Základní vlastnosti slaměných balíků

Článek se zabývá základním vlastnostmi slaměných balíků – od tepelné izolace, vlhkostních charakteristik, hoření a akustiku.

TEPELNÁ IZOLACE

Jednou z podstatných výhod slaměných balíků jsou jejich vynikající tepelně-izolační vlastnosti. V konstrukcích staveb je proto lze užívat jako adekvátní náhradu za běžné izolační materiály. U slaměných balíků závisí především na jejich hustotě, vlhkosti a pozici vůči tepelnému toku. Hodnota tepelné vodivosti materiálu udávaná výrobci nebo laboratořemi je měřena v ideálních a stálých podmínkách, zatímco když je materiál zabudován ve stavbě, hodnota λ se dynamicky mění podle aktuálních okrajových podmínek. V praxi je potřeba počítat spíše s horšími, tedy výpočtovými hodnotami.

Vliv hustoty balíků na tepelnou vodivost

Hustota malých balíků se pohybuje přibližně mezi 70 a 130 kg/m3. Z mnoha provedených zkoušek vyplývá, že pro běžnou pšeničnou slámu je optimální hustota okolo 90 kg/m3. Lehčí balíky obsahují více mezer mezi vlákny, což způsobuje ztráty tepla konvekcí, hustší balíky zase příliš mnoho vláken, což odebírá prostor uzavřenému vzduchu, který se na izolačních vlastnostech podílí zásadním způsobem. Při zvyšování hustory se dostaneme na 380 kg/m3, jež mají například slámokartony (λ = 0,102 W/mK). Při dalším navyšování hustoty se budeme blížit izolačním vlastnostem dřeva. Pro pšeničné slámové balíky s měrnou hmotností 90 kg/m3 (průměrná hustota malých balíků) se λ = 0,045 W/mK. Tuto hodnotu potvrzuje také Institut FIW v Mnichově.

Konvekce a vlhkost balíků

Do testů nebývá zahrnut vliv konvekce. Výzkum provedený dánským institutem pro stavební technologie (J. M. Andersen, B. M. Andersen, 2004) však měřením na omítnuté slaměné stěně (U = 0,21 W/m2K) ukázal o 47 % vyšší prostup tepla, než jaký byl původně určený výpočtem (U = 0,15 W/m2K) ze změřených tepelných vodivostí a tlouštěk vrstev. Rozdílný způsob testování a především rozdílná hustota balíků vysvětluje, proč jiné zkoušky prováděné v USA dosahují horšího parametru λ. McCabe z University of Arizona uvádí, že u balíků pšeničné slámy o hustotě 133 kg/m3 postavených na výšku se λ = 0,048 W/mK (s připočtením 20% přirážky kvůli vlhkosti λ = 0,057 W/mK), u balíků na šířku se λ = 0,060 W/mK (s připočtením 20% přirážky kvůli vlhkosti λ = 0,072 W/mK). Laboratoře Sandia v Albuquerque udávají hodnotu λ = 0,054 W/mK (s připočtením 20% přirážky kvůli vlhkosti λ = 0,065 W/mK).

Vlhkost vždy působí negativně na izolační schopnosti materiálů, včetně slámy. Její vliv můžeme odvozovat z výše uvedených vlhkostních přirážek.

Pozice stébel

Pozice stébel vůči tepelnému toku má vliv na tepelnou vodivost materiálu. Její hodnota je nižší, jde-li tepelný tok kolmo na stébla. Jsou-li balíky ve stěně položeny na výšku, jejich λ = 0,0450 W/mK, jsou-li na šířku, lze počítat s λ = 0,060 W/mK. Tyto výsledky jsou v klimatických podmínkách ČR velmi optimistické, proto se při výpočtech doporučuje držet německého závazného předpisu pro tepelně-technické posuzování konstrukcí z balíků slámy (Allgemeine bauaufsichtliche Zulassung für Baustrohballen). Ten od r. 2006 oficiálně povoluje provádět tepelně-technické výpočty s hodnotami součinitele tepelné vodivosti λ = 0,080 W/mK ve směru rovnoběžném se stébly a λ =0,052 W/mK ve směru na stébla kolmém. V praxi však velmi záleží na složení balíku, kde se směr slaměných stébel odvíjí od použitého typu balíkovacího stroje. Obvykle stébla leží kolmo na vázací provázky. Co se balíků přebalíkovaných z velkých kol týká, nepřevládá žádný směr stébel. Ta bývají mimoto poškozená. V tomto směru nebyly zkoušky prováděny, záleží-li nám tedy na izolačních vlastnostech, je zde třeba počítat s horším součinitelem λ.

