Dvě desetiletí pasivních dřevostaveb

1. Trh pro pasivní dřevostavby

„Když jsme před deseti lety stavěli, nic takového ještě nebylo!“ S podobnými slovy nás na infostáncích nebo na veletrzích oslovují návštěvníci, kterým vysvětlujeme princip pasivních domů – tak tomu bylo už před 15 lety a běžně se to stává i dnes.

Z celkem 3 492 pasivních domů registrovaných od roku 1991 v databázi pasivních domů na www.passivhausprojekte.de jich 1 478, tedy 42 %, tvoří dřevostavby (stav 1/2016). Připočteme-li k tomu smíšené konstrukce, jedná se o 55 % pasivních domů, které mají dřevo ve vnější obálce budovy. Tento procentní podíl je od roku 1997 ve výstavbě pasivních domů skoro neměnný (Obrázek 1).

Obrázek 1: Podíl dřevostaveb u realizovaných pasivních domů. Údaje dle Passivhaus-Datenbank. (zdroj: Dipl.-Ing. Gerrit Horn, bau.werk a Holzbau Horn GmbH)

Porovnáme-li to s údaji Spolkového statistického úřadu, zjistíme, že podíl dřevostaveb v Německu představoval v roce 1998 12,0 % u obytných budov a 11,8 % u nebytových. Do roku 2013 se zvýšil podíl dřevostaveb u novostaveb na 15,0 % u obytných budov a 17,6 % u nebytových.

2. Příklady z období začátků od roku 1997

Zatímco od roku 1991 stojí první zděný pasivní dům, od roku 1997 vznikaly první dřevěné pasivní domy. Na ukázku stojí za zmínku:

1. bytový dům Öltzbündt v Dornbirnu (Rakousko) od architekta Herrmanna Kaufmanna, 1997
2. malý bytový dům v Detmoldu (Německo) od Klause Michaela, 1997
3. řadové domky ve Wiesbadenu (Německo) od firmy Rasch + Partner, 1997 (smíšená konstrukce s dřevěnými obvodovými stěnami a střechou)
4. v městečku Lindlar, části Hohkeppel (Německo) a i na dalších místech vzniklo několik rodinných domů od architekta Manfreda Brausema, od roku 1998
5. řadové domy v obci Batschuns (Rakousko) od architekta Waltera Unterrainera, 1998
6. rodinný dům v Lipsku (Německo) od architekta Stewena a projekční kanceláře Naumann + Stahr, 1998
7. rodinný dům v obci Homburg-Einöd (Německo) od architekta Ludwina Jakoby ve spolupráci s bau.werk – Energie bewusst gestalten (Obrázek 2).

Obrázek 2: Pasivní rodinný dům v obci Homburg-Einöd, rok výstavby 1998 (architekt Ludwin Jakoby a bau.werk – Energie bewusst gestalten). Jsou zde použity dřevěné nosníky do obvodových stěn. Foto z roku 2011 (zdroj: Dipl.-Ing. Gerrit Horn, bau.werk a Holzbau Horn GmbH)

Tento zcela jistě neúplný seznam prvních pasivních projektů s dřevěnou konstrukcí ukazuje, že ve stejné době - v první polovině 90. let - se na různých místech architekti, stavitelé ale i truhláři ujali tématu pasivních domů.

