Potenciál využitia dreva v udržatel'nej výstavbe

Tradičné využitie dreva v strednej Európe a na Slovensku je dané historickým vývojom, ide o domácu strategickú dostupnú a obnoviteľnú surovinu. Stavby z dreva i drevená architektúra boli precizované evolučným vývojom s dlhoročným odovzdávaním skúseností popri tradičnej tesárskej remeselnej zručnosti. Svedčí o tom množstvo dochovaných historických stavieb, ako aj priekopnícke stavby postavené v 20. storočí, napr. haly pre šport a mosty. Na sakrálnych drevených objektoch, ale i jednoduchých obytných zrubových stavbách možno obdivovať drevo ako významný výrazový prostriedok s príznačnou tektonikou. Vlastnosti natívneho dreva, príjemné pre človeka: nízka tepelná prijímavosť, schopnosť prijímať nadmernú vlhkosť z prostredia a naopak uvoľňovať ju do suchého prostredia, schopnosť pohlcovať škodlivé látky, príjemná aróma, rýchle zvýšenie vnútorných povrchových teplôt stien pri zakurovaní, schopnosť udržať prijateľnú klímu aj v letnom období, našli pri historických stavbách z dreva uplatnenie v príťažlivom tvare bez toho, aby mal prostý staviteľ znalosti zo stavebnej fyziky, ekológie, alebo architektonickej kompozície. Prírodné drevo je materiál príjemný na pohľad, na dotyk, má peknú vôňu a na dôvažok má aj veľmi dobré akustické vlastnosti.

Vlastnosti dreva z hľadiska trvalo udržateľnej výstavby

V súčasnosti zaznamenávame v Európe renesanciu drevených stavebných konštrukcií. Fenomén drevenej architektúry v mnohých krajinách Európy neznamená len nadviazanie na tradíciu, snahu návratu k prírode a pôvodným hodnotám v dnešnej rozkolísanej a pretechnizovanej dobe. Dôvodom je aj trend šetrenia energiou a snaha znižovať zaťaženie životného prostredia – práve preto, že drevostavbám je pripisované synonymum nízkej energetickej náročnosti a súladu s prírodou. Použitie dreva je priamo predurčené v niektorých konštrukciách kvôli jeho priaznivému pôsobeniu a fyzikálnym vlastnostiam. Z hľadiska tepelnotechnických vlastností a vlhkostného režimu je drevo, napr. vhodné na realizáciu nosných konštrukcií plavární a športových halových objektov. Neopakovateľné je použitie dreva v architektonickom stvárnení interiéru sakrálnych budov, stavieb pre kultúru, rekreáciu a cestovný ruch.

Drevo je v kontexte Slovenska strategickou surovinou pre stavebný priemysel:

• ide o domácu obnoviteľnú surovinu, ktorej bude pri rozumnom hospodárení a prírode blízkemu spôsobu obnovy lesa vždy dostatok – na rozdiel od vyčerpateľných surovín;

• nemá ekvivalent zo synergického hľadiska komplexu vlastností – tepelnotechnických, estetických, dopadu na životné prostredie, úžitkových, technologických, či mechanických;

• zvýšené využitie dreva ako substitútu za iné suroviny má priaznivé dopady na životné prostredie – zníženie celkovej energetickej náročnosti z hľadiska celoživotného cyklu budovy (LCA), zníženie záťaže emisiami CO2, pričom drevo tu treba vnímať v komplexnom reťazci výsadby a pestovania lesa, ťažby, spracovania, exploatácie a likvidácie drevnej suroviny;

• lepšie zhodnotenie dreva môže mať priaznivé ekonomické dopady prostredníctvom pridanej hodnoty, keďže surovina zostane zhodnotená v domácom ekonomickom prostredí, zlepší sa pracovný trh, vytvoria sa pracovné príležitosti v drevospracujúcom a stavebnom priemysle. Práve drevospracujúci priemysel vrátane prvotnej výroby, ktorý bol na Slovensku považovaný za tradičný, sa nachádza v hlbokej a zničujúcej kríze – hoci sme krajinou s exportom veľkého množstva nespracovanej guľatiny. V súvislosti s trvalo udržateľnou výstavbou sú aktuálne otázky:

• Aká je energetická efektívnosť budovy a akú environmentálnu záťaž, vyčíslenú v množstve emisií do prostredia v prevádzkovom štádiu, budova predstavuje?

