Využití slámy v soudobé architektuře a stavitelství

1. Úvod

V České republice bylo v posledním desetiletí zrealizováno odhadem 100 staveb s významným podílem slámy v konstrukcích, zhruba 70 jich je v realizaci a asi 40 ve fázi projektu (Grmela 2018). I když v posledních letech jejich počet stoupá, v porovnání s celkovou stavební produkcí (dle ČSÚ 14 tisíc rodinných domů v roce 2016), jde o nepatrné množství. Přestože slaměné stavitelství zažívá v západoevropských a severoamerických zemích renesanci už od 70. let, existuje u nás řada mýtů, které slámu u odborné i laické veřejnosti prozatím diskreditují. Převládají pochybnosti o její trvanlivosti, požární odolnosti a obavy z přítomnosti nežádoucích organismů. Sláma má také punc materiálu vhodného pro experimentální nebo svépomocné stavění v nízkém obytném standardu. Na druhé straně se díky celosvětovému úsilí o udržitelný vývoj společnost více otevírá možným alternativním přístupům. Hnutí svépomocného přírodního stavitelství se v západoevropských zemích mnohde zprofesionalizovalo a sláma je zde chápana jako víceméně konvenční přírodní materiál, se kterým pracují renomovaní architekti a inženýři a vznikají certifikované stavební systémy nebo komponenty na bázi slámy.

2. Vlastnosti slámy jako stavebního materiálu

Sláma je v podstatě zemědělský produkt, kterého u nás na polích každoročně zůstává přibližně dva milióny tun. Pokud sklizeň proběhne za příznivých povětrnostních podmínek a je dodrženo několik jednoduchých pravidel, získáme množství již hotového přírodního izolantu, který lze za určitých podmínek použít i jako materiál konstrukční.

2.1 Vliv na životní prostředí

Sláma je široce dostupný přírodní materiál, který užívaly bez dalších úprav generace našich předků při výstavbě svých obydlí. Ve srovnání s moderními stavebními materiály je její „životní cyklus“ energeticky nenáročný a přirozený. Chceme-li se podívat na slaměný balík z hlediska jeho uhlíkové stopy, bilance emisí skleníkového plynu oxidu uhličitého je u slámy negativní. To znamená, že během jejího vzniku je do biomasy zabudováno více oxidu uhličitého, než se poté vyprodukuje při její úpravě a zabudování do konstrukcí. (Wihan 2007). Graf 1 ilustruje výjimečnou pozici slámy v porovnání s ostatními vybranými izolačními materiály.

Z výše uvedeného vyplývá, že sláma potřebuje velmi malé množství primární energie k tomu, aby se stala stavebním izolantem: Dosahuje pouhých 14 MJ/m³. Například primární energie potřebná pro zpracování tepelné izolace z minerálních vláken činí 1077 MJ/m³, což je 77krát více. Omezená potřeba primární energie PEI slámy ovlivňuje energetickou náročnost celé stavební konstrukce. (Chybík 2009). Graf 2 porovnává primární energie na výrobu izolačních materiálů v kWh, přepočítané na m³.

2.2 Stavebně technické parametry

2.2.1 Tepelně technické vlastnosti

Podstatou izolačních vlastností slámy je dvojí systém vzduchových komor: primární dutiny ve stéblech a mikro-komůrky v obvodových stěnách dutin. I když tento přírodní princip není vlivem nestejnoměrného rozložení stébel v balíku schopen vytvořit spojitou vrstvu jako uměle produkované izolanty, tepelně izolační vlastnosti dosahují přibližně hodnot dřevovláknitých desek. Součinitel tepelné vodivosti λ se pohybuje v rozmezí 0,045–0,068 W/mK, což závisí na objemové hmotnosti (90–150 kg/m³) a absolutní vlhkosti materiálu. (Chybík 2009). Pokud není sláma v konstrukci vystavena přímému zatékání, nebo dlouhodobě v prostředí s vyšší relativní vlhkostí než 80 %, pohybuje se přirozená úroveň absolutní vlhkosti materiálu v intervalu w = (5–15 %). Sláma je velmi dobrým přirozeným transportérem vodní páry, faktor difuzního odporu μ se rovná přibližně hodnotě 2.

Z dlouhodobých zkušeností vyplývá, že sláma, v kombinaci s vnitřní hliněnou omítkou vytváří v interiéru přirozený regulátor vzdušné vlhkosti. Vhodné je užití slámy v difuzně otevřené skladbě obálky budovy, kdy dochází k bezpečnému transportu vodních par z interiéru do exteriéru, aniž by docházelo k degradaci konstrukce.

