Nosná sláma a CO₂ neutrální dům

Tom a Jerry, dvě družice vypuštěné na zemský orbit americkou společností NASA a německou kosmickou agenturou Deutsche Zentrum für Luft und Raumfahrt, poskytly poprvé v historii vědcům důkazy o tom, že se ledy Antarktidy podstatně zmenšují [6]. V březnu 2006 vědci z Coloradské univerzity v Boulderu publikovali výsledky analýzy založené na měření družic, které potvrdily, že momentální úbytek antarktických ledů je kolem 152 km³ ročně. Pro srovnání, Česká republika spotřebuje za rok v průměru 0,53 km³ pitné vody [4].

Ke globálnímu oteplování dochází. Zatímco hurikány a povodně nepřinášejí vědecky čitelné důkazy, tání polárních ledů potvrzuje, že po miliónech let víceméně stabilního počasí teď přichází změna.

Skleníkový efekt byl poprvé popsán britským fyzikem Johnem Tyndallem roku 1859. Ten přišel na to, že běžné prvky tvořící vzdušnou atmosféru, jmenovitě kyslík a dusík, úplně propouštějí jak viditelné, tak infračervené spektrum slunečního záření. Naproti tomu vzdušné prvky, jako jsou kysličník uhličitý (CO₂), metan a vodní pára, sluneční záření částečně pohlcují. Tyndall objevil, že právě tyto ne zcela „průhledné“ (skleníkové) plyny určují zemské klima.

Většina sluneční energie dopadá na zemský povrch ve formě světla, které zemský povrch zahřívá. Skleníkové plyny světlu nebrání. To se k Zemi dostane snadno, avšak teplo, které ze Země sálá ve formě infračerveného záření, je skleníkovými plyny pohlceno a skleníkové plyny se tím samy zahřívají. Jejich teplo je částečně vysáláno do vesmíru a částečně se jakoby odráží zpátky k Zemi, takže se zemská atmosféra stává snesitelnou pro život. Tato poměrně složitá výměna tepelné energie mezi zemským povrchem, zemskou atmosférou a okolním vesmírem se projevuje ve stabilizované průměrné celosvětové teplotě 13,9 °C.

Už roku 1894 (zhruba sto let po vynálezu parního stroje) se švédský chemik Svante Arrhenius přesvědčil o tom, že pálením uhlí lidstvo ovlivňuje zemské klima. Dal se do složitého výpočtu, který mu zabral jeden celý rok poctivé práce, 14 hodin denně, aby předpověděl, že za 3000 let se díky lidské činnosti (tehdy pálení uhlí) zdvojnásobí vzdušná koncentrace kysličníku uhličitého [5].

Od té doby uběhlo 112 let a vzdušná koncentrace kysličníku uhličitého se od roku 1894 zatím navýšila o jednu třetinu (graf 1).

500 částic CO₂ na milión ostatních částic v atmosféře způsobí celosvětové otepení o 3 °C. Pokud by k takovémuto oteplení došlo v průběhu 3000 let, planeta by se z toho snad vzpamatovala, ale celkové oteplení o 3 °C za pouhých 300 let bude mít podle Hansena pro Zemi nedozírné následky. Teplotní šok změní planetu. Nesčetné množství živočišných druhů zanikne, roztají všechny ledy severního oceánu, hladina oceánů se zvýší a množství lidí bez přístřeší dosáhne miliónů. Nebude-li růst koncentrace kysličníku uhličitého ihned zastaven, zhruba za deset let dosáhne změna životního prostředí bodu, z něhož není návratu. Hansen doplňuje: „Jakmile se tání ledovců urychlí, oteplování dostane takovou hybnou sílu, která už nebude k zastavení.“

 

Téměř polovina celosvětové produkce CO₂ je do ovzduší vypouštěna průmyslovými zeměmi (viz tab.), mezi něž se Česká republika počítá [9].

