Ak Antoni Gaudí povedal, že „príroda je stále otvorená kniha a len v nej sa dá skutočne čítať,,” potom verím, že ak sa pozrieme na strom, musíme mu dať za pravdu. Rast stromov je jeden z najväčších zázrakov našej planéty. Stromy vznikajú zdanlivo z ničoho a napriek tomu sú najväčšími živými organizmami na Zemi. Stavebný plán a všetky informácie na smelý projekt štyridsať či päťdesiat metrov vysokej jedle pristáva na zemi v podobe poletujúceho semienka o veľkosti špendlíkovej hlavičky. Táto informácia, Slnko, vzduch, voda a niekoľko štvorcových metrov humusu prírode postačujú k tomu, aby potom do závratných výšok vztýčila strom váhy tisícov kilogramov.
Architektúra stromu
Na Zemi nie je človeka, akokoľvek erudovaného, ktorý by zvládol naprojektovať objekt typu strom a ukotviť ho aj do veľmi plytkej zeme a to len s pomocou niekoľkých podzemkov (koreňových výbežkov), ako to veľakrát býva. To však nie je jediná zaujímavosť. Ak sa navrhuje stavba, musí projektant dopredu počítať so všetkými možnými situáciami, ktoré sa neskôr môžu stať- s búrkou, snehom na streche aj vlastnou váhou. Preto navrhuje radšej všetko hrubšie a pevnejšie a používa k tomu rôzne koeficienty. Živý strom je dynamický systém, ktorý priebežne vyhodnocuje vonkajšie podmienky. Ako strom rastie a mení svoju hmotnosť a tvar, vznikajú rôzne ťahové, tlakové či momentové silové pôsobenia, ktoré dopĺňa pôsobenie vetra. Strom tieto vplyvy vyžaduje a svojim tvarom a veľkosťou sa prispôsobuje podmienkam, v ktorých sa nachádza.
Rast a život stromu
Rok za rokom, letokruh za letokruhom prirastá v kmeni nová vrstva dreva. Letokruh je hrúbkový prírastok dreva za vegetačné obdobie; u drevín mierneho pásma je týmto obdobím rok. Na jar sa od koreňov nahor zaplnia póry dreva, presnejšie jeho cievne zväzky, miazgou, ktorá zásobuje strom vodou a minerálmi zo zeme, zatiaľ čo v opačnom smere transportuje glukózu alebo jej polyméry. V tomto okamžiku začína bujný rast. Bunka za bunkou pribúda celkom nový rad dreva, ktorý zväčší priemer stromu aj o niekoľko milimetrov a to skryto a pre nás ľudí nepozorovateľne: pod kôrou.
Koncom augusta preruší strom prúdenie miazgy, prísun živín a „stavebných prvkov” glukózy či vyšších cukrov na tvorbu buniek, a to predovšetkým v kambiu (najspodnejšej vrstve kôry), čím pozvoľna schne a pripravuje sa na zimu.
Rast stromu však pokračuje. V tomto období, kedy strom pracuje len so zlomkom energie a minimom živín, však stavia menej buniek, ktoré sú aj drobnejšie. Toto neskoršie drevo či posledné bunky roku sú hutnejšie a tmavšie a zreteľne na reze kmeňu vykresľujú záver každého letokruhu. V rámci každého letokruhu tak rozoznávame svetlé jarné drevo letokruhu a tmavšie letné drevo letokruhu. Kruh za kruhom nás tak strom informuje o svojom živote.
Ak kruhy na seba v niektorej časti kmeňa viac naliehajú, svedčí to o tom, že strom trpel obdobiami sucha či inými problémami. Pokiaľ sú na niektorej strane kmeňa oveľa väčšie, poznáme z nich, že strom v tomto mieste musel odolávať väčšiemu tlaku či náporu. Príčinou býva často vietor, na ktorý strom reaguje vytváraním menších a pevnejších buniek so silnými stenami. U tropických drevín, ktoré nepoznajú pravidelný zimný vegetačný pokoj, zodpovedajú letokruhy striedajúcim sa vegetačným dobám (typu sucho–vlhko apod.).