2.2.2 Požární odolnost

I když to odporuje zažitým představám, nepředstavují slaměné konstrukce ve stavbě vážné požární riziko. Pokud slámu slisujeme do kompaktního bloku, sníží se i množství kyslíku, který podporuje hoření. Proto balíky, ať už volné nebo zabudované, pouze doutnají. (Marton 2010). Sláma se v konstrukcích vyskytuje zpravidla chráněná dalšími vrstvami, na požární odolnost proto musí být posouzena celá skladba. Některé evropské země již mají tento materiál uvedený v normách. Např. rakouská Önorm 3800 uvádí pro slaměný balík třídu hořlavosti B2, normální hořlavost, třídu reakce na oheň E. U slaměné stěny oboustranně omítnuté 20 mm vápenné omítky se uvádí odolnost F 90. V rámci projektu č. 122 142 0507 Fsv ČVUT byla v červnu roku 2011 v požární zkušebně PAVÚS vyzkoušena konstrukční stěna z nosné slámy. Balíky byly z exteriéru omítnuty vápennou a z interiéru hliněnou omítkou, po celou dobu testu byla stěna pod statickým zatížením. Zkouška byla ukončena po 146 minutách a získala atest F 120. Technologie Ecococon uvádí výsledky testu reakce na oheň B-s1, d0. V únoru 2018 proběhla v Batizovcích požární zkouška FIRES-CR-015-18-AUPE na oboustrannou požární odolnost stěny ze slaměných panelů. Výsledkem byla zjištěná odolnost z interiéru REI 120 / RWE 120 a z exteriéru REI 120-ef / REW 120-ef. V českém prostředí je tato konstrukce klasifikována ve třídě DP3, REI 120 a s exteriérovou tenkostěnnou omítkou jako požárně uzavřená plocha. Na základě těchto skutečností lze slaměné konstrukce obhájit v požárně bezpečnostním řešení stavební dokumentace.

2.2.3 Akustické parametry

Dělící nebo obvodové slaměné konstrukce se vyznačují velmi dobrými akustickými vlastnostmi. Příčinou je kombinace vyšší objemové hmotnosti při zachování pružnosti a vnitřní struktury materiálu. Např. u příčky z Ekopanelu o tloušťce 120 mm uvádí výrobce R_w = 45 dB. Slaměný stěnový panel o objemové hmotnosti 100 kg/m³ a tloušťce 400 mm má atest na vzduchovou neprůzvučnost o hodnotě R_w = 54 dB (Zdroj: Ekopanely, Ecococon).

3. Technologie použití slámy

V Česku se nejvíce používá sláma ve formě balíků. Ty mohou mít různou velikost závislou na typu lisu. U nás je nejdostupnější malý formát balíků o přibližném rozměru 30 × 50 × 65 cm, který váží kolem 10 kilogramů. Tyto balíky lze bez větších úprav použít jako výplně dřevěných skeletových stěn, případně jako vnější zateplení tenkých zděných konstrukcí. Nosné stěnové systémy inspirované historickými příklady ze Spojených států se v Evropě vyvíjí zejména ve Velké Británii.

Výhodou balíků je jejich nízká cena (20–35 Kč/balík), jejich dostupnost a kvalita je ale proměnlivá. Vše závisí na místních podmínkách, počasí při sklizni i na technickém stavu lisovacího zařízení. Dále je potřeba objemný materiál bezpečně uskladnit a chránit před přímou vlhkostí a to až do momentu zabudování a zaklopení v konstrukci.

Jedním ze způsobů, jak bezpečněji a efektivněji pracovat s balíky je příprava individuálních elementů stavby v prostředí montážní haly – tedy prefabrikace stěnových panelů. V této podobě se již jedná o produkty přesných rozměrů a relativně stejnoměrných fyzikálních vlastností. Tento stavební postup je mnohem méně závislý na počasí, které hraje roli pouze v krátkém momentu montáže. Vzhledem ke hmotnosti prvků je k montáži vždy potřeba těžká zvedací technika. V Evropě se slámě nejvíce věnují patrně nejvíce v Rakousku, kde dominuje tzv. suchý rakouský způsob, tedy oboustranné zaklopení slaměných balíků deskovým materiálem bez vlhkých procesů. Stěnové panely jsou dimenzovány na šířku balíku, na stavbu se přivezou bez izolace, pouze s vnější dřevovláknitou deskou. Balíky jsou po dokončení střechy vkládány ze strany interiéru a poté se zaklopí vnitřní parobrzdnou konstrukční deskou. Společným rysem obou těchto způsobů je to, že rozměr balíku determinuje návrh nosných konstrukcí.

