Výstavba z konopného betonu

Konopný beton je materiálem, která dostává prostor na poli stavebního vývoje a v budoucnu snad dosáhne i legislativního uznání. Konstrukce z konopného betonu určitě nelze označit v našich podmínkách za rozšířené, v určitém segmentu stavebnictví by však mohly mít svůj potenciál. V tomto článku představíme konstrukce z konopného betonu, historii jeho použití a jeho vlastnosti. Zaměříme se na dílčí část analýzy životního cyklu, především emise CO₂, a porovnáme výstavbu dvou rodinných domů v odlišných geografických lokalitách – v České republice a na Novém Zélandu.

Vliv na životní prostředí, globální oteplování i analýza životního cyklu jsou ve společnosti stále častěji diskutovanými tématy. Dotýkají se také stavebnictví – návrhu výstavby a užívání budov. V této souvislosti stoupá poptávka po ekologicky šetrných metodách výstavby. Tendence se projevuje v návrhu vhodných konstrukčních systémů pro energeticky úsporné domy. Dalším krokem je volba energeticky úsporných stavebních procesů stejně jako využití místních surovin tak, aby byl minimalizován dopad na životní prostředí. 

Nejběžněji používaným stavebním materiálem je bezpochyby beton. Každoroční produkce je asi 1 m³ na jednoho obyvatele [1]. Každá tuna cementu však produkuje asi 900 kg CO2. Je tedy možné najít ekologicky příznivější materiál, který by měl také vhodné konstrukční vlastnosti? Jílové směsi nemají vhodné tepelné vlastnosti, jak je uvedeno v tabulce 2. Domy z balíků slámy nemají dostatečnou odolnost vůči vlhkosti [2]. Nabízí se tedy možnost využít jiné materiály, jejichž dopad na životní prostředí není tak markantní. Vápno vyrobené z vápence, avšak při nižší teplotě než cement, tuto možnost nabízí. Stejně jako cementový beton i vápenný beton vykazuje dobrou odolnost v tlaku, nikoli však v tahu. Je třeba jej pro toto namáhání vyztužit. Nejrozšířenějším materiálem pro výztuže je ocel, jsou ale i jiné materiály, které mohou poskytnout větší přínos životnímu prostředí. Bylo zjištěno, že přídavek konopných vláken má za následek vznik odolného stavebního materiálu [3]. Je tedy konopí skutečně ekologicky šetrným a vhodným stavebním materiálem?

Historie 
Konopí není novým stavebním materiálem. Archeologové potvrdili použití konopných vláken při výstavbě mostu v 6. století našeho letopočtu. Prvním moderním použitím kompozitní konstrukce s konopnými vlákny byla renovace historických hrázděných budov ve Francii roku 1990. Konopná směs se odlévala kolem dřevěného rámu. Současně jsou tyto historické hrázděné budovy důkazem trvanlivosti stavebních materiálů na bázi vápna. Použití cementové omítky se tehdy ukázalo jako nevhodné. Konstrukce nebyla prodyšná, vlhkost zůstávala v konstrukci, vznikaly plísně. Navíc vzhledem k nízké flexibilitě této omítky vznikaly na konstrukci povrchové trhliny. Konopí a vápno se ukázaly jako vhodná alternativa k cementovému betonu. Další experimenty potvrdily, že konopnou směs lze použít také na podlahové potěry i střechu (obr. 6). V následujících letech bylo postaveno několik objektů pro bydlení zejména ve Francii a Velké Británii [4]. V České republice se ale jedná o novou technologii. 

Konopný beton
Lze říci, že existují tři odlišné typy literatury o konopném betonu: propagační texty nadšenců; stavební příručky a vědecké články. V tomto článku jsou informace čerpané ze všech těchto zdrojů, ale i z praktických zkušeností autorky: konopný beton, někdy zvaný hempcrete, je biokompozitní směsí konopného pazdeří, vápenného pojiva a vody. Vznikne tak lehký materiál, jehož hmotnost je oproti betonu asi osminová. Konopný beton lze použít pro konstrukci stěn, podlah i střech. Materiál lze lít do bednění, nanášet stříkáním (jsou nutné speciálně upravené stroje), případně lze využít prefabrikované dílce (cihly, panely). Nosnou funkci plní nejčastěji dřevěný rám.

