První pasivní kanceláře po třech letech provozu
Před třemi lety, v červnu 2011, byla dokončena stavba první administrativní budovy v pasivním standardu na území Česka. Vyrostla v průmyslové zóně Ostrava – Hulváky a pojmenována byla Otazník. Příznačný název pro budovu, která se na svou existenční pouť vydala neprobádaným směrem a vyvolala tak řadu otazníků. Uplynulé tři roky jsou dobou dostatečnou ke zhodnocení funkčnosti prvotního záměru.
Pojďme si ale nejprve v krátkosti znovu připomenout návrhové parametry. Dům je navržen jako sídlo firmy Intoza se školicím střediskem v prvních dvou patrech pro prezentaci služeb a výrobků pro výstavbu energeticky pasivních domů. Prostorově je budova uspořádána do jednoduchého rastru 2 x 4 pole s jednoduchými konstrukcemi a kompaktním tvarem budovy. Základní modulový rastr se opakuje ve čtyřech podlažích nad sebou, takže budova má objem čtyřpodlažního podélného kvádru s plochou střechou o rozměrech půdorysu 23 x 15 m, výšce 15,4 m a zastavěná plocha je 385,6 m2. Jednoduché a funkční dispoziční řešení determinuje vertikální komunikace a místnosti sociálního a technologického zázemí podél severní strany budovy. Zbývající prostor zabírají libovolně dělitelné kancelářské prostory, propojené navzájem a se zázemím střední komunikační halou. Základní jednoduchá forma stavby je výsledkem přiměřené optimalizace uplatněné v projektu. Jednotlivé prvky stavby byly totiž vybírány s ohledem na optimální poměr ceny a výkonu. Volena byla řešení jednoduchá a levná. Nutné cenově náročnější detaily byly navrhovány tak, aby si stavba ve výsledku udržela žádoucí estetické i kvalitativní parametry.
Konstrukční systém
Objekt je založen na betonové desce, která vynáší železobetonový montovaný skelet o dvou traktech, s podélnými nosnými průvlaky a železobetonovými předpjatými dutinovými stropními panely. Konstrukční výška běžného podlaží je 3,50 m, v přízemí je zvětšená o tloušťku podlahových vrstev a zateplení na 4,32 m. Z hlediska pasivního standardu je nejdůležitější stavební konstrukcí plášť budovy. K zateplení zde byly použity izolační desky Isover EPS s nanočásticemi grafitu, na fasádě v tloušťce 250 mm a bez mechanického kotvení. Tepelná izolace je kotvena pouze lepením kvůli eliminaci tepelných mostů. Ve střešní konstrukci tvoří zateplení tři vrstvy různých EPS izolací v celkové tloušťce 500 mm. I ony jsou připevněny bez mechanických kotev a přitíženy betonovou vrstvou, která zároveň tvoří spád střechy.
V místech, kde bylo nutno použít tepelnou izolaci se sníženou tloušťkou (např. v nadpraží oken v místech osazení žaluzií) byly použity speciální izolace jako Kooltherm K5 a vakuové desky Variotec. Konstrukce, které vystupují na fasádu a ze statických důvodů u nich nepostačovalo pouhé lepení (např. nosná konstrukce římsy, venkovní žaluzie, venkovní schodiště apod.), byly připevněny pomocí kotev s přerušeným tepelným mostem Dosteba. V exponovaných místech nároží a u atiky jsou aplikovány speciální hmoždinky Hilti. Pro výplně okenních otvorů byly použity plastové rámy Rehau Geneo® MD plus s výplní izolačním trojsklem SGG Planitherm Ultra N a SGG Planitherm LUX. Okna jsou napojena na obvodovou konstrukci (ostění, nadpraží a parapet) pomocí těsnicího systému Tremco Illbruck i3.
