Ciepły dom ze słomy czy… tradycyjny cieplejszy?

Czy kostka słomy jest cieplejsza niż drewno lub beton i styropian? Ciepły dom ze słomy to nie mit. Sprawdzi w nowoczesnym, energooszczędnym budownictwie?

Powszechnie uważa się, że domy ze słomy i gliny (budowane z kostek słomy, w technologii strawbale; trochę inaczej rzecz się ma z domami z gliny lekkiej – o czym więcej w podlinkowanym artykule), są ciepłe. Ale jak bardzo ciepłe?

Wiadomo, warto budować energooszczędnie. Jednak może domy budowane w Polsce najczęściej, czyli w tzw. tradycyjnych technologiach, są cieplejsze od tych słomianych? A może domy drewniane są najlepsze? Postanowiliśmy to sprawdzić i policzyć, korzystając z wyników niejednych badań.

Co decyduje o tym, że dom jest ciepły?

Na to, jak dom jest ciepły (i ile w związku z tym w każdym sezonie zimowym wydawać będziemy na ogrzewanie), największy wpływ mają materiały zastosowane do jego budowy.

Aby określić, czy materiał jest „ciepły”, sprawdzić trzeba, jaka jest jego termoizolacyjność. Ta właściwość materiału określana jest przez współczynnik przewodzenia ciepła λ (lambda). Wartość wyrażana jest w W/mK (waty dzielone przez metry razy kelwiny). Im mniejsza lambda, tym lepsza izolacja cieplna, czyli tym mniej ciepła będzie uciekać z domu.

Materiały często wykorzystywane w budownictwie zostały przebadane i współczynniki przewodzenia ciepła są dla nich znane (prezentujemy je niżej w zbiorczej tabelce). Z informacjami o kostce słomy – która w Polsce oficjalnie nie jest materiałem budowlanym – jest trochę gorzej.

Jak ciepła jest sama kostka słomy?

Na świecie przeprowadzono już trochę badań przewodności cieplnej kostki słomy[1]. Wyniki najważniejszych z nich zebrali i przeanalizowali naukowcy z kilku francuskich i belgijskich instytucji, między innymi politechniki Arts et Metiers w Paryżu oraz uniwersytetów w Louvain i Liège. Konkluzje zawarli w artykule Thermal Conductivity of Straw Bales: Full Size Measurements Considering the Direction of the Heat Flow opublikowanym w lutym 2017 roku w czasopiśmie „Buildings”.

Najstarsze wzięte pod uwagę badania współczynnika przewodzenia ciepła przeprowadzono w 1993 roku. Praca Thermal Resistivity of Straw Bales for Construction mówi o lambdzie wynoszącej nawet tylko 0,049 W/mK. Podobne wartości (0,048–0,056 W/mK) podawał później Österreichisches Institut für Baubiologie und Oekologie, na które swego czasu powoływało się parę polskich stron. Inne obliczenia nie są tak optymistyczne i podają wartości nawet o ponad 50% wyższe. Skąd taki rozstrzał – od 0,05 do 0,08 W/mK?

Słoma w teorii i w praktyce

Cóż, kostka słomy nie jest materiałem jednolitym, zawsze takim samym, wyprodukowanym w fabryce. Znalezienie idealnej kostki słomy do budowy czasem nie jest łatwe. O tym, jaka powinna być w teorii, przeczytać możecie po kliknięciu w powyższy odnośnik, a pod kolejnym linkiem znajdziecie praktyczną historię poszukiwań słomy na dom. Jedno jest oczywiste: jedna paczka potrafi się od drugiej sporo różnić.