• Aký zdroj energie budova spotrebuje na svoju prevádzku (neobnoviteľný, alebo obnoviteľný)?

• Akú environmentálnu záťaž predstavujú materiály, zabudované do stavby?

• Akú stopu zanechá budova v prírodnom prostredí počas celého životného cyklu, t. j. od výroby stavebných materiálov, dopravy na miesto stavby, montáže, prevádzky, údržby až po likvidáciu a prípadnú recykláciu?

Konštrukčné systémy z dreva sa vyznačujú efektívnou tepelnou ochranu, keďže je pri nich z hľadiska tepelného odporu využitá celková hrúbka obvodových stien. Samotné drevo sa v konštrukcii, vzhľadom na nízku tepelnú vodivosť, podieľa na eliminácii tepelných mostov. Pri evaluácii viacerými systémami environmentálnych hodnotení z hľadiska životného cyklu budovy (LEED, BEES, SBTool a pod.) práve drevené konštrukcie majú podstatne lepšie výsledné skóre. Nezanedbateľný fakt je trvalá obnoviteľnosť dreva, pri ktorej sa počas rastových procesov fotosyntézou vytvára kyslík a odčerpáva CO2, pričom uhlík sa akumuluje v biomase. Ak vychádzame z priemernej objemovej hmotnosti dreva 500 kg/m3, potom 1 m3 dreva obsahuje 255 kg uhlíka, čo zodpovedá ekvivalentu CO2 925 kg/m3. Celkové množstvo akumulovaného uhlíka, resp. odobratého CO2 z atmosféry možno v Slovenskej republike vypočítať zo zásob dreva v lesoch cca 384 mil. m3, ročného prírastku 6 m3/ha a z celkovej plochy lesov približne 1,9 mil. ha. Zaujímavé sú hodnoty emisií vznikajúcich pri výrobe stavebných hmôt (tab.).

Materiál

Hustota

Uvoľnený C

Viazaný C

Čistá emisia

(kg/m3)

(kg/t)

(kg/m3)

(kg/m3)

(kg/m3)

Chránené drevo

500

44

22

250

-228

Lepené lamelové drevo

500

164

82

250

-168

Stavebná oceľ

7600

1070

8132

15

8117

Železobetón

2400

76

182

0

182

Zliatiny hliníka

2500

2530

6325

0

6325

Tabuľka – Emisie uhlíka a jeho oxidov vznikajúce pri výrobe stavebných materiálov (Bell)

Dopad stavebnej činnosti na životné prostredie a jeho eliminácia je predmetom intenzívneho výskumu v celom svete. Na zlepšenie stavu sa navrhuje napr. výstavba nízkoenergetických či energeticky pasívnych domov, ale aj využívanie materiálov s nízkou spotrebou energie pri výrobe. Z ekonomického hľadiska je výhodné na výstavbu domov s nízkou spotrebou energie použiť práve ľahkú rámovú konštrukciu na báze dreva vyplnenú vysokoúčinnou izoláciou bez extrémneho nárastu hrúbky obvodovej steny. V súvislosti s trendom, kedy sa do popredia dostáva ľudský faktor, sú dôležité aj psychologické dopady pri tvorbe prostredia, Známe sú aplikácie drevených konštrukcií pri návrhu zdravotníckych zariadení v Kanade, pri ktorých sa výskumom preukázal priaznivý vplyv na zdravotný stav i dobu liečenia pacientov.

