jednoduchý a svépomocnou výstavbou mohou ušetřit stavební náklady. Mnohdy je potom čeká překvapující zjištění, že na práci nestačí, nemají k ní dostatečnou erudici, chybí jim vzdělání a řemeslné dovednosti.

Jdou cestou pokusu a omylu, což vede k neúměrně dlouhé době výstavby a také k prodražení stavby. Proto je potřeba si uvědomit, že svépomocně budovanou stavbu z přírodních materiálů je potřeba zahájit jen po náležité přípravě.

Patří k ní:
a) studium specifických vlastností přírodních materiálů,
b) zahájení stavby svépomocí až po získání nezbytných zkušeností a způsobilosti, nejlépe po absolvování školení a kritických workshopů nebo kurzů vedených osvědčenými lektory,
c) kvalitně a profesionálně zpracovaný projekt (včetně systémových nebo dílčích stavebních detailů a projektu profesí – vytápění, rozvodu plynu, vodovodu, kanalizace, elektroinstalace atd.),
d) pečlivé posouzení návrhu z hlediska stavební fyziky,
e) možnost obrátit se s žádostí o dobrou radu na odborníka – projektanta, konzultanta.

Pokud tuto koncepci stavebník odmítne nebo má překážky k jejímu akceptování, potom mu lze doporučit, aby si stavbu nechal navrhnout a postavit od toho, kdo už se s realizací budov z přírodních materiálů seznámil, získal s nimi dobré výsledky a může je doložit referencemi.

Realizace domů z přírodních materiálů

Starým a velmi frekventovaným materiálem aplikovaným při výstavbě budov je hlína. [14] Dříve se v převážné míře používala v oblastech, kde se těžila přímo v místě výstavy. Bylo to na lokalitách, která se nazývala hliniště nebo také hliník.

Hlína se používá pro tvorbu svislých nosných konstrukcí, příček, ve stropech a také ve formě podlahových mazanin. Dnes se pro ni nachází uplatnění při výrobě širokého sortimentu kvalitních omítkových směsí.

Nezanedbatelná je rovněž aplikace hlíny při formování štukových ozdob a umělecky pojatých zdobných reliéfů v interiéru i exteriéru budovy.

Cihly z nepálené hlíny a hliněné omítky jsou používány i v domech, které jsou postaveny v dnes obvyklých technologiích, například v betonových skeletech nebo ve zděných stěnových systémech s nosnými konstrukcemi z vypalované keramiky.

Takovým objektem je například brněnská novostavba administrativní budovy Nadace Partnerství (obr. 5). Zajímavým a energeticky vhodným materiálem je sláma. Její součinitel tepelné vodivosti se podle orientace vláken pohybuje v rozmezí λ = 0,052 až 0,080 W/(m . K). [5]

I když v zahraničí našla brzy uplatnění, u nás se dlouho setkávala s mnoha předsudky a problémy. Především proto, že byla považována za hmotu, která nemůže splnit požadavky požární ochrany. Obavy rovněž plynuly od její zranitelnosti biologickými škůdci – hlodavci, hmyzem a plísněmi.

Poznatky, získanými při realizacích a laboratorních zkouškách, se zjistilo, že při zachování potřebných technologických postupů jsou tyto obavy zbytečné.

Například 30. června 2011 byla v požární zkušebně PAVUS ve Veselí nad Lužnicí úspěšně ukončena série požárních zkoušek obvodových stěn pro nízkoenergetické a pasivní domy, realizovaná na Fakultě stavební ČVUT v Praze v rámci Projektu 122 142 0507: Vybrané vlastnosti přírodních a dalších stavebních materiálů, stavebních prvků a budov. [11] [12]

Celkem byly zkoušeny tři obvodové stěny na bázi dřeva a tři obvodové stěny s využitím tepelné izolace ze slámy.

Zkouška stěny z nosných slaměných balíků o tl. 500 mm s hustotou 93,1 kg/m³ a oboustrannými omítkami – vnitřní hliněná tl. 50 mm s pletivem, vnější vápenná tl. 30 mm, vykázala požární odolnost 144 minut a prokázala, že sláma v takto upravené konstrukci splňuje podmínky požární ochrany v dostatečné míře.

Sláma se na systémové hranici objektu zabudovává do všech jejích částí a v různých formách. Například na Slovensku se pod kupolí ze slaměných balíků, postavené za vedení německého profesora Gernota Minkeho, podařilo v obci Hrubý Šúr vybudovat kancelářský prostor (obr. 6).

Nosnou funkci bez potřeby další podpůrné konstrukce vytvářejí pouze slaměné balíky. Kupole má průměr 6 m a výšku 5,5 m. Na centrální kruhový prostor navazuje osm lunet vysokých 2,4 m. [2]  V ČR je zřídka viděnou také alternativa s nosnou slámou. To znamená, že nosné stěny vytváří slaměné balíky.

Např. na obr. 4 je budova z nosných slaměných balíků širokých 900 mm. Na obr. 7 je rodinný dům z Hvozdce u Veverské Bítýšky, který má obvodové stěny z balíků širokých pouze 500 mm. Stavebníci původní balíky nově svázali a slisovali, takže se jejich hustota zvýšila z původních 90 kg/m³ na 120 kg/m³.

Tyto balíky jsou v celém průběhu obvodových stěn. Ve středu dispozice je doplňuje dřevěná nosná konstrukce – stropní průvlak podepřený sloupky a zavětrovaný pásky. Tato část nosné osnovy měla při výstavbě možnost rektifikace, která sledovala stlačení slámy v balících.

