Cihlové domy a jejich tradiční a nové hodnoty

Cihlové domy lákají investory bez ohledu na jejich názorové postoje i hmotné zajištění. To platí u nás, v Rakousku, Německu, Itálii, Francii, Americe i jinde. Špičková technologická úroveň výroby cihel s tepelněizolačními, akustickými a pevnostními vlastnostmi nabízí materiál pro rychlou a levnou výstavbu domů s výbornými až luxusními parametry. U těch se v tomto příspěvku zastavíme.

Kámen a dřevo jsou asi dva vůbec první stavební materiály v lidské historii, nepočítáme-li hlínu a bláto jako pojivo. Oba prošly celými lidskými dějinami až po současnost, a je proto logické, že cihla, označovaná jako umělý kámen, a dřevo se i dnes ve výstavbě různě doplňují. Zároveň oba materiály soutěží o větší přízeň investorů a stavitelů. Tento příspěvek se bude týkat cihlových staveb a jejich případných kombinací s dřevěnými konstrukcemi.

„Stavíme dřevostavby na klíč, ale já bych si dřevostavbu nikdy nevybral,” řekl šéf jedné stavební firmy. Nechtěl být jmenován. „Tím nemyslím, že je dřevostavba špatná,” dodal, načež se řeč stočila na to, že je svět stále v pořádku, když na trhu rostou možnosti výběru, tedy nabídka a kvalita různých stavebních materiálů, aniž by některé byly úředně či jinak zvýhodňované.

Téma: Rodinné domy

Statistika

Podle zprávy České asociace pojišťoven, vyjádřené graficky na obr. 1, připadá 26 % pojistného plnění v České republice na škody způsobené vichřicí. Zpráva se týká roku 2014 a neuvádí škody způsobené zemětřesením, což zřejmě plyne z toho, že rok 2014 byl seizmicky klidný. Krom toho se vyšší seizmická aktivita týká jen čtyř až pěti okresů ČR. I když dlouhodobě neukrajují seizmické události podstatnou položku z koláče škod, přesto bychom s nimi měli počítat. Ještě v živé paměti navíc všichni máme události letošního roku, kdy tornádo poškodilo velké množství staveb na Břeclavsku a Hodonínsku. Z pohledu stavebního řešení lze oběma těmto živelným katastrofám poměrně úspěšně čelit stejně, to znamená prostorově tuhou a pevnou stavbou. Podívejme se na tři nejznámější vlastnosti staveb, které těsně souvisejí s tím, jak bezpečně a zároveň jak příjemně a pohodlně bydlíme.

Statika

Klíčová vlastnost – statika – rozhoduje o tom, že dům nespadne či nepoškodí se ve fázi výstavby, během jeho dlouholetého užívání, ani při extrémech počasí či tektonických aktivitách.

Kvalitní dům by měl být i dostatečně tuhý, neměl by se chvět a mechanicky rezonovat při chůzi nebo jiné běžné činnosti. Měl by být pevný a tuhý i při silném větru a odolávat i silnému zemětřesení. Konkrétně by měl odolávat větru až do 10. stupně Beaufortovy stupnice bez vážného poškození či zničení. Při zemětřesení by měl odolat až 6. stupni Richterovy škály včetně. Území České republiky je sice seizmicky relativně klidné, vyšší seizmické aktivity jsou zaznamenávány v oblasti historických Sudet, zejména na Chebsku a Sokolovsku, a hlavně pak na východě republiky na Ostravsku, Karvinsku a Těšínsku (viz mapa seizmických oblastí na obr. 2). Proto u nás většinou zemětřesení nefiguruje ve statistikách pojišťoven, což však neznamená, že se během životnosti budovy nemůže dostavit...

Tab. 1: Stupně zemětřesení a jim odpovídající Richterovo magnitudo. Převzato z Wikipedie.