Aktuálne trendy v drevených stavebných konštrukciách

Budúci vývoj moderných drevených stavebných konštrukcií bude nasledovať nielen líniu dôsledného uplatnenia natívneho dreva a prírodných materiálov, ale aj líniu uplatnenia ekonomickejších či sofistikovanejších konštrukcií a materiálov s vyššou pridanou hodnotou a tiež líniu nízkoenergetických superizolovaných budov na báze dreva.

a) Línia uplatnenia natívneho dreva a prírodných materiálov

Nielen znižovanie energetickej bilancie, ale aj zlepšovanie ekologickej bilancie budov bude motívom pre uplatnenie vysokého podielu prírodných materiálov, konštrukcií alebo konštrukčných systémov z dreva. Environmentálna záťaž budovy, do ktorej vstupuje aj bilancia viazanej energie či ekvivalentu CO2 (tzv. šedá energia) v stavebných materiáloch, sa už stáva povinnou súčasťou certifikácie budov v mnohých vyspelých krajinách. Na hodnotenie environmentálnej záťaže budovy ako celku je už známych viacero metodík a databáz stavebných materiálov. Drevo hrá, samozrejme, v tomto hodnotení významnú úlohu. Výsledkom snahy o zastúpenie čo najväčšieho (ekonomicky zdôvodniteľného) objemu dreva v konštrukcii sú masívne skeletové alebo zrubové konštrukčné systémy. V ekonomickej alternatíve sa presadzujú aspoň ľahké drevené rámové konštrukcie s izolačnou výplňou na báze prírodných materiálov, napr. slamy, drvenej vlny, mäkkých drevovláknitých dosák a pod.

Použitie masívnych konštrukcií je limitované vysokou cenou, danou buď vysokým podielom manuálnej práce pri tradičných zrubových stavbách (avšak prírode najpriateľskejších), alebo ekonomickou náročnosťou lepeného lamelového dreva pri modernejších spôsoboch výstavby. V ekologicky uvedomelých a ekonomicky silných krajinách ako napr. Švédsko, Nórsko, Švajčiarsko či Rakúsko napriek tomu dopyt po týchto stavbách zaznamenal enormný nárast. Jedným z dôvodov je podvedomá potreba investorov – užívateľov po vysokom podiele prírodného dreva.

b) Línia uplatnenia moderných, sofistikovaných prvkov, konštrukcií a technológií

Táto línia je podmienená výskumom a vývojom moderných kompozitných materiálov, technológií a konštrukcií, ktorých cieľom je:

• lepšie vyťaženie drevnej suroviny,

• lepšie ekonomické zhodnotenie konštrukcie,

• zlepšenie vlastnosti konštrukcie a odbúranie negatívnych vlastností dreva,

• odbúranie neefektívnej manuálnej práce,

• zrýchlenie doby výstavby (napr. pri prefabrikovaných systémoch).

Novodobé materiály na báze dreva pritom ponúkajú estetické stvárnenie dreva a nové impulzy pre architektov a dizajnérov, pričom vzniká architektúra vychádzajúca zo špecifickej tektoniky drevených konštrukcií a nadväzujúca na trendy bionickej architektúry.

V materiáloch je línia uplatnená v moderných technológiách výroby veľkoplošných platní alebo stavebných prvkov: OSB (vynikajúce mechanické a technologické vlastnosti); MDF a HDF (vynikajúce difúzne a izolačné vlastnosti, dobré mechanické vlastnosti); lepené lamelové drevo; vrstvené nosníky Parallam a reverzne lepené nosníky Starwood (vysoká homogenita, vynikajúce mechanické vlastnosti); zložené prierezy: I-nosníky, skriňové nosníky (úsporné prierezy s vynikajúcimi mechanickými vlastnosťami); krížom lepené drevo; stenové či stropné priestorové prefabrikované tvarovky alebo moderné kompozitné materiály na báze dreva a uhlíkových alebo sklenených lamiel.

V konštrukciách je línia uplatnená napr. technológiou lepeného lamelového dreva; technológiou drevoobrábacích centier s výstupom na tesárske konštrukcie alebo konštrukčné systémy z masívneho či lepeného dreva; technológiou priehradových väzníkov alebo drevených rámov so zalisovanými styčníkmi z kovových dosák s prelisovanými hrotmi (Gang-nail); spriahnutými drevobetónovými konštrukciami, spriahnutými konštrukciami na báze dreva a ocele, zosilňovaním nosných prvkov lamelami z uhlíkových alebo sklenených lamiel.

