Testy na kansaské univerzitě ukazují potenciál konopného betonu v budovách s nulovou spotřebou energie

Konopný beton sice nedokázal překonat izolační vlastnosti pěn na bázi petrochemických látek, ale jak ukázaly pokusy prováděné na Kansaské státní univerzitě, může být funkční náhradou tradičních stavebních materiálů v udržitelných „čistě nulových“ budovách.

V rámci průkopnického semináře vedeného Michaelem Gibsonem, profesorem na katedře architektury Kansaské univerzity, se postgraduální studenti zabývali použitím konopného betonu v podlahách, stěnách, stropech a střechách.

„Jde o materiál, o němž se neustále dozvídáme něco nového,“ uvedl Gibson. „Dospěli jsme ke zjištění , že konopný beton je skvělý materiál s velkým potenciálem pro okamžité použití u nás v Kansasu, což je o to markantnější ve chvíli, kdy dochází k rychlému rozmachu pěstování hospodářského konopí.“

Energeticky nulové domy jsou budovy s nulovou čistou spotřebou energie, které vyrábějí na pozemku dostatek energie, aby pokryly nebo překročily svou celkovou spotřebu a eliminovaly emise skleníkových plynů.

Modelování energie

Energetické modelování ukázalo, že ačkoli se materiály na bázi konopí co do svých vlastností těžko vyrovnají konvenční izolační pěně, použitím konopného betonu ve stěnách v kombinaci s vatou z konopných lýkových vláken ve stropních konstrukcích lze dosáhnout úrovně účinnosti požadované právě u vysoce úsporných budov.

Gibsonův rozsáhlejší výzkum bydlení s nulovou spotřebou energie v kansaských klimatických podmínkách ukázal, že náklady na vytápění, větrání a klimatizaci (HVAC) související s izolací tvoří pouze přibližně 20 procent ročních nákladů na energie (osvětlení a spotřebiče se podílejí 15, resp. 65 procenty).

„Takže v dobře navrženém domě s nulovou spotřebou, který využívá pasivní design i snížení energetické zátěže a efektivní stavební systémy, nemají mírné změny úrovně izolace významný vliv na dosažení nulové spotřeby,“ uvedl Gibson. „Konopný beton a konopná izolace se v energetické efektivitě liší od pěnové izolace o 20 až 30 procent. Jejich využití by mohlo vyústit v úspěšný design s nulovou spotřebou energie.“

Použití v podlahách

Jedna skupina studentů na Gibsonově semináři pokryla bloky z konopného betonu podlahovým betonem a poté zkoumala hodnoty R, klíčového ukazatele, který odráží schopnost materiálu odolávat přenosu tepla vedením, dále zátěž při vytápění a chlazení, a konečně tepelnou vyrovnávací kapacitu, která stanovuje schopnost materiálu absorbovat a uvolňovat teplo.

Podle výsledků počítačového modelování přidání tenké betonové vrchní vrstvy k podlaze z konopných betonových bloků výrazně zlepšilo tepelně akumulační vlastnosti podlahové sestavy.

Studenti zjistili, že cca 15 centimetrů konopného betonu s pěticentimetrovou vrstvou betonu poskytuje podobné vlastnosti jako deseticentimetrová betonová deska, která je souvisle izolována pěnou R-10. Dále se ukázalo, že postupně se zvyšující tloušťka konopného betonu v podlaze zvyšuje spotřebu energie s tím, jak se vnitřní materiál stále více vzdaluje od teploty země.

Experiment také ukázal, že beton s vysokým poměrem cementu se s konopným betonem spojuje lépe než řada jiných testovaných materiálů včetně kameniva, recyklovaného porcelánu a směsi kukuřičného šrotu a cementu.

Konopné betonové podlahové bloky by mohly být též součástí prefabrikovaného řešení pro nulové a jiné nízkoenergetické budovy, poznamenává Gibson.

Vystužené rámy stěn

Druhý seminární tým vyvinul rastr, který slouží jako nosný konstrukční rám a opláštění stěn a vykazuje stejné vlastnosti jako běžně používané metody vrstveného či sprejové aplikace konopného betonu. Gibson navrhl, aby tato roštová technika byla rovněž začleněna do montovaných konstrukcí.

Experimenty ukázaly, že snáze postavitelné stěny z konopného betonu o tloušťce 20 centimetrů jsou sice o 18 procent méně účinné než stěny o tloušťce 30 centimetrů, ale v malém domě vedou jen k mírnému snížení energetické účinnosti.

„Vrstvené rámování zvyšují složitost, aby se zabránilo tepelným mostům v rámové konstrukci, přitom snadněji postavitelná stěna z roštu má hodnotu U jen o 6 procent vyšší než vrstvená stěna a jen o 4 procenta vyšší než stříkaná stěna podobné tloušťky,“ poznamenal Gibson s tím, že tuto ztrátu lze překonat přidáním jednoho fotovoltaického panelu do celkové energetické infrastruktury budovy.

Vlákenná stropní izolace

V rámci semináře pokračuje zkoumání materiálu sloužícího jako náhrada za pěnovou izolaci na bázi petrochemických látek, který má bránit kondenzaci vlhkosti v neodvětraných stropech a střechách. Gibson doporučil, aby se pro tyto části budovy upřednostňovaly místo konopného betonu vlákenné izolace z konopí. Modely vyvinuté studenty ukázaly, že pro reálné dosažení energeticky čistě nulového domu je potřeba použít ve stropní konstrukci konopný beton o tloušťce 30 centimetrů, což přináší velké dodatečné zatížení.

„Budoucí architekti, kteří absolvují tento kurz, mohou skutečně změnit tvář ekologického stavitelství a naučit nás, jak šetřit přírodní zdroje. Stavebnictví je jedním z mnoha způsobů využití hospodářského konopí a mát potenciál obrovsky snížit naši uhlíkovou stopu,“ uvedla Sarah Stephensová, jednatelka společnosti Midwest Hemp Technology, která poskytla pazdeří pro tento univerzitní seminář.

Na semináři asistoval Angel Romero Jr., který má zkušenosti se štukovou omítkou a nedávno zahájil podnikání ve stavebnictví s konopným betonem v Dodge City v Kansasu.