Podíváme-li se v detailu na graf 2, pak zjistíme, že provoz budov je v těchto průmyslových zemích zodpovědný v průměru za více než třetinu celkové produkce CO_2. Z této třetiny koláče je pak skoro polovina CO₂ do ovzduší vypouštěna při zajištění topení či chlazení budov, což činí 15 % z celkového znečištění atmosféry CO₂.

 

Výše uvedená data jsou sice přibližná, ale pro podtržení potenciálu, jenž v sobě domy z balíků slámy v moderním stavebním průmyslu skrývají, slouží dobře. Kdyby totiž byly nahrazeny všechny budoucí novostavby stavbami z balíků slámy a všechny současné domy byly slámou zatepleny, došlo by ke snížení množství splodin CO₂ v atmosféře o zhruba 15 + 11 = 26 %.

Slaměný balík je výbornou tepelnou izolací, takže při správné aplikaci se domy z balíků slámy téměř nemusejí vytápět ani chladit (výše zmíněných 11 % z celkové produkce CO₂ by bylo ušetřeno). Součinitel tepelné vodivosti slámy slisované v balíku s hutností 90 kg/m³ je λ = 0,05 Wm^–1K^–1 [10]. Bylo však dokázáno, že se tepelný odpor přes jeden m2 slaměného zdiva výrazně snižuje vlivem nerovnoměrného rozložení slaměné hmoty na R = 5 m2 KW^–1 při tloušťce zdiva 360 mm [10]. Potenciálně dobré tepelné vlastnosti lisované slámy v balících zaručují, že při správném provedení a při běžné tloušťce zdiva z balíků 460 mm se lze přiblížit k požadavku na tepelnou izolaci pasivního domu. Pasivní domy díky obvodovým stěnám, které téměř dokonale tepelně izolují, a díky dalším dílčím opatřením (pasivní využití sluneční energie atp.) nepotřebují topení ani chlazení.

Slaměný balík pochází z obnovitelného zdroje a na jeho výrobu je potřeba velmi málo energie. Stavění slaměných domů z místního dřeva, místní slámy a omítání hliněnou omítkou přímo ze zahrady způsobuje minimální znečištění ovzduší (ušetřilo by se dalších výše zmíněných 15 % z celkové produkce CO², jinak potřebných k výrobě nových stavebních materiálů) a navíc se při pěstování obilí CO² spotřebovává.

Vedle dobrých tepelněizolačních vlastností a výroby, jež neznečišťuje ovzduší, má slaměné zdivo ještě další významný potenciál. Omítnuté zdivo ze slaměných balíků je dostatečně únosné na to, aby přímo na něm spočinula střecha nebo celé další patro budovy (obr. 1, 2).

U nosné slámy se balíky na sebe kladou jako cihly, které jsou ve vrstvách mezi sebou spojeny dřevěnými kolíky. Navrch zdiva z balíků slámy přijde dřevěný věnec, který stěny sváže. Na věnec se osadí střecha (obr. 3, 4).

Proti vztlaku větru se věnec spojí smyčkou – stahovacími třmeny – se základovou konstrukcí. Těžká střecha zdivo z balíků stlačí a stabilizuje. Stlačení balíků způsobuje nejen eliminaci mezer mezi šárami, ale i eliminaci mezer mezi jednotlivými balíky vedle sebe, protože se balíky při stlačení rozpínají do stran. Toto je velmi důležité, protože sebemenší mezírka zhoršuje izolační vlastnosti slaměného zdiva.

 

Zatěžovací testy na zdivu z nosné slámy prokázaly, že balíky u omítnuté stavby téměř žádnou zátěž nenesou [2, 3]. Ten, kdo viděl stoh balíků slámy, ví, že balíky toho unesou hodně, ale jakmile se pokryjí omítkou, zatížení přebírá omítka, protože je v porovnání se slámou nestlačitelná.