Hodnocení životního cyklu (LCA)
Průmyslové konopí může ve vhodných podmínkách vyrůst až do výšky 4 m během 12 týdnů. Jeden irský prodejce dokonce inzeruje, že na jednom hektaru pozemku lze vypěstovat 8–10 t konopí ročně [5]. Toto množství by bylo dostatečné pro stavbu malého rodinného domu. Zhruba 60 % rostliny konopí je tvořeno pazdeřím, které je získáváno zpracováním pomocí speciálních strojů. 

Pro posouzení ekologičnosti materiálu je třeba provést důkladnou analýzu životního cyklu – life cycle assessment (LCA). Ta sleduje životní cyklus celého výrobku od těžby surovin přes samotnou výrobu materiálu, zabývá se jeho dopravou na staveniště, konstrukcí budovy, jejím provozem i následnou demolicí a recyklací materiálu. V tomto článku je zmíněna část LCA zabývající se emisemi CO₂, takzvanou uhlíkovou stopou (carbon footprint – CFP), a to pro vybrané fáze životního cyklu nezávisle na lokaci stavebního objektu a typu provozu [13]. Stejně jako jiné rostliny, i konopí absorbuje při své růstové fázi CO₂ z atmosféry procesem fotosyntézy. Tento CO₂ je zachycován pazdeřím, a to dokonce i po dobu životnosti stavby. Konopí je během svého růstu schopno vstřebat 4krát více CO₂ než obdobná plocha lesa [4]. Tyto údaje stručně shrnují tabulky 1–4. 

Tabulka 1: Uhlíková stopa rostlin konopí [13]

Předpokládaný výnos z 1 ha	Množství absorbovaného CO2
8 t konopí	18 t
4,8 t pazdeří	10 t

Tabulka 2: Uhlíková stopa 1 m³ konopné zdi

Materiál	Množství absorbovaného CO2
110 kg konopného pazdeří	202 kg
220 kg vápenného pojiva	–94 kg
Bilance	104 kg

Tabulka 3: Porovnání uhlíkové stopy 1 m² tradiční cihlové a konopné stěny [14].

Materiál	Množství absorbovaného CO2
Tradiční cihelná konstrukce	–100 kg
Konopná konstrukce tloušťky 300 [mm]	40 kg
Čistý benefit	140 kg

Tabulka 4: Porovnání uhlíkové stopy modelového rodinného domu s plochou stěn 140 m² [14]

Materiál	Množství produkovaného CO2
Typický dům z tradičního cihlového zdiva	50 t
Dům z konopného zdiva	20 t
Úspora	40 %

Vlastnosti materiálu
– Prodyšnost – konopný beton je paropropustný [7], hodnota µ = 4,84. 
– Akustické vlastnosti – 0,69 NRC [8].
– Flexibilní tloušťka – tloušťka konstrukce je závislá na nosných konstrukčních prvcích, případně na dalších požadavcích – tvar oken a dveří, minimalizace tepelných mostů. Zároveň není použití omezeno ani tvarem, neboť je možné provádět i zakřivené tvary konstrukcí. 
– Objemová hmotnost – snížená objemová hmotnost umožňuje mělčí základy. Tabulka 2 porovnává vlastnosti konopného betonu s jinými stavebními materiály. Masa zdiva má také celkem dobré tepelněakumulační vlastnosti.

Tabulka 5: Vlastnosti konopného betonu [8, 10, 11] 

Materiál	Konopný beton	Slaměné balíky	Cihelné bloky POROTHERM 44	Nepálené cihly
Tepelné vlastnosti, λ [W/mK]	0,065	0,052	0,137	0,510
Finanční náklady	Nižší	Nižší	Nižší	Dražší
Pracnost	Snadné a rychlé	Snadné a rychlé	Pracné	Obtížné
Odolnost vůči škůdcům	Odolné	Riziko vniknutí škůdců do konstrukce	Odolné	Riziko termitů
Požární odolnost	Odolné	Záleží na provedení	Odolné	Odolné
Objemová hmotnost [kg/m3]	275	90–120	750–790	800
Energetická náročnost	Nízká	Nízká	Vysoká	Nízká
Emise CO2	Absorbuje	Během růstu absorbuje	Vysoké	Neutrální
Vlhkost a plísně	Odolné	Riziko plísní	Odolné	Spoléhá na přesah střechy
Recyklace	Plně recyklovatelné	Mulčování	Vysoké recyklační náklady	Plně recyklovatelné

