Materiály a konštrukcie v súčasných drevostavbách

Fenomén znovuobjavenej drevenej architektúry v mnohých krajinách Európy neznamená len nadviazanie na tradíciu, snahu o návrat k prírode a pôvodným hodnotám alebo túžbu pobývať v príťažlivom či pohodovom prostredí. Dôvodom je aj trend šetrenia energiou a snaha znižovať zaťaženie životného prostredia. Na Slovensku zatiaľ pretrváva k drevostavbám istá nedôvera, zakorenená u užívateľov i projektantov z blízkej minulosti a čiastočne zapríčinená nízkou kvalitou architektonického diela či nerešpektovaním vlastností dreva a drevných materiálov.

Na lepšie presadenie drevených stavebných konštrukcií a na ich správny návrh alebo realizáciu drevenej stavebnej konštrukcie treba poznať strategický význam dreva ako suroviny 21. storočia, prednosti dreva a drevných materiálov v drevených konštrukciách, ale aj nedostatky a možnosti ich eliminácie.

Novodobé budovy na báze dreva sú charakteristické nízkou spotrebou energie na vykurovanie, vynikajúcimi tepelnoizolačnými vlastnosťami obalového plášťa i nízkou celkovou energetickou bilanciou vrátane energie na výrobu a prepravu stavebných dielcov. Samotné drevo v stavebnej konštrukcii má zápornú bilanciu emisií (po prepočte spotreby energie pri výstavbe, prevádzke a likvidácii budovy na produkciu skleníkového plynu CO₂), keďže počas rastu strom pohltí alebo eliminuje viac škodlivín, ako ich po zabudovaní vyprodukuje. Životné prostredie teda nezaťažuje.

Použitie dreva je v niektorých konštrukciách priamo predurčené pre jeho priaznivé pôsobenie. Z hľadiska tepelnotechnických vlastností a vlhkostného režimu je napríklad drevo vhodné na realizáciu nosných konštrukcií plavární a športových halových objektov. Neopakovateľné je po­užitie dreva pri architektonickom stvárnení interiéru sakrálnych budov, stavieb určených na kultúrne vyžitie a rekreáciu.

Prefabrikované budovy na báze dreva sa vyznačujú bezkonkurenčne krátkou lehotou výstavby, čo má priaznivý vplyv na čas viazanosti vložených investícií počas výstavby.

Súčasné trendy
Trend renesancie drevených konštrukcií badať už aj na Slovensku. Okrem architektonického stvárnenia dreva ako esteticky veľmi vďačného materiálu však treba rešpektovať jeho vlastnosti a technológie. Pri navrhovaní drevených konštrukcií je nevyhnutné zohľadniť špecifické výpočtové postupy a rešpektovať príslušné normy. Drevené konštrukcie môžu prekvapivo vykazovať veľmi dlhú životnosť, ak sa pri ich realizácii zohľadnia zásady konštrukčnej ochrany, v nevyhnutnom prípade aj ich impregnácia ochrannými látkami.

Moderná drevená architektúra vychádza z estetického odkazu pôvodných drevostavieb s priznaním dreva ako prírodného materiálu. Zároveň sa využívajú progresívne konštrukčné prvky a materiály na báze dreva s vyššími fyzikálnymi a úžitkovými vlastnosťami, často v spojitosti s inými materiálmi, ktoré nielenže zlepšujú celkové vlastnosti konštrukcie, ale majú aj priaznivý vplyv na ekonomickú efektívnosť stavby.

Trendy súčasnej architektúry drevostavieb vychádzajú z týchto konštrukcií a konštrukčných materiálov:

• masívne prvky z prírodného dreva alebo z lepeného lamelového dreva,
• veľkorozponové priamopásové alebo oblúkové nosníky a rámy z lepeného lamelového dreva alebo nosníky či rámy zložených prierezov s využitím progresívnych veľkoplošných materiálov,
• rovinné a priestorové priehradové konštrukcie s prvkami z lepeného lamelového dreva,
• úsporné nosníky a rámy zo spriahnutých prierezov (drevo/oceľ, drevo/uhlíkové vlákna),
• spriahnuté drevobetónové stropné a most­né konštrukcie,
• úsporné priehradové konštrukcie so styčníkmi z platní s prelisovanými hrotmi,
• úsporné priehradové nosníky s diagonálami z profilovaných plechov,
• stavebnostolárske výrobky s vysokou kvalitou dizajnu, napríklad drevené schody, obklady, okná, zimné záhrady.

V súčasnej architektúre drevostavieb vidieť trend návratu k pôvodným technológiám a materiálom (natívne drevo) uplatneným v modernom príťažlivom tvare a pri rešpektovaní súčasných požiadaviek na tvorbu prostredia. Na druhej strane novodobé technológie výroby umožňujú navrhnúť a realizovať veľkorozponové konštrukcie, ktorých tektonika rešpektuje optimálne využitie mechanických a ďalších výhodných vlastností dreva. Často vychádzajú z prírodných bionických štruktúr, ich tvary užívatelia vnímajú pozitívne a znamenajú alternatívu k súčasnej preindustrializovanej architektúre.