Treba zdôrazniť, že prudký vývoj zaznamenali aj samotné technológie prvostupňového spracovania: lepenie (uplatnenie nových ekologickejších PVAC a PUR lepidiel), impregnácia dreva (vákuová technológia), piliarske technológie (drevoobrábacie centrá, CNC stroje, nové druhy drevorezných nástrojov). K dispozícii je množstvo novovyvinutých kovových spojovacích a kotviacich prostriedkov – na druhej strane technológie drevoobrábacích centier umožňujú návrat ku klasickým tesárskym spojom (uloženie stropnice s oválnou rybinou a pod.).

V odbornej verejnosti aktuálne rezonuje aj technológia povrchovej úpravy dreva – aj v tejto oblasti chemická technológia a aplikovaná veda zaznamenala revolučný vývoj.

c) Línia nízkoenergetických a superizolovaných budov na báze dreva

Drevené stavebné konštrukcie sú svojimi dobrými vlastnosťami (nízka tepelná vodivosť dreva, malý pomer objemovej hmotnosti i samotného objemu nosnej konštrukcie k únosnosti) predurčené práve na konštrukčné systémy superizolovaných budov v nízkoenergetickom štandarde, štandarde energeticky pasívnych budov či aktuálnom štandarde budov s takmer nulovou spotrebou energie. Polemiky okolo akumulačných vlastností obvodových stien (nie však akumulačného jadra budovy alebo ochrany proti slnečnému žiareniu v lete) pri moderných superizolovaných budovách pritom strácajú význam. Drevené stavby ponúkajú pre tento typ výstavby ekonomickú alternatívu.

d) Línia ekonomických stavieb na báze dreva

Novodobé konštrukčné systémy v mnohých prípadoch ponúkajú ekonomický variant. Dôležité je pri tom, aby partnerom projektanta bol statik – špecialista pre drevené konštrukcie, ktorý pozná možnosti materiálu či konštrukcie a dokáže sa orientovať v bludnej spleti výpočtových postupov pre navrhovanie drevených konštrukcií. Nasledovný príklad dokumentuje možnosť optimalizácie halovej stavby. Ide o výrobnú halu firmy zaoberajúcej sa výrobou svietidiel pri Prahe, z troch alternatív – železobetónovej, oceľovej konštrukcie a konštrukcie z drevenej škrupiny (OSB dosky vystužené rebrami z lamelového dreva) jednoznačne najlacnejšie vyšla tretia alternatíva, nehovoriac o pridanej hodnote z hľadiska tvorby príjemného vnútorného prostredia „továrenskej“ haly (obr. 6a, 6b).

Za hybnú silu uplatnenia nových trendov v stavebníctve sú považovaní architekti, hoci po roku 2020 budú zohrávať významnú úlohu stavební experti na tepelnú ochranu budov a tvorbu vnútorného prostredia. Je v rukách architektov i osvietených investorov, či sa drevu – našej domácej strategickej a obnoviteľnej surovine dostane zaslúženej pozornosti. A či sa Slovensko, štvrtá najlesnatejšia krajina Európy, bude môcť popýšiť takými významnými a nádhernými modernými stavbami z dreva, ktoré dnes môžeme obdivovať napr. v Rakúsku, Švajčiarsku Fínsku či Škandinávii.

Literatúra:

[1]Forintek Canada Corporation (1991): Building Materials in the Context of Sustainable Development – An Analytical Framework, Forintek Canada Corporation and Wayne B. Trusty & Associates Limited

[2] Bell, S. – Morse, S. (2008): Sustainability Indicators, Padstow, Cornwall (TJ International Ltd, UK), 2008, ISBN 978-1-84407-299-6

[3] Šenitková, I., Vilčeková, S. (2005): Systémy environmentálneho hodnotenia a klasifikácie budov. In: Zborník zo 16. konferencie: Vnútorná klíma budov 2005 „Environmentálne aspekty tvorby interiérového prostredia budov“, Vysoké Tatry, 2005, s. 95 – 100, ISBN 80-89216-05-6 6a, b – Drevená konštrukcia výrobnej haly na svietidlá pri Prahe, škrupinová konštrukcia