Navrhování budov s ohledem na recyklaci stavebních hmot

Současné stavebnictví spotřebuje v našich podmínkách téměř 40 % všech surovin. Stavební odpad tvoří 25–30 % veškerého odpadu vyprodukovaného v EU. Budovy jsou zároveň neustále rostoucím úložištěm surovin. Výsledkem vysoké surovinové náročnosti je řada negativních dopadů na životní prostředí a hospodářství – vyčerpávání zdrojů surovin, ničení krajiny těžbou, vysoká spotřeba energie na zpracování a přepravu stavebního materiálu a další. Odpad ze stavebnictví vytváří srovnatelné problémy, zejména ničení krajiny a vysokou spotřebu energie při jeho přepravě a likvidaci.

S rostoucí složitostí stavebních konstrukcí, vyvolanou například stavebněfyzikálními požadavky (zateplení obvodového pláště, hydroizolační opatření apod.), širokou nabídkou stavebních materiálů, zvyšujícími se možnostmi lepených spojů apod., lze předpokládat, že bude narůstat i náročnost třídění stavebního odpadu i jeho následného zpracování. Tento jev se projevuje se zpožděním v závislosti na životnosti konstrukcí. Příkladem může být dožívání nejstarších kontaktních zateplovacích systémů, které brzy vyvolá potřebu zpracování velkého množství pěnového polystyrenu (v sousedním Německu budou tento problém řešit pravděpodobně už v nejbližších letech), nebo obdobný problém plastových oken, který bude opět řešen s téměř desetiletým předstihem v západoevropských zemích.

Stavebnictví je z hlediska zacházení s odpadem klíčovým odvětvím a státy EU se zavázaly k dosažení 70% přípravy pro opětovné použití nebo recyklace stavebního a demoličního odpadu do r. 2020 [1].

Zajímavé srovnání nabízí automobilový průmysl, kde platí již od roku 2010 recyklační kvóta 85 %. Požadavky recyklace se už výrazně prosadily v automobilovém designu a pozitivně přispěly k rozvoji prosperujícího odvětví recyklace odpadů z automobilů.

Efektivitu recyklace stavebního a demoličního odpadu je možné výrazně ovlivnit návrhem budovy. Důvodem, proč se toto hledisko při návrhu budov dosud prakticky neuplatňuje, je nepochybně dlouhý životní cyklus staveb a skutečnost, že zatížení stavebním odpadem se obvykle projevuje až s odstupem několika desetiletí od jejich návrhu. Nicméně lze předpokládat, že s rostoucím důrazem na udržitelnost poroste i zájem o tuto problematiku.

HISTORICKÝ KONTEXT

V předindustriálním období bylo stavebnictví díky omezené dostupnosti energetických zdrojů nuceno k úspornému nakládání se stavebními hmotami. Přirozeným jevem bylo využívání místně dostupného materiálu, kterým byl často odpad ze stávajících budov. Výjimečné architektonické prvky bývaly demontovány a osazovány na nových místech a to i z prestižních důvodů (např. sloupy, kamenné obklady, ostění apod.). V našem prostředí byl ze stavebních odpadů využíván zejména stavební kámen, cihly, prvky tesařských konstrukcí apod. Materiál biologického původu byl většinou tepelně zužitkován, dále zužitkován v místním hospodářství, případně vracen do okolní přírody.

S nástupem průmyslové revoluce došlo ke snížení nákladů na dopravu a těžbu a tím i ke zvýšení dostupnosti surovin. Rozšířením nových stavebních materiálů a postupů došlo zejména v průběhu 20. století k výrazné proměně materiálových toků a přerušení dříve poměrně uzavřených cyklů. K přehodnocování tohoto stavu začalo docházet v posledních desetiletích 20. století v souvislosti se zdražováním energie a se zvýšeným zájmem o životní prostředí.

