Dřevostavby - Fakta & Dogmata

Podíl dřevostaveb na výstavbě rodinných domů představuje i ve vysoce vyspělých zemích desítky procent – od 70 % ve Skandinávii, 65 % v USA a Kanadě až po cca 35 % v Rakousku. V České republice se podíl dřevostaveb slibně zvyšuje, zejména díky výstavbě rodinných domů na bázi dřeva. Dřevo jako hlavní konstrukční stavební materiál má významné předností a specifika, u kterých se zastavíme.

Článek s tímto názvem vyšel v létě roku 2003 v časopise Stavebnictví a interiér, následně na stavebnictvi3000.cz a rychle zaujal nejvyšší místa ve čtenosti. Stal se tak jedním z vůbec nejčtenějších článků v oblasti česky psané stavební technické literatury. Tehdy oficiální prameny uváděly cca 2 % zastoupení dřevostaveb v celém sektoru rezidenční výstavby, což bylo tehdy považováno za velkou výzvu ke změně.

Nízká četnost dřevostaveb byla tehdy vysvětlována příklonem investorů k tradičním hodnotám, avšak čas tehdejší preference znatelně pozměnil. Podíl dřevostaveb pravidelně rostl a nezastavil se ani v dobách vleklé krize ve stavebnictví českého stavebnictví od 2009 až po současnost. Dnes je sektor dřevostaveb už za hranicí 13 %, srovnal krok s Německem a může pomýšlet na další cíle.

Na poli osvěty, do které se vložili i akademici a environmentální politika, nemají dnes dřevostavby protivníka. V roce 2016 je jejich propagace a osvěta vedena na všech úrovních a ve srovnání s jinými obory stavebních činností doslova špičkově. Oslovuje prostřednitvím masmédií, internetu, seminářů, vzdělávacích programů, dotací apod. doslova celou síť vztahů kolem dřevostaveb – od jsoucích i potenciálních uživatelů, developerů a stavebních firem, architektů, projektantů, akademické pracovníky až po úředníky. Pryč jsou doby, kdy tzv. těžké zdění dokázalo přes naši největší mediální agenturu utratit za reklamu na 80 mil. Kč za rok, zatímco dřevostavby jen 2,3 mil. Kč.

Co však zůstalo je fakt, že potenciální zájemce o nový rodinný dům si pravděpodobně i dnes vybírá podle typu hlavního stavebního materiálu a až následně řeší tvar a uspořádání domu, dodací lhůtu a prověřeného realizátora.

Jedna z ustrnulých myšlenek, která mnoha lidem i s ekologickým cítěním ještě dnes brání kývnout na dřevostavbu, je, že Česká republika trpí nedostatkem dřeva.

Zatímco na počátku tisíciletí si lidé mysleli, že dříve vládnoucí komunisté vyplenili lesy, dnes jim v hlavách rezonuje jiná nepravda, že totiž příroda obecně a lesy zejména trpí globálním oteplováním a lidskou chamtivostí. Skutečnost je ale taková, že roční světový přírůstek lesní biomasy je přibližně 9×10¹⁰ tun surového dřeva v suchém stavu, což je přibližně 1,3 t na jednoho obyvatele planety [1]. V České republice, abychom byli konkrétní, více dřeva naroste, než se vytěží. Podobně jsou na tom i další evropské země bohaté na lesy, včetně Skandinávie, Německa, Rakouska atd. I když se o tom neví, dřeva je přebytek.

Hořlavost dřeva

Je dobře známo, že dřevo hoří, ale už mnoho lidí neví, že požární odolnost dřeva, a zejména dřevěných stavebních konstrukcí, je delší či větší než ocelových, betonových a železobetonových. Jeho chování při vzniku a v průběhu požáru je ale neobyčejné a pro mnoho lidí neznámé. Požáry v bytech vznikají hlavně vznícením snadno hořlavých materiálů – textilií, nábytku, plastů, technických hořlavin atd. a v důsledku špatného zacházení s otevřeným ohněm a elektrickými spotřebiči. Nebo pro vadný stav energetických rozvodů a neodbornou manipulaci s nimi. Typ stavební konstrukce za vznícením téměř nikdy nestojí a nehořlavá staviva celkem logicky ničivý oheň z lidských obydlí nevytlačila, ani jeho katastrofální důsledky. V kritické situaci, když už požár zuří, projevuje dřevo obdivuhodnou odolnost a hlavně – hoří předvídatelně.