Tabulka 6: Porovnání klimatu a hodnoty R [11, 12, 13] 

Parametr	Nový Zéland	Česká republika
Průměrná roční teplota [°C]	12,1–14	7–8
Průměrná roční doba slunečního svitu [h]	2000–2200	1446
Průměrné roční srážky [mm]	1500–2000	600–700
λ konopného betonu [W/mK]	0,065
Tloušt‘ka zdi z konopného betonu [m]	0,3	0,4
Hodnota RN zdi z konopného betonu [m2K/W]	4,62	6,15
Požadované RN pro zdi [m2K/W]	1,90	4,83

Porovnání výstavby v různých geografických podmínkách 

Autorčin pobyt na Novém Zélandu poskytl příležitost porovnat použití konopného betonu v konstrukci na jedné z prvních staveb rodinného domu v ČR (obr. 2–6) s již běžnou výstavbou na Novém Zélandu (obr. 7–12). Tabulka 6 porovnává klima a zákonem požadované hodnoty R v České republice a na Novém Zélandu. 

V obou případech jde o rodinné domy. Návrh reflektuje klimatické a kulturní vlivy. Oba domy byly stavěny technologií lití a hutnění konopného betonu do bednění na staveništi. Jak je patrné z obrázku 7, novozélandský dům je pouze přízemní a z konopného betonu má jen vnější obvodové stěny. Jednopodlažní objekt zohledňuje také častý výskyt zemětřesení v lokalitě. Naproti tomu český dům byl navržen jako dvoupodlažní s přízemím a podkrovím. V českém domě je konopný beton využit nejen na vnější obvodové stěny, ale také na stropy a dokonce i na střechu. Na českém domku je plánováno použití kombinace vápennopazdeřové omítky v exteriéru a hliněné v interiéru.

Z hlediska technologie měly oba rodinné domy poměrně jednoduché konstrukce, jejichž zhotovení vyžadovalo 3–4 zaučené pracovníky, kteří se mohli v případě nutnosti naučit potřebné dovednosti během 1–2 dní. Na železobetonovou základovou desku s asfaltovými pásy a 20cm vrstvou krycího hempcretu byl během necelých tří týdnů postaven dřevěný rám. Následně byla založena vedení pro vodu a elektřinu, aby se minimalizovalo následné řezání do stěn. Bylo připraveno bednění (pro opakované použití) pro lití jednotlivých vrstev. Ve speciálně upravené míchačce se smísilo konopí, vápenná směs (hašené vápno, hydraulické vápno, cement) a voda přibližně v poměru 4:1:1. Přesný poměr složek byl ovlivněn umístěním v konstrukci – obsah pojiv se snižuje směrem od podlahy ke střeše. Hotová směs konopného betonu byla umístěna ve vrstvách do bednění a následně hutněna pomocí dřevěných palic. V konstrukci střechy a podlah byly vrstvy směsi spíše uhrabávány než hutněny. Na stavbě bylo nezbytné použít osobní ochranné pomůcky. Vápno je náchylné k poškození mrazem, bylo by tedy nutné ukončit práce, pokud by teploty klesly pod 5 °C. Zrání konstrukce trvá za optimálních podmínek asi 2–3 měsíce. Jak již bylo zmíněno, konopný beton lze aplikovat také stříkáním. Tato metoda je vhodná pro velké budovy, ale nese s sebou vysoké náklady na strojní vybavení. Na druhou stranu stříkaná směs obsahuje více vzduchu a tepelně- i zvukověizolační vlastnosti bývají lepší.

V obou zmíněných zemích je legislativou povoleno pěstovat technické konopí. Na Novém Zélandu se konopná pole nacházela přímo v blízkosti lokality výstavby (New Plymouth). Bohužel jej tam nikdo nebyl schopen zpracovat a konopí na výstavbu bylo paradoxně dovezeno z Evropy – z Nizozemí. Český dům byl stavěn z konopného pazdeří dovezeného z Polska. Konopné pazdeří má nízkou objemovou hmotnost, což má za následek vysoké prostorové nároky při skladování a ovlivňuje to také náklady na dopravu. Místní produkce i zpracování by výrazně přispěly k minimalizaci ekologické stopy.