V současnosti je tématům spojeným s využitím stavebního odpadu věnována zvýšená pozornost. Prosazováno je opětovné využití a recyklace na úkor skládkování a spalování. I vlivem zvyšujících se nákladů na uložení odpadu se rozvíjí samostatné odvětví recyklace stavebního odpadu, které vykazuje zajímavou dynamiku.

LEGISLATIVA

Zacházením s odpady se zabývá zákon č. 185/2011 Sb., o odpadech [2] a vyhláška MŽP č. 381/2001 Sb., kterou se stanoví Katalog odpadů, Seznam nebezpečných odpadů a seznamy odpadů a států pro účely vývozu, dovozu a tranzitu odpadů a postup při udělování souhlasu k vývozu, dovozu a tranzitu odpadů (Katalog odpadů). Katalog třídí vzniklé odpady do dvaceti kategorií dle hospodářských odvětví a následně do dalších podkategorií dle materiálů, kterým je přiřazeno šestimístné číselné označení – kód odpadu. Kategorie č. 17 Stavební a demoliční odpad je členěna do následujících podkategorií [3]:
17 01 Beton, cihly, tašky a keramika
17 02 Dřevo, sklo a plasty
17 03 Asfaltové směsi, dehet a výrobky z dehtu
17 04 Kovy (včetně jejich slitin)
17 05 Zemina (včetně vytěžené zeminy z kontaminovaných míst), kamení a vytěžená hlušina
17 06 Izolační materiály a stavební materiály s obsahem azbestu
17 08 Stavební materiál na bázi sádry
17 09 Jiné stavební a demoliční odpady

Směrnice Evropského parlamentu a Rady 2008/98/ES stanovuje pro zacházení s odpadem následující hierarchii (obr. 1) [1]:

PRODUKCE STAVEBNÍCH A DEMOLIČNÍCH ODPADŮ (SDO), PRODUKCE RECYKLÁTŮ – ZÁKLADNÍ DATA

Převažující podíl (cca 75 %) všech SDO tvoří zemina. Z ostatních odpadů dle databáze ISOH (Informační systém odpadového hospodářství) převažují beton, cihly, tašky a keramické výrobky. Zde kladu důraz na odpad ze stavebních konstrukcí pozemních staveb. Kategorií 17 05, která zahrnuje zeminu, kamení a vytěženou hlušinu, se proto nebudeme dále zabývat, přestože tvoří největší objem zpracovávaného odpadu.

Mezi produkovanými recykláty zaujímá po odečtení zemin přední místo beton a dále cihly a další keramické výrobky. Je to dáno dobrým uplatněním recyklátů na stavebním trhu – tyto materiály jsou po nadrcení využívány jako náhrada přírodního kameniva v podsypech a zásypech inženýrských a dopravních staveb.

Problém pro recyklaci odpadu představuje především jeho nedostatečné třídění. Dle zkušeností z recyklačních center tvoří naprostou většinu odpadu (po odečtení zemin) nedostatečně vytříděný směsný odpad – např. dle údajů firmy Dufonev, s. r. o., se jedná o 90 % objemu. Čistota výsledného materiálu přitom výrazně ovlivňuje náročnost recyklace a kvalitu recyklátu.

ROZHODUJÍCÍ FAKTORY OVLIVŇUJÍCÍ PRŮBĚH A VÝSLEDKY RECYKLACE STAVEBNÍHO ODPADU

Na základě dosud shromážděných informací týkajících se používaných postupů demolice budov, recyklace stavebních hmot, jiného využití a odstranění odpadu a uplatnění recyklátu je možné určit rozhodující faktory ovlivňující průběh a výsledky recyklace stavebního odpadu:
1. množství odpadu,
2. organizační náročnost třídění odpadu,
3. čistota vytříděného odpadu,
4. energetická a technologická náročnost zpracování odpadu,
5. technické vlastnosti recyklátu,
6. uplatnění recyklátu,
7. podíl nerecyklovatelného odpadu a možnosti jeho využití.