Drevo a biochémia
Základnou stavebnou jednotkou dreva je molekula glukózy, presnejšie D-glukóza C6H12O6, čo je najjednoduchší cukor, vznikajúci priamo v rastlinách z oxidu uhličitého a vody procesom fotosyntézy, pri ktorom vzniká kyslík. Reakcia vyžaduje účasť zeleného farbiva chlorofylu, ktorý absorbuje energiu svetla a tú používa podľa rovnice:
Pre život na Zemi ide o kľúčovú syntézu. Rastliny, vrátane stromov, ju aplikujú k svojmu rastu a zároveň zásobujú svet výnimočnou surovinou, výdatným zdrojom energie a hlavne kyslíkom, ktorý podľa izotopovej skúšky pochádza z vody.
Spojením dvoch glukóz vznikne disacharid (maltóza), ďalej trisacharid atď. S každou pripojenou glukózou sa vždy uvoľní molekula vody a energie. Zlúčenina [C6H10O5]n≈500 o asi 500 jednotkách glukózy v nerozvetvenom reťazci sa nazýva celulóza.
Celulóza je najrozšírenejším biopolymérom. Na Zemi jej ročne vzniká 180 až 220 mld. ton. Je nerozpustná a je hlavnou stavebnou látkou rastlinných primárnych bunečných stien dreva. Živočíchy vrátane človeka ju väčšinou nedokážu štiepiť, je pre nich nestráviteľná a v potrave tvorí tzv. vlákninu.
Lignín sa účastní drevnatenia bunečných stien, ktorého výsledkom je pevnosť a tuhosť dreva. Tvorí asi 26 až 35 % hmotnosti dreva a je vyššia u listnatých stromov. Tým sa stáva druhou najhodnotnejšou organickou látkou na Zem s podielom 25 %. Nachádza sa hlavne v sekundárnej bunečnej stene rastlinných buniek, ktorú tvoria cievne zväzky (xylémy) a cievice (tracheidy). Tie potom pomocou kapilárneho vztlaku rozvádzajú minerálne živiny z koreňov. Cievice a cievne zväzky, potom lignín, z ktorého vznikajú, majú tiež zásobnú funkciu a hlavne funkciu mechanickú, ktorá predstavuje výstuž.
Drevo je prírodný materiál obsahujúci ako hlavné látky 40 až 50 % celulózy, 20 až 30 % lignínu a 20 až 30 % hemicelulózy. Tou myslíme kratšie polysacharidy o 100 až 200 jednotkách, tvorené nielen glukózou, ale aj inými monosacharidmi, ktoré niekedy vytvárajú aj krátke postranné reťazce. Hemicelulóza sprevádza celulózu vo vrstvách bunečnej steny rastlín a tvorí tu tmeliacu vrstvu medzi celulóznymi reťazcovými makromolekulami. Ďalej sa na ňu viaže lignín.
Ďalšími, sprievodnými zložkami dreva sú terpény, tuky, vosky, pektíny, triesloviny (len u listnatých stromov), steroly, živice, teda organické látky a to v množstve 1–3 %, u tropických drevín až 15 %. Ďalej anorganické látky v množstve 0,1 až 0,5 %, u tropických drevín až 5 %, ktoré po spálení tvoria popol.
Vlhkosť dreva
V každom živom strome je uložené aj množstvo vody (zhruba rovnaká hmotnosť ako je hmotnosť drevnej hmoty). Hneď ako je rast stromu ukončený jeho ťažbou, je potrebné drevo sušiť až do úrovne ustálenej vlhkosti. To je taká vlhkosť dreva, ktorá sa v normálnych podmienkach nemení. Na skutočnej hodnote vlhkosti dreva závisí nielen to, ako sa bude hotový výrobok objemovo správať, ale takisto ako bude prirodzene chránený proti hubám a hmyzu. Táto prirodzená odolnosť je základom ochrany dreva bez syntetických náterov, základom trvanlivosti našich prastarých, drevených budov.
