Tehlové domy ich tradičné a nové hodnoty

Kameň a drevo sú asi dva vôbec prvé stavebné materiály v ľudskej histórii, ak samozrejme nepočítame hlinu a blato ako spojivo. Obidva prešli celými ľudskými dejinami až po súčasnosť a je preto logické, že tehla, označovaná ako umelý kameň a drevo sa aj dnes vo výstavbe rôzne dopĺňajú. Zároveň obidva materiály súťažia o väčšiu priazeň investorov a staviteľov. Tento príspevok sa bude týkať tehlových stavieb a ich prípadných kombinácií s drevenými konštrukciami.

„Staviame drevostavby na kľúč, ale ja by som si drevostavbu nikdy nevybral,” povedal šéf jednej stavebnej firmy. Nechcel byť menovaný. „Tým nemyslím, že je drevostavba zlá,” dodal. Potom sa reč obrátila na to, že svet je v poriadku, keď na trhu rastú možnosti výberu, teda ponuka a kvalita rôznych stavebných materiálov, bez toho, aby boli niektoré úradne či inak zvýhodňované.

Štatistika

Podľa správy Českej asociácie poisťovní, vyjadrenej graficky na obr. 1, pripadá 26 % poistného plnenia v Českej republike na škody spôsobené víchricou. Správa sa týka roku 2014 a neuvádza škody spôsobené zemetrasením, čo zrejme plynie z toho, že rok 2014 bol seizmicky pokojný. Okrem toho sa vyššia seizmická aktivita týka len štyroch až piatich okresov ČR. Aj keď dlhodobo nevykazujú seizmické udalosti podstatnú časť na grafe škôd, napriek tomu by sme s nimi mali počítať. Z pohľadu stavebného riešenia je možné obidvom týmto živelným katastrofám čeliť rovnako, to znamená priestorovo tuhou a pevnou stavbou.

Pozrime sa na tri najvýznamnejšie vlastnosti stavieb, ktoré úzko súvisia s tým, ako bezpečne a zároveň ako príjemne a pohodlne bývame.

Obr. 1: Podiely poistného plnenia podľa typu živelných katastrof v Českej republike za rok 2014

Štatistika

Kľúčová vlastnosť – statika – rozhoduje o tom, že dom nespadne alebo sa nepoškodí vo fáze výstavby, počas jeho dlhodobého užívania, ani pri extrémoch počasia či tektonických aktivitách.

Kvalitný dom by mal byť aj dostatočne tuhý, nemal by sa chvieť a mechanicky rezonovať pri chôdzi alebo inej bežnej činnosti. Mal by byť pevný a tuhý aj pri silnom vetre a odolávať aj silnému zemetraseniu. Konkrétne by mal odolávať vetru až do 10. stupňa Beaufortovej stupnice bez vážneho poškodenia či zničenia. Pri zemetrasení by mal odolať až 6. stupňu Richterovej škály. Územie Českej aj Slovenskej republiky je síce seizmicky relatívne kľudné, vyššie seizmické aktivity sú zaznamenané v oblasti historických Sudet, hlavne v oblasti Chebska a Sokolovska a hlavne na východe republiky v oblastiach Ostravy, Karvinska a Těšínska (vid mapa seizmických oblastí na obr. 2). Preto u nás väčšinou zemetrasenie nefiguruje v štatistikách poisťovní, čo však neznamená, že sa v období životnosti budovy nemôže dostaviť...

Obr. 2: Mapa seizmických oblastí Českej a Slovenskej republiky. Krúžkami sú označené mestá nad 50 000 obyvateľov. Zdroj: Geofyzikálny ústav Akadémie vied ČR.

Tab. 1: Stupne zemetrasenia a im zodpovedajúca Richterova magnitúda. Prevzaté z Wikipedie.

Vráťme sa k statike. Na obr. 3 vidíme vetrom zbúranú čelnú stenu poschodia tehlovej novostavby. Po prehliadke bolo skonštatované, že obvodové murivo 2. NP nebolo zakončené stužujúcim vencom, ktorý by obvodové steny zviazal a spevnil do staticky celistvej a tuhej konštrukcie. Tým by sa asi predišlo zrúteniu čelnej steny, ktoré mohla naopak podporiť dynamická disharmónia (rozdielnosť kmitov) ľahkej drevenej strechy na jednej strane a tuhé tehlové obvodové steny na druhej. Dobrá správa je, že sa predčasným zrútením asi predišlo oveľa väčšej katastrofe, ktorá hrozila po zabývaní sa v objekte.