Stupeň zemětřesení	Popisek	Richterovo magnitudo	Účinky zemětřesení
1.	Nepocititelné	< 2,0	Mikrozemětřesení, nepocititelné.
2.	Velmi malé	2,0 až 2,9	Většinou nepocititelné, ale zaznamenatelné.
3.	Malé	3,0 až 3,9	Pocititelné, nezpůsobující škody.
4.	Slabé	4,0 až 4,9	Citelné třesení věcí uvnitř domů, drnčivé zvuky. Významné škody nepravděpodobné.
5.	Střední	5,0 až 5,9	Může způsobit velké škody špatně postaveným budovám v malé oblasti. Pouze drobné poničení dobře postavených budov.
6.	Silné	6,0 až 6,9	Může ničit až do vzdálenosti 100 km.
7.	Velké	7,0 až 7,9	Může způsobit vážné škody na velkých oblastech.
8.	Velmi velké	8,0 až 8,9	Může způsobit vážné škody i ve vzdálenosti stovek kilometrů.
9.	Velmi velké	9,0 až 9,9	Může způsobit vážné škody i ve vzdálenosti stovek kilometrů.
10.	Masivní	> 10,0	Nikdy nebylo zaznamenáno, možnost planetárních škod.

Vraťme se ke statice. Na obr. 3 vidíme větrem zborcenou čelní stěnu patra cihlové novostavby¹⁾. Ohledáním bylo konstatováno, že obvodové zdivo 2. NP nebylo zakončeno ztužujícím věncem, který by obvodové stěny svázal a zpevnil do staticky celistvé a tuhé konstrukce. Tím by se asi předešlo zborcení čelní stěny, které mohla naopak podpořit dynamická disharmonie (rozdílnost kmitů) lehké dřevěné střechy na jedné straně a tuhé cihlové obvodové stěny na druhé. Dobrá zpráva je, že se předčasným zborcením asi předešlo mnohem větší katastrofě, která hrozila po zabydlení objektu.

Kombinace těžké a lehké stavby má svá pravidla

Bezpečné řešení je vyhnout se nevhodné kombinaci těžké a lehké výstavby. To znamená, že nad obvodovými i vnitřními cihlovými nosnými stěnami by měl být ztužující věnec a také těžký monolitický strop. Cihlové řešení stropu představuje použití keramických stropních trámů neboli nosníků a keramických vložek typu MIAKO se zmonolitňující nadbetonávkou. Strop a ztužující věnec lze realizovat zároveň v jediném stavebním kroku. Toto řešení dává stěnám velmi potřebnou zátěž a celé stavbě pak vysokou mechanickou a prostorovou tuhost, která zajistí její odolnost vůči větru a zemětřesení. Až následně lze aplikovat lehkou dřevěnou střechu (s tepelnou izolací), kterou lze pevně, bezpečně a zejména stabilně ukotvit k těžkému stropu.

Cihlový dům v plechovém plášti

Nízkoenergetická novostavba, o níž je v tomto textu řeč, vyvolává rozporuplné reakce. Z jedné strany jde o souhlasné přikyvování pokrokové architektuře, z druhé naopak o zamítavé…

Tepelná ochrana

Zatímco význam statiky je existenční, tepelná ochrana domu ovlivňuje pouze výdaje na vytápění či chlazení. Její další „velké” role – záchrana planety před změnami klimatu, před vyčerpáním zdrojů, přelidněním atp. – je pouze obsahově prázdná bublina, tvářící se „vědecky”. Cihlové stavby bývají pro relativní jednoduchost, trvanlivost a dlouhou životnost často ohleduplnější k přírodě a energetickým zdrojům, než komplikované lehké dřevostavby.

Cihláři pamatují i na investory, kteří nechtějí plýtvat energií na vytápění. Aby se přidrželi, tradiční a velmi vyhledávané výhody cihel, to je rychlého a levného jednovrstvého zdění, vyvinuli tepelněizolační cihly s integrovanou izolací. V jediném technologickém kroku se tak řeší jak zdění obvodových stěn, tak tepelná izolace. Jde přitom o velmi účinnou a hlavně trvanlivou izolaci: moderní jednovrstvý cihlový dům izoluje leckdy víc, než pasivní dřevostavba nebo pasivní dům z běžných cihel zateplený vrstvami izolace.

Tento koncept umožňuje jít i dál a postavit energeticky soběstačný dům, který může i nemusí být pasivní, ale tak či tak ho hodnotově překonává: neprodukuje žádné emise CO₂, NO_x atp., dálkovou energetickou přípojku využívá jen jako zálohu a majitelům nabízí vysokou míru energetické nezávislosti a svobody. To je aktivní směr výstavby, kterému lidé rozumějí a stále častěji se touto cestou ubírají [1].