Nepřehlédněte: Mysleli na budoucnost! Pasivní dřevostavba s minimálními náklady na provoz

Stěny byly posléze omítnuty hliněnou a vápennou omítkou. Po dvou letech užívání budovy se u takto realizovaných konstrukcí neobjevují na vnitřním ani na vnějším povrchu omítkových vrstev žádné trhliny.

Nejčastěji je sláma kombinovaná s dřevěnou nosnou konstrukcí. Dřevěné prvky tvoří nosnou osnovu (obr. 8). Sláma je do ní vložena jako tepelně a zvukově izolační materiál (obr. 9).

Podpora výstavby z přírodních materiálů

V ČR je téma přírodních materiálů podpořeno teoretickou základnou s poměrně bohatým výběrem českých [5], [7], [14] nebo do češtiny přeložených publikací [9]. Existuje řada organizací, které pořádají profesně zaměřená školení a rekvalifikační řemeslné kurzy.

Jmenovat můžeme Sdružení hliněného stavitelství, z. s., nebo společnost Slaměné domy, spol. s r. o. Renomé získala konference Zdravé domy, jejímž organizátorem je Fakulta architektury VUT v Brně, nebo velmi úspěšná třídenní pražská konference Stavby z přírodních materiálů, pořádaná společností Baobaby, z. s.

Na těchto akcích se společně setkávají zájemci o netradiční způsob výstavby a příznivci přírodního stavitelství. Přicházejí zkušení odborníci a také zájemci, kteří kontakty teprve hledají a chtějí se v oblasti stavitelství z přírodních materiálů vzdělávat.

K šíření zásad environmentálně příznivého způsobu výstavby byla zřízena centra. Takovým je například ekologický institut Veronica, který v bělokarpatské obci Hostětín rozvinul široké pole svých aktivit, korunované výstavbou vlastního domu. J

eho profesní angažovanost, vynikající výsledky a atraktivita přivedly na pomezí České a Slovenské republiky celou řadu zajímavých hostů. Patřil k nim i následník britského trůnu princ Charles. Podobně se zachoval i největší český environmentální fond – Nadace Partnerství z Brna.

Obě organizace vybudovaly moderní, energeticky úsporné – pasivní domy s významným podílem přírodních materiálů a zakomponováním obnovitelných zdrojů energie.

Závěr

Přírodní materiály rozšiřují sortiment stavebních hmot vhodných pro architektonickou tvorbu. Již to nejsou pouze doplňkové nebo hospodářské budovy, nýbrž sebevědomé, obvykle obytné nebo v menší míře i administrativní budovy s osobitým architektonickým výrazem.

Jsou vystavěny z nosných i nenosných konstrukcí z přírodních materiálů, které vytvářejí zdravé vnitřní prostředí. V ČR jsou s jejich aplikací již téměř třicetileté zkušenosti.

Je o ně zájem především mezi mladými stavebníky, kteří tento způsob výstavby chápou jako osobní příspěvek k  udržitelnosti a ztotožňují jej se zvoleným životním stylem a nahlížením na ochranu přírody.

Literatura
[1] BUFKA, Aleš – VEVERKOVÁ, Jana. 2018. Obnovitelné zdroje energie. Podíl obnovitelných zdrojů energie na hrubé konečné spotřebě energie 2010–2017, metodika Eurostat – SHARES. Praha : MPO, 2018. 15 s.
[2] DĚCKÁ, Alžbeta. 2019. Štyri dekády udržateľnej architektúry. Dizertační práce. Bratislava : Fakulta architektury STU, 2019. 198 s.
[3] HLAHYJA, Martin – VALÁŠEK, Jaroslav et al. 1983. Solárna energia a jej využitie. Bratislava : ALFA, 1983. 296 s.
[4] HUDEC, Mojmír – JOHANIDISOVÁ, Blanka – MANSBART, Tomáš. 2013. Pasivní domy z přírodních materiálů. Praha : Grada Publishing, 2013. 160 s.
[5] CHYBÍK, Josef. 2009. Přírodní stavební materiály. 2009. Praha, Grada Publishing, 268 s.
[6] KABELE, Karel. 2018. Změna evropské směrnice o energetické náročnosti budov (EPBD 3). Portál tzbinfo, 2018.
[7] MÁRTON, Jan et al. 2010. Stavby ze slaměných balíků. Vlastním nákladem. 2010, 208 s.
[8] MENCL, Václav. 1980. Lidová architektura v Československu. Praha : Academia, 1980. 632 s.
[9] MINKE Gernot. 2009. Příručka hliněného stavitelství. Bratislava : Pagoda, 2009. 288 s.
[10] MOLDAN, Bedřich. 2010. Od Kjóta ke Kodani a dál. In: Ochrana přírody. 2010, roč. 65, č. 2, s. 28–29.
[11] Projekt 122 142 0507: Vybrané vlastnosti přírodních a dalších stavebních materiálů, stavebních prvků a budov. Praha : ČVUT, 2011.
[12] RŮŽIČKA, Jan: 2012. Požární odolnost obvodových stěn pro pasivní domy s využitím slaměných balíků jako tepelné izolace. Portál tzbinfo, 2012.
[13] ŠTEVO, Stanislav. 2011. Nulový dom – realita alebo fikcia? In: Eurostav. 2011, roč. 17, č. 9, s. 25–29.
[14] ŽABIČKOVÁ, Ivana. 2002. Hliněné stavby. Brno : Era, 2002. 174 s.

Článek byl uveřejněn v časopisu TZB Haustechnik 3/2019.