URČENÍ VZTAHŮ MEZI FAKTORY OVLIVŇUJÍCÍMI PRŮBĚH A VÝSLEDKY RECYKLACE A JEDNOTLIVÝMI ASPEKTY NÁVRHU BUDOVY

Vztah těchto faktorů k jednotlivým aspektům návrhu budovy je možné formulovat následovně: 

Množství odpadu
Množství odpadu je zásadně ovlivněno životností konstrukcí, jejich objemem, možností jejich obnovy a přípravou pro opětovné použití stavebních prvků (graf 1). 

a) Objem konstrukcí
Z hlediska množství vyprodukovaného odpadu hraje výraznou roli objem konstrukce. Dimenze jednotlivých konstrukčních vrstev ovlivněné například statickými nebo tepelně technickými požadavky ovlivní i objem stavebního odpadu po dožití konstrukce. Tuto skutečnost je nutné vzít v úvahu při srovnávání jednotlivých variant návrhu.

b) Životnost konstrukcí
Častá obměna konstrukcí vyvolává značnou zátěž stavebním odpadem. Proto by v případě konstrukcí a staveb s kratší životností mělo hledisko nakládání s odpadem hrát výraznější roli. Při návrhu dočasné stavby je možné hledat inspiraci v designu spotřebního zboží, nebo v automobilovém designu, kde se principy recyklace prosazují rychleji.

c) Možnost obnovy konstrukcí
S předchozím bodem souvisí úvaha o životnosti jednotlivých konstrukčních vrstev a prvků a možnost jejich obnovy bez poškození okolních konstrukcí. Příkladem může být umístění technických instalací ve stavbě. Předomítkové instalace nebo instalace skryté za demontovatelnými obklady a lištami jsou snadno dostupné a jejich výměna nevyvolá větší zásah do okolních konstrukcí. Naproti tomu podomítkové instalace nebo instalace vedené nepřístupně např. pod souvrstvím těžké plovoucí podlahy, si při obnově vyžádají zásah do celého souvrství. Pokud jsou řešeny jako součást nosné konstrukce stavby (např. při aktivaci betonového jádra), je jejich obnova prakticky nemožná bez demolice celé konstrukce. Zásadou je snadná přístupnost a konstrukční oddělení prvků a vrstev s různou životností.

d) Opětovné použití prvků
Opětovné použití jsou postupy, kterými jsou výrobky nebo jejich části, které nejsou odpadem, znovu použity ke stejnému účelu, ke kterému byly původně určeny [2]. Tento přístup se nejlépe uplatní při využití běžně používaných prvků – např. ocelových nebo hliníkových nosníků, deskových obkladů, konstrukčních prvků ze dřeva (obr. 3). Tradičnějším příkladem je opětovné použití cihel, kamenných a jiných prvků z demolovaných konstrukcí.

Opětovné použití prvků vyžaduje, aby při něm nedocházelo k jejich poškození. To znamená především snadno demontovatelné spoje (svorkové, šroubované apod. – viz obr. 4).

Zajímavé možnosti nabízí technologie přesného řezání, které umožňují vytváření snadno demontovatelných tesařských konstrukcí (viz obr. 5).

Organizační náročnost třídění odpadu
Organizační náročnost třídění odpadu je ovlivněna především složitostí konstrukčních skladeb a rozmanitostí použitých materiálů.

e) Složitost konstrukčních skladeb (graf 2)
Je vhodné dbát na maximální jednoduchost konstrukcí a využití výhod příbuzných materiálů (např. cementová omítka nemusí být před zpracováním odstraněna z betonového podkladu, dřevovláknité izolace není nutné oddělovat od dřevěných konstrukcí apod.). 

f) Materiálová rozmanitost
Na organizační náročnost má v celém procesu zacházení s odpadem vliv i celková rozmanitost zabudovaných materiálů. Jednotlivé skupiny odpadů jsou recyklovány v různých recyklačních střediscích, zatímco základní třídění odpadu probíhá nejčastěji v místě demolice. To s sebou nese také potřebu oddělené dopravy jednotlivých skupin odpadů.