3. Vývoj konstrukcí

První pasivní domy byly zděné a také výzkum v oblasti pasivní výstavby se v té době věnoval spíše těžkým konstrukcím. Z těchto důvodů vznikaly první pasivní dřevostavby s využitím konstrukcí do té doby u dřevostaveb nepoužívaných, aby bylo možné realizovat tloušťky tepelné izolace 30 – 40 cm, které jsou neobvyklé ještě i dnes. Teprve krátce předtím přišly na německý trh dřevěné profilové nosníky ze Severní Ameriky (TrusJoist TJI) a ze Skandinávie (Nordex, Agepan). V Rakousku měla firma Kaufmann z obce Reuthe v nabídce dřevěné profilové nosníky. Všechny tyto nosníky se dvěma pásnicemi o výšce 30 – 40 mm a šířce 40 – 90 mm, spojené tenkou stojinou (9 - 15 mm) vyrobenou z desek na bázi dřeva (OSB, tvrdé dřevovláknité desky), byly zpočátku určeny do stropních a střešních konstrukcí, ne do stěn. Vzhledem k tomu, že tyto desky byly schváleny pro vodorovné konstrukce a posouzeny tudíž na průhyb, nikoliv na přenos zatížení v ose, byly u prvních projektů použity pro primární dřevěnou konstrukci jiné prvky a profilové nosníky byly zabudovány bez nosné funkce k dosažení požadované tloušťky tepelné izolace ve vnějších stěnách (viz např. a), c) nebo d) výše). Profilové nosníky tedy posloužily jako takové distanční podložky. První dům, kde byly dřevěné profilové nosníky použity jako nosná konstrukce, byl postaven v obci Homburg-Einöd v roce 1998 (př. g) s podporou výrobce nosníků, firmy TrusJoist („TJI-nosníky“). Následně byla zajištěna odpovídající povolení (od 1999), aby se tento dnes již zcela obvyklý konstrukční princip s dřevěnými profilovými nosníky nebo tzv. I-nosníky mohl rozšířit. Projekt v Homburgu-Einöd ukázal už tehdy vzorová řešení detailů, která byla mnohokrát uveřejněna a dnes jsou standardem pro pasivní dřevostavby. Zvláštností bylo použití základové desky na průběžné vrstvě tepelné izolace s přesahující okrajovou izolací místo dodnes obvyklého řešení s uložením na obvodových základových pasech v nezámrzné hloubce 80 cm. Tento ukázkový projekt funguje ještě dnes bez jakýchkoliv omezení [Horn 2011].

„TJI-nosník“ se stal synonymem pro dřevěný profilový nosník. Ačkoliv se kanadsko-americká firma Weyerhäuser (TrusJoist) už v roce 2008 se svým produktem TJI zcela stáhla z evropského trhu, udržel se tento pojem mezi lidmi z oboru nadále. V současnosti dodává dřevěné profilové nosníky v Německu hlavně firma MetsäWood (FinnJoist FJI) a STEICO (SteicoJoist SJ, SteicoWall SW).

V 80. a počátkem 90. let se dodávaly OSB desky ještě v rozměrech 1,22 m na 2,44 m a vytvářely tak u ekologických dřevostaveb rastr 61 cm. Souběžně s vývojem pasivních dřevostaveb se prosadil pro všechny druhy nosníků rastr s modulem 62,5 cm v důsledku navýšení maximálního transportovatelného rozměru desek na bázi dřeva. OSB desky stejně jako tradiční dřevotřískové desky jsou na trhu běžně k dostání v šířkách 1,25 m. Pro snížení podílu dřeva se někdy používá i modul zmenšený na třetinu šíře 2,50 m – tedy rozměr 81,3 cm (používá to např. firma 81-5-AG).

Jiným směrem se od roku 1998 ubírají inženýři Naumann a Stahr, kteří do prefabrikovaných střešních a stěnových dílců zabudovávají v modulu 1,285 m dřevěné nosníky užívané pro bednění při betonáži (systém DOKA). OSB deska šíře 1,25 m se napojí z vnitřní strany na pásnice nosníků. Díky 3,5 cm stojině vzniká tento neobvyklý modul. Pomocí náročných pokusů ke zjištění maximální únosnosti a požární odolnosti bylo prokázáno, že i přes velký modul lze tento systém použít pro vícepodlažní budovy se stupněm požární ochrany REI 90.

Na těchto příkladech se ukazuje, že do oblasti dřevostaveb pronikly zcela nové nápady. Za účelem optimalizace tepelných mostů se musel podíl dřeva snížit jen na nezbytné minimum (Obrázek 3). Současně musely být promyšleny aspekty prefabrikace, dopravy a procesu montáže – také s ohledem na požadovanou dobrou vzduchotěsnost pasivních domů. V tomto časovém období se oblast dřevostaveb posunula k vyššímu stupni prefabrikace, jak je to u montovaných domků již dlouho běžné. Díky výstavbě pasivních domů se dřevostavby posunuly mílovými kroky dopředu. Stalo se obecnou zvyklostí vytvářet u dřevostaveb instalační dutiny obvykle 40 – 60 mm, aby nedošlo k poškození vzduchotěsné vrstvy za ní.