Sušenie dreva prebieha nielen prirodzene, ale takisto umelo, v sušiarňach. Výsledná vlhkosť v každom spracovanom kuse dreva sa pohybuje od 6 do 20 %.
(Ne)horľavosť dreva
Ak sa vrátime späť do lesov, zistíme, že najhoršia zo všetkých prírodných katastrof, ktoré môžu les postihnúť, nie je orkán, lavíny či povodne. Je to oheň, ktorý sa pri rozsiahlych požiaroch dokáže zahryznúť aj do nakypreného vysušeného humusu až do metrovej hĺbky a zničiť tak koreňový systém stromov.
Neexistuje snáď okamžik, v ktorom by dažďové kvapky znamenali pre tento svet väčšiu spásu. Iba voda dokáže ukončiť skazonosné riadenie, ktoré pohlcuje všetko a za sebou zanecháva čierne zuhoľnatené pásy zeme a horské úbočia. Zdá sa, že všetko je mŕtve.
Aj napriek tomu sa tu začne čoskoro diať niečo nečakaného. Zatiaľ čo sa pri pätách stromov premení prakticky všetko na popol, na ramenách niektorých starých stromov sa sem-tam v žliabkoch ich kôry začínajú objavovať nové zelené výhonky. Najstaršie a najhrubšie stromy, ktoré mali k prirodzenému koncu života najbližšie, začali s obnovou lesa. Žiara totiž nezasiahne hrubé kmene s ryhami v kôre ani hlboké korene pod nimi. Aby hradba plameňov prenikla svojim žiarom do najhlbšieho jadra hrubého kmeňa, musela by okolo neho v plnej sile vystrájať niekoľko dní. Pár hodín intenzívneho požiaru okolo jedného stromu nestačí veľakrát ani na to, aby horko preniklo skrz hrubú vrchnú vrstvu kôry. Drevo horí dobre, pokiaľ je tenké, rozvetvené a prevzdušnené. Hrubý kmeň horí veľmi pomaly a od určitej hrúbky povrchového zuhoľnatenia už vôbec. Masívna drevená stena v prípade požiaru je tak často zo statického pohľadu lepšia, než stena z ocele a betónu.
Tepelná ochrana a teplotná stabilita drevených stavieb
Veľký dôraz je dnes kladený aj na tepelnotechnické vlastnosti stavebných materiálov. Vedenie tepla v dreve ovplyvňuje viac faktorov. Najväčší vplyv majú anatomická stavba dreva, hustota a vlhkosť dreva. Vplyv štruktúry dreva sa prejavuje rozdielnou tepelnou vodivosťou, ak prestupuje tok tepla v smere vlákien alebo kolmo na nich. Napríklad pre mäkké smrekové drevo je súčiniteľ tepelnej vodivosti v smere kolmo na vlákna λ = 0,14 W/(mK),zatiaľ čo v smere vlákien je λ = 0,35 W/(mK). To je 2,2× viac. Údaje sú z Rochlových tabuliek z roku 1987.
Tepelný odpor R = dλ masívnej steny z mäkkého dreva hrúbky 0,3 mm je v smere kolmo na vlákna 2,14 m2K/W. Pre predstavu, veľkosť tepelného odporu steny hrúbky 300 mm z plných tehál je 0,33 m2K/W a z penového polystyrénu potom 7,5 m2K/W. Z toho vyplýva, že 300 mm hrubá drevená stena približne zodpovedá hrúbke 80 mm polystyrénu či 1 800 mm muriva z plných pálených tehál.