Omítka je vpravená pod povrch balíků (tzn. do slámy) tlakem lidských pěstí či sprejovací technikou. Přechodová vrstva mezi omítkou a slámou je ze statického hlediska nesmírně důležitá, protože vytváří vyztuženou tuhou oblast, která zabraňuje omítce ve vybočení a kolapsu díky vzpěru. Za těchto podmínek se z omítky stává dosti únosná deska. Pokud si chcete představit statický model konstrukce stěny z nosné slámy, nemyslete na vratkou slaměnou zeď zatíženou střechou, ale spíš na pevné spolupůsobení dvou spřažených elementů. Taková zeď spíše připomíná organismus, v jehož útrobách je pevná, ale poddajná hmota (tepelná izolace – sláma), organicky vrůstající do tvrdého krunýře na povrchu (do omítky). Ke zvýšení stability se u nosné slámy úspěšně využívají zakřivené nosné stěny (obr. 7).

Může být mnoho důvodů, proč stavitelé z balíků slámy dávají přednost „jistotě“ nosného skeletu a balíky využívají pouze jako izolační výplň.

Stavitelé často únosnosti slaměné zdi nevěří, protože jim chybějí potřebné zkušenosti. Nosná sláma má svoje pravidla. Stejně jako stavění skeletu domu vyžaduje postavení zdi z nosné slámy zkušenosti. Zatímco pravidla stavění skeletů všeho druhu jsou všeobecně známa a není problém sehnat např. tesaře, který skelet vybuduje, nosnou slámu umí málokdo. Teorie ale není vůbec složitá. Jedná se o pár základních pravidel selského rozumu, která se dají naučit a „osahat“ během několikadenního kurzu. Ve Velké Británii se například nezisková organizace Amazon Nails specializuje na stavění z nosné slámy od roku 1994. Tato společnost se sídlem v Todmordenu v Yorkshiru postavila již více než 100 staveb z balíků slámy po celé Británii a Irsku. Ke všem jejím zakázkám jsou zváni zájemci, kteří se chtějí stavění z balíků slámy naučit. Kurzy jsou doprovázeny praktickými ukázkami, přednáškami a besedami. Architekti, stavební inženýři, zedníci, umělci, zemědělci, úředníci (zajímavé je, že většinu těch, kteří se na kurzy v Británii hlásí, tvoří ženy), ti všichni za kurz zaplatí poplatek, aby odešli s jistotou, že nosná sláma je pro ně všeobecně nejlepší alternativou moderního stavění. Přitom se můžou pochlubit podílem na vybudování stavby, kterou společnými silami v rámci kurzu pro klienta Amazon Nails postavili.

Domy z balíků slámy boří jeden pevně zakořeněný mýtus. Je to mýtus o tom, že budova musí být za každou cenu tuhá. Nemusí. Stačí se ohlédnout sto let zpátky. Dokonce kostely, ba celé kláštery byly postaveny s ohledem na poddajnost jednotlivých stavebních elementů. Ve zdivu se používala v lepším případě vápenná malta, která je do určité míry poddajná. Také omítky byly většinou vápenné, a proto pružné.

Mýtus „všeobecné“ tuhosti zapříčinilo použití cementu, jakožto materiálu, který nesnese sebemenší pohyb, a proto praská. Současný stavební průmysl se natolik cementu přizpůsobil, že se od předpokladu tuhosti budov odvíjí veškerá stavební praxe. Vymýšlejí se různé náročné předimenzované statické systémy, jen aby se stavby nehýbaly. Jakmile se pohnou, vznikají závažné poruchy. Nikoho už ani nenapadne se zamyslet například nad tím, zdali je bezpodmínečně nutné stavby zakládat na hlubokých betonových základech. Představte si, kolik by se ušetřilo materiálu (o zplodinách do atmosféry ani nemluvě), kdybychom stavěli jako dřív. S tím, že budově dovolíme pohyb.