Na wyniki badań współczynników przewodzenia ciepła wpływ miała gęstość badanych kostek słomy (60–150 kg/m³), grubość (30–49 cm) oraz wilgotność. Nie bez znaczenia jest też to, jak podczas eksperymentu skieruje się powietrze – równolegle czy prostopadle do źdźbeł. Autorzy artykułu przeanalizowali te wszystkie czynniki i stwierdzili:

Warto podkreślić, że o takim współczynniku przewodzenia ciepła (lambdzie) można mówić, gdy przepływ ciepła jest prostopadły do źdźbeł – gdy słoma ułożona jest tak jak na rysunku po prawej. Trzeba jednak uświadomić, że zwykle w naszym klimacie buduje się inaczej – źdźbła w większości ułożone są prostopadle do płaszczyzny ściany, więc przepływ powietrza jest równoległy do nich. Te dwie sytuacje obrazują poniższe rysunki.

Ciut lepszy wynik prostopadłego do przepływu powietrza ułożenia źdźbeł nie do końca rekompensuje generowane przez to problemy. Kostka słomy postawiona w pionie gorzej się kompresuje w ścianie, częściej wykrzywia i jest mniej stabilna. Tynk też o wiele gorzej się jej trzyma – by nie powiedzieć wprost, że od niej odpada. Dlatego w zimniejszym klimacie, takim jak nasz, standardem jest budowanie ze słomy tak jak na rysunku po lewej.

O wszystkich zawiłościach w interpretacji rezultatów badań przeczytać możecie w cytowanym artykule. W związku z nimi oraz nieidealnymi, nielaboratoryjnymi warunkami w zwykłym domu w tym artykule założymy trochę wyższy (więc gorszy), współczynnik przewodzenia ciepła kostki słomy wynoszący 0,08 W/mK. Taki, jak w najmniej przychylnych budowaniu ze słomy wynikach.

Porównanie słomy z innymi materiałami budowlanymi i izolacyjnymi

Sama lambda kostki niewiele jednak mówi o tym, jak jest ciepły dom ze słomy. Aby wyciągnąć jakiekolwiek wnioski potrzebne są jeszcze: porównanie z innymi materiałami oraz obliczenie współczynnika przenikania ciepła U, określającego izolacyjność termiczną konkretnych ścian (lub, ogólniej mówiąc, przegród).

Zacznijmy od samych współczynników przewodzenia ciepła. Im niższa lambda, tym cieplej. Aby ułatwić późniejsze porównania różnych ścian, w poniższej tabelce zebrałam lambdy kilkunastu popularnych materiałów budowlanych i izolacyjnych w warunkach średniowilgotnych[3]. Producenci ze względów marketingowych zwykle podają niższe wskaźniki.

Po pierwsze wynika to z tego, że w dokumentacji technicznej najczęściej wskazują lambdę obliczoną przy dużo niższej wilgotności, w suchych warunkach. Po drugie deklarują przewodność cieplną dla jednolitego materiału – jednej cegły czy pustaka. Te jednak trzeba wymurować, zlepić ze sobą, co znacząco zwiększa przewodność cieplną całej ściany. Do obliczeń producentów zaleca się dodanie nawet 10%[4]. Jeśli nie napisano inaczej, w lambdę cegieł i betonu komórkowego wkalkulowano zaprawę cementowo-wapienną ze spoinami mniejszymi niż 1,5 cm.

Dodatkowo podaję gęstość materiałów. Dodatkowo podaję gęstość materiałów. W przypadku niektórych z nich, na przykład betonu (zarówno komórkowego, jak i konopnego), drewna czy gliny lekkiej, to ważna informacja, bo lambda może skoczyć.

Współczynnik przewodzenia ciepła λ wybranych materiałów

„Ciepło” konkretnej ściany, czyli współczynnik przenikania ciepła U

Sam współczynnik przewodzenia ciepła jest wskaźnikiem dość… abstrakcyjnym. Niewiele mówi o cieple (czyli de facto energooszczędności) budynku, dopóki nie weźmie się pod uwagę jeszcze jednej ważnej rzeczy: grubości przegrody, czyli ściany, podłogi, dachu.

Tu wchodzi na scenę współczynnik przenikania ciepła U, który jest po prostu lambdą podzieloną przez grubość ściany: U = λ/d i wyrażany jest w W/m²K. Określa tzw. izolacyjność termiczną przegrody.