Zatímco drobné dřevěné předměty snadno shoří, u objemných dřevěných kusů pronikne oheň do cca centimetrové hloubky a jeho další postup se výrazně zpomalí nebo až zastaví, neboť povrchová vrstva zuhelnatí a brání přístupu kyslíku. Vůči vysokým teplotám je zbylý dřevěný masiv, i po odtěkání ligninu a pryskyřic, velmi odolný a navíc si zachovává výbornou mechanickou tuhost a pevnost. Dřevo v takto extrémních podmínkách dokáže odolat řadu hodin – na rozdíl od prakticky všech ostatních stavebních materiálů – a vyčkat zásahu hasičů. Je popsána dnes již řada případů, kdy po požáru zůstal zachován ohořelý systém dřevěných nosných trámců domu, zatímco např. ocelové nosníky se pod vlastní tíhou v žáru zhroutily.

Technické vlastnosti dřeva

Lidé se také domnívají, že dřevo je jako stavební materiál méněcenné. Je to přesně naopak. Dřevo má dobré tepelně izolační vlastnosti, mezi všemi stavebními materiály téměř nejlépe akumuluje teplo a zcela jedinečným a pro zdraví velmi příznivým způsobem pracuje se vzdušnou vlhkostí.

Prototyp dřevěného nízkoenergetického rodinného domu – Dům Zilvar (ASGK Design

Tepelná akumulace u dřevostaveb

Ve Skandinávii, kde je tradice dřevostaveb a technická a teoretická základna v celosvětovém měřítku na nejvyšší úrovni, se používá dřevěný masiv jako výplň do svislých, nosných i nenosných konstrukcí, které také slouží jako tepelně-akumulační stěny. U nás se akumulační stěny v dřevostavbách často navrhují z betonu nebo plných cihel. Zde pak tvoří nápadný prvek, kterému se podřizuje vnitřní dispozice, který výstavbu zdržuje a který vnáší do suché výstavby problematický mokrý proces. I dnes je beton navrhován jako akumulační rezervoár, který „ideálně” stabilizuje vnitřní teplotu, a to zejména v létě, kdy slunce fasádu a zejména střechu ohřeje i nad 70 °C.

Střecha a stěny domu jsou v takových podmínkách extrémně namáhané, aniž by to jakkoli reflektovaly stavební energetické výpočty. Vpravíme-li do stěn, zejména pak do střechy, dostatečné množství dobře akumulující hmoty, dokážeme i bez technických zařízení udržet vnitřní teplotu na celodenním venkovním průměru; pokud je tento průměr vyšší, než požadujeme, musíme si již pomoci technikou, tzn. chlazením.

Tabulka základních tepelnětechnických veličin a z nich odvozených součinitelů teplotní vodivosti a = λ/(ρc) a relaxační doby τ₀. Relaxační doba τ₀ je mírou rychlosti chladnutí konstrukce po „vypnutí” vytápění, v tomto případě stěn z uvedených materiálů o tloušťce 0,3 m

	λ [W/(mK)]	C [J(kgK)]	ρ [kg/m³]	a·10^-6 [m²/s]	τ₀ [hod:min]
beton	1,2	900	2 200	0,606	21:38
dřevo	0,09	2 510	600	0,060	209:10
EPS	0,04	1 520	13	2,024	06:11

V tabulce vidíme tři typické reprezentanty stavebních materiálů, z nichž dnes vytváříme obálkové konstrukce domů. Pro účely tepelné ochrany je podstatný jejich součinitel tepelné vodivosti λ (z něhož pak odvozujeme při znalosti tloušťky L součinitele prostupu tepla U ≈ λ/L). Teplotní stabilitu pak vyjadřuje součinitel teplotní vodivosti a = λ/(ρc) a zejména pak z něj odvozená relaxační doba τ₀ = a/(2L), která souvisí s rychlostí ustálení (relaxace) neboli chladnutí/ohřívání povrchu obvodové stěny či její vrstvy.

Z hodnot v tabulce je zřejmé, že pěnový polystyrén (EPS), který z uvedené trojice nejlépe izoluje teplo, zároveň nejhůře udrží teplotní spád při nastolení adiabatických podmínek (kdy nedochází k výměně tepla s okolím). Vyjadřuje to jeho součinitel a = 2,0·10^–6 m²/s, který je z uvedené trojice nejvyšší. 1 m² stěny z EPS o tloušťce 0,3 m na teplotním spádu 1 °C akumuluje téměř 6 kJ tepla; po zhruba 6 hodinách se adiabatickémi režimu rozdílné teplotní hladiny uvnitř a na okrajích desky vyrovnají.
Beton má přibližně třetinový součinitel a = 0,606·10^–6 m²/s. Třebaže jeho vrstva tloušťky 0,3 m o ploše 1 m² naakumuluje téměř 300 kJ/m² tepla na teplotním spádu 1 °C, tak po zhruba 22 hodinách po nastolení adiabatických podmínek se vnitřní teploty v betonové vrstvě vyrovnají.
Zbývá dřevo. 0,3 m silná vrstva dřeva akumuluje na teplotním spádu 1 °C téměř 452 kJ/m² tepla. To je více než u betonové vrstvy. Rychlost vyrovnávání teplot je však cca 10× pomalejší, než u betonu: Pří adiabatických okrajových podmínek dojde k vyrovnání teplot až za 210 hodin!