Prefabrikované dílce z konopného betonu
Z konopného betonu mohou být vyrobeny také prefabrikované dílce – tvárnice a panely. Díky pečlivému zhutnění mívají tyto dílce vyšší objemovou hmotnost, což ale znamená nižší tepelněizolační schopnost. V každém případě je třeba věnovat zvláštní pozornost vyplňování mezer, aby bylo zabráněno tepelným mostům. Tvárnice se spojují obdobnou konopnou směsí, z jaké jsou vyrobeny.

Závěr
V článku nastíněný stručný přehled využití a vlastností konopného betonu naznačuje, že tento materiál lze považovat za ekologicky šetrný. Splňuje základní podmínky ekologických materiálů. Je vyroben z obnovitelných zdrojů, které jsou dostupné v dostatečném množství. Výroba není energeticky příliš náročná. Materiál jako takový má negativní uhlíkovou stopu. Konstrukce z konopného betonu vykazuje dostatečnou odolnost a trvanlivost při zachování zdravých životních podmínek. Zároveň jde o recyklovatelný materiál. Pro detailní zhodnocení je vhodné provést podrobnou analýzu LCA, zaměřit se také na širší kontext, zejména místní zpracování a související dopravu.

Výstavba v České republice i na Novém Zélandu probíhala bez ne-očekávaných problémů.

Poděkování 
Poděkování patří především programu CEPRI, v jehož rámci bylo autorce umožněno zkoumat technologii výstavby v zemi, kde je její použití již běžné.

HANA BEDLIVÁ
foto autorka (1, 8, 11, 12), Marek Šedivý (2-6), Nic Farbrother (7, 9, 10)

Literatura:
1) AÏTCIN, P. C. Cements of yesterday and today: Concrete of tomorrow. Cement and Concrete Research [online]. 2000. vol. 30, iss. 9, pp. 1349–1359 [cit. 2014-12-05].
2) Strawbale Moisture [online]. [cit. 2014-12-05]. Dostupné z: http://www.earthbuilding.org.nz/articles/strawmoisture.pdf.
3) MUKHERJEE, A. Structural Benefits Of Hempcrete Infill In Timber Stud Walls. Queen’s University, Kingston.
4) BEVAN, R., T. WOOLEY. Hemp and Lime Construction: A Guide to Building with Hemp-Lime Composites [online]. [cit. 2014-12-05]. Dostupné z: http://www.nnfcc.co.uk/tools/guide-to-building-with-hemp-lime-composites-nnfcc-07-001.
5) OldBuilders Company [online]. [cit. 2014-12-05]. Dostupné z: http://www.oldbuilders.com.
6) American Lime Technology Website [online]. [cit. 2014-12-05]. Dostupné z: http://www.americanlimetechnology.com.
7) Hempcrete – hemp-limeconstruct [online]. [cit. 2014-12-05]. Dostupné z: http://www.hemp-limeconstruct.co.uk/hempcrete.html.
8) ABBOT, T. Hempcrete Factsheet – Essential hempcrete info. The Limecrete Company [online]. [cit. 2014-12-05]. Dostupné z: http://limecrete.co.uk/hempcrete-factsheet.
9) MAROSSZEKY, K., P. BENHAIM. How to build a hemp house: an ebook and construction manual [ebook].
10) Katalog stavebních materiálů [online]. [cit. 2014-12-05]. Dostupné z: http://www.tzb-info.cz/docu/tabulky/0000/000068_katalog.html.
11) Overview of New Zealand climate. NIWA [online]. [cit. 2014-12-05]. Dostupné z: http://www.niwa.co.nz/education-and-training/schools/resources/climate/overview.
12) ČHMÚ [online]. [cit. 2014-12-05]. Dostupné z: http://www.chmi.cz/.
13) ISAACS, N. Thermal insulation. BUILD magazine. 2007, č. 102, str. 110–111.
14) Technické listy společnosti Tradical [online]. [cit. 2014-12-05]. Dostupné z: http://www.tradical.com/

Ing. et Ing. Hana Bedlivá (*1986)
absolvovala FAST VUT v Brně a USI VUT v Brně. Studuje doktorské studium na FAST VUT v Brně a specializuje se na konopný beton.