Zajímavým řešením je systém prefabrikovaných modulových dílců tl. 400 mm. Nejedná se již o balíky, sláma je do dřevěných rámů lisována rozvolněná, na povrchu seříznutá do roviny. Kvalita povrchu a stejnoměrnost materiálu je tudíž výrazně vyšší než při použití balíků. Slaměná stébla se při lisování do panelu ukládají ve všesměrné orientaci při zachování objemové hmotnosti 100 kg/m³. Tato hodnota je již natolik vysoká, že nedochází k sedání slámy. Propojením krajních trámků sousedních dílců vzniká de facto těžký dřevěný skelet s dvojicemi nosných sloupů. Stěna se při výstavbě provizorně chrání polyetylenovou folií do doby, než bude dokončena střecha a venkovní povrchová úprava stěn. Systém je vhodný pro pasivní domy s použitím interiérové hliněné omítky přímo na slaměný povrch. Stěna při použití exteriérové dřevovláknité desky tl. 100 mm dosahuje součinitele prostupu tepla U = 0,1 W/(m².K).

Z profesionálních produktů jsou na našem trhu dobře zavedeny desky ze silně slisované slámy, dříve známé pod názvem Stramit. Jde o 40 a 60 mm silnou desku z lisované slámy o šířce 0,8 m a délkách od 1,2 do 3,2 m opatřenou na povrchu recyklovaným papírem. Užití těchto desek je vhodné především na samonosné vnitřní konstrukce, kde vyniká zejména vysokými hodnotami akustického útlumu, nebo k opláštění těžkých skeletových obvodových konstrukcí. Vlivem velké objemové hmotnosti (380 kg/m³) jej bohužel nelze použít jako hlavní tepelně izolační vrstvu obálky budovy a ani jako konstrukční desku při zavětrování lehkých dřevěných skeletů.

4. Případové studie

Výběr případových studií realizovaných rodinných domů byl inspirován vlastní praxí a realizacemi kolegů z ČR a SR z období posledních pěti let. Do výběru se dostaly čtyři domy, každý z nich reprezentuje jinou technologii využití slámy v konstrukci domu. Kritériem bylo, aby domy byly alespoň částečně realizovány dodavatelsky, velikost užitkové plochy byla max. 130 m². V následující části jsou uvedeny referenční domy případových studií. U každé realizace je kromě základních údajů přiložena fotodokumentace z realizace a dostupné detaily s důrazem na zapojení slaměných komponent do stavby samotné. Pro názornost je u každého domu přiložené schéma půdorysu a řezu s důrazem na skladbu konstrukcí a jejich materiálovou podstatu.

Slovenský příklad energeticky pasivního domu představuje dobře zvládnutý návrh a realizaci domu pomocí stěn v systému Ecococon. Zároveň je důkazem, že slaměná stěna s hliněnými interiérovými omítkami může fungovat i v drsných klimatických podmínkách. Konstrukci spoluvytváří moderní konstrukční materiály na bázi dřeva: desky DVD,CLT, nosníky LLD a Steico Joist. Stavba byla realizována na klíč.

Příklad stavby s masivním použitím slámokartonových desek Ekopanely na obvodové stěny, příčky i zaklopení šikmých částí pultové střechy. Z exterieru je obálka doplněna difuzně otevřenou deskou Pavatex. Oba tyto materiály nejsou konstrukční deskou, fošínkový skelet bylo proto třeba zavětrovat vnitřními vzpěrami. Ekopanely nemají péro a drážku, spoje jsou tedy prolepeny PU lepidlem a povrch zpěvněn celoplošně lepidlem s výztužnou sítí. Realizace byla cele v režii firmy Ekopanely.

Rodinný dům z Holic je příkladem kombinované techniky výstavby, kdy nosnou konstrukci z Novatop panelů a montáž oken provedla tesařská firma. Blower door test o hodnotě n₅₀ = 0,4 (1/h) potvrdil kvalitní provedení a opláštění a vnitřní dokončovací práce provedl svépomocně stavebník. Slaměné balíky byly po montáži k plášti pokryty vrstvou hliněné omítky ( protipožární a závětrná funkce), plášť bude zhotoven z předem opálených modřínových prken. Dům dosahuje pasivního standardu i tím, že část pláště obsahuje dvojitou vrstvu balíků, čímž dosahuje stěna celkové tloušťky 870 mm.