Energetické zajištění budovy
Primárním zdrojem tepla je tepelné čerpadlo vzduch – voda NIBE LWSE, které vyrábí energii pro ohřev vzduchu ve větracích rekuperačních jednotkách a pro teplovodní systém s deskovými radiátory. Doplňkovým zdrojem energie je elektrospirála v akumulační nádobě o výkonu 6 kW, která se spíná při venkovní teplotě –10 °C. Tepelná ztráta infiltrací je kryta pomocí instalovaného větracího zařízení s rekuperací tepla. Nucené větrání objektu zajišťuje decentralizovaný systém s pěti samostatnými zařízeními Atrea Duplex, a to zejména kvůli rozmanitým účelům a režimům užívání jednotlivých částí objektu. Jednotky jsou vybaveny regulačním systémem pro možnost nastavení množství přiváděného i odváděného vzduchu a teploty přiváděného vzduchu. Intenzita a regulace výměny vzduchu probíhá na základě čidel kvality CO2. Instalované oddělení větracího a otopného systému umožňuje lepší regulaci vytápění a nuceného větrání v budově. Pokud jde o chlazení, tak zdrojem chladicí vody je již zmiňované tepelné čerpadlo a instalován je také akumulátor chladicí vody.
Chladicí voda se samostatným rozvodem přivádí k chladičům ve všech vzduchotechnických jednotkách a k fan-coilům ve vybraných prostorách s vyšší tepelnou zátěží (zejména přednáškový sál). Kromě aktivního chlazení pomocí tepelného čerpadla jsou navrženy rovněž prvky pasivního chlazení, zejména důsledné venkovní zastínění proti sluneční zátěži. Ohřev teplé vody je zajišťován v zásobníkovém ohřívači teplé vody o objemu 570 litrů s elektrickou topnou vložkou. Akumulační nádoba je napojena také na tepelné čerpadlo a na solární kolektory, které jsou umístěné na střeše objektu. Jelikož ale v budově není velký odběr teplé vody, fototermika je spíše instalována z prezentačních a výukových důvodů. Významnou roli však hraje na střeše instalovaná fotovoltaická elektrárna s celkovým výkonem 10,8 kWp. Většina produkované elektrické energie je využita pro vlastní potřebu na provoz nejrůznějších kancelářských technik a pro přilehlý areál.
Osvětlení
Venkovní žaluzie a osvětlení v kancelářích, přednáškovém sále, na chodbách, v recepci a na fasádě objektu jsou ovládány řídicím systémem Luxmate. Osvětlení i žaluzie jsou řízeny podle denního světla, časových plánů a je možné je ovládat i ručně. Cílem je dosažení maximálních možných úspor elektrické energie, spotřebovávané osvětlovací soustavou objektu, a maximální využití difuzní složky denního světla, přicházející do místností okenními otvory. Měření množství denního světla a polohy slunce zajišťuje centrální čidlo denního světla umístěné na střeše objektu, kde není zastíněno žádnými blízkými objekty. Ve stejném místě jsou osazena i čidla rychlosti větru, senzor srážek a čidlo venkovní teploty, které zajišťují automatické vytažení a zajištění žaluzií tak, aby nedošlo k jejich utržení vlivem větru nebo k poškození z důvodu přimrznutí ve vodítkách.