Kombinácia ťažkej a ľahkej stavby má svoje pravidlá

Bezpečné riešenie je vyhnúť sa nevhodnej kombinácii ťažkej a ľahkej stavby. To znamená, že na obvodových aj vnútorných tehlových nosných stenách by mal byť zhotovený stužujúci veniec a potom ťažký monolitický strop. Tehlové riešenie stropu predstavuje použitie keramických stropných trámov čiže nosníkov a keramických vložiek typu MIAKO so zmonolitňujúcou nadbetonávkou. Strop a stužujúci veniec je možné realizovať zároveň v jednom stavebnom kroku. Toto riešenie dáva stenám potrebnú záťaž a celej stavbe potom vysokú mechanickú a priestorovú tuhosť, ktorá zabezpečí jej odolnosť voči vetru a zemetraseniu. Až potom je možné aplikovať ľahkú drevenú strechu (s tepelnou izoláciou), ktorú je možné pevne, bezpečne a hlavne stabilne ukotviť k ťažkému stropu.

Tepelná ochrana

Zatiaľ čo význam statiky je existenčný, tepelná ochrana domu ovplyvňuje len výdaje na vykurovanie a chladenie. Jej ďalšie „velké” úlohy sú – záchrana planéty pred zmenami klímy, pred vyčerpaním zdrojov, preľudnením atď. Preto tepelná ochrana je len obsahovo prázdna bublina, ktorá sa tvári „vedecky”. Tehlové stavby bývajú pre relatívnu jednoduchosť, trvanlivosť a dlhú životnosť často ohľaduplnejšie k prírode a energetickým zdrojom, než komplikované ľahké drevostavby.

Tehliari myslia aj na investorov, ktorí nechcú plytvať energiou na vykurovanie. Aby sa pridržali tradičnej a veľmi vyhľadávanej výhode, ktorú majú tehly a to rýchleho a lacného jednovrstvového murovania, vyvinuli tepelnoizolačné tehly s integrovanou izoláciou. V jednom technologickom kroku sa tak rieši murovanie obvodových stien aj tepelná izolácia. Jedná sa pritom o veľmi účinnú a hlavne trvanlivú izoláciu: moderný jednovrstvový tehlový dom izoluje niekedy viac, než pasívna drevostavba alebo pasívny dom z bežných tehál zateplený vrstvami izolácie.

Tento koncept umožňuje ísť aj ďalej a postaviť energeticky sebestačný dom, ktorý môže aj nemusí byť pasívny, ale tak či tak ho hodnotami prekonáva: neprodukuje žiadne emisie CO₂, NO_x atď., diaľkovú energetickú prípojku využíva len ako zálohu a majiteľom ponúka vysokú mieru energetickej nezávislosti a slobody. To je aktívny smer výstavby, ktorému ľudia rozumejú a stále častejšie sa po tejto ceste uberajú [1].

Tepelná akumulácia a teplotná zotrvačnosť

Obidve tieto dôležité vlastnosti sú pre tehlové stavby typické a zabezpečujú tak stabilitu vnútornej teploty. Teda to, že sa denné zmeny vonkajšej teploty prejavujú na vnútornej pobytovej teplote len málo, alebo takmer vôbec. Inými slovami: keď je vonku dlhodobá priemerná teplota dajme tomu 23 °C (zahŕňajúca či už teplé dni, tak aj studené noci), tak sa približne na tejto hodnote udržiava aj celodenná vnútorná teplota v nevykurovanom tehlovom dome. Zmyslom vysokej tepelnej akumulácie stien a stropov je, že nie je potrebné spustiť vykurovaciu sústavu vždy, keď napr. ráno klesne vonkajšia teplota. A ani chladiť, keď poobede naopak stúpne.