Rodinný dům v Sýkořici je navržen pro stavebníky s mimořádným odhodláním žít v přírodě, obklopeni rozlehlou permakulturní zahradou a zvířectvem. Je postaven jako dřevostavba s izolací ze slaměných balíků. Balíky jsou oboustranně omítnuty hliněnou omítkou, na části fasády navíc kryté dřevěným obkladem. Stavba je navržena tak, aby mj. splnila kritéria pro výstavbu v CKHKO Křivoklátsko. Jednoduchý obdélný tvar domu má šikmou sedlovou střechu s asymetrickým přesahem vytvářejícím na jižní straně kryté zápraží. Přesah stačí na to, aby v létě nedocházelo k nežádoucímu přehřívání interiéru, ale aby se v zimě slunce dostalo dovnitř. Dům funguje až na elektřinu nezávisle: voda je ze studny, odpadní vodu čistí kořenová čistírna, topí se dřevem v kamnech.

5. Závěr

Z rešeršní, teoretické i výzkumné části vyplývá, že navrhování a realizaci staveb ze slámy nestojí v ČR vážné překážky. Z hlediska návrhu je nutné, aby stavební inženýři a architekti měli o těchto možnostech relevantní informace a projektanti specializovaní na dřevostavby potom i konkrétní znalosti o slaměných technologiích. Ideální se jeví zahrnutí této problematiky do osnov vysokých škol se stavebním zaměřením (pro předměty jako stavební fyzika, ekologie a udržitelnost staveb, konstrukce pozemních staveb apod.). Pro aktuálně činné projektanty je důležitá osvěta (stavební veletrhy, články v odborných časopisech, odborné vzdělávací semináře v rámci dalšího profesního vzdělávání). Z profesionálních systémů je v tuto chvíli v ČR možné bezpečně použít pro návrh systém Ecococon, Ekopanely a výše popsané formy dřevěných konstrukcí se slaměnými maloformátovými balíky. Teoreticky by šlo bez problému použít i jinou evropskou certifikovanou techologii (ModCell, Paille–tech, ECO-Boards).

U systémů z maloformátových balíků si ale je třeba uvědomit, že je nelze navrhovat pro výstavbu domu „na klíč“, od začátku je nutná spolupráce s klientem, který si je vědom úskalí této technologie a na výstavbě se bude svépomocně podílet.

Pro realizace vysokého technického a užitného standardu (energeticky pasivní domy) je možné použít systém Ecococon. Ostatní způsoby vyžadují individuální technické řešení vzhledem k požadavku na vysokou vzduchotěsnost pláště. Tento aspekt je důležitý i z toho důvodu, že od roku 2020 bude požadavek na energetickou úspornost budov povinný.

Z ekonomického hlediska je volba slaměného systému vzhledem k celkové investici do stavby nepodstatná. Úspory lze dosáhnout množstvím dobrovolnické nebo vlastní práce. Relativně vyšší cena za prefabrikované díly ale přinese časovou úsporu, vyšší stavební standard a lepší podklad pro povrchové úpravy.

Architektura jako holistická disciplína se dnes musí zabývat nejen třemi Vitruviovými zásadami, ale také celkovým vlivem stavebního počinu na okolí – z lokálního i globálního pohledu. Sláma se tedy jeví jako velmi vhodný materiál pro návrh stavby s vyrovnanou uhlíkovou bilancí a nízkými primárními energiemi. Svými vlastnostmi předčí i jinak velmi ekologické výrobky na bázi dřevní hmoty.

Unikátní vlastnosti slámy spočívají i v oblasti stavební fyziky a vlivu konstrukce na kvalitu vnitřního prostředí. Sláma v jakékoliv formě spolehlivě účinkuje v difuzně otevřených pláštích a v kombinaci s nepálenou hlínou vytváří stabilní vnitřní klima (z hlediska vlhkosti, tepla, fyzikálních parametrů vzduchu v interiéru).

Sláma také do dřevostaveb může přinést jakousi robustnost – ať už z pohledu hmotnosti konstrukcí, tak z hlediska jejich tloušťky nebo nepravidelnosti povrchů. To vše má vliv na výsledný dojem z architektury.

Literatura

1. WIHAN, J. Nosná sláma a CO₂ neutrální dům. Materiály pro stavbu. 2007, Nr. 3, pp. 32–35.
2. HUDEC, M. & JOHANISOVÁ, B. & MANSBART, T. Pasivní domy z přírodních materiálů.1^st ed. Praha: Grada Publishing, a.s. 2013, 157 pp. ISBN 978-80-247-4243-4.
3. CHYBÍK, J. Přírodní stavební materiály. 1^st ed. Praha: Grada Publishing, 2009. 268 pp. ISBN 978-80-247-2532-1.
4. MARTON, J. Stavby ze slaměných balíků. 1^st ed. Liberec, 2010, 204 pp. ISBN 978-80-254-6610-0.