Prednosti a nedostatky stavieb z dreva
Vo vedomí laickej verejnosti (ale aj medzi niektorými odborníkmi) obytné domy na báze dreva stále predstavujú provizórnu konštrukciu s nízkou trvanlivosťou, slabou izoláciou proti stratám tepla, proti požiaru a hluku. Prirovnávajú sa k provizórnym budovám ranej éry drevostavieb, k maringotkám či kontajnerom.

Pritom rodinné domy na báze dreva stĺpikovej konštrukcie alebo z prefabrikovaných panelov vyrábané v súčasnosti majú porovnateľné fyzikálne vlastnosti ako konštrukcie na silikátovej báze.

Štandardné stavebné systémy drevených stavieb majú dokonca v tepelnej ochrane výrazne lepšie parametre. Z pohľadu rýchlosti výstavby ponúkajú ekonomickejšiu alternatívu. Znamenajú aj prínos v znižovaní energetickej náročnosti a záťaže životného prostredia. Základnou surovinou na ich výrobu je obnoviteľný, na Slovensku tradičný a strategický stavebný materiál – drevo.

Tepelnoizolačné vlastnosti dreva
Z pohľadu tepelnej ochrany budov a pri súčasných sprísnených normatívnych kritériách na tepelnotechnické vlastnosti obalového plášťa a energetickú efektívnosť budov sa začínajú uplatňovať sendvičové obalové plášte na báze dreva s vrstvou vysokoúčinnej tepelnej izolácie. Štandardne vyrábaná stena na báze dreva pozostáva z dreveného nosného rámu vyplneného tepelným izolantom a zvonka navyše opláštená kontaktnou tepelnoizolačnou fasádou alebo tepelnoizolačným obkladom s odvetranou medzerou. Skladba takejto steny je bez zjavných tepelných mostov a má nízku hodnotou súčiniteľa prechodu tepla.

Snahou projektantov je pozitívne ovplyvniť celkovú energetickú bilanciu a dosiahnuť tzv. kvázi nulovú energetickú bilanciu (bilanciu s nulovou či zápornou bilanciou platenej energie) alebo aspoň úroveň tzv. nízkoenergetického alebo energeticky pasívneho domu. Ukazuje sa, že najekonomickejším riešením hrubej stavby budovy s nízkou spotrebou energie (popri aplikácii technických zariadení na využitie spätného získavania tepla a slnečnej energie) je práve uplatnenie konštrukcií na báze dreva.

Energetická nenáročnosť dreva
Pri porovnaní celkovej energetickej náročnosti budov začína stále väčšiu úlohu zohrávať aj energetická náročnosť na ich výstavbu. Zvýšenie cien energie sa výrazne prejavilo aj vo výrobnej sfére a v doprave. Tu sú zaujímavé porovnania energetickej náročnosti pri výrobe rôznych stavebných materiálov a konštrukcií a pri ich doprave (závisiacej od hmotnosti prepravovaných materiálov a dielcov).

Nízka hodnota energetickej náročnosti drevených nosných konštrukcií sa ešte zreteľnejšie prejaví v porovnaní s ostatnými materiálmi, ak zoberieme do úvahy nízky pomer hmotnosti nosného prvku k jeho únosnosti.

Príkladom je typický prvok konštrukcie strechy – krokva. Pri dĺžke približne 7 m a rovnakej únosnosti má 29-násobne nižšiu energetickú náročnosť ako železobetónový prvok. A to sme ešte nezobrali do úvahy energiu spotrebovanú na likvidáciu prvku po skončení životnosti – pri drevenom prvku by sme ju, naopak, získali.

Z hľadiska stavebnej ekológie treba konštatovať, že všetky materiály použité v stavebnom diele sa po určitom čase stávajú odpadom, pričom sa čoraz viac zdôrazňuje hľadisko ekologickej rovnováhy. Pri porovnaní výrobnej energetickej náročnosti rôznych materiálov a pri prepočte množstva emisií vytvorených pri výrobe vychádza v prípade drevených konštrukcií pasívna bilancia emisií a viazanosti oxidov uhlíka.

Z hľadiska celospoločenského dosahu možno definovať prednosti využitia dreva ako strategickej suroviny v stavebníctve:

• Využívanie dreva znižuje množstvo skleníkového plynu CO₂ v ovzduší.
• Drevo je obnoviteľná surovina, produkovaná v lese. Les sa pritom považuje za krátkodobo regeneratívny systém – jeho obnova je porovnateľná s dĺžkou ľudského života.
• Drevo má všestranné použitie v nosných a výplňových stavebných konštrukciách i v konštrukciách dokončovacieho cyklu (stavebnostolárskych výrobkoch).
• Drevo je významný nosič energie, samotná výroba a spotreba výrobkov z dreva znižuje spotrebu energie a  zaťaženie životného prostredia.
• Výroba drevených konštrukcií vylučuje tvorbu nespracovateľného odpadu.
• Drevo a výrobky z dreva sú látkovo a termicky zužitkovateľné, biologicky rozložiteľné a následne sa opäť začleňujú do prírodného reťazca.
• Použitie dreva v stavebníctve má v krajinách s bohatou tradíciou dôležitý kultúrno-historický význam.