Obrázek 3: Detail typického spoje stěny a stropu optimalizovaného z hlediska tepelných mostů, prefabrikovaný pasivní dům (zdroj: Dipl.-Ing. Gerrit Horn, bau.werk a Holzbau Horn GmbH)

4. Jak to bylo dříve a jak je to dnes

Mnoho nápadů vzniklo s cílem zamezit tomu, aby plnostěnné dřevěné stojky procházely tepelněizolační vrstvou v celé její tloušťce: Firma Kaufmann ze švábského městečka Oberstadion představila v roce 2000 na výstavě ke konferenci Passivhaustagung v Kasselu montované nosníky: „PN-stojky“ (PN-Dämmständer). Samotný Passivhausinstitut prezentuje již od 90. let tzv. „krabicové nosníky“ (Box-Träger), které si truhlář může sám sbít či sešroubovat ze dvou plnostěnných hranolků (např. 60 mm/60 mm) a dvou tenkých dřevovláknitých desek (např. 3,2 mm). Nosník je ve vnitřní dutině vyplněn tepelnou izolací. Autor není obeznámen s tím, zda byl tento dobře míněný záměr někdy v praxi použit. Výrobní náklady truhláře jsou dle očekávání spíše vyšší než náklady na průmyslově vyráběné systémové nosníky. Alternativně může truhlář samostatně v dílně vyrobit také tzv. Z-nosníky nebo U-nosníky: Plnostěnné dřevěné pásnice jsou přitom vzájemně spojeny deskami na bázi dřeva.

Nadprůměrně vysoký podíl dřevostaveb mezi pasivními domy je dán zajisté také tím, že stavebníci, kterým záleží na energetické náročnosti, často oceňují také jiné ekologické aspekty. Proto mnozí z nich nechtějí do fasády dávat pěnový polystyren.

Pomáhá tomu i hydrofobizovaná měkká dřevovláknitá deska odolná proti tlaku, která se prosadila u dřevostaveb od přelomu tisíciletí jako vnější deska pro aplikaci omítky. Deska firmy Unger-Diffutherm používaná od roku 2000 z větší části vytlačila lehké stavební desky z dřevěné vlny jako např. heraklit nebo do té doby obvyklé tvrdé podomítkové provětrávané desky (např. Bluclad). Nejdříve byly schváleny desky tlouštěk od 40 do 60 mm. Dnes má několik výrobců schváleno i měkké izolační dřevovláknité desky až do tloušťky 200 mm.

Tato deska sloužící jako podklad pod omítku, která se montuje přímo na dřevěné stojky, měla zprvu součinitel tepelné vodivosti 0,050 W/(m.K), mezitím už dosáhl hodnoty 0,040 W/(m.K). Díky tomu se redukuje tloušťka stěny o min. 4 cm oproti provětrávaným konstrukcím. Toto řešení se mezitím stalo u dřevostaveb standardem.

Obrázek 4: Různé stěnové systémy dřevostaveb (zdroj: [Horn 2011])

Větší tloušťky měkkých dřevovláknitých desek také umožňují vytvářet stěnové konstrukce bez tepelných mostů vhodné pro pasivní domy, protože desky dostatečně překryjí plnostěnné dřevěné stojky. Při použití plnostěnných dřevěných stojek tl. 18-24 cm (š. 6 cm), měkké dřevovláknité desky tl. 8-12 cm z vnější strany, OSB desky z vnitřní strany a instalační dutiny 6 cm tak lze dosáhnout dřevěné stěny se součinitelem prostupu tepla 0,10 – 0,15 W/(m².K) požadovaným pro pasivní domy. Také masivní stěny z dřevěných lepených desek (např. KLH panely) lze souvislou vrstvou ekologické tepelné izolace dostatečně zateplit.

Kvůli velké tloušťce dutin se spíše než minerální vlna ujalo hospodárnější řešení - foukané tepelné izolace, zejména celulóza. Zatímco koncem 90. let na tom byla celulózová izolace i minerální vlna z hlediska tepelné vodivosti s hodnotou 0,040 W/(m.K) srovnatelně, součinitel tepelné vodivosti minerální vlny se na přelomu tisíciletí snížil na standardních 0,035 W/(m.K) a dnes je dostupná i s hodnotou 0,032 W/(m.K). Vzhledem k tomu, že u některých výrobků z minerální vlny je podíl recyklátu až téměř 100 %, mají tyto materiály velmi dobrou ekologickou bilanci. Foukaná celulóza a jiné přírodní materiály se ustálily na tepelné vodivosti kolem 0,040 W/(m.K). Přinášejí ale tu výhodu, že díky větší objemové hmotnosti mohou nabídnout lepší ochranu proti hluku a letnímu přehřívání. A díky relativně vysoké absorpční schopnosti se také skvěle hodí pro difuzně otevřené konstrukce.