Nosná sláma omítnutá hliněnou, či klasickou vápennou omítkou z hašeného vápna tvoří ideální poddajnou konstrukci. Ve většině případů (tam, kde jsou dostatečně únosné zeminy) není nutné provádět masivní betonové základy. Příklady poddajného založení staveb z nosné slámy jsou patrné na obr. 9–12.

U dobře provedených domů z balíků slámy nemusí být nic masivní. Stavbě je dovolen pohyb a pružné omítky se s pohybem vypořádají.

Britští Amazon Nails stavějí slaměné domy pro své klienty bez jediného zrníčka cementu, bez plastů a s využitím minima oceli. Prosazují stavební materiály z obnovitelných zdrojů pocházejících z bezprostřední blízkosti staveniště. Amazon Nails, i když jsou svým způsobem pionýry progresivního přístupu ke stavění, jsou především profesionálové a jakékoliv „netradiční“ postupy musí obhajovat před britskými stavebními úřady. Důležité však je, že po jimi vyšlapané cestičce mohou teď bez bázně kráčet další, kteří dávají přednost šetrnému životu v okouzlujících, jednoduchých, a přitom CO² neutrálních budovách. Ukazuje se, že obezřetné stavění v souladu s přírodou (z takového stavění pramení radost!) a bydlení nezávislé na vrtoších centrálně řízené energetiky jsou dneska volbou rozumných lidí – a doufejme, že nejen v Británii.

JAKUB WIHAN

  

1) Jones, Barbara: Building with Straw Bales – A practical guide for the UK and Ireland. Amazon Nails, www.strawbalefutures.org.uk.

2) Ruppert, J.: A compression test of plastered straw bale walls. University of Colorado, Boulder, červen 1999, www.odiseanet.com/reports_straw.htm.

3) Feine, M. – Zhang, J.: A Pilot Study examining the Strength, Compressibility and Serviceability of Rendered Straw Bale Walls for Two Storey Load Bearing Construction. University of Western Sydney, 2002.

4) Voda fakturovaná, pitná a užitková. Databáze ČSÚ, www.czso.cz/csu/2003edicniplan.nsf/t/27002ECB5D/$File/2003rr05.pdf.

5) Kolbert, E.: Chilling, New Yorker, The style issue. Conde Nast Publications, USA, 2006.

6) Buis, A.: Scientists Say ‚Grace‘ as Water-Sensing Satellites Lift Off Internet. NASA News Archive 2002, http://earthobservatory.nasa.gov/Newsroom/NasaNews/2002/200203178303.html.

7) Hansen, J. E.: GISS Surface Temperature Analysis, Global Temperature Trends: 2005 Summation Internet. Goddard Institute for Space Studies, New York, USA, 2006, http://data.giss.nasa.gov/gistemp/2005/.

8) Guy, B.: Early recovery: collected data can

yield insight into the potential of the deconstruction market. The Hamer Center for Community Design Assistance at The Pennsylvania State University, http://www.findarticles.com/p/articles/mi_m0QMH/is_4_6/ai_n6150130.

9) Price, L. – Worell, E. – Khrushch, M.: Sector Trends and Driving Forces of Global Energy Use and Greenhouse Gas Emissions: Focus in Industry and Buildings, Internet Energy Analysis Department, Environmental Energy Technologies Division, Ernest Orlando Lawrence Berkeley National Laboratory, University of California, USA, http://ies.lbl.gov/iespubs/43746.pdf.

10) Andersen, J. M. – Andersen, B. M.: Straw Bale Houses – design and material properties. Danish Building and Urban Research (Statens Byggeforskningsinstitut), http://www.sbi.dk/download/pdf/jma_slides_halmhuse.pdf.

11) Wihan, J.: Humidity in straw bale walls and its effect on the decomposition of straw, Tailoring a coat for straw bale thermal insulation. Diplomová práce pro University of East London a Centrum pro alternativní technologie ve Walesu, 2007.