I wszystko byłoby proste, gdyby domy miały ściany budowane z jednego materiału. Przykładowo ściana z samych kostek słomy o grubości 45 cm miałaby U = 0,08 / 0,45 = 0,178 W/m²K, a ściana z betonu komórkowego o gęstości 500 kg/m³ i grubości 24 cm – U = 0,17 / 0,24 = 0,71 W/m²K. Jednak słoma pokrywana jest nieraz kilkucentymetrową warstwą tynku, a beton – styropianem. I te wszystkie warstwy ścian warto wziąć pod uwagę przy porównywaniu budownictwa naturalnego i konwencjonalnego.

Ucieczka ciepła przez ściany dwu- i więcej warstwowe[9]

W przypadku ścian dwu- i trzywarstwowych (i więcej) obliczenia izolacyjności termicznej są trochę bardziej skomplikowane. Aby je przeprowadzić musimy wprowadzić jeszcze jedną literkę  – R, odwrotność współczynnika przenikalności U (R = 1/U, czyli d/λ). To opór cieplny.

Aby obliczyć U całej ściany, musimy zsumować opory cieplne każdej z warstw, a potem podzielić 1 przez tę sumę.

Przykładowo dla przywoływanej już wyżej ściany z betonu komórkowego o gęstości 500 kg/m³ i grubości 24 cm obłożonej styropianem o grubości 10 cm opór cieplny wynosi:

R = 0,24 / 0,17 + 0,1 / 0,04 = 1,4 + 2,5 = 3,9

A zatem jej izolacyjność termiczna to: U = 1 / 3,9 = 0,26 W/m²K.

Dla więcej niż dwóch warstw ścian R i U oblicza się analogicznie.

Izolacyjność termiczna strawbale, czyli jak będzie ciepły dom ze słomy

Pozwolę sobie w tym artykule przeprowadzić jeszcze jedno obliczenie – to, które najbardziej interesuje Siedem wierzb – i określić izolacyjność termiczną naszych ścian. Bez taryfy ulgowej dla kostki słomy, jak wspomniałam wcześniej, zakładam najgorszy z wyników przewodności cieplnej, czyli λ = 0,08 W/mK. Grubość ściany: aż 45 cm, bo nie tniemy kostek pod linijkę i przed tynkowaniem trymujemy tylko trochę. Tynk gliniany z dodatkiem słomy wewnątrz i na zewnątrz na co najmniej 5 cm, tynk wykończeniowy ze względu na znikomą grubość już pomijamy.

R = 0,45 / 0,08 + 2 × (0,05 / 0,21) = 5,625 + 0,476 = 6,101

U = 1 / 6,101 = 0,164 W/m²K

Czy to dobrze, czy trochę gorzej? Aby to ocenić, należy porównać powyższy rezultat słomianego domu z paroma innymi – znajdziecie to w poniższej tabeli. Wpierw jednak wypada zaznaczyć, że nawet z kostek słomy, w technologii strawbale, buduje się różnie – i nie pozostaje to bez wpływu na U.

Ciepły dom ze słomy czy… trochę mniej?

Powyżej liczyłam dla nas – tynki gliniane kładziemy właśnie tak grube (albo nawet grubsze), dodajemy do nich sporo słomy. Ich gęstość założyliśmy z pewnym zapasem, w rzeczywistości mogą mieć mniejszą. Nie wszyscy jednak dodają do tynku glinianego słomę, nie kładą też zwykle 5 cm – wyniki cieplne będą wtedy trochę inne.

Zmierzyliśmy grubość konkretnych ścian w naszym domu. Niektórzy po wstawieniu kostek słomy w konstrukcję trymują je nawet do 40 cm. Pięć centymetrów różnicy to sporo. Dla takiej ściany także poniżej obliczyłam U.

Ze względu na duże komplikacje w obliczeniach nie brałam już za to pod uwagę mostków termicznych. Powstają one na przykład wskutek zastosowania łączników w dwurzędowej konstrukcji drewnianej, poprowadzonych przez całą grubość ściany, wykorzystania gotowych modułów lub też „murowania” kostek słomy, czyli układania jednej na drugiej bez kompresji i łączenia ich zaprawą z gliny lekkiej. Jeśli budujecie w ten sposób, warto zgłębić temat miejscowego zmniejszenia oporu cieplnego i wkalkulować te straty ciepła.