TEPELNÁ KAPACITA

Budovy s dostatečnou tepelnou kapacitou v interiéru poskytují vyšší tepelnou stabilitu, a tím i komfort pro své obyvatele. Tepelná kapacita materiálu je dána koeficientem c, který vyjadřuje, kolik energie je třeba k ohřátí jednoho kilogramu materiálu o jeden teplotní stupeň. U slámy se c = 2 kJ/kgK, u hlíny c = 1 kJ/kgK. Pro zjištění poměru tepelných kapacit jednotlivých materiálů použijeme tzv. objemovou měrnou tepelnou kapacitu S, která udává tepelnou jímavost metru kubického materiálu, takže zohledňuje i jeho hustotu. Pro slaměný balík se S = 200 Wh/m3K, zatímco pro hlínu (a přibližně stejně i pro jiné těžké stavební materiály) S = 2 000 Wh/m3K. Z toho vyplývá, že do slaměných balíků lze akumulovat přibližně desetinásobně méně energie než do hliněných omítek.

VLHKOST VE SLAMĚNÝCH BALÍCÍCH

Během desítek let bylo díky realizacím prokázáno, že stavby ze slaměných balíků úspěšně slouží i ve vlhkém klimatu. Veškeré principy a pochody, které se při vlhnutí a vysychání slámy zabudované v konstrukci odehrávají, jsou velmi složité a neumíme je prozatím popsat. Zejména v posledních letech přibývají výzkumy a testy, které se vlhkostí v balících přímo zabývají. Díky nim jsme schopni nahlížet na zkušenost našich předků novým pohledem a zaručit, že nově stavěné domy se slaměnou izolací budou trvanlivé. Stejně tak umožňují nová řešení stavebních detailů podle podmínek, v nichž se stavba nachází. Poskytnout balíkům dostatečnou ochranu před vlhkostí a vodou je naprostá nezbytnost, protože sláma je materiál organického původu a může proto být příčinou znehodnocení celé stavby.

Vlhnutí balíků ve stavbě způsobuje více faktorů. Do první skupiny patří ty, které bychom měli odstranit už v konstrukčním návrhu budovy. Řadí se sem déšť, vliv povětrnosti nebo odstřikující voda. Do druhé skupiny se řadí kondenzace vody v balících jako důsledek difuze vodních par.

Ochrana slaměných balíků před deštěm

Dešťovou vodu musíme odvést tak, aby nestékala po stěnách, nebo dokonce do stěn. Pokud zjistíme závadu, je třeba okamžitě zamezit dalšímu průniku vody, konstrukci vysušit, zjistit rozsah poškození a případně postižené balíky vyměnit. Ochrana balíků před deštěm hnaným větrem spočívá především ve vhodné povrchové úpravě stěn – omítce či obložení. Podle typu použité omítky dochází při trvalejším smáčení k jejímu nasycení vodou, což způsobuje vlhnutí přilehlé vrstvy slámy.

Ochrana před odstřikující vodou

Sokl každé budovy je namáhán vodou, která se odráží z ploch okolo stavby na její povrch. Odstřikování lze zabránit použitím materiálů, jež dekoncentrují působení vody. Nízká a hustá tráva dešťové kapky po dopadu pohlcuje, oblázky tlumí dopad kapek a odráží je mnoha směry. Platí zde pravidlo – materiály, které vlhkost poškozuje, se nesmí umisťovat pod úroveň terénu, naopak by měly být minimálně 15 cm nad přilehlým terénem, už kvůli ochraně před vodou z přívalových dešťů.