Pozitívne vlastnosti dreva
Pozitívne fyzikálne, hygienické a úžitkové vlastnosti dreva a drevených konštrukcií sú:

• dobré tepelnotechnické vlastnosti – nízka tepelná vodivosť, tepelná prijímavosť povrchu, priaznivá emisivita povrchu,
• nízka objemová hmotnosť/hustota dreva a nízka plošná hmotnosť stavebných dielcov,
• veľmi dobré akustické vlastnosti – pohltivosť povrchu a útlm hluku v materiáli,
• schopnosť regulovať vlhkosť v interiéri prostredníctvom rovnovážnej vlhkosti,
• priaznivé mechanické vlastnosti, ktoré sa ešte viac prejavia v pomere k hmotnosti konštrukčného prvku,
• technologické vlastnosti – opracovateľnosť, deliteľnosť, spájateľnosť, ľahká montáž, preprava a skladovanie,
• estetické vlastnosti – prírodná textúra, farba a aróma priaznivo pôsobia na psychiku človeka,
• neutrálne magnetické a elektromagnetické vlastnosti,
• drevo je dobrý izolant, ale pri určitej zvyškovej vlhkosti (asi 10 %) je slabo elektrostaticky vodivé, čo stačí na zvedenie náboja prirodzeného elektrického poľa zeme z budov, prípadne z človeka,
• materiály obkladov na báze dreva môžu pohlcovať elektromagnetický smog,
• maximálne vylúčenie mokrého procesu vo výstavbe, a tým aj porúch vplyvom technologickej vlhkosti,
• nízka úroveň prírodnej radiácie natívneho dreva,
• priaznivé ekonomické parametre drevených konštrukcií (ešte viac sa prejavia po zreálnení cien energie),
• možnosť svojpomocnej výstavby s nižšími nárokmi na odborné profesie a stavebné mechanizmy,
• dostupný hobby program drevoobrábacích strojov a nástrojov.

Negatívne vlastnosti dreva
Na druhej strane majú drevené stavebné konštrukcie nasledujúce negatívne vlastnosti:

• nižšia životnosť vplyvom obmedzenej trvanlivosti drevného materiálu v náročných expozíciách a s tým súvisiaca náročnejšia údržba,
• nižšia požiarna odolnosť oproti silikátovým materiálom,
• objemové a tvarové zmeny vplyvom vlhkosti,
• anizotropnosť dreva, prítomnosť chýb materiálu, napr. hrčí, trhlín a smolníkov,
• reologické vlastnosti dreva (dodatočné dotvarovanie, tečenie dreva),
• umele nadsadená vysoká cena niektorých materiálov – súčastí drevených stavebných konštrukcií, ktorá sa nepriaznivo premietne do celkových nákladových položiek,
• nižšia odolnosť proti účinkom živelných pohrôm, napríklad uragánov.

Väčšinu nepriaznivých vlastností drevených stavieb však vieme eliminovať správnym konštrukčným návrhom, použitím vhodných druhov dreva a drevných materiálov, použitím ďalších materiálov s protipožiarnymi, zvukovo- a tepelnoizolačnými vlastnosťami v konštrukčných skladbách a ošetrením drevených konštrukcií ochrannými prostriedkami.

Príkladom možnosti dlhodobej životnosti drevostavieb sú dosiaľ funkčné 200- až  400-ročné konštrukcie historických stavieb (napríklad drevené krovy, zrubové stavby, drevené kostolíky, mosty a lávky). Otázkou je, či treba na tak dlho dimenzovať životnosť obytných alebo iných budov, ktorých čas morálneho opotrebovania je približne 50 rokov.


Záver
Vhodnou konštrukčnou skladbou vieme docieliť porovnateľné akustické parametre drevených stropov a deliacich konštrukcií ako pri masívnych konštrukciách na silikátovej báze. Obdobne sa dá obkladmi a retardérmi horenia zvýšiť aj požiarna odolnosť drevených konštrukcií. Poruchy drevostavieb vplyvom tvarových zmien a chýb dreva možno vylúčiť technológiou výroby progresívnych konštrukcií (napríklad z lepeného lamelového dreva).

prof. Ing. Jozef Štefko, PhD.
Foto: archív autora

Autor je absolvent Stavebnej fakulty STU v Bratislave a pôsobí na Technickej univerzite vo Zvolene. Je odborník na drevené stavebné konštrukcie, najmä vo vzťahu k energetickej efektívnosti, trvalo udržateľnému rozvoju a stavebnej fyzike. V tejto oblasti na univerzite koordinuje aj výskumnú a vývojovú činnosť. Je spoluautorom publikácie Dřevěné stavby z portfólia vydavateľstva JAGA GROUP (Bratislava, 2009).




Článok bol uverejnený v časopise Stavebné materiály.