Čistota vytříděného odpadu
Na čistotu vytříděného odpadu mají vliv především použité konstrukční spoje.

g) Druh konstrukčních spojů (graf 3)
Výhodou jsou spoje snadno demontovatelné, umístěné v materiálovém rozhraní, např. šroubované spoje dřevěných a hliníkových fasád, SDK obkladů apod. V případě monolitických a lepených spojů je výhodné, pokud mají nižší pevnost (omítky lehce spojené s podkladem, bodové lepené spoje podlahových krytin apod.) ve srovnání s pevnými spojeními jako jsou např. cementové potěry na dřevěném bednění stropů, celoplošně lepené podlahové krytiny apod.). Největší obtíž pro čisté oddělení materiálů představují prefabrikované sendvičové konstrukce, zateplovací systémy s kombinací lepených a hmoždinkových kotev, armovací sítě v omítkách, natavené hydroizolace, betony s příměsí EPS apod.).

Energetická a technologická náročnost zpracování odpadu
Energetickou a technologickou náročnost recyklace (graf 4) je možné ovlivnit zejména výběrem stavebních materiálů. Tento faktor má zásadní vliv i na technické vlastnosti recyklátu, a proto bude pojednán souhrnně (g).

Technické vlastnosti recyklátu
Technické vlastnosti recyklátu a možnosti jeho dalšího využití jsou zásadně ovlivněny zejména samotným výběrem stavebního materiálu, ale úzce souvisí také s čistotou vytříděného odpadu (viz výše). Ta se projeví zejména při náročnějších formách recyklace (např. při využití betonového recyklátu jako náhrady přírodního kameniva v betonových směsích má čistota recyklátu podstatný vliv na mrazuvzdornost a nasákavost betonu [7].

Uplatnění recyklátu
Předpokladem smysluplného fungování recyklace je existující poptávka po recyklátu. V současné době většinu odbytu tvoří produkty nenáročného zpracování odpadu: drcené cihelné a betonové kamenivo využívané do zásypů a podsypů inženýrských staveb a technických sítí. Využitím výrobků s vysokým podílem recyklovaných hmot je možné podpořit náročnější formy recyklace.

Podíl nerecyklovatelného odpadu a možnosti jeho využití
Podíl nerecyklovatelného odpadu je ovlivněn výběrem konstrukčních materiálů, ale také možnostmi jejich třídění. Z důvodu znečištění organickými nečistotami končí na skládkách smíšeného odpadu velké množství recyklovatelného odpadu – betonu, cihel apod.

h) Výběr stavebního materiálu
Z hlediska technických vlastností recyklátu by měly být upřednostňovány materiály, které umožňují zpracování na technicky rovnocenný produkt (upcycling), jako jsou ocel, hliník, čisté zásypové hmoty, konstrukční řezivo, asfalt apod.

Do nižší kategorie je potřeba umístit materiály, které neumožňují zpracování na technicky rovnocenný produkt, ale nabízejí vysokou možnost tržního uplatnění recyklátu: čistý beton, cihly, střešní tašky, vápenopískové cihly apod. Tyto materiály jsou v současné době využívány především do zásypů a podsypů dopravních a inženýrských staveb. Do budoucna se předpokládá jejich využití jako alternativy přírodního kameniva do betonových směsí.

V nejnižší kategorii se nacházejí hmoty s organickými příměsemi, u kterých nelze provést oddělení základních materiálů (např. beton s drceným EPS, vláknobeton apod.). Jejich recyklace a další využití jsou problematické.

Z hlediska technologické a energetické náročnosti je vhodné dávat přednost nenáročným způsobům zpracování. Příkladem může být srovnání recyklace betonu s vysokými technologickými a energetickými nároky a nepálené hlíny, která je snadno proveditelná i v nenáročných -podmínkách.

