Město Praha s pomocí Operačního programu Praha pól růstu a výzvy č. 30 Energetické úspory v městských objektech – Inteligentní budovy získala unikátní finanční podporu z EU a příležitost realizovat pilotní projekty chytrých budov, které ukáží cestu k novému standardu ve výstavbě. Obnova budovy pražské střední školy v Českobrodské ulici je ukázkou a vzorem, pro psaní zadání budoucích investičních akcí do školských budov, kdy udržitelnost, resp. úroveň certifikace metodikou SBToolCZ určuje kvalitativní rozsah. Zároveň, v rámci dalšího rozvoje úzké spolupráce hl.m.Prahy a s akademickou sférou, konkrétně s ČVUT v Praze je budova navržena tak, aby velká šíře provozních dat byla dostupná pro zadávání témat studentských nebo diplomových prací.
Část budovy školy byla vystavěna v systému KORD v 70.letech 20.století. V 90.letech byla provedena zděná přístavba. Starší část má dvě třípodlažní křídla. Třetí křídlo tvoří tělocvična s částečným rozdělením na dvě podlaží. Jedná se o ocelový skelet založený na pilotech. Stropní konstrukce je tvořena železobetonovou deskou do VSŽ plechů na příhradových a plnostěnných ocelových vaznících. Vnitřní příčky a obvodový plášť byly tvořeny sendvičovými panely se sádrovláknitými deskami v některých případech s obsahem azbestu. Azbest se dále vyskytoval v podhledech a ve střešní krytině. Většina konstrukcí vč. oken a vybavení odpovídala době vzniku. Objekt byl napojen na rozvod soustavy zásobování tepelnou energií. Z ulice Českobrodské je objekt napojen na vodovod. Na pozemku školy byla již za dobou životnosti podzemní přečerpávací jímka splaškové kanalizace, která byla tlakově odkanalizována do gravitační kanalizace za vodním tokem Malá Rokytka.
Během odstrojování budovy byl zjištěn další výskyt azbestu, který nebylo kvůli běžícímu provozu školy možné zjistit dříve. Odstranění azbestu výrazně zpomalilo výstavbu. Celá budova byla postupně „zabalena“ do folie, byl vytvořen podtlak a pracovníci specializované likvidační firmy v ochranných oblecích ošetřovali a demontovali jednotlivé konstrukce. Jakmile byla konstrukce budovy obnažena, proběhl detailní statický průzkum všech ocelových prvků, které vykazovaly značně individuální geometrii a vlastnosti odpovídající nejspíše v té době poplatné výstavbě v akci Z. U železobetonových stropních desek do VSŽ plechů byla zjištěna velmi proměnná kvalita a místy značná degradace. Betonová část stropů byla odstraněna a částečně byly odstraněny degradované trapézové plechy, především ve střešní části, kde historicky pravidelně zatékalo. Zděná část budovy nevykazovala žádné konstrukční vady ani zde nebyl zaznamenán výskyt azbestu.
Obrázek
Základní architektonickou koncepci stanovil architekt při sledování zpřehlednění a ztransparentnění vzdělávacího procesu a tím i budovy. Vnější výraz určil především záměr využít inovativní fasády ENVILOPu, která je mimo výplně otvorů z 92% z materiálů na bázi dřeva, a důrazu na použití přírodních dřevěných materiálů. Fasáda je z větší části obložena přírodními rombusovými tyčemi ze sibiřského modřínu. Vlivem stárnutí fasády bude docházet ke změně barevnosti. Kontrastně jsou některá nároží a tělocvična obloženy cembritovými deskami.
Dispoziční řešení budoucího stavu bylo navrženo s ohledem k školství 21.století. Vstupní hala sousedící s atriem navazuje na schodiště a přímé přehledné chodby s možností posezení. Vstupy do učeben a kabinetů mají vždy prosklenou část umožňující transparentnost při výuce nebo schůzce v kabinetu. V budově se budou nacházet specializované učebny, počítačové a jazykové učebny, cvičná kuchyň se zázemím, kavárna a školní jídelna s přímým spojením do atria, kde budou umístěny venkovní stolky se židlemi. Tělocvična má také pro realizaci různých společenských akcí přímé spojení do atria. Technická místnost má prosklené dveře a stává se tak součástí odborné výuky stejně, jako možnost sledování chodu budovy na vizualizacích. Klíčové parametry týkající se energií, tj. výroba a spotřeba budou zobrazeny na hlavních informačních obrazovkách ve škole.
Ocelový skeletový systém s příhradovými a plnostěnnými vazníky byl lokálně zesílen. Především v tělocvičně. Zavětrovací kříže ve formě dvou U profilů v některých případech překážely nové dispozici a byly nahrazeny rámy. V místech, kde zavětrovací kříže zůstaly, ale budou vizuálně exponované, došlo k jejich záměně za subtilní tyčová táhla. Stávající a nové trapézové plechy byly nově zabetonovány. Ocelová schodiště byla provedena nově s důrazem na přerušení přenosu hluku do ostatních konstrukcí. Zděna část má stropy provedené z předpjatých stropních panelů. Některé okenní otvory byly rozšířeny a bylo nezbytné provést zpevnění zděných pilířů ocelovou bandáží. Střecha budovy je pojatá jako zelená extenzivní s fotovoltaickou elektrárnou a pěti vzduchotechnickými jednotkami. Ve skeletové části byly prodlouženy sloupy, na které byla realizována samostatná konstrukce pro VZT jednotky, která je opatřena zastřešením trapézovými plechy, na který jsou umístěny fotovoltaické panely. Boční stěny budou provedeny z tahokovu. Na zděné části byly do panelů připevněny sloupky s přerušením tepelného mostu pomocí bloků pěnoskla.
Na podélné plnostěnné vazníky v místě sloupů byly připevněny kotvy pro zavěšení lehkého dřevěného obvodového pláště ENVILOP, který byl vymyšlen na UCEEB ČVUT v Praze, je chráněn užitným vzorem a na této stavbě byl poprvé použit v praxi. Panely, o tloušťce 24 cm a U = 0,167 W/m2K, byly skládány od 1.NP nahoru, kdy první běžný panel je posazen na podezdívce ze ztraceného bednění, tj.ve výšce více jak 300 mm nad terénem. Výjimkou jsou panely, ve kterých jsou umístěny dveře nebo francouzská okna. Zde je spodní rám panelu nahrazen purenitem. Horní část spodního panelu je zavěšena na kotvě ve výšce stropu. Na jedné kotvě se potkávají dva panely. Další řada panelů je již nahoře i dole zavěšena. Spodní řada panelů jde od podezdívky do výšky parapetu 2.NP a vertikálně navazující panel jde od parapetu v 2.NP až do výšky parapetu v 3.NP. Poslední řada jde od parapetu 3.NP až k hornímu líci atiky. Kvůli své výšce byly panely transportovány naležato a na stavbě byly přetočeny a jeřábem osazeny. Hmotnost jednoho panelu je cca 500 kg. Horní panel má na své spodní straně ocelové vodící destičky, které jsou osazeny do protikusů na spodním panelu, tím je zamezen horizontální pohyb panelů. Při osazování byly panely nejprve dotaženy v horizontální rovině a následně byly aktivovány, tj. zavěšeny na kotvy, pomocí rektifikačních šroubů. Spoje panelů byly před montáží opatřeny pásem minerální izolace a po krajích zpěňovacími pásky, které utěsnily spáry. Vnitřní strana panelu je ukončena OSB deskou a vnější strana je opatřena černou difuzně otevřenou folií, na kterou je připevněn buď hliníkový nebo dřevěný rošt, který nese finální povrchovou úpravu buď rombusové tyče ze sibiřského modřínu nebo cembritové desky nebo fotovoltaické panely.
Spára mezi stropní deskou a ENVILOPem je požárně utěsněna minerální vatou, kterou v místě drží plech ohnutý do L a v úrovni hrubé podlahy je spára překrytá požárně odolným sádrokartonem. V rovině střechy je místo sádrokartonu použita 5 cm tlustá tvárnice YTONG.
Zděná část je izolována minerální vatou s podélnými vlákny s ʎd = 0,33 W/mK v tloušťce 200 mm, která je připevněna plastovými kotvami. Ocelové kotvy připevněné do zdiva přes podložku termostop drží dřevěný nebo cembritový obklad.
Skladba střechy je tvořena nad nosnou konstrukcí spádovými klíny bílého EPS 20-240 mm, šedý EPS tl. 240 mm a nad střešní PVC folii je provedena skladba extenzivní zelené střechy se 100 mm substrátu.
Výplně otvorů jsou dřevěné ze sibiřského modřínu EURO 92, zasklení trojsklem s Ug=0,5 nebo 0,6 W/m2K. Výjimku tvoří hlavní vstupní dveře, které jsou hliníkové s Uw=0,97 W/m2K. Hliníková konstrukce je použita i na střešní světlíky nad tělocvičnou, které jsou složeny na jižní stranu z polyuretanových sendvičových panelů SP2B X-PIR panelů tloušťky 40 mm s Ucw = 0,90 W/m2K, panel U= 0,56 W/m2K, a na severní stranu z oken Ug= 0,6 W/m2K. Provedený blower-door test celé budovy je s výsledkem n = 0,49 h-1. Celkový průměrný součitel prostupu tepla je Uem = 0,19 W/m2K.
Všechny vnitřní příčky ve skeletové i zděné části jsou sendvičové sádrokartonové konstrukce splňující požární a akustické požadavky. Ve skeletové části jsou realizovány atypické příčky mezi chodbou a třídami. Je zde vložen prosklený nadsvětlík podél celé učebny, který přivádí denní světlo na stranu protilehlou oknům a tím zlepšuje celkovou denní osvětlenost třídy. Tato příčka je však požárním předělem s požadavkem EI 45 a zároveň dle platné legislativy je učebna chráněným prostorem a chodba hlučným prostorem s požadavkem na váženou stavební neprůzvučnost příčky 47 dB a dveří 32 dB. Uvedené požadavky na příčky vyžadují provedení sádrokartonové konstrukce s laboratorní stavební neprůzvučností 62 dB a prosklení 47 dB.
Základním požadavkem ovlivňujícím zvolené technologie je zajištění komfortního a zdravého vnitřního prostředí umožňující efektivní a kvalitní proces vzdělávání. Jednotlivé prostory jsou tak vytápěny, chlazeny, větrány a kvalitně osvětleny za průběžného dodržení zvolených parametrů vnitřního prostředí. Mimo čas pobytu osob probíhá optimalizace s cílem minimalizace energetické náročnosti budovy.
Zdrojem energie je elektrická energie z distribuční sítě, z fotovoltaické elektrárny o výkonu 153 kWp (456 panelů) vč. bateriového úložiště o kapacitě 300 kWh a výkonu 174 kW, ze 16 zemních vrtů o průměru 120-140 mm a hloubce 112 m a ze systému zásobníkového zpětného získávání tepla z odpadní šedé vody ze sprch, který bude sloužit pro předehřev teplé vody. Vytápění, ohřev teplé vody a chlazení bude zajišťovat dvojice tepelných čerpadel Stiebel Eltron WPF 52 o výkonu 55,83 kW a topném faktoru 4,81 při teplotním spádu B0/W35. Elektrokotel o výkonu 30 kW slouží jako doplňkový špičkový zdroj. V režimu aktívního chlazení budou tepelná čerpadla dodávat chladnou vodu o teplotě 5°C, budou mít chladící výkon 120kW, současně se bude mařením odpadního tepla dodávat do vrtů výkon 142 kW. Systém chlazení bude pracovat s teplotním spádem 10/15°C. Předpokládá se, že cca polovina chladící sezóny bude probíhat pasívním chlazením. V případě, že teplota média na přívodu z geotermálních vrtů bude 10°C, sepne se provoz aktívního chlazení a v případě vysokých teplot je jako špičkový zdroj na střeše umístěn bivalentní zdroj chiller Trane o chladícím výkonu 49 kW a příkonu 17 kW. Topná voda a chladící směs jsou ukládány každá do samostatné 1 000 l akumulační nádrže. Zásobník teplé vody je tvořen dvěma 1 000 l nádržemi.
Fotovoltaická elektrárna čítá 456 panelů 341 střešních panelů 340 Wp a 115 fasádních panelů 320 Wp. 317 ks je umístěno na hliníkové podpůrné konstrukci o sklonu 10° nad extenzivní zelenou střechou a 34 ks na konstrukci světlíku pro tělocvičnu o sklonu 25°. Bateriové úložiště je napojeno do systému tak, aby mohlo umožňovat ostrovní systém nebo tzv. coupling, tj. společně využívat energii z fotovoltaiky doplňovanou energií ze sítě.
Celý objekt je nuceně větrán pěti rovnotlakými větracími jednotkami s rekuperačními výměníky s frekvenčními měniči, filtry, ohřívači a chladiči, které zajišťují větrání a klimatizaci těchto prostor: VZT1 učebny severního křídla, rotační rekuperátor, 8 190 m3/hod, VZT2 tělocvična, deskový rekuperátor, 3 775 m3/hod, VZT3 úsek vedení a učeben ve střední části, rotační rekuperátor, rotační rekuperátor, 7 135 m3/hod, VZT4 zděná část, rotační rekuperátor, 6 285 m3/hod, VZT5 gastro provoz, deskový rekuperátor, 5 800 m3/hod. Hygienická zařízení jsou odvětrávána podtlakově.
Umělé osvětlení je zajištěno LED světelnými tělesy. Ve společných částech a v učebnách jsou osazena pohybová čidla. V kabinetech, tělocvičně jsou spínače. V místnostech, které jsou ovlivněny denním osvětlením jako učebny, kabinety, tělocvična, chodby jsou světla vybavena předřadníkem DALI a senzorem úrovně osvětlenosti. Intenzita světla se tak automaticky upravuje dle úrovně denního osvětlení při dodržení minimální úrovně osvětlenosti dle požadavků pro jednotlivé místnosti. Tělocvična je osvětlena skrze dva střešní světlíky s prosklením orientovaným na sever a bočním prosklením posilovny. Jižní a západní fasády v atriu budou porostlé popínavou zelení a budou tak vytvářet příjemné stínění ve vegetačním období. Mimo vegetační období budou rostliny bez listů a nebudou bránit vstupu solárního záření.
Dešťová voda je akumulována pro účely zalévání zeleně a sadových úprav v okolí školy. Bude se akumulovat (15 m3) srážková voda ze střech severního a jižního křídla a z plochy atria, která bude přečištěna přes lapače splavenin na střešních vpustích. Odvod dešťových vod je zpomalen dvěma retenčními nádržemi o objemu 5 m3 a 20 m3. Šedá voda se bude v objektu využívat pro splachování záchodů a pisoárů. Jde o užitkovou vodu, která se bude získávat z umývadel a sprch. Odpadní šedá voda bude vedena samostatným potrubím do sběrných nádrží v atriu o celkovém objemu 3 000 l. Na pozemku bude provedena kopaná studna, pro doplňování nádrží s dešťovou vodou, tak se šedou vodou.
Revitalizovanou budovu lze označit za chytrou. Základním pravidlem je autonomní režim, kdy každý významný spotřebič a uzel je monitorován, řízen a měřen a tyto informace jsou vizualizovány. Navržené řešení počítá s tím, že systém je poměrně komplikovaný a pro jeho úspěšné nastavení a provozování je potřeba kvalitní přehled i s velkým množství detailních informací. Prostory jsou větrány na základě úrovně CO2, dle přítomnosti osob a na základě rozvrhu. Všechny výplně otvorů v obálce budovy mají čidla otevření, kdy většina slouží pro informaci pro měření a regulaci (MaR) a v některých výplních jsou magnety zdvojené ještě pro zabezpečovací systém. Topení a chlazení je nastaveno dle třech režimů:
|
Provozní stavy |
Provozní doba |
Vnitřní teplota (°C) |
|
|
Léto |
Zima |
||
|
COMFORT |
V čase přítomnosti osob |
25 |
22 |
|
STANDARD |
Víkendy, noc |
28 |
18 |
|
MIMO PROVOZ |
Prázdniny |
bez provozu chlazení |
15 |
Žaluzie jsou v případě automatického provozu nastaveny, aby od 19.5. do 11.9. bránily solárním ziskům. Ve společných částech bude stíněno solární záření, ale denní světlo bude vstupovat do interiéru.
Optimalizaci toku elektrické energie bude zajišťovat prediktivní systém řízení, který bude pracovat s predikcí spotřeby budovy a výroby z fotovoltaické elektrárny den dopředu, s na den dopředu stanovenými tzv. spotovými cenami na trhu s energií v hodinovém kroku a stavem baterie v následující hierarchii preferencí: maximalizace soběstačnosti budovy, cena elektrické energie v hodinovém kroku v síti a cena cyklu vybití a nabytí bateriového úložiště.
V rámci prevence kriminality a bezpečnosti je realizován zabezpečovací zónový systém, kamerový systém s dohledem na plášť budovy a na perimetr. Pozemek je oplocen. Studenti a zaměstnanci budou mít k dispozici čipy pro vstup do budovy, které budou vybaveny elektro-mechanickými zámky. Zároveň nepoužití čipu bude znamenat, že daná osoba není pro systém v budově přítomna a student se tak nebude moci připojit k wifi a docházkový systém jej bude evidovat jako nepřítomného. V budově bude využit systém generálního klíče.
Přístupy na pozemek pro motorovou dopravu a pěší vč. cyklistické jsou odděleny. Dostupná parkovací místa jsou pro zaměstnance školy. Dvě místa budou vybaveny autonabíječkou. Parkovací místa pro kola jsou zastřešena. Je zde nabíjecí bod pro elektrokola vč. servisního nářadí. U vstupu do budovy bude několik volnočasových aktivit jako ruské kuželky, stolní tenis a šachy. Na východní straně vzniknou cvičné záhony a dvě parkovací místa pro nájemce tělocvičny po skončení výuky. Atrium je oázou zeleně, příjemného relaxačního posezení, které je opticky spojeno s hlavním komunikačním prostorem ve všech třech podlaží ve východním křídle. Atrium je ukončeno posezením a umístěním původního uměleckého artefaktu – sochy. V jihozápadních cípu pozemku, který je vyvýšený, se bude nacházet venkovní učebna a work-outové hřiště. Podél oplocení bude vysazena zeleň, která bude vytvářet komornější prostředí.
Od začátku, jak je na takovýchto projektech obvyklé, pracoval na návrhu rozsáhlý tým specialistů. Co však je v projekční praxi atypické a nevšední, že celý návrh podléhal kritickému zhodnocení a optimalizaci jednotlivých řešení, kdy se cenu za dílo podařilo držet pod srovnávací cenou dle ceníku JKSO. Bohužel značný výskyt azbestu a složitost jeho odstraňování stavbu významně prodražilo a zpozdilo.
Velké nasazení a hledání optimálního řešení na všech stranách způsobilo použití ENVILOPu, který do té doby nebyl nikdy komerčně realizován. V rámci projekčních prací poskytl velkou pomoc UCEEB ČVUT a autoři ENVILOPu. Generální dodavatel Subterra musel najít výrobce, který do té doby také neexistoval. Nakonec vybral společnost NEMA z jižních Čech, kteří mají zkušenosti ve dřevovýrobě a také významně robotizovanou výrobu. Návštěva a kontrola výroby byla radost a koncert pro oči. Další otázky se začaly objevovat s instalací pláště a v napojování na další konstrukce, jako jsou příčky, stropní desky a pata stěn. V úrovni paty se jednalo o založení paty konstrukce v suchém prostředí nebo nahrazení dřevěných prvků kompozity. Skelet budovy vykazoval značné nerovnosti a bylo nezbytné řešit excentrické napojení tenkých částí ENVILOPu na příčky při dodržení akustických a požárních parametrů. Napojení stropní železobetonové desky do trapézových plechů na ENVILOP byl téměř vědecký úkol na cca 2 měsíce, kdy byla řešení konzultována až na ústředí společnosti HILTY ve Švýcarsku. Nakonec však byly detailně prozkoumány a stanoveny požadavky na tuto spáru řešení bylo nalezeno až triviální, viz. popis výše.
Velikosti tříd byla optimalizována především z pohledu požárních požadavků, kdy při velikosti více jak 60 m2, by prakticky ENVILOP jako nenosná konstrukce bez požární odolnosti, nemohl být použit
Výše uvedené požadavky akustiky a požární bezpečnosti na dělící příčku mezi chodbou a učebnou výrazně znesnadňují možnost realizace prosklení nadsvětlíku a v našem případě vyžadují provedení sádrokartonové konstrukce s laboratorní stavební neprůzvučností 62 dB a prosklení 47 dB. Jako projektant se neztotožňuji s požadavkem akustiky, neboť je prakticky nemožné, aby v momentě, kdy v učebně probíhá výuka, byl na chodbě hluk. Současné studie, kterým se věnuje kolegyně Ing. arch. Lenka Maierová, Ph.D., ukazují, že nekvalitní osvětlení má významné negativní zdravotní dopady, které jsou dle mého názoru mnohem závažnější než uvedený konkrétní akustický „problém“.
Smlouva na realizaci díla je uzavřena ve standardu Design&Build, kdy ne všechny detaily jsou v zadávací dokumentaci dořešeny a řeší se tedy během projektování prováděcí dokumentace a výstavby. Je to tvrdý, ale férový „boj“ o každou položku. Generální dodavatel společnost Subterra odvádí kvalitní práci a lze očekávat výsledek, za který se nebude muset nikdo ze zúčastněných stydět.
Zrod až realizace takového, standardu zcela vymykajícího se, projektu by nemohl nastat, bez vhodné příležitosti, osvíceného investora, důvěry a osobního nasazení všech zúčastněných v pravý moment, ale také po celou tu dlouhou dobu, tj. od roku 2017 dodnes, resp. do začátku 2022, kdy by mělo být dílo dokončeno, resp. i za tento moment, neboť životní cyklus budovy kolaudací nekončí, ale spíše začíná.
Projekt je spolufinancován z Operačního programu Praha - pól růstu ČR.
Investor: hlavní město Praha, odbor školství, PhDr. Mgr. Vít Šimral, Ph.D. et Ph.D. zastoupený ředitelem Střední školy - Centrum odborné přípravy technickohospodářské Ing. Josefem Ležalem
Návrh, generální projektant, TZB, energetika, SBToolCZ, denní osvětlení: ECOTEN s.r.o., Ing. Jiří Tencar, Ph.D., Ing.arch.Pavel Šulc, Ph.D., Ing. Jiří Škopek (HIP), Ing. Michaela Václavská (HIP), Ing. Marek Machač, Ing. Lukáš Skládal , Ing. Norbert Glejdura, Ing. Monika Hrubošová, Ing. Jan Kinzel, Ing. Vojtěch Pražák, Ing. Michal Mazanec
Projekt silnoproudé, slaboproudé instalace a měření a regulace: ELTODO, a.s., Ondřej Fábry, Václav Mašek, Petr Ducháček, Ing. Michal Zita
Projekt fasády: WOODRISE, s.r.o., Ing. Michal Bureš, Ph.D.
Statické posouzení: Ing. Radek Brandejs, Ph.D.
Projekt požární ochrany: Ing. Petr Hejtmánek, Ph.D.
Projekt zahradních úprav: Ing.arch.Lucie Roubalová, DiS.
Projekt dopravního řešení: Ing. Petr Jakovec
Akustika: EKOLA group, s.r.o., Ing. Petr Novák, Ing. Jana Faitová, Jan Bretšnajdr, BSc.
Fotovoltaika a bateriové úložiště: SOLARINVEST - GREEN ENERGY s.r.o., Aleš Hradecký, Lukáš Ehl, David Hradecký
Geotermální vrty: GEROtop, s.r.o., Ing. Pavel Dědina, Ing.Jakub Huml
Odborné konzultace: Univerzitní centrum energeticky efektivních budov ČVUT v Praze
Generální dodavatel: Subterra, a.s., Ing. Michal Krenar, Ing. Tomáš Krulich, Ing. Petr Blažek
Doba výstavby: 9/2019 – 1/2022