Tepelná akumulace a teplotní setrvačnost

Obě tyto důležité vlastnosti jsou pro cihlové stavby typické a zajišťují tak stabilitu vnitřní teploty. Tedy to, že se denní změny venkovní teploty projevují na vnitřní pobytové teplotě jen málo, nebo téměř vůbec. Jinými slovy: když je venku dlouhodobá venkovní průměrná teplota dejme tomu 23 °C (zahrnující jak teplé dny, tak studené noci), tak se přibližně na této hodnotě udržuje i celodenní vnitřní teplota v nevytápěném cihlovém domě. Smyslem vysoké tepelné akumulace stěn a stropů je, že není třeba spustit otopnou soustavu pokaždé, když např. ráno klesne venkovní teplota. A ani chladit, když odpoledne naopak stoupne.

Prvotřídní pasivní dům z cihel a bez zateplení

Nový pasivní dům vyrostl na kraji jihočeské obce Myslkovice. Jeho cihlové zdivo i bez dodatečného zateplení dosahuje vynikajících tepelněizolačních parametrů. Nebyly zanedbány ani…

Venkovní teploty vzduchu versus venkovní povrchové teploty

Normové stavební výpočty, na které se odvolávají zákon a vyhlášky, podle nichž se stanoví průkaz energetické náročnosti budovy (PENB) a tzv. potřeba tepla na vytápění pomocí denostupňové metody, počítají jen s venkovními denními průměrnými teplotami vzduchu a mezní návrhovou zimní teplotou vzduchu. V daném místě ČR je dejme tomu návrhová venkovní teplota vzduchu –12 °C a v daný den (např. 20. leden) průměrná denní teplota vzduchu –1,5 °C. Z první teploty výpočtář odvodí výkon otopné soustavy a druhé číslo mu slouží k odhadu tepelných ztrát domu pro daný den. Celoroční tepelné ztráty se pak stanoví jako součet tepelných ztrát ze všech dnů topné sezóny. Naopak letní přehřívání, zejména podkrovních místností, se neřeší s odkazem na silnou tepelnou izolaci, která teplo zvenku „nevpustí” dovnitř.

Nerozum tohoto přístupu je v tom, že uvažuje jen teploty vzduchu, ale zapomíná, že je teplo mezi obálkou budovy a venkovním prostředím sdíleno také sáláním.

Sálání způsobí, že skutečné venkovní povrchové teploty stěn a zejména střechy se mohou na osluněných místech vyšplhat o několik desítek °C nad teplotu vzduchu. A naopak, za jasných nocí, mohou o 10 i více stupňů klesnout. To podstatně změní skutečné tepelné ztráty či zisky oproti výpočtu, který je vztažen jen k teplotě venkovního vzduchu a neuvažuje skutečné povrchové teploty. Ukažme si to pro střechu na úrovni doporučené hodnoty součinitele prostupu tepla 0,16 W/(m²K):

a) Snížení povrchové teploty střechy o 10 °C oproti teplotě vzduchu 5 °C za jasné noci na podzim či koncem zimy vyvolá zvýšení tepelných ztrát střechou, které odpovídá zhoršení uvedeného součinitele prostupu tepla na nevyhovující hodnotu 0,27 W/(m²K). Přitom uvažujeme minimální vnitřní teplotu 20 °C.

b) V létě při teplotě vzduchu 30 °C, kdy slunce rozpálí střechu na běžných 60 °C, dosahují tepelné zisky takové úrovně, že to odpovídá zhoršení uvedeného součinitele prostupu tepla na zcela nevyhovující hodnotu 1,76 W/(m²K). Přitom uvažujeme maximální normovou vnitřní teplotu 27 °C.

Známe-li součinitel prostupu tepla střechou nebo stěnou U, vnitřní teplotu t_I, venkovní teplotu t_E a venkovní povrchovou teplotu střechy nebo stěny t_EP, budou se obě chovat tak, jako by měly součinitel prostupu tepla

Prohřívání střech

Střecha je v zimě nejvydatnějším zdrojem prochládání a v létě naopak až extrémního přehřívání podkrovních prostor. Tím, že je orientována k nebi, sálá na její plochy ve dne téměř kolmo slunce. Naopak v noci je vystavena chladné až mrazivé obloze (radiační teploty jasné oblohy jsou v zimě až –60 °C, v létě kolem 0 °C). Asi proto předkové intuitivně málokdy využívali podkroví k bydlení, ale spíše ke skladování sena, které v zimě sloužilo i jako izolace. Důvodem tohoto nevyhovujícího účinkování je, jak jsme ukázali, že se nelze spolehnout na sebelepší součinitel U. Dokonce i střecha s doporučeným součinitelem prostupu tepla pro pasivní domy U = 0,07 W/(m²K) účinkuje nevyhovujícím způsobem, tzn. s U_EF = 0,77 W/(m²K), je-li rozpálená na 60 °C, a kdy, podle normy, se dosazuje teplota vzduchu 30 °C.