Při použití nerecyklovatelného materiálu je potřeba upřednostnit hmoty vhodné k jinému využití – nejčastěji tepelnému zužitkování. V tom případě volíme materiály s vysokou výhřevností (> 2000 MJ/m³), bez příměsí, s nízkým obsahem kovů a halogenů, např. výrobky ze dřeva, dřevoštěpky, korku apod.). [8]

Méně vhodné jsou materiály s vysokou výhřevností, ale s příměsemi a vyšším podílem cizorodých látek (např. povrchově ošetřené dřevo, další dřevité hmoty, polyetylen apod.).

V nejnižší kategorii budou hmoty s max. střední výhřevností (500–2000 MJ/m³) a příp. vyšším podílem cizorodých látek: EPS, konopí, len, ovčí vlna, sláma, asfaltové pásy.

Podíl stavebních hmot určených k odstranění by měl být co nejnižší (viz obr. 2) a měl by umožňovat uložení na skládkách inertního odpadu (jako např. sklo, keramika, dlažby apod., ale také nerecyklovatelný beton, cihly, pórobeton, pěnosklo, perlit, keramzit apod.) [8].

Do nižší kategorie je potřeba umístit neminerální odpad, případně odpad z minerálních hmot znečištěných neminerálními příměsemi, jako beton se zbytky asfaltových hydroizolací, zateplovacích systémů, dřeva, plastů, polystyren znečištěný zbytky minerálních omítek apod.

Zvláštní případ tvoří přírodní stavební materiály snadno odbouratelné v rámci biologického cyklu jako nepálená hlína s příměsí slámy, dřevitých vláken apod. Jejich uložení / vrácení do přírody je možné považovat za zvláštní formu recyklace.

PETR DOBROVOLNÝ

Literatura:
1) Směrnice evropského parlamentu a rady (ES) č. 98/2008 ze dne 19. listopadu 2008 o odpadech a o zrušení některých směrnic.
2) Zákon č. 185/2001 Sb., o odpadech a změně některých dalších zákonů.
3) Vyhláška MŽP č. 381/2001 Sb., kterou se stanoví Katalog odpadů (Seznam nebezpečných odpadů a seznamy odpadů a států pro účely vývozu, dovozu a tranzitu odpadů a postup při udělování souhlasu k vývozu, dovozu a tranzitu odpadů).
4) Design for Deconstruction Manual. epa.gov [online]. [2015-01-02]. Dostupné z: http://www.epa.gov/region9/greenbuilding/pdfs/DesignForDeconstrManual.pdf .
5) architectenweb.nl. [online]. [2014-03-14]. 
6) lignatool.at. [online]. [2015-01-05]. Dostupné z http://www.lignatool.at/.
7) PAVLŮ, T., M. ŠEFFLOVÁ. Vliv vlastností recyklovaného kameniva na mechanické vlastnosti betonu. In ŠKOPÁN M. (edit.). Recycling 2014. Možnosti a perspektivy recyklace stavebních odpadů jako zdroje plnohodnotných surovin. Brno, VUT v Brně, 2014. 145 s. ISBN 978-80-214-4866-7.
8) SCHNEIDER, U., M. BÖCK a A. MÖTZL. Recyclingfähig konstruieren. Subprojekt 3 zum Leitprojekt Gugler! build and print triple zero. Wien: Bundesministerium für Verkehr, Innovation und Technologie, 2011, 354 s. Dostupné z http://www.hausderzukunft.at/hdz_pdf/endbericht_1121_recyclingfaehig_konstruieren.pdf.

Ing. arch. Petr Dobrovolný (*1981)
absolvoval FA VUT v Brně, obor architektura a urbanismus. V letech 2005–2006 pracoval v Ateliéru 01-A v Brně pod vedením Ing. arch. Josefa Glose, 2006–2009 Architekturbüro Reinberg Wien pod vedením prof. DI Georga W. Reinberga, 2009–2011 Atelier Štěpán v Brně. Od roku 2009 má vlastní praxi.