Prototyp dřevěného nízkoenergetického rodinného domu – Dům Zilvar (ASGK Design

Je tedy zřejmé, že dřevo je z běžně dostupných materiálů a při standardním mechanismu účinnosti (bez využití tepla fázové změny, jako u PCM materiálů) doslova nedostižnou materií, pokud jde o tepelně-akumulační schopnost. Přesto se často stává, že i v dřevostavbách s dobrou tepelnou izolací a řízeným režimem větrání, který umožňuje neotevírat okna, se vyskytují stížnosti na letní přehřívání interiéru. Přitom se často za příčinu pokládá malá tepelná kapacita domu a vážně se řeší opatření v podobě betonového akumulačního jádra či různých betonových přizdívek. Toto specificky české řešení nelze označit jinak, než nepochopení vlastností dřeva nebo nepřipravenosti je plně využít.

Severská zkušenost, která se týká i Dánska nebo jihu Norska či Švédska, s betonem v dřevostavbách nepočítá. Přitom zde může být dlouhý slunný letní den – co se týče tepelných zisků – často náročnější, než u nás. Je dobře si uvědomit následující věci:

Nosné trámoví (ve střeše i v obvodových stěnách) žádnou, zejména letní teplotní stabilitu nezajistí, pokud jsou jen vyplněné izolační vatou a zvenku vrstvou pěnového polystyrenu. Rozpálí-li se pultová střecha o ploše 100 m² na 70 °C (nijak výjimečná situace!), pak při součiniteli U = 0,15 W/(m²K) prostoupí střechou za 1 hodinu energie:

Další teplo prostupuje stěnami a okny; v domě na úrovni pasivního standardu může hodinový zisk představovat 1 kWh energie, za celý den až 6 kWh i více. Noční ztráty horka jsou minimální až nulové pro (noční) blízkost venkovní a vnitřní teploty.
Stavebním řešením může být použití dostatečně hmotného dřevěného masivu na vnitřní straně obvodových stěn a ve vnitřních stěnách, podlahách a stropu.

Při dlouhotrvajících tropických vedrech přicházejí na řadu technické prostředky, tzn. umělé chlazení. Je, nebo mělo by být na investorovi, jestli bude řešit letní chlazení s vyšším důrazem na stavební (hmotové) řešení nebo technické (strojní). Vždy je ale dobré počítat s tím, že letní temperování našich obydlí, včetně dřevostaveb, je většinou mnohem komplikovanější a náročnější, než je problematika zimního vytápění.

Dřevo a stabilizace vzdušné vlhkosti

Dřevo se příznivě účastní i tvorby vnitřního mikroklima. Suché jehličnaté dřevo obsahuje podle terminologie normy ČSN 49 1109 až do 22 hmotnostních procent vody, což znamená, že na každých 100 kg dřevěné sušiny připadá až 22 l vody. Ustálená, dlouhodobá vlhkost dřeva v dřevostavbě je cca 10 %, což představuje přibližně 55 l vody v jednom krychlovém metru. Voda není ve dřevu pevně vázána, ale kolísá v závislosti na vlhkosti vzduchu. V jednom m³ dřeva může být ukryto od 25 až do 200 l/m³ vody (druhý údaj odpovídá vlhkosti 35 % – bod nasycení vláken) a dřevo se chová stále jako suché až polosuché.

Je-li vlhkost vnitřního vzduchu nízká, uvolňuje dřevo vlhkost do prostoru a naopak. Pokud je dřevo použito ve větším množství, slouží jako stabilizátor prostorové vlhkosti, která je důležitá pro zdravé bydlení. K výměně vlhkosti mezi dřevem a vnitřním vzduchem přispívá i vysoká difúzní propustnost dřeva pro vodní páru se součinitelem d = 0,09·10^–9 s (beton: d = 0,013·10^–9 s, malta vápenná: d = 0,031·10^–9 s).

Administrativní budova ze dřeva – Liko-Noe (foto archiv firmy LIKO-S, a.s.)

Dřevostavby jen pro chudé?