Vonkajšie teploty vzduchu verzus vonkajšie povrchové teploty

Normované stavebné výpočty, na ktoré sa odvolávajú zákon a vyhlášky, podľa ktorých sa stanoví preukaz energetickej náročnosti budovy (PENB) a tzv. potreba tepla na vykurovanie pomocou dennostupňovej metódy, počítajú len s vonkajšími dennými priemernými teplotami vzduchu a limitnou návrhovou zimnou teplotou vzduchu. V danom mieste ČR je dajme tomu návrhová vonkajšia teplota vzduchu –12 °C a v daný deň (napr. 20. januára) priemerná denná teplota vzduchu –1,5 °C. Z prvej teploty výpočtár odvodí výkon vykurovacej sústavy a druhé číslo mu slúži k odhadu tepelných strát domu pre daný deň. Celoročné tepelné straty sa potom stanovia ako súčet tepelných strát zo všetkých dní vykurovacej sezóny. Naopak letné prehrievanie, hlavne podkrovných miestností, sa nerieši s odkazom na silnú tepelnú izoláciu, ktorá teplo zvonku „nevpustí” dovnútra.

Tento prístup nie je rozumný v tom, že ráta len s teplotami vzduchu, ale zabúda na to, že je teplo medzi plášťom budovy a vonkajším prostredím zdieľané tiež sálaním.

Sálanie spôsobí, že skutočné vonkajšie povrchové teploty stien a hlavne strechy sa môžu na oslnených miestach vyšplhať o niekoľko desiatok °C nad teplotu vzduchu. A naopak, za jasných nocí, môžu o 10 aj viac stupňov klesnúť. To podstatne zmení skutočné tepelné straty či zisky oproti výpočtu, ktorý sa vzťahuje len k teplote vonkajšieho vzduchu a neuvažuje so skutočnými povrchovými teplotami. Ukážme si to napríklad na streche, ktorá je na úrovni odporúčanej hodnoty súčiniteľa prestupu tepla 0,16 W/(m²K):

a) Zníženie povrchovej teploty strechy o 10 °C oproti teplote vzduchu 5 °C za jasnej noci na jeseň či koncom zimy vyvolá zvýšenie tepelných strát strechou, ktorá zodpovedá zhoršeniu uvedeného súčiniteľa prestupu tepla na nevyhovujúcu hodnotu 0,27 W/(m²K). Pritom uvažujeme s minimálnou vnútornou teplotou 20 °C.

b) V lete pri teplote vzduchu 30 °C, kedy slnko rozpáli strechu na bežných 60 °C, dosahujú tepelné zisky takej úrovne, že to zodpovedá zhoršeniu uvedeného súčiniteľa prestupu tepla na celkom nevyhovujúcu hodnotu 1,76 W/(m²K). Pritom uvažujeme s maximálnou normovou vnútornou teplotou 27 °C.

Ak poznáme súčiniteľ prestupu tepla strechou alebo stenou U,vnútornú teplotu t_I, vonkajšiu teplotu t_Ea vonkajšiu povrchovú teplotu strechy alebo stenyy t_EP, budú sa obidve správať tak, ako by mali súčiniteľ prestupu tepla

Prehrievanie striech

Strecha je v zime najvýdatnejším zdrojom ochladenia a v lete naopak až extrémneho prehrievania podkrovných priestorov. Tým, že je orientovaná k nebu, sála na jej plochy počas dňa takmer kolmo slnko. Naopak v noci je vystavená chladnej až mrazivej oblohe (radiačné teploty jasnej oblohy sú v zime až –60 °C, v lete okolo 0 °C). Asi preto predkovia intuitívne málokedy využívali podkrovia k bývaniu, ale skôr k skladovaniu sena, ktoré v zime slúžilo aj ako izolácia. Dôvodom tohto nevyhovujúceho účinkovania je, ako sme ukázali, že sa nedá spoľahnúť na akokoľvek dobrý súčiniteľ U. Dokonca aj strecha s odporúčaným súčiniteľom prestupu tepla pre pasívne domy U = 0,07 W/(m²K) účinkuje nevyhovujúcim spôsobom, tzn. s U_EF = 0,77 W/(m²K), ak je rozpálená na 60 °C, a kedy, podľa normy sa dosadzuje teplota vzduchu 30 °C.

Strechy navyše väčšinou bývajú riešené ako ľahké s malou tepelnou kapacitou, takže sa na rozdiel od ťažkých stien a stropov rýchlo prehrejú. Prehriatím sa ale znižuje ich izolačná účinnosť podľa tab. 2. Príčinou je rast vlastnej tepelnej vodivosti vzduchu a ďalej aj sálavých tokov vo vzdušných tepelných izoláciách.

Tab. 2: Závislosť skutočných hodnôt súčiniteľa prestupu tepla U vo W/(m2 K) pre vybrané prípady teplotných rozdielov pre bežný fasádny penový polystyrén.