Kondenzace vody v balících

Důsledkem procesu difuze, tedy tendence látek přecházet z prostředí s vyšší koncentrací do prostředí s nižší koncentrací, dochází v konstrukcích staveb k určitému stupni kondenzace vodních par. Děje se tak při rozdílu vnitřní teploty v budově a venkovní teploty následkem prostupu vodních par z interiéru. Procento vlhkosti v balících je pak úzce spojeno s množstvím vody, které zkondenzuje, což závisí na množství páry, kterou do konstrukce vůbec vpustíme. Prozatím nemáme žádná srovnání vlhkosti v balících mezi domem bez vnitřní parobrzdy a s parobrzdou.

Zvýšenou vlhkost balíků můžeme očekávat v místech tepelných mostů, tedy tam, kde je izolace zeslabena nebo kde jí prochází například konstrukční prvek. Při zvlhnutí balíků se porucha omezuje na blízké okolí, protože sláma disponuje pouze omezenou schopností rozvádět vlhkost v materiálu kapilárně, jako se to děje například v hlíně s menšími póry. Pokud je konstrukce difuzně otevřená směrem do exteriéru, vlhkost může unikat relativně rychle.

Jak dochází k rozkladu slámy

Chemické procesy rozkladu slámy jsou iniciovány enzymy jednoduchých organismů – hub a bakterií. Diverzita a hustota těchto organismů na stéblech se liší podle prostředí. Pozitivní vliv na hustotu organismů může hnojení dusíkatými látkami. Organismy ve formě spór se na poli nachází ve velmi nepřátelském prostředí – jsou splachovány dešti, znovu vysušovány nebo ničeny UV-zářením, takže pouze malá část jich je schopna na stéblech slámy přežít. Tento fakt je zejména důležitý při sklizni. Pokud se nechá sláma ležet na poli příliš dlouho nebo pokud se nechá před balením zmoknout, mikroorganismy se začnou množit logaritmickou řadou.

Pro aktivaci spór jsou třeba čtyři nutné podmínky, které musí nastat souběžně – požadovaná vlhkost, správná teplota, kyslík a dostatek živin. K množení a růstu organismů pak dochází poté, co tyto podmínky trvají po určitou dobu. Dostatek živin sláma poskytuje, zatímco kyslíku při aerobním hnití v balících rychle ubývá a je nahrazeno hnitím anaerobním, které probíhá mnohem pomaleji a především potřebuje o mnoho více vlhkosti. Tyto parametry se po zabudování balíku slámy do stavby v podstatě nemění.

Kritickými faktory jsou tedy teplota a vlhkost – a jejich trvání v čase. Po nasycení vodou trvá nejméně 4–10 dní, než se organismy dostatečně rozmnoží. Ve skutečnosti se však vstupní podmínky dost mění, proto se doba růstu spíše prodlužuje. Teplota v balících se pohybuje často mezi 25–45 °C, což je pro růst hub a bakterií ideální. Následné snížení vlhkosti způsobuje rychlý pokles aktivity organismů, nikdy však jejich úplné zničení.

Sláma je materiál hygroskopický, proto v něm dochází při styku s vlhkostí k absorpci. I v na první pohled suchém stavu však obsahuje určité procento vlhkosti, vázané v mikroskopickém měřítku v malých pórech, kde dochází tlakem molekul ke kapilární kondenzaci. Z toho vyplývá, že obsah vody v balících roste už při nižších hodnotách relativní vlhkosti. Ke svému růstu ale mikroorganismy potřebují vodu nevázanou – volně přístupnou, která se objevuje až při tzv. povrchové absorpci, k níž dochází na povrchu materiálu v rosném bodu, tedy při 100% relativní vlhkosti.

Vliv relativní vlhkosti na růst organismů popisuje Straube: „Růst hub může začít, pokud je udržena relativní vlhkost nad 80 %, a to po mnoho měsíců.” Rozklad slámy samotný pak potřebuje až 90% podíl relativní vlhkosti, zároveň s teplotou nad 15 °C.

Německé stavební standardy (také ČSN 730540) udávají 80% relativní vlhkost jako horní hranici bezpečných podmínek. Mnoho dalších pramenů uvádí rozmezí 65–80 % jako hranici pro biologický růst v balících. Jakub Wihan po měřeních na domě v bretaňském Plozevetu dodává, že ani několikaměsíční relativní vlhkost nad 75 % není dostatečným impulsem pro růst mikroorganismů a hnití slámy.