Dla słomy wszędzie zakładam najsłabszą lambdę (0,08). Jeśli ktoś ma ochotę, może wszystkie słomiane obliczenia wykonać dla λ = 0,07, albo wręcz – przejawiając spory optymizm – dla minimalnej 0,06.

Kilka uwag do obliczeń, jak energooszczędny jest dom budowany konwencjonalnie

Aby tabelka była w miarę jasna i nie za długa, przy obliczeniach dla innych materiałów też trzeba było przyjąć kilka założeń.

Dla murów z betonu komórkowego przyjęłam przeciętną gęstość betonu 500 kg/m³ (choć sporo na rynku betonowych bloczków o gęstości o 100 kg/m³ większej) oraz optymistycznie zaprawę o tak samo dobrej lambdzie, co same betonowe bloczki. Ze zwykłą zaprawą cementowo-wapienną będzie gorzej (patrz tabelka ze współczynnikami przewodzenia ciepła – lambda dla całego muru jest wtedy wyższa od 0,08 do 0,19 W/mK).

W przypadku drewna do obliczeń posłużyła najlepsza wartość lambdy, czyli 0,16 W/mK (sosna, świerk, w poprzek włókien).

W prawie wszystkich obliczeniach pominięto tynki wykończeniowe (zarówno cementowo-gipsowe, jaki i gliniane – już bez sieczki). Poprawiają one izolacyjność termiczną, ale bardzo nieznacznie. Tynk wewnątrz i na zewnątrz, z każdej strony po centymetrze, obniża U zaledwie o 0,001 W/m²K. Zrezygnowaliśmy z doliczania tego przede wszystkim dlatego, że dopisywanie niemal w każdym wersie tabeli „tynk cementowo-wapienny”, i to dwukrotnie, zmniejszyłoby jej czytelność.

Jeśli chodzi o ostatnie warstwy ściany, wyjątkiem są obliczenia dla tynku wapiennego. Traktuje się go jako gładź wykończeniową, lecz jednocześnie jest to ważny element ściany z naturalnych materiałów, którego nie sposób pominąć w kalkulacjach.

Nie pomijaliśmy natomiast płyt gipsowo-kartonowych (w tabeli w skrócie „płyta GK”) w tradycyjnym budownictwie. Dzięki nim lambda spada o 0,003 W/mK, co w niektórych przypadkach potrafiło wysunąć taką ścianę przed mur z naturalnych materiałów…

Wszystkie lambdy potrzebne do określenia U zostały wzięte z pierwszej tabelki. Wyniki uporządkowaliśmy od najlepszego do najgorszego.

Izolacyjność termiczna różnych, nie tylko naturalnych ścian

Ponieważ wiele przycisków kalkulatora trzeba było poprzyciskać, by stworzyć tę tabelkę, mogło zdarzyć się tak, że w miejscu czy dwóch palec się omsknął. Jeśli zauważysz gdzieś błąd, prosimy, daj znać.

Ciepły dom ze słomy? – Tak!

Jak wynika z powyższych obliczeń, domy w konstrukcji szkieletowej z wypełnieniem w postaci kostek słomy, rzeczywiście są ciepłe. A przynajmniej te bez mostków termicznych i równie dobrze ocieplonymi innymi elementami, takimi jak podłoga, dach czy okna. Niestety o tym często się zapomina, tak jak w wypadku najstarszego domu ze słomy we Francji, a być może i w całej Europie.

Zakładamy jednak, że obecnie nie popełnia się takich błędów na etapie budowy naturalnego domu. Powyższe obliczenia dla poszczególnych przegród potwierdzają badania:

O tym wpływie na klimat i środowisko wspominaliśmy już wielokrotnie, m.in. w tekście o glinie kopanej i glinie suszonej w workach, a przede wszystkim we wspomnianym już artykule o konieczności energooszczędnego budowania. Tu warto jeszcze tylko podkreślić, że z grubym tynkiem glinianym ze słomą, przy przewodności cieplnej wynoszącej mniej niż w naszych założeniach – 0,07 W/mK, może być nawet lepiej, bo jedynie 0,145 W/m²K.