V tieni tepelných strát stojí rýchlosť chladnutia, či ohrievania vrstvy tepelnej izolácie po zmene okrajových podmienok, čo úzko súvisí s tzv. pocitovou teplotou. Typické sú prípady, kedy sa vonku zmenia teploty alebo keď zapneme či vypneme vykurovanie/chladenie. Rýchlosť chladnutia vrstvy vyjadruje súčiniteľ teplotnej vodivosti a, definovaný ako a = λρc v m2/s, kde c je merná tepelná kapacita v J/(kgK) a ρ hustota v kg/m3. Nasledujúci prehľad uvádza tri typické príklady:
| drevo | a = 1,39·10–7 m2/s |
| tehla | a = 4,86·10–7 m2/s |
| EPS | a = 19,8·10–7 m2/s |
Čím nižší súčiniteľ teplotnej vodivosti a, tým pomalšie materiál stráca (alebo získava) teplotu a naopak: Ak použijeme napr. EPS s cca 15× vyšším súčiniteľom a (v porovnaní s drevom) ako vnútornú tepelnú izoláciu, potom po vypnutí kúrenia sa vnútorný povrch rýchlo ochladí až na teplotu steny za izoláciou. Naopak drevený vnútorný obklad si drží pôvodnú teplotu oveľa dlhšie a s ňou aj príjemnú sálavú a pocitovú teplotu v miestnosti.
Grafy na obr. 2 až 3 demonštrujú tepelno-stabilizačné (akumulačné) vlastnosti penového polystyrénu EPS, tehly a dreva. Z týchto materiálov postavíme jednovrstvé testovacie obvodové steny v takej hrúbke, aby ich súčiniteľ U = 0,3 W/(m2K) zodpovedal požiadavke stavebnej normy ČSN 73 0540:2011. Stena z EPS bude teda hrubá 123 mm, z dreva 443 mm a stena z plných tehál bude hrubá viac ako 2,5 m, presne 2 689 mm.
Tieto steny izolujú vonkajšie prostredie od vnútorného, pričom vonkajšie teploty sa harmonicky menia s periódou 24 hodín a amplitúdou ±5 °C okolo teploty 5 °C. Vnútrajšok je nevykurovaný, len reaguje na zmeny vonkajšej teploty. Miestnosť je prázdna, okrem vzduchu, ktorého tepelno akumulačný vplyv zanedbáme, v nej nič iného nie je. V sprievodných popisoch grafov sú interpretované výsledky.
Pridajme len komentár, že drevo (reprezentované žltou krivkou) je materiál, ktorý teplo dobre izoluje a zároveň tiež akumuluje. Pri hrúbke len 45 cm nás drevená obvodová stena chráni či už pred stratami tepla, taktiež príjemne hreje. Stena z EPS 12,5 cm nás chráni pred stratami tepla, ale po vypnutí kúrenia rýchlo prechladne. A múr z tehál musí byť viac ako 2,5 metra hrubý, aby vyhovoval norme.
Mesačné drevo
To, že je drevo skutočným zázrakom prírody možno dokreslí aj úvaha o jeho odlišných vlastnostiach v čase ťažby. Drevo vyťažené v správny okamih totiž sľubuje najvyššiu prirodzenú odolnosť a ochranu. Podobne ako sa hovorí, že správanie semien rôznych druhov rastlín a stromov závisí vo veľkej miere na fáze Mesiaca v deň výsadby, hovorí sa, že drevo vyťažené v zime pri ustupujúcom Mesiaci sa merateľne výraznejšie zatiahne do seba a tým zahustí svoju štruktúru. Výsledkom je vyššia odolnosť dreva proti napadnutiu škodcami a proti rozkladným procesom.
Ťažko povedať, do akej miery je tento údaj pravdivý. Možno by však práve mesačné drevo mohlo byť odpoveďou na otázku, prečo sa niektoré drevené stavby dožili tak obrovského veku.