5. „Lambda“ dřevěných materiálů

Do roku 2002 bylo v německé normě DIN V 4108-4:1998-10 v poznámce 17 uvedeno, že tepelnětechnická anizotropie dřeva a dřevěných materiálů by se měla zohlednit vynásobením „běžné“ hodnoty λ_R činitelem 2,2. S novým zněním DIN V 4108-4:2002-02 byl tento činitel ale prakticky zrušen, protože tato norma odkazuje u dřeva a dřevěných materiálů na DIN EN 12524. V této evropské normě se ale nachází jen jedna hodnota pro dřevěné materiály – nezávisle na směru tepelného toku. Pro OSB desky a dýhované desky je to 0,13 W/(m.K). Měření na univerzitě Kaiserslautern pod vedením prof. Dr. Heinricha v té době ale potvrdily, že činitel 2,2 je oprávněný. Prof. Stefan Winter (tehdy na univerzitě v Lipsku) naměřené hodnoty potvrdil [Winter 2001/2002]. Tím pádem by se mělo tedy vždy v případě tepelného toku v rovině desky (či stojin dřevěných nosníků) počítat s 2,2-násobkem výchozí hodnoty. Pro OSB desku to např. znamená 2,2 x 0,13 W/(m.K) = 0,286 W/(m.K).

6. Vzduchotěsnost dřevostaveb

Do konce minulého století se pro parozábrany ve vnějších dřevěných konstrukcích, jako je střecha nebo obvodová stěna, běžně používaly PE fólie. Podle Glaserovy metody bylo z hlediska vlhkosti vše v pořádku. Když se počátkem 90. let začal klást důraz na vzduchotěsnost staveb, byly stanoveno, že právě tyto fólie patří do vzduchotěsné vrstvy. Postupně byly stále více upřednostňovány difuzně otevřené konstrukce a začaly se používat parobrzdy a membrány s proměnným difuzním odporem (ekvivalentní difuzní tloušťka od 1 do 10 m). Rozhodující kroky ve vývoji této oblasti učinil Lothar Moll z firmy pro clima. Tím vznikly i myšlenky, jestli by funkci vzduchotěsnosti nemohly zajistit dřevěné desky, které stejně musí být z konstrukčních důvodů použity na vnitřní straně konstrukce. Ukázalo se, že OSB desky s přelepenými spoji mají ekvivalentní difuzní tloušťku sd kolem 3 až 5 m a jsou z hlediska difuze i vzduchotěsnosti zcela dostačující. Asi od roku 2007 však vyšlo najevo, že se kvůli žádoucímu snížení podílu lepidla změnilo složení některých OSB desek a u pasivních domů docházelo částečně k netěsnostem z hlediska difuze. Tady ještě zůstává prostor pro výzkum a stanovení požadavků, které se musí v budoucnosti intenzivněji prodiskutovat.

7. Tepelné oddělení místností

Z důvodu ochrany proti hluku se lehké dřevěné stěny izolují izolantem tl. 80 – 100 mm. To ovlivňuje tepelné oddělení severních a jižních místností – někdy ještě navíc i chodbou mezi nimi. Proto je vytápění čistě vzduchotechnikou někdy nepraktické a pro dosažení dobré distribuce tepla v domě by mělo být doplněno malými topnými plochami v jednotlivých místnostech [Horn 2011].

8. Zdroje

Sborníky z konferencí Passivhaustagung, Passivhaus Institut, Darmstadt, 1996, 1998, 1999
Výstupy z databáze www.passivhausprojekte.de
[Horn 2011] Horn, G.: Passivhäuser in Holzbauweise, Bruder-Verlag, Köln, 2011.
[Winter 2001/2002] Winter, S.: Starke Leichtgewichte – Zur Tragwerksplanung mit Doppel-T-Trägern aus Holz und Holzwerkstoffen. die neue quadriga, 5/2001, 1/2002, 3/2002, Verlag Kastner, Wolnzach

Autor: Dipl.-Ing. Gerrit Horn, bau.werk – Energie bewusst gestalten (www.bauwerk-energie.de), Holzbau Horn GmbH (www.holzbau-horn.de), horn@bauwerk-energie.de

Zdroj: 20. ročník mezinárodní konference o pasivních domech - Passivhaustagung 2016

Příspěvek zazněl na konferenci Passivhaustagung 2016 v Darmstadtu (SRN) pořádané německým Institutem pro pasivní domy (Passivhaus Institut).