Technologię budowy z kostek słomy jako najlepszą w naszym, polskim klimacie poleca również prof. Gernot Minke. (Po kliknięciu w odnośnik traficie do rozmowy o pewnym, powstającym w Polsce domu ze słomy . Historia nie jest za wesoła, ale inwestorka wspomniała w niej o tym, jak kontaktowała się z tym badaczem naturalnego budownictwa).

Inne energooszczędne domy w Polsce

Dość jednoznaczne wskazanie na kostki słomy nie oznacza jednak, że wznoszone konwencjonalnie domy też nie mogą być energooszczędne, czasem nawet bardziej niż naturalnie (nie dość lekka glina lekka!). Aczkolwiek tradycyjne budownictwo korzysta z bardziej przetworzonych materiałów, co rzeczywiście już takie fajne dla klimatu i środowiska nie jest. (Wiecie, że sam cement, kluczowy składnik betonu, odpowiada aż za 8% światowych emisji CO₂?[12])

Kolejne pytanie, które warto postawić: czy w Polsce standardem jest 15 cm ocieplenia? Czy częściej jednak w ramach termomodernizacji nie kładzie się 10 cm, a nawet tylko 5 cm?

W przypadku nowych domów teoretycznie powinno być lepiej. Obecne normy dla ścian przewidują, że U nie może być wyższe niż 0,23 W/m²K, od 2021 roku współczynnik ten będzie mógł wynosić maksymalnie 0,20 W/m²K. Jak pokazuje powyższa tabelka, wypełnienie tej normy może nie być takie proste.

Dobrze by było, by każdy przed wybraniem technologii budowy domu, sam przeliczył sobie zarówno współczynnik przenikania ciepła – izolacyjność termiczną ściany, jak i koszty budowy z danych materiałów. Cokolwiek wybierzecie, ważne, by dom był energooszczędny, a w jego środku było ciepło – bez płacenia kosmicznych rachunków za jego ogrzanie.

Przydatny artykuł? Polub Siedem wierzb – dom ze słomy i gliny na Facebooku lub dołącz do naszego newslettera. Dzięki temu nie przegapisz następnych wartościowych materiałów.

Przypisy

[1] Tu przywołam tylko kilka z artykułów opublikowanych po badaniach mających stwierdzić, jak bardzo może być ciepły dom ze słomy. Prace w kolejności chronologicznej:

• J. McCabe, Thermal Resistivity of Straw Bales for Construction. Master’s Thesis, University of Arizona, Tucson 1993.
• Grelat, Using Sustainable Materials as Walling for Individual Housing With Wood Structure, raport końcowy, Centre D’expertise du Batiment et des Travaux Public, Saint-Rémy-lès-Chevreuse 2004.
• M. Andersen, J. Munch-Andersen, Halmballer og Muslinger som Isoleringsmaterialer, Statens Byggeforskningsinstitut, Kopenhaga 2001.
• Prüfbericht, Wärmeleitfähigkeit nach EN 12667, Forchungsinstitut für Wärmeschutz e.V., Monachium 2010.
• D. Shea, K. Wall, P. Walker, Evaluation of the thermal performance of an innovative prefabricated natural plant fibre building system, „Building Services Engineering Research and Technology” 2013, s. 344, 369–380, http://dx.doi.org/10.1177/0143624412450023.
• O. Douzane, G. Promis, J.-M. Roucoult,; A.-D.T. Le, T. Langlet, Hygrothermal performance of a straw bale building: In situ and laboratory investigations, „Journal of Building Engineering”, 2016, t. 8, s. 91–98. http://dx.doi.org/10.1016/j.jobe.2016.10.002.
• L. Conti, M. Barbari, M. Monti, Steady-State Thermal Properties of Rectangular Straw-Bales (RSB) for Building, „Buildings” 2016, t. 6, nr 4, http://dx.doi.org/10.3390/buildings6040044.