Jednou z nejdůležitějších činností při realizaci stavby bylo správné zprovoznění a nastavení jednotlivých zařízení v budově tak, aby fungovaly podle představ uživatele, zbytečně se neplýtvalo energií a po celý rok bylo v budově komfortní vnitřní pracovní prostředí. Kvůli tomu je v Otazníku celkem 70 čidel, která automaticky ovládají systémy vytápění, větrání a chlazení budovy. Systém je zcela nezávislý na jakékoliv osobě a budova se řídí sama bez nutnosti zásahu uživatele. S jakou efektivitou systém pracuje, dokládají statistické údaje získané za období provozu od července 2011 do června 2013, hodnoty třetího roku jsou v současné době teprve finalizovány k uveřejnění – orientačně se jedná o náklady na vytápění celého objektu za rok 2013 v řádu asi 25 tisíc korun, u chlazení pro celou budovu pak asi o hodnotu 5 tisíc korun. Jak bylo uvedeno, budova je napojena pouze na elektrickou energii a na zdroj pitné vody. Největším provozním nákladem je tedy celková spotřeba elektrické energie. Elektrická energie se využívá pro vytápění objektu (tepelné čerpadlo), ohřev TV, chlazení vzduchu v letním období ve větracích jednotkách, osvětlení objektu a provoz všech spotřebičů. Spotřebu energie uvádí následující tabulka:
Z uvedených čísel je patrné, že největší náklady na provoz budovy jsou spojené s osvětlením, elektrickými spotřebiči a vytápěním objektu. Nicméně díky pasivnímu standardu a dokonalé regulaci všech systémů jsou provozní náklady na vytápění a chlazení objektu v podstatě srovnatelné s větším rodinným domem. Je rovněž zřejmé, že spotřeba elektrické energie se v každém roce značně liší. Zda bude spotřeba energie na provoz domu klesat i v následujících letech nelze předpokládat a další roky ukážou vliv klimatických podmínek na spotřebu energie v budově a také vliv chování jednotlivých uživatelů. V porovnávaných obdobích (obr. 17) je procentuální rozdělení spotřeby elektrické energie podobné, pouze v období červenec 2011 – červen 2012 je větší spotřeba elektrické energie pro topnou spirálu instalovanou v akumulační nádobě na vytápění objektu. Bylo to způsobeno především větší zimou v lednu a v únoru roku 2012, kdy panovaly mrazy okolo –20 °C.
Vytápění
Jedním z největších finančních nákladů na provoz budov je spotřeba energie na vytápění, nicméně v budově Otazník jsou tyto náklady minimální. Je to způsobeno jednak pasivním standardem, ale také tím, že pro vytápění objektu se využívají vnitřní zdroje energie, jako jsou osoby v jednotlivých kancelářích, počítače, kopírky, tiskárny, osvětlení a solární zisky okny. Teplota v kancelářích v zimních měsících se pohybuje v rozmezí 20 až 24 °C, podle obsazenosti jednotlivých kanceláří a také podle toho, zda uživatelé využívají pro vytápění jednotlivých místností teplovodní systém. Nicméně provoz prokázal, že i při venkovní teplotě –15 °C a jasném slunečném dni se na jižní fasádě objektu automaticky vypíná teplovodní systém a kanceláře orientované na tuto stranu se vytápějí pouze pomocí vnitřních zdrojů tepla a slunečního záření. I z těchto důvodů je teplovodní systém rozdělen na jižní a severní fasádu, aby se zbytečně nevytápěla celá budova. Z měření vnitřní teploty je patrný vliv vnitřních zdrojů energie (osoby, kancelářská technika) a slunečního záření na teplotu v jednotlivých kancelářích během dne. Jedná se o kancelář o velikosti 23 m2, trvale obsazenou jednou osobou a vybavenou stolním počítačem a tiskárnou. V ranních hodinách v 6:00 při příchodu zaměstnance je vnitřní teplota 20,6 °C a kolem 9:00 již byla teplota 21,9 °C. Během dne se bez využití otopné soustavy teplota v odpoledních hodinách vyšplhala až na 22,3 °C. Venkovní teplota se v ranních hodinách v době měření pohybovala v rozmezí 5 až 10 °C a během dne se vyšplhala na 17 °C. Největší spotřeba energie na vytápění je v období od prosince do února. Při únorových teplotách roku 2012, které dosahovaly až k –25 °C, tepelné čerpadlo svým výkonem již nestíhalo dodávat požadované množství tepla a bylo nutno využívat doplňkový zdroj energie. Díky tomu se i při těchto teplotách v budově pohybovala vnitřní teplota nad 20 °C.