Sláma jako organický materiál s sebou nese riziko hniloby a následného rozkladu. Důraz je proto třeba dát především na vhodný konstrukční návrh – principiálně se ke slámě můžeme chovat stejně jako ke dřevu, neboť oba materiály jsou tvořeny buničinou. Prozatím u nás neznáme jediný případ, kdy by byla poškozena sláma dobře zabudovaná ve stavbě v důsledku kondenzace vody a následkem hnití.

HLODAVCI A ŠKŮDCI

Myši a jiní hlodavci

Sláma je tvořena celulózou, kterou hlodavci nejsou schopni strávit, na rozdíl od přežvýkavců nebo termitů. I ti ovšem dávají přednost dřevu (manželé Steenovi).

Hlodavci vyhledávají balíky spíše pro budování obydlí. Skrýše budují ve všech izolačních materiálech, ale lépe se jim daří v polystyrenu a minerální vatě, protože vyhloubené chodbičky v nich zachovávají tvar, zatímco v balících, díky předepnutí stlačením, se hned zatahují, což hlodavcům značně ztěžuje pohyb. Během stavby se dá snížit riziko působení hlodavců a napadení škodlivým hmyzem tak, že vybíráme balíky s nejmenším obsahem sena a jiných organických zbytků. Dále je vhodné minimalizovat obsah zrna, které by mohlo hlodavce lákat. Po omítnutí nebo opláštění problém odpadá, omítnutá zeď sama o sobě myš odrazuje (B. Jones). Při osobních návštěvách ve slaměných stavbách obyvatelé shodně potvrzují, že nikdy neměli s hlodavci potíže.

Problematické však bývá skladování balíků před izolováním – složené balíky oddělené jen malými mezírkami jsou naopak pro hlodavce velmi přitažlivé, takže ti pak mohou balíky na povrchu poškodit.

Alergie a plísně

Čistá světlá sláma má nízký alergický potenciál a neobsahuje téměř žádné plísně nebo spory. U astmatiků byly zjištěny problémy pouze u plesnivé slámy (manželé Steenovi). Po omítnutí přestává mít sláma na vnitřní prostředí stavby vliv.

HOŘENÍ

Pokud slámu slisujeme do kompaktního bloku, sníží se i množství kyslíku, který podporuje hoření. Proto balíky, ať už volné nebo zabudované, pouze doutnají. Jako přirovnání poslouží představa hořícího telefonního seznamu. Krajní strany budou sice ohořívat, ale celá kniha chytne obtížně (Barbara Jones). Hasiči tuto vlastnost využívají při cvičeních, kdy jim balíky svázané drátem slouží jako zdroj dýmu.

Oboustranně omítnuté balíky vytváří kombinaci nehořlavého povrchu a dobře tepelně izolujícího vnitřku, značně odolnou vůči požáru. Tato skutečnost byla také potvrzena mnoha doposud provedenými univerzitními i laboratorními zkouškami, které probíhají už několik desetiletí.

Důležitá zkouška hořlavosti F90 byla provedena roku 2000 na Technické univerzitě ve Vídni. Na základě výsledků splnily testované slaměné balíky s průměrnou hustotou 90 kg/m3, vložené v dřevěné konstrukci a omítnuté zevnitř 2 cm hliněné omítky a zvenku 2 cm vápenné omítky (obě na nosiči z rákosu), kritéria třídy hořlavosti B2 (normálně hořlavé) dle ÖNORM B 3800. Přezkoušení stavební části, prováděné v rámci tohoto projektu potvrdilo ohnivzdornost F90, tzn. po dobu 90 minut.