Střechy navíc bývají většinou řešeny jako lehké, s malou tepelnou kapacitou, takže se na rozdíl od těžkých stěn a stropů rychle prohřejí. Prohřátím se ale snižuje jejich izolační účinnost podle tab. 2. Příčinou je růst vlastní tepelné vodivosti vzduchu a dále i sálavých toků ve vzdušných tepelných izolacích.

Tab. 2: Závislost skutečných hodnot součinitele prostupu tepla U ve W/(m² K) pro vybrané případy teplotních rozdílů pro běžný fasádní pěnový polystyrén.

Výpočtová hodnota U ve W/(m2 K)	U = 0,24 (požadavek)	U = 0,16 (doporučení)	U = 0,11 (požadavek DP)	U = 0,07 (doporučení PD)
Skutečná hodnota pro rozdíl teplot <−15; 20>	0,230	0,154	0,106	0,067
Skutečná hodnota pro rozdíl teplot <27; 30>	0,264	0,176	0,122	0,077
Skutečná hodnota pro rozdíl teplot <27; 60>	0,285	0,191	0,132	0,088

Když se do vzorce (1) dosadí hodnoty U z tab. 2 pro prohřátou izolaci, pak výpočtová střecha na úrovni pasivního doporučení U = 0,07 W/(m²K) účinkuje způsobem U_EF = 0,968 W/(m²K), je-li krytina rozpálená na 60 °C, a kdy, jak říká norma, se dosazuje jen teplota vzduchu 30 °C. Nesoulad normového výpočtu s realitou netřeba diskutovat.

Bungalovy a klasické venkovské domy

Bungalov má podle Wikipedie původ v koloniálním Bengálsku, kde byly pro Brity upravovány místní lehké vzdušné dřevěné obytné stavby (bangla, bangala) s mírně skloněnou střechou (z palmových listů) a doplněny vlivy tradiční anglické venkovské architektury i dalšími prvky – vstupní verandou, původem z Persie. Raný bungalov se skládal z jídelny, ložnice, kuchyně a koupelny kolem centrálního obývacího prostoru. Bungalov se masově rozšířil na přelomu 19. a 20. století v USA a později i jinde.

Bungalovy se zabydlely i u nás a z důvodů silné české cihlářské tradice jsou většinou pojaty jako těžké cihlové stavby. Z pohledu statiky, jak už bylo řečeno, je vhodné zděný bungalov završit těžkým keramickým stropem a získat tak tuhou a pevnou „krabici” odolnou vůči vichřici nebo zemětřesení.

Toto řešení je vhodné i z pohledu tepelné ochrany, a to jak před chladem v zimě, tak horkem v létě. Lehký strop ze sbíjených vazníků se sádrokartonovým podhledem není vhodné uspěchat. Střecha bungalovu mívá ve srovnání s obvodovými stěnami velkou, často silně dominantní plochu a je navíc tepelně mnohem exponovanější, než obvodové stěny pod střešními přesahy. Přes lehkou střechu a následně i lehký strop by do obytného přízemí bungalovu snadno vstupovaly extrémní letní teploty.

Naopak rozlehlá střecha bungalovu, orientovaná k chladné obloze o letní sálavé teplotě cca 0 °C, je hluboko po západu slunce nejsilněji ochlazovaná.

Proto by podkrovní prostory bungalovu s lehkou střechou měly sloužit jen ke krátkému, příležitostnému pobytu a měly by být od obytného přízemí odděleny těžkým tuhým stropem.

Při trvajících vedrech se postupně prohřejí i cihlové stavby, i když mnohem později, než lehké.

1) Poznámka: Odkazovaný obrázek (fotografie) opublikovaný v časopise Stavebnictví a interiér, byl na přání jejího majitele z našich webových stran odstraněn.

Literatura a zdroje:

[1] Hejhálek, J.: Perspektivy moderních cihlových domů, Stavebnictví a interiér 8/2015, str. 57, www.stavebnictvi3000.cz.