Chlazení
V letních měsících zajišťuje tepelný komfort kancelářských prostor jednak masivní tepelná izolace pláště budovy, venkovní žaluzie s automatickou regulací a také nucené větrání s rekuperací, kdy v rekuperačních jednotkách je pomocí vodního chladiče a studené vody čerstvý vzduch přiváděný do budovy ochlazován na teplotu 22 °C. Teplota naměřená v budově byla za letní venkovní teploty +38 °C ve stínu v rozmezí 22 až 26 °C, a to v závislosti na poloze místnosti a její obsazenosti. Díky tomu není nutné v budově otevírat okna, ovšem z důvodu uživatelské vstřícnosti je v každé kanceláří minimálně jedno okno otvíravé, které si uživatelé mohou otevřít. Praktický provoz však ukázal, že se okna téměř vůbec neotevírají. Důvodem může být kromě zajištěné teplotní pohody i lokalizace stavby na Ostravsku, kdy vzduch uvnitř budovy je díky filtrům mnohdy čistší než ve venkovním prostředí. Intenzita výměny vzduchu probíhá na základě čidel kvality CO2 a větrací jednotky s rekuperací udržují koncentraci CO2 uvnitř budovy v rozmezí 700–1000 ppm, tak aby byly dodrženy hygienické požadavky na kvalitu pracovní prostředí. Po většinu roku pracují rekuperační jednotky pod 50 % svého maximálního výkonu a pouze v ojedinělých případech pracují v maximálním režimu.
Osvětlení a řízení vnějších žaluzií
Spotřeba energie na osvětlení budovy tvoří zhruba 30 % z celkového odběru elektrické energie z distribuční sítě, nicméně díky automatické regulaci se spotřeba energie pohybuje v budově Otazník v rozmezí mezi 50 a 60 % instalovaného výkonu. Z grafu na obr. 19 je patrné, že díky automatické regulaci je spotřeba v letních měsících až o 50 % menší než v zimních měsících. Je to také způsobeno kratšími dny a menšími zisky z přirozeného osvětlení v zimních měsících. Rozdílné parametry počasí v zimě a v létě jsou směrodatné pro dva nastavené režimy řízení vnějších žaluzií. V létě při jasném počasí se žaluzie stáhnou a lamely se nastaví do takové polohy, aby zabránily pronikání slunečního záření do kanceláří a zastínily pracovní plochu. V zimním režimu při jasném počasí se žaluzie stáhnou a lamely se nastaví do horizontální polohy, aby umožnily pronikání slunečního záření do kanceláří, a v případě potřeby si uživatel pomocí ručního ovladače nastaví stínění kanceláře podle vlastních požadavků. Samozřejmostí je automatické zatažení venkovních žaluzií v letním období o víkendech a v časech, kdy se již v budově nepracuje, tak aby se budova zbytečně nepřehřívala. Naopak v zimních měsících se o víkendu při jasném slunečném počasí automaticky žaluzie vytáhnou, aby zisky ze slunečního záření pomáhaly budovu vytápět.
Solární energie
V období od dubna do září za jasných a slunečných dnů je instalovaná fotovoltaická elektrárna schopna pokrýt spotřebu elektrické energie objektu až z 50 %, záleží přitom na obsazenosti jednotlivých kanceláří a aktuálně používaných spotřebičích. Kolektory pro ohřev teplé vody pokryjí roční potřebu energie na ohřev TV z 30 %.
Shrnutí
Doložené údaje dokazují, že praktické užívání budovy Otazník má nesrovnatelně nižší provozní náklady než běžné budovy. Vyžadovalo to však komplexní přístup k návrhu, a ne pouze řešení z kontextu vytržených jednotlivých částí budovy. Po celou dobu přípravy budovy tak spolu intenzívně spolupracovaly jednotlivé profese a dodavatelé stavby. Nutný byl i zvýšený dozor při realizaci, aby vše dopadlo tak, jak bylo zamýšleno. Z tohoto pohledu byla stavba Otazníku desetinásobně náročnější než běžná stavba. Ovšem díky tomu je dnes zajištěno správné fungování celého objektu. Správnou volbou konstrukčního systému a materiálů bylo u této stavby v energeticky pasivním standardu navíc dosaženo nákladů srovnatelných s běžnými budovami, a to zejména proto, že v konečném důsledku je zde daleko méně technologie než u běžných staveb. Vyžaduje to však úzkou spolupráci investora, architekta a projektanta nad tím, kde a za co správně utratit investované peníze. Tři roky provozu Otazníku tedy jasně prokázaly, že budova naplnila očekávání a funguje dle projektovaných parametrů.
TEXT: Marie URBANCOVÁ
Foto: INTOZA, Marie URBANCOVÁ
Článek byl uveřejněn v časopisu ASB.