Lidé od svého domu očekávají, že je bude reprezentovat. Dnes už však není tolik podstatné, je-li dům ze dřeva nebo silikátů. Někdo preferuje srub z hrubé kulatiny, případně roubenou nebo hrázděnou stavbu, kde je dřevo jako hlavní konstrukční materiál viditelně přiznané. To má vysoké oprávnění zejména u venkovských staveb, případně staveb osamocených v otevřené krajině nebo v lese.

V případě městských vilových čtvrtí lze zcela běžně navrhnout dřevostavbu tak, že ji nelze rozpoznat od cihlových staveb. Dřevo jako hlavní konstrukční materiál dnes není raritou ani u souvislé městské zástavby. Setkáváme se tu i s projekty výškových dřevěných staveb, dokonce i mrakodrapů.

Dřevo má z konstrukčního pohledu výjimečné vlastnosti, které v podstatě nelze zcela nahradit ani silikáty ani kovy. Jedna z nich je už zmíněná požární odolnost. Do jisté míry to platí i naopak; ne vždy je možné, ani moudré nahradit kov či silikát dřevem. Stále zajímavěji se ale nabízí prostor pro sofistikované kombinace všech tří materiálových entit, které slibují nové možnosti, řešení i užitné hodnoty...

Co se týče dřevěných domů pro chudáky: volba dřeva je dnes především otázkou hodnotového založení osobnosti. Existuje množství příkladů, kdy dřevo posloužilo jako základní stavební materiál pro vkusné, reprezentativní i honosné rezidenční stavby. S kamennými stavbami si v ničem nezadají, naopak je v mnohých směrech předčí a bydlení v nich může být zdravější. Rozhodující není materiál, ale správný návrh a provedení. Rozsáhlé sídlo, či spíše reprezentativní palác, kde jako klíčový stavební materiál bylo využito dřevo, obývá i jeden z nejbohatších lidí světa, počítačový magnát Bill Gates.

Životnost dřevostaveb

Na tuto otázku lze dnes nahlížet ze dvou rovin. Jednak jde o vlastní fyzickou životnost stavby, nebo-li její trvanlivost. Druhou stránkou je její kupní hodnota po několika desítkách let. Lidé jsou dnes méně usedlí, a často tak po rodičích zůstane prázdný dům, který, byť je v lepším případě na dobrém pozemku, případné zájemce spíše odrazuje. Dům je zkrátka po nějakých 40 či 50letech zastaralý a jak potomci či nový vlastník často touží po moderním bydlení v novostavbě podle vlastních představ. 100letá a delší životnost tu již vždy neníhodnotou. Logicky se tak v rodinném bydlení prosazuje jednogenerační koncept.

Pokud jde o skutečnou životnost zejména obývaných staveb, pak ta je u dřevostaveb i kamenných staveb mnohem větší než tzv. technická. Nelze ale jednoznačně rozlišit, má-li delší život dřevostavba nebo kamenná stavba. Při dobrém konstrukčním řešení stavby a bezchybném provedení závisí životnost obou typů hlavně na údržbě. Obvykle mnohem dříve, než obývaná stavba zcela dožije, je spíše podrobena zásadní rekonstrukci, po které začíná žít de facto znova.

Konstrukční pravidla

Zásady, podle nichž se zhotovuje dřevostavba, se liší od kamenných staveb. Velkou pozornost je třeba věnovat přípravě. Nelze vsadit na to, že nedostatky v projektu se během realizace levně překlenou různými dozdívkami, předělávkami atd., jako tomu bývá u mokré výstavby. Projekt je nutné svěřit odborníkovi s dostatečnou zkušeností a vlastní výstavbu odborné firmě, o níž platí totéž. Obvodové stěny středoevropských dřevostaveb jsou vyjma srubových staveb navrhovány jako vícevrstvé, neakumulující a se silnou vrstvou tepelné izolace. Sled vrstev je podobný jako v případě standardního souvrství šikmé střechy. Důraz je kladen na zabránění vzdušné infiltrace obvodovou konstrukcí a potažmo zamezení nevítané kondenzace uvnitř obvodového souvrství v zimě. Přestože dřevo má schopnost absorbovat velké množství vlhkosti, vede nezvládnutá kondenzace bez možnosti následného odpařování k jeho zahnívání. Proto se hned za interiérovou desku z dřevotřísky, sádrokartonu či masivu umísťuje paronepropustná fólie. Naopak se (oproti střechám) většinou vynechává pojistná (difúzní) hydroizolace mezi tepelnou izolací a fasádní deskou a někdy i odvětrávaná mezera. Na rozdíl od běžné cihlové výstavby jsou možnosti laické svépomocné výstavby dřevostavby velmi omezené.