[2] J.-P. Costes i inni, Thermal Conductivity of Straw Bales: Full Size Measurements Considering the Direction of the Heat Flow, „Buildings” 2017, t. 7, nr 1, https://www.mdpi.com/2075-5309/7/1/11, s. 12.

[3] Podczas przygotowania tabelki ze współczynnikami przewodności cieplnej korzystałam między innymi z materiałów opracowanych przez mgr inż. Marię Krogulecką z Wydziału Inżynierii Lądowej i Środowiska Politechniki Gdańskiej oraz informacji na portalach budowlanych: budujemydom.pl, muratordom.pl.

[4] „Rzeczywista ciepłochronność ściany może być o 5–10% niższa niż to wynika z obliczenia – z powodu mniejszej izolacyjności spoin oraz w wyniku zawilgocenia muru”, za: Jak obliczyć izolacyjność ściany?, https://www.budujemydom.pl/sciany-i-stropy/8294-jak-obliczyc-izolacyjnosc-sciany, dostęp 30.01.2019.

[5] Producent podaje, że wartość współczynnika przewodności cieplnej dla pustaka ceramicznego wynosi 0,4 W/mK (za: http://www.cermag.pl/przyklad4.html). Zaprawa to dodatkowe 0,05 W/mK, zatem do naszej tabelki trafiło 0,45 W/mK.

[6] Producenci zwykle podają 0,06 W/mK. Takie wyniki rzeczywiście potwierdzają pojedyncze testy, ale gdy się wgłębić, częściej w tych testach wychodzi 0,08-0,09. Por. J. Komsi, Thermal Properties of Hempcrete, a Case Study, Helsinki Metropolia University of Applied Sciences, Helsinki 2018, https://www.theseus.fi/bitstream/handle/10024/149515/Komsi_Jere.pdf, dostęp 8.02.2019 oraz S. Benfratello, C. Capitano i in., Thermal and structural properties of a hemp–lime biocomposite, „Construction and Building Materials” 2013, nr 48, s. 745–754 (za: P. Brzyski, S. Fic, Charakterystyka kompozytu wapienno-konopnego i jego zastosowanie w budownictwie, „Budownictwo i Architektura” 2015, nr 14(2), s. 11–19, http://yadda.icm.edu.pl/yadda/element/bwmeta1.element.baztech-eb1810ef-2176-4fc9-b309-142ac7e5bdbc/c/fic_brzyski.pdf, dostęp 8.02.2019). W tej drugiej pracy najniższy osiągnięty wynik to 0,089 W/mK – przy gęstości 375 kg/m³ i zawartości paździerza 40%. Gdy zawartość paździerza spadła do 20%, lambda wzrosła do 0,14 W/mK.

[7] Dane dla gliny lekkiej dla jednolitej ściany (w przypadku bloczków z gliny lekkiej należy jeszcze wkalkulować wyższą przewodność cieplnej zaprawy) za: F. Volhard, Bauen mit Leichtlehm: Hanbuch fur das Bauen mit Holz und Lehm (Budowanie z gliny lekkiej: Podręcznik dla budujących ze słomy i gliny), 2016, za: http://www.designcoalition.org/StrawClay/research/rvalue.htm, dostęp 31.01.2019.

[8] Tamże.

[9] Przy tworzeniu tej części korzystałam ze świetnego, jasnego opracowania Jak obliczyć izolacyjność ściany? portalu „Budujemy dom”. Gdyby ktoś potrzebował dodatkowych wyjaśnień, polecam kliknięcie w powyższy odnośnik.

[10] Przekrój ściany proponowany przez jednego z producentów: http://www.cermag.pl/przyklad4.html.

[11] Thermal Conductivity of Straw Bales…, dz. cyt., s. 14.

[12] Lucy Rodgers, Climate change: The massive CO₂ emitter you may not know about, BBC, 17.12.2018, https://www.bbc.com/news/science-environment-46455844, dostęp 4.02.2019.