Pro naše slaměné stavitelství jsou přímo použitelné výsledky proslaveného testu devadesátiminutové odolnosti provedený německou organizací FASBA ve výzkumném ústavů materiálů v Braunschweigu. Slaměná stěna z balíků položených na šířku, tloušťky 46 cm, s vloženou dřevěnou konstrukcí, byla z obou stran omítnuta hliněnou omítkou 3 cm silnou. Opět byla potvrzena požární odolnost F90 bez porušení konstrukční integrity. Tento test byl jako jediný proveden podle evropské normy EN 1365-1. Ústav PAVUS zabývající se posuzováním shody výrobků a prováděním zkoušek požární odolnosti potvrdil, že evropská norma vyhovuje ČSN 730810, včetně dosažené požární odolnosti REI 90. Výsledky byly u nás již několikrát úspěšně použity jako podklad pro zprávu požárního specialisty, nutnou součást dokumentace ke stavebnímu řízení.

Česká republika přispěla k testování v roce 2011 zcela zásadním způsobem, a to zkouškou nosné stěny ze slaměných balíků. Stěna z balíků tloušťky 500 mm omítnutá zevnitř hliněnou omítkou a zevně vápennou omítkou vydržela pod zatížením 144 minut, čímž byly překonány dříve výsledky dříve prováděných zkoušek. Požární odolnost REI byla stanovena na 120 minut. Zkouška proběhla podle evropských norem (ČSN EN 13501-2 a ČSN EN 1365-1), takže výsledky jsou použitelné v rámci celé EU. Přímo v protokolu je pak uvedeno, že vzorek stěny lze modifikovat snížením výšky, zvětšením tlouštěk vrstev, rozšířením stěny a zmenšením zkušebního vyvozeného zatížení. Protokol je volně ke stažení na webu Katedry pozemních konstrukcí ČVUT.

Riziko požáru na stavbě

Mnohem větší riziko než hoření balíků představuje volná sláma rozházená po stavbě, proto je třeba ji pravidelně uklízet, nevpouštět na stavbu kuřáky aplikující si svoji dávku nikotinu a chránit místo před vandalismem – podobně jako běžnou dřevostavbu. Připravený hasicí přístroj je samozřejmostí – v případě rodinného domu práškový, neboť mít jeden exemplář v domě je povinné i po kolaudaci.

Skoro polovina z celkových 14 analyzovaných požárů slaměných domů (Bruce King) byla způsobena neopatrností při stavbě (většinou kvůli volné slámě ležící na zemi). Z toho více než polovina zapříčinila ztrátu celé rozestavěné budovy. Pouze jeden z analyzovaných požárů nastal po dokončení stavby.

ZVUKOVÁ IZOLACE, AKUSTIKA

Slaměné balíky mají velmi dobré zvukově-izolační vlastnosti, zvláště při nižších frekvencích. Zvukově-izolační vlastnosti závisí v případě homogenního materiálu na jeho hmotnosti. Čím těžší je stěna, tím lepšími vlastnostmi disponuje. Jiným případem je stěna složená z vrstev odlišně těžkých materiálů, která je schopná lépe absorbovat zvuky různých vlnových délek. Slaměná stěna oboustranně omítnutá hliněnou omítkou proto zvukově izoluje lépe než stěna z jednoho materiálu téže hmotnosti.

V roce 2003 byl na Univerzitě v Eindhovenu (van der Linden) proveden test zvukového útlumu stěny z běžných dvouprovázkových balíků o hustotě mezi 120–130 kg/m3 položených na šířku, o síle 46 cm a omítnutých z obou stran hliněnou omítkou tloušťky 2,5 a 3,5 cm. Ukázalo se, že taková stěna nejlépe izoluje při frekvencích kolem 2 000 Hz (lidské ucho vnímá zvuky nejcitlivěji v rozmezí 2 000 Hz až 4 000 Hz).

Test zvukového útlumu ve slaměných stěnách nahrávacího studia umístěného ve třetím patře šestipodlažního kancelářského objektu v Sydney byl proveden Johnem Galssfordem v roce 1999. Zjistil, že při frekvenci v rozsahu 200–18 000 Hz dochází k útlumu z 114–117 dB uvnitř na 68–71 dB vně. To znamená, že celkový útlum se pohybuje v hodnotách mezi 43–49 dB. Pro představu, požadavek na útlum zvuku dle ČSN 730532 mezi byty je 52 dB, na fasádě pak při venkovním hluku 80 dB (vyšší hodnoty už norma ani neudává) musí být útlum roven alespoň 48 dB.