Vlhkost ve slaměné stěně a její vliv na tlení slámy

1. 12. 2007

V minulých dvou článcích jsme představili slámu jako stavební materiál. Miniseriál zakončíme článkem věnovaným problematice vlhkosti. Mezi nebezpečí, která s sebou použití slámy přináší, patří kromě vlhkosti i oheň, hlodavci a hmyz. Těm se však dá úspěšně čelit omítkou [10]. S vlhkostí je to složitější – zcela zamezit jejímu pronikání do zdiva nelze.

Bouře v Bretani

Začátkem prosince 2005 stál Martin Oehlmann za oknem svého téměř dokončeného domu z balíků slámy na břehu oceánu ve francouzské Bretani a pozoroval, jak prudký déšť hnaný divokou vichřicí bubnuje do venkovní vápenné omítky. Přesahy střechy v tomhle případě slámu neochrání. Bouře přicházející od rozběsněného oceánu tentokrát trvala nonstop 48 hodin a způsobila promočení slaměného zdiva na západní straně domu. Když se po dvou strašidelných dnech počasí uklidnilo, byly na omítce uvnitř domu patrné mokré skvrny jako kola od vozu. Téměř okamžitě po neštěstí to v domě začalo páchnout hnilobou.

Bude mít vodou nasáklá sláma šanci ve zdi vyschnout dřív, než úplně shnije? Dalo se tomuto neštěstí předejít? Lze poničenou slaměnou zeď opravit? Na tyto otázky se tento článek snaží odpovědět.

Obr. 1: Plísňové zárodky a jejich spóry pokrývají vnitřní strukturu pšeničné slámy po 1 týdnu kompostování [11]

Proces tlení

Ve tkáni rostlin cirkuluje mnoho rozpuštěných prvků (kyslík, dusík, vodík, fosfor atd.). Některé z nich se uchytí v chemických vazbách nových organických molekul a tím rostlina roste. Tlení je opačný proces. Při tlení se organické molekuly rozpadají na elementární organické částice působením chemických látek – enzymů (specifických bílkovin), které jsou vylučovány bakteriemi a plísněmi (jedním slovem mikroby nebo mikroorganismy, obr. 1).

Bakterie a plísně jsou všudypřítomné. Na 1 mm² povrchu obilí se za normálních okolností na poli nachází asi 105 bakteriálních buněk, jež se na zdravé zelené rostlině nijak neprojevují [1]. Zato po její smrti začnou mikroby bujet. Graf 1 ukazuje vývoj populace mikroorganismů na povrchu slámy, nechá-li se ležet na poli ladem. Průzkum z Nového Zélandu potvrdil, že během prvních dvou měsíců po sklizni se mikroby díky četným dešťům na slámě rozmnožily na dvojnásobný počet. Po dalším, tentokrát suchém a slunném měsíci jejich množství kleslo a po následujících jedenácti měsících se ustálilo. Graf 2 svědčí o tom, že navzdory kolísání počtu mikroorganismů na povrchu novozélandské lehlé slámy je rychlost jejího tlení na poli víceméně konstantní [2].

Graf 1: Vývoj populace mikrobů na ječné slámě na Novém Zélandu ponechané po sklizni ladem na poli. SVR je substrátem vyvolaná respirace a vyjadřuje se množstvím CO2 na gram slámy za hodinu. Měření trvalo 320 dní [2].

Graf 2: Úbytek ječné slámy v %, potom co byla na Novém Zélandu ponechána po sklizni na poli ladem. Měření trvalo 320 dní [2].

Po sklizni

Grafy 1 a 2 dokládají, že ponechání lehlé slámy na pospas dešti není pro stavební účely zrovna tím nejlepším řešením. Po sklizni by měla být zlatavá a suchá stavební sláma co nejdříve zabalíkována, aby se zabránilo zbytečnému množení obávaných mikroorganismů. Jakmile jsou mikroby se zlatavou slámou zabalíkovány, balíky by se už za žádnou cenu neměly nechat zmoknout. V suchu si mikroorganismy ani nevzdechnou, a proto je nesmírně důležité balíky skladovat nejlépe v suchém a větraném prostředí na paletách a potom zajistit, aby se k nim ve zdi nedostala žádná voda. Voda v kapalném stavu je zdaleka tou největší hrozbou.

Tlení a relativní vlhkost

Summers a spol. pokusem na vzorcích rýžové slámy dokázali, že existuje kritická hodnota relativní vlhkosti prostředí, při které slaměná hmota začíná hnít [4]. Do 98% relativní vlhkosti, tedy téměř do doby kontaktu slámy s kapalnou vodou, je proces hniloby nepatrný. I když je prostředí velmi vlhké, ze slámy neubude víc než zhruba 0,009 % za den (graf 3a). Překročí-li ale relativní vlhkost hranici 98 %, úbytek slámy začne být 200krát vyšší, asi 1,8 % za den (graf 3b).

Graf 3a: Úbytek organické hmoty z rýžové slámy při relativních vlhkostech nad kritickou hranicí 98 % (graf 3b) je zhruba 50- až 200krát větší než úbytek pod touto hranicí (graf 3a) [4]

Graf 3b: Úbytek organické hmoty z rýžové slámy při relativních vlhkostech nad kritickou hranicí 98 % (graf 3b) je zhruba 50- až 200krát větší než úbytek pod touto hranicí (graf 3a) [4]

Zmíněný pokus znamená pro prosáknuté zdi slaměného domu v Bretani naději. Pokud se hodnota relativní vlhkosti v balících slámy sníží pod úroveň 98 % za dostatečně krátkou dobu, sláma by nemusela hned shnít.

Obr. 2: Řez zdí v bretaňském slaměném domě. Monitor relativní vlhkosti a teploty byl nainstalován přesně do středu zdi. Kanálek byl znovu vycpán slámou. Dřevěná zátka mnohdy netěsnila tak, jak by měla (viz graf 4)

Zhruba za 8 týdnů po neštěstí byl interiér domu stále cítit hnilobou. V místě bývalé mokré skvrny (po 8 týdnech skvrna vyschla) byl z interiéru do vápenné omítky vyvrtán malý otvor. Hluboko do stěny, přesně doprostřed balíku slámy, byl instalován monitor teploty a relativní vlhkosti (obr. 2). Současně byl ze středu balíku odebrán vzorek slámy, aby potvrdil, že na omak vlhká stébla nejeví na pohled žádné známky rozkladu. Zato jiný vzorek, pocházející z těsné blízkosti venkovní omítky, očividně trpěl. Měl zčernalá kolénka.

Obr. 3: 20. září 2006, 10 měsíců po úplném promočení. Sláma uprostřed zdi sice páchla hnilobou, byla na omak vlhká, ale nehnila (vlevo). Vpravo je vzorek slámy odebraný z těsné blízkosti venkovní omítky. Sláma je v počátečním stadiu hniloby, která se ale v dubnu zastavila díky instalaci odvětrané fřevěné fasády. Kolínka na stéblech byla zčernalá, ale už pár centimetrů hlouběji so zdiva se stav slámy výrazně zlepšil [8].

Sláma těsně pod venkovní omítkou hnila, protože byla často v kontaktu s kapalnou vodou. I když už žádná bouře nepřišla, byla západní stěna až do dubna opakovaně smáčena dešti, jež penetrovaly omítku (obr. 4). Proto se na začátku dubna Martin rozhodl pro riskantní plán. Tím, že pokryl vnějšek omítnutých slaměných stěn odvětranou prkennou fasádou, sice zabránil dalšímu smáčení deštěm, ale docela nevýhodně (před příchodem jara) zabránil efektivnímu vysychání působením větru a slunce (obr. 5).

Graf 4: Osm měsíců měření relativní vlhkosti (červená čára) a teploty (modrá) uprostřed slaměné zdi domu v Bretani, původně saturované dešťovou vodou. Růžová čára naznačuje tendenci vysychání. Od března do začátku května nebyla zátka utěsňující monitor ve zdi dostatečně utěsněna a měření bylo kontaminováno parametry vzduchu z interiéru. Konec května a začátek července nebyl monitorován [8]

Graf 5: Nejčastější příčinou hniloby slámy ve zdivu jsou špatně provedené venkovní detaily kolem oken a dveří. V anketě na otázku týkající se příčin hniloby ve slaměném zdivu odpovídali profesionální 'slamění' stavitelé z celého světa [8]

Obr. 4: Západní stěna z balíků slámy v Bretani je vystavena převažujícím větrům, a tudíž největšímu vlivu srážek. Původním záměrem bylo nechat dům omítnutý vápennou omítkou [3]

Obr. 5: V dubnu 2006 byla na exteriér domu v Bretani provedena dřevěná odvětrávaná fasáda. Při západní stěně byla postavena kolna, uvnitř které je odhalená vápenná omítka vystavena přímému vysychání [3]

Jak je vidět z grafu 4, je vysychání slámy ve dřevem obložené zdi skutečně velmi pozvolný proces. Hned na začátku měření (8 týdnů po neštěstí) bylo ve slámě naměřeno 80 % relativní vlhkosti. Na konci měření (8 měsíců po bouřce) vykazovala relativní vlhkost ve středu zazděného balíku stále hodnotu 75 %. Tlustá růžová čára grafu 4 ukazuje průměrnou tendenci vysychání, jež odpovídá zhruba 1 % relativní vlhkosti za měsíc.

Jak na tuto dlouhodobě zvýšenou vlhkost reaguje sláma? Dne 20. srpna 2006 byl ze středu balíku vyjmut další vzorek slámy. Sláma byla 10 měsíců po promočení na omak stále vlhká (cca 75 % r. v.), páchla hnilobou, ale barvu měla stále zdravou. Vzorek pocházející z těsné blízkosti venkovní omítky ukazoval podobné známky rozkladu jako vzorek odebraný z této lokality na začátku měření, čímž se potvrdilo, že proces tlení byl instalací odvětrané fasády zastaven (obr. 3).

Výsledky pokusu Summerse a spol. [4] jsou v souladu s bretaňským případem. Průměrná relativní vlhkost 75 %, i když dlouhotrvající, je pro růst mikrobů příliš nízká. Martinův plán se vydařil, protože mikroorganismy k ideálnímu růstu skutečně potřebují prostředí s téměř 100% relativní vlhkostí, tedy vodu v kapalném stavu. Po pravdě řečeno, kapalná voda se v mikroskopických dutinách slaměné hmoty nachází i při relativní vlhkosti daleko menší než 100 % díky kapilární kondenzaci [6]. Tato voda však velmi pevně ulpívá na slaměném povrchu v mikroskopických kapilárách (dutinách), takže její dostupnost je pro mikroorganismy značně omezená [7].

Obr. 6: Dům Co. Monaghan z nosné slámy omítnuté vápennou omítkou byl postaven Amazon Nails a od roku 1997 úspěšně vzdoruje drsnému irskému počasí

Ochrana slámy

Zbývá odpovědět na otázku, zda bylo možné bretaňské nehodě předejít. Martin se spoléhal na vápennou omítku z hašeného vápna, která se jako ochrana balíků slámy během posledních 10 let osvědčila nejen v deštivé Bretani, ale i v oblastech Walesu, Skotska a Irska (obr. 6).

Na bretaňském domě byla omítka provedena ve třech vrstvách. Všechny vrstvy byly ze stejných ingrediencí a ve stejných poměrech. Vnitřní omítka byla provedena totožně jako omítka vnější. Jako pojivo pro ostrý vymývaný červený písek o velikosti zrna 3–4 mm byl použit vápenný hydrát v poměru 3 : 1. Vápenným hydrátem se rozumí na sucho hašené vápno, které by mělo v omítce vytvrdnout (zkarbonovat) a chránit slámu podobně jako vápno v omítkách osvědčených bretaňských, skotských nebo irských slaměných staveb. Omítka Martinova domu ale slámu nechránila. Naopak. Vpouštěla do slámy vodu a drolila se při doteku.

Bee Rowan z britské neziskové organizace Amazon Nails, která se specializuje na stavění domů z balíků slámy po celé Velké Británii a Irsku, popisuje schopnost vápenné omítky chránit slámu před deštěm slovy: „My do našich omítek používáme kopaný písek s širokou škálou zrnitosti a hašené vápno za mokra a ty omítky jsou výborné. Jeden náš projekt v oblasti, kde stále prší, měl vinou architekta zvenčí příliš hluboko zasazená okna. Majitel domu si při jednom vytrvalém dešti všiml, že vítr soustřeďuje vodu stékající z okenního skla do jednoho místa širokého venkovního ostění, kde slámu chránila jen tenká vápenná omítka. Obával se, že materiál za ní bude shnilý, ale po odstranění kousku omítky jsme objevili zcela suchou zlatavou slámu. To přesně odpovídá naší zkušenosti s tím, jak vápno pracuje na našich slaměných domech ve Skotsku a Irsku. Dobře provedená vápenná omítka z hlediska vlhkosti funguje podobně jako tkanina Gore-Tex. Jednotlivé molekuly vodní páry propouští hravě, a tak umožňuje bezvadné vysychání, přičemž seskupení vodních molekul tekutiny nepropustí. Pokud ale vápno nezkarbonatuje v dostatečné míře, vápenné omítky nefungují.“ [8].

Barbara Jones z Amazon Nails tvrdí, že k tomu, aby vápenná omítka byla schopna chránit slámu před deštěm, potřebuje tvrdnout (karbonatovat) nejméně 3 měsíce. Přitom je třeba chránit tvrdnoucí omítku před sluncem, před přílišnou vlhkostí, přílišným suchem a také brát v úvahu, že karbonatace vápna je chemický proces, který probíhá pouze za teploty nad 8 °C [8].

Poslední vrstva omítky se na bretaňském slamáku prováděla přesně 2 měsíce před nešťastnou bouří, 1.–6. října 2005, přičemž toho roku se začaly teploty v Bretani pohybovat pod hranicí 8 °C již v listopadu. Na tvrdnutí měla tedy bretaňská omítka jen asi měsíc času, a proto nezkarbonovala [8].

Barbara Jones na otázku, jestli by dostatečně zkarbonovaná omítka od Amazon Nails nápor bretaňského zimního počasí přímo na břehu oceánu vydržela, odpovídá: „Sama nevím. Začínám lidem doporučovat, aby si kolem domu zařídili nějakou ochranu, která by působila jako větrolam. Stromy nebo nějakou jinou přírodní clonu.“

Obr. 7: Zdroje vlhkosti a mechanismy vlhnutí ve zdech z balíků slámy: 1 – déšť, zejména déšť hnaný větrem a déšť odražený od země, balkónu, verandy atp., 2 – vodní pára procházející zdí buď difuzí, nebo infiltrací skrz trhliny a netěsnosti, 3 – vestavěná nebo akumulovaná vlhkost, 4 – vzlínání vlhkosti ze země. Nejnebezpečnější zdroj vlhkosti není na obrázku uveden. Je jím průnik kapalné vody vlivem špatných detailů kolem oken, dveří a střechy (graf 5) [10]

Obr. 8: Mechanismy vysychání ve zdech z balíků slámy: 1 – odpařování vody přepravené kapilaritou k vnějším a vnitřním povrchům, 2 – vodní pára procházející zdí buď difuzí, nebo infiltrací skrz trhliny a netěsnosti, 3 – odvodňování vláhy naakumulované působením gravitace [10]

Obr. 9: Princip kontroly vlhkosti ve stavební konstrukci. Materiál musí mít schopnost naakumulovat takové množství vody, aby se jí stihla daná konstrukce bezpečně a včas zbavit (vysoušením, drenáží) před tím, než dojde k další akumulaci [10].

Kontrola vlhkosti ve slaměném zdivu

Obecně se dá shrnout, že kontrola vlhkosti ve zdivu z balíků slámy se týká především zamezení průniku kapalné vody do slámy. Kromě průniku deště fasádou se kapalná voda do slaměné zdi může dostat i jinými cestami (obr. 7).

Z dotazníku, který byl rozeslán profesionálním stavitelům z balíků slámy po celém světě, vyplývá, že nejčastější příčinou hniloby slámy ve zdivu je vytrvalý průnik dešťové vody do konstrukce stěny netěsnostmi kolem oken a dveří nebo špatně provedeným parapetem (graf 5). Těmto a podobným detailům je při stavbě „slamáku“ nutné věnovat zvýšenou pozornost. Další velmi častou příčinou je voda stékající do slaměné zdi kvůli špatně provedené střeše. A v neposlední řadě velmi často dochází k hnilobě slámy ve zdi již při samotném procesu stavění. Zapomenout na to, že okap ještě nemá svod, že střecha stále ještě bez krytiny má v provizorní igelitové plachtě díru, že se při dešti voda odráží na zeď od podlážek lešení atd., je jednoduché a může mít pro slámu tragické následky. Naproti tomu kondenzace vodní páry je na žebříčku příčin hniloby slámy až někde vzadu (graf 5).

Měřením na domech v Kanadě bylo dokázáno, že množství kondenzátu způsobené difuzí vodní páry skrz materiál jakékoliv omítky není nikdy natolik kritické, aby způsobilo škodu v konstrukci stěny [9]. Naproti tomu vodní pára, která se do konstrukce zdi dostane infiltrací – prasklinami v omítce (běžné jsou praskliny po obvodu oken a dveří, ve styku podlahy a stropu s omítkou stěny apod.), může způsobit v našem podnebí nebezpečné hromadění kondenzátu [10].

V současné inženýrské praxi, zejména u některých nízkoenergetických technologií, se klade důraz na snížení průniku vlhkosti do konstrukcí. Na jedné straně se zvyšuje neprodyšnost obálek stěnových sendvičů a snižuje se jejich paropropustnost. Na druhé straně se předpokládá, že ideální utěsnění je nemožné. Netěsným místům se nedá zabránit, a proto je důležité umožnit v rámci konstrukce bezpečnou míru akumulace vlhkosti a zároveň vlhkost zpřístupnit snadnému vysychání (obr. 9). Stěny z balíků slámy jsou vydatným akumulátorem vlhkosti, a proto je důležité umožnit této vlhkosti snadný únik (obr. 8) [10].

Požadavky na omítky

Všeobecně se doporučuje slámu omítat. Ať je to již z konstrukčních důvodů (viz Materiály pro stavbu 3/07), nebo z důvodů uvedených na samém začátku tohoto článku. Požadavky na omítky slaměných zdí z hlediska vlhkosti se dají shrnout do tří bodů. Omítka musí slámu chránit před průnikem kapalné vody; musí být prodyšná, aby umožnila vysychání, a pružná, protože slaměné zdi nejsou obvykle příliš tuhé (nepoddajné, tvrdé a křehké omítky na slámě praskají, což zvyšuje nebezpečí infiltrace). Těmto požadavkům vyhovují pouze dva typy omítek – vápenná omítka z hašeného vápna a hliněná omítka. Zatímco o vápenné omítce zde bylo napsáno už hodně, zbývá v souvislosti s ochranou slámy proti vlhkosti zmínit omítku hliněnou.

Obr. 10: Snímek jílu pořízený elektronovým mikroskopem [10]

Hliněná omítka

Hliněné omítky jsou mezi profesionálními staviteli budov z balíků slámy nejoblíbenější ochranou slaměného zdiva (viz Materiály pro stavbu 4/07). Jednak se s nimi dobře pracuje, mají jednoduchou údržbu, jejich výroba neznečišťuje ovzduší a navíc tvoří inteligentní ochranný systém dynamicky reagující na přítomnost vody. Prodyšnost hliněné omítky závisí na její vlhkosti a v tom tkví její genialita.

Pojivem v hliněné omítce je jíl. Jílovité minerály jsou v podstatě destičkovité krystaly, které se díky své polární elektromagnetické povaze navzájem silně přitahují (obr. 10). Proto je jíl v suchém stavu tak pevný a tvrdý. Ve styku s vlhkostí molekuly vody vzlínají mezi krystaly jílu tak, že se krystaly od sebe oddělí. Mezi krystaly jílu se vejde překvapivě velké množství vodních molekul, a proto má hliněná omítka ohromnou absorpční kapacitu. S růstem množství molekul vody mezi krystaly jíl expanduje (bobtná) a tím eliminuje mezery mezi zrnky písku. Pórovitost a prodyšnost omítky se tudíž se zvyšováním vlhkosti snižuje. Po opětovném vyschnutí se hlína stává znovu skvěle prodyšnou. Sláma je tak pod hliněnou omítkou ideálně chráněna. Voda se k ní jen těžko dostane, a dostane-li se přece, je omítkou automaticky přitahována a potom se z jejího volného povrchu snadno odpařuje.

Narozdíl od vápna, které díky chemické reakci váže zrnka písku do krystalických struktur, nepodléhá jíl v hliněné omítce žádné chemické reakci, není k zrnkům písku vázán, a proto má tendenci k erozi. Hliněná omítka se proto musí chránit před deštěm přesahy střechy nebo verandami, nátěry (např. vodním sklem, fermeží) apod. (obr. 11).

Obr. 11: Slámu ve zdech tohoto domu s vydatnými přesahy střechy ideálně chrání hliněná omítka natřená vodním sklem. Frosts residence, Crestone, Colorado.

Závěr

Martin Oehlmann se těší z dokončeného slaměného domu pokrytého dřevěnou odvětranou fasádou již druhý rok. Dům situovaný na břehu oceánu má nejenom okouzlující výhled, ale přímořské mikroklima zaručuje po většinu roku slunečné počasí, takže velkými jižními okny vytváří uvnitř domu příjemnou atmosféru. Po pachu z hniloby už není dávno ani památky. Chcete-li se na vlastní nos přesvědčit, Martin vás rád ve slaměném domě uvítá. Celý dům (dvě bytové jednotky) je totiž k pronájmu [13]. No uznejte sami, pro ty, kteří si chtějí slaměný dům pořádně užít, je to příležitost k nezapomenutené bretaňské dovolené.

JAKUB WIHAN

foto Jakub Wihan (3), Martin Oehlmann (4, 5), Amazon Nails (6), Paul Koppana (10)

Ing. Jakub Wihan (*1970) vystudoval modul architektura na Fakultě stavební v Praze. V současné době dokončuje studium architektury zaměřené na životní prostředí a alternativní energetiku na University of East London v Centru pro alternativní technolgie ve Walesu. V Todmordenu, v severní Anglii absolvuje školení Amazon Nails pro Ambassadory – učitele slaměného stavitelství.

Literatura:

1) Lindow, S. E. – Brandl, M. T.: Microbiology of the Phyllosphere Applied and Environmental Microbiology, 69(4): 1874–1883, American Society for Microbiology, 2003.

2) Beare, M. H. – Wilson, P. E. – Fraser, P. M. – Butler, R. C.: Management Effects on Barley Straw Decomposition, Nitrogen Release, and Crop Production. Institute for Crop & Food Research, Ltd., Canterbury, Nakas and Agriculture and Science Centre, Christchurch, Nový Zéland, 2002.

3) http://www.ecopanneaux.com/galerie/martin/

4) Summers, M. D. – Blunk, S. L. – Jenkins,

B. M.: How Straw Decomposes. EBNet Straw Bale Test Program, DRAFT, Ecobuildnetwork, 2003.

5) Straube, J. – Schumacher, C.: Monitoring the Hygrothermal Performance of Strawbale Walls. Balnced Solutions, University of Waterloo, Canada, EBNet, 2003.

6) Kunzel, H. M.: Simultaneous Heat and Moisture Transfer in Building Components, one- and two-dimensional calculation using simple parameters. Disertační práce, Fraunhofer, IRB, Verlag, Stuttgart, 1995.

7) Padfield, T.: The Window in Context: The Interplay Between Building Components, 2002.

8) Wihan, J.: Humidity in straw bale walls and its effect on the decomposition of straw, Tailoring a coat for straw bale thermal insulation. Diplomová práce pro Univerzitu Východního Londýna a Centrum pro alternativní technologie ve Walesu, 2007.

9) Platts, B.: Pilot Study of Moisture Control in Stuccoed Straw Bale Walls. Canadian Mortgage and Housing Corporation, Ottawa, Canada, 1997.

10) King, B. a kol.: Design of Straw Bale Buildings, The State of the Art. Green Building Press, San Rafael, USA, 2006.

11) Dresboll, D., B. – Magid, J.: Structural changes of plant residues during decomposition in a compost environment. Bioresource Technology, Elsevier, 2005.

12) http://www.ecovacancesbretagne.com/.

13) http://polymersolutions.com/images/specsemeds2.jpg.