Autor: Jan Márton

V budovách lidé stráví až 90% času. Spotřebovávají cca třetinu všech energií a dvě třetiny elektrické energie, nepočítaje v to energetické náklady na výstavbu, přestavby a likvidaci. 

Základní otázky (vedoucí i k úsporám) – Co po nás toto místo požaduje, abychom dělali? Co nám umožní dělat? Co nám pomůže dělat? Jak optimalizovat návrh budovy?

Výsledky integrovaného projektování – obálka budovy, osvětlení, vnitřní vybavení a jiná zařízení včetně topení a klimatizace jsou tak energeticky úsporné, že je lze navrhnout pouze minimální nebo je úplně vyloučit. Čím lepší projekt, tím větší výnosy. Stavba není nákladnější, protože cena je kompenzována úsporami na infrastruktuře a technickém vybavení. Kromě úspor 70-90% z tradiční spotřeby energie, případně části kapitálových nákladů nabízí další a ještě hodnotnější hospodářské efekty: 

• rychlejší prodej a pronájem, lépe si udržují nájemníky, protože slučují výhody levného provozu a zvýšeného komfortu
• větší vizuální, termální i akustický komfort v budovách vytváří prostředí s nízkou úrovní stresu, který napomáhá k vyšším výkonům, což přináší vzestup produktivity práce i kvality – komparativní výhoda
• lepší kvalita ovzduší může zlepšit zdraví obyvatel či zaměstnanců, snížení právní odpovědnosti za zdraví zaměstnanců – odhadem EPA (Agentura pro životní prostředí) ztrácí každoročně národní hospodářství USA 400 miliard $ v závislosti na nemocech spojených s vnitřním prostředím budov 

Chybou je snaha vytvořit v budově pomocí termostatů a vlhkoměrů konstantní klima a vyloučit jakoukoliv proměnlivost, kdy se statický zlomek populace cítí dobře. Naopak, lidé jsou bdělí, šťastnější a zdravější v prostředí s jemnou dynamikou – distribuovaný vzduch je přiváděn v náhodných poryvech, případně s podprahovými vůněmi apod. 

Výsledky měření prokázaly v tzv. zelených budovách vzestup vyššího výkonu a produktivity zaměstnanců o 6-16%. Typická americká kancelář má ovšem náklady na energii kolem 1 % — čímž by se úspory mohly zdát nerelevantní. Pokud ovšem produktivita vzroste o toto jediné procento, v podstatě se ruší účet za energii. Vzestup produktivity práce, jak ukazují případové studie, má tedy minimálně 10x vyšší hodnotu než energetické úspory, což představuje jen v USA desítky miliard ročně. Neplatí, že produktivitu práce může ovlivnit pouze management – je třeba zahrnout i pracovní podmínky.  

Jedním z důvodů neefektivnosti budov je to, že honoráře architektů a inženýrů se přímo či nepřímo odvozují z procentuálního podílu z ceny budovy nebo vybavení. Projektanti vylučující nákladné vybavení končí s nižšími příjmy nebo přinejmenším dostanou stejně zaplaceno za větší množství práce. Bohužel neexistuje zodpovědnost za neefektivnost, pouze za selhání – i když primárním problémem je vybavení navrhované mnohokrát větší a neefektivnější než by mělo být. Náklady na projekt tzv. zelené budovy se mohou zdát zpočátku vyšší, nicméně snaha ušetřit je velmi krátkozraká. Cena za projekt budovy představuje pouze zlomek z dlouhodobých provozních nákladů, přičemž komfort bydlení či produktivita práce významně závisí na kvalitě projektu. Ošizený projekt tedy nejspíše přinese nákladnější vybavení, větší účty za energie, budova bude méně konkurenceschopná a případní nájemci získají nižší produktivitu práce se všemi důsledky a vyšší provozní náklady. Tyto zaostalé priority a zvrácené ekonomické stimuly vedly v USA od konce 2. světové války ke špatné alokaci kapitálu v hodnotě cca 1 bilionu dolarů do klimatizačních zařízení s potřebou cