Cihla – technicky vyspělý materiál

Pálené cihly byly známé už ve starém Babylonu, což odhalily zbytky hradeb a stupňovité stavby ztotožňované s Babylónskou věží. Velkou oblibu si cihly drží i dnes a v České republice jsou nejrozšířenějším zdicím materiálem. Cihly a těžké stavby vůbec znamenají jistotu, bezpečí, stálost, inflační imunitu a příjemné bydlení pro generace. To jsou trvalé hodnoty, které lze těžko nahradit.

Na velkých stavebních veletrzích v Praze a v Brně pořádala redakce časopisu Stavebnictví a interiér mezi návštěvníky průzkum, z jakých materiálů by si dnes postavili dům. Na výběr mají cihlové, pórobetonové a další systémy těžkého zdění, dále sruby a dřevostavby. Skoro polovina respondentů a hlavně ženy by si svobodně vybrali dřevostavbu.

I letmý pohled na česká a moravská staveniště říká, že dřevostavby ve skutečnosti ani zdaleka netvoří polovinu všech nových rodinných a bytových domů. Sami dodavatelé dřevostaveb uvádějí dvě, nejvíc pět procent. Co se odehrává v hlavách drobných stavebníků, že jejich prvotní zájem o dřevěnou stavbu vyústí nakonec do stavby cihlového domu?

Cihla – součást kultury lidstva i každé osobnosti

Historie nás učí, že při výstavbě Bagdádu byl použit stavební materiál z trosek starověkého Babylonu a je-li to pravda, určitě nechyběly ani pálené cihly. Stavební materiál, který ani za tisíc či několik tisíc let neztrácí svou kvalitu ani užitečnost, fascinuje každou lidskou bytost.

  • Cihly byly ve starověkém Babylonu použity mj. na vnitřní hradby, které byly postaveny z nepálených cihel a skládaly se ze dvou zdí. Tloušťka vnitřní zdi byla 6,5 m. Tloušťka vnější zdi, která stála o 7 m dál, byla přibližně 3,5 m. Tyto zdi byly posíleny obrannými věžemi, které je měly zpevnit také konstrukčně. Ve vzdálenosti asi 20 m před vnější zdí bylo jakési nábřeží postavené z pálených cihel spojených asfaltem. Tolik říkají historické prameny v podání Wikipedie (http://cs.wikipedia.org/wiki/Babylon). Jestli byly stupňovité věže (zikkurat) opravdu pozůstatkem biblické Babylonské věže, pak byly cihly použity i na jedné z nejhonosnějších a nejmohutnějších staveb v celé historii světa.
  • I dnešní cihlové stavby bývají často spojovány s pojmy honosný, významný, velkolepý apod. Proto nemálo stavebníků a investorů volí pro svůj dům cihlu, která možná nejvíce dodává stavbě značku jisté noblesy a velkoleposti.
  • Další důvod pro cihlovou stavbu má kořeny v přirozené touze lidí vyjadřovat skrze věci, kterými se obklopují, své postoje a dávat najevo určité společenské začlenění. Proto např. mnozí lidé na veřejnosti chodí v kožených botách a jezdí v luxusnějším automobilu, přestože by je tenisky u stánkaře nebo auto nižší kategorie z druhé ruky přišly levněji.
  • Luxusnější věci většinou také přinášejí svému majiteli vyšší komfort, užitek a bezpečnost, což se při rozhodování, z čeho stavět, pečlivě poměřuje. Cihlové stavby i v tomto ohledu vycházejí příznivě. V Čechách a na Moravě se málokdo smíří např. s představou, že se lze zvenku prostřílet či vloupat páčidlem do obýváku, kuchyně či ložnice pistolí, jak to občas vídává v amerických filmech. Cihlová stavba mu v tomto dává dostatečnou jistotu.
  • V neposlední řadě má budoucí majitel novostavby často pocit, také z velké části důvodný, že především cihlová stavba si jako jedna z mála uchová reálnou hodnotu peněz z doby, kdy byly vloženy do výstavby nebo ji dokonce i po padesáti či sto letech zvýší.

Nízkoenergetické stavby z cihel

Občasný čtenář livingových časopisů nebo účastník seminářů a přednášek o moderním, tzv. ekologickém bydlení může mít dojem, že cihla je konzervativní materiál žijící z minulosti, který – pokud jde o nová nebo inovativní řešení – jen vyklízí pole jiným systémům. Např. už zmíněným dřevostavbám, se kterými lze údajně bez problémů a vyšších nákladů postavit nízkoenergetický nebo pasivní dům.

Dřevostavbám nelze upírat pionýrství či dokonce prvenství v docilování vysoké tepelné ochrany staveb. Vysoká standardní tepelná ochrana je jedním ze dvou podstatných kladů, kterými se dřevostavby vymezují vůči cihlovým stavbám. Druhou je vysoká míra prefabrikace výstavby dřevostaveb, kdy jsou ve vyšší míře eliminovány nedostatky vyplývající z nepozorné práce stavebních dělníků.

Pro neodborníka může ve stínu zviditelňování tzv. ekologických staveb zůstat fakt, že i z cihel lze navrhnout nejen tepelně úspornou nebo nízkoenergetickou stavbu, ale i pasivní dům. Cihláři svým zákazníkům často radí, a to platí o všech stavebních systémech, aby si napřed spočítali, jestli se jim úsilí a investice do návrhu a hlavně výstavby pasivní stavby v rozumné době vrátí na úsporách energie, vyšším komfortu, lepší užitné hodnotě atp. Je to velmi korektní přístup, a že takto lidé opravdu uvažují, dokládá fakt, že počet realizovaných pasivních domů se v republice počítá stále na prst-ech.

Cihly snižují domovní skleníkový jev

Dnešní úsilí o výstavbu bytových a rodinných domů s minimální spotřebou energie vede k některým novým problémům. Jeden takový může být nazván domovním skleníkovým efektem, který ve vysoce tepelně izolujících stavbách může nabýt nepříjemných rozměrů.

V [1] je uvedeno, že fasádním či střešním oknem projde do interiéru za jeden sluneční letní den přes 3,7 kWh/(m2·den) tepelné energie jen prostřednictvím krátkovlnné složky slunečního tepelného záření s délkou vlny od 0,8 μm do 2,4 μm. Toto záření velmi snadno vniká okny dovnitř, zde ohřeje vnitřní plochy, ale pak už nemá snadnou možnost unikat ven. Jím ohřáté povrchy těles, případně vzduch v interiéru totiž sálají dlouhovlnné tepelné záření o délce vlny ca 9,5 μm, které skla oken ani stěny nepropouštějí. Teplo z tohoto záření může unikat ven jen pomalu přes tepelně-izolační bariéru obvodových konstrukcí.

Čím větší je tepelná izolace budovy, tím je únik pomalejší a domovní skleníkový efekt větší. Přibližme si to na příkladě:

Mějme dům s celkovou plochou ohraničujících konstrukcí domu A = 400 m2, na němž jsou umístěna střešní a fasádní okna se součinitelem prostupu tepla Uw = 1,2 W/(m2K) o celkové ploše 20 m2. Nechť je za slunného letního dne průměrná hodnota slunečního tepelného zisku okenní plochou 2,5 kWh/(m2·den), dohromady pro všechna okna to je 50 kWh/den.

(Postup výpočtu: Plocha okna 20 m2 × Průměrný denní účinný podíl sklonité plochy oken 0,232 × Intenzita slun. záření 1 kW × Tepelná IČ složka slun. záření 0,45 × 24 h/den = 50 kWh/den).

Sledujme, jak se v takových podmínkách bude chovat dům s vysokým (špatným) průměrným součinitelem prostupu budovy Uem = 0,5 W/(m2·K) a s nízkým (výborným) průměrným součinitelem Uem = 0,28 W/(m2·K), jestliže jeho konstrukce mají vysokou nebo naopak nízkou schopnost akumulovat teplo. Vysoká tepelná akumulace je realizována akumulační hmotností konstrukcí 100 tun, nízká pak 20 tun. Nechť je dále průměrná venkovní denní teplota 20 °C a konečně počáteční průměrná vnitřní teplota 20 °C.

Energetická bilanční rovnice má tvar

50·N–(t-20)·0,024·Uem·A·N–(t-20)·C·M=0

kde
N – počet dní od začátku experimentu,
t – ustálená teplota v budově ve °C,
Uem – průměrný součinitel prostupu budovy ve W/(m2K),
A – celková plocha ohraničujících konstrukcí domu v m2,
C – specifické teplo akumulujících konstrukcí v kWh/(t·K),
M – hmotnost akumulujících konstrukcí v tunách.

Jestliže odhadneme specifickou tepelnou kapacitu akumulující hmoty na 1000 J/(kg·K) = 0,27778 kWh/(t·K), snadno už dopočítáme hledanou teplotu t po N dnech. Výsledky jsou v grafu na obr. 1 nebo v tab. 1.


Obr. 1: Růst denní vnitřní teploty v domě s malou a vysokou tepelně akumulující hmotou a s vysokým nebo nízkým průměrným součinitelem prostupu tepla při setrvalém slunečním tepelném 50 kWh/den zisku všemi okny. Průměrná venkovní teplota je 20 °C. Modrá křivka: nízká akumulace, malá tepelná izolace. Tyrkysové křivka: vysoká akumulace, nízká izolace. Lososová křivka: vysoká akumulace, vysoká tepelná izolace. Červená křivka: nízká akumulace, vysoká tepelná izolace.


Uem W/(m2K) 1 den 2 dny 4 dny 8 dní 16 dní 32 dní
akumulační hmota 100 tun 0,521,823,124,826,528,029,130,5
0,2822,023,626,029,332,234,738,6
akumulační hmota 20 tun 0,525,427,128,429,329,830,130,5
0,2826,930,133,135,436,837,738,6
Tab. 1: Růst denní vnitřní teploty v domě s malou a vysokou tepelně akumulující hmotou a s vysokým a nízkým průměrným součinitelem prostupu tepla při setrvalém slunečním tepelném zisku všemi okny 50 kWh/den. Průměrná venkovní teplota je 20 °C.

Tabulka i graf ukazují, že cihelná, vysoce akumulující, stavba překlene zhruba týden horka při jasné slunečné obloze, zatímco lehké, neakumulující sotva tři dny. Vysoce tepelně akumulující stavby, jako jsou právě cihlové, se při delší expozici přímým sluncem (tzn. mnoho slunných dní za sebou) ohřívají znatelně pomaleji.

Další poznatek je, že vysoká tepelná izolace stavby zvyšuje vnitřní ustálenou teplotu (po mnoha dnech expozice sluncem) mnohem více, než jak je tomu u starých, špatně izolujících staveb. Ovšem u lehkých staveb toto zvýšení na 32 °C a víc nastává velmi rychle. Pro navrhování domů s nízkou energetickou spotřebou je proto nejlepší řešení vůbec nepustit okny sluneční tepelné záření dovnitř, tzn. odclonit okna orientovaná ke slunci předokenní roletou. Všichni významní cihláři dnes nabízejí nosný překlad se schránkou pro nadokenní roletu se zabudováním do obvodového zdiva. Okna je přitom vhodné navrhnout tak, aby v danou denní dobu zůstala vždy část oken mimo dosah přímého slunce, aby mohly plnit funkci osvětlení, zatímco osluněná okna jsou chráněna předokenní roletou. Pro nízkoenergetický a pasivní dům jsou z pohledu letních tepelných zisků předokenní rolety nezbytností.

Literatura a zdroje:

[1] Hejhálek, J.: Střecha, střešní okna a architektura z pohledu energie. Stavebnictví a interiér č. 1/2008, str. 24.

Autor: RNDr. Jiří Hejhálek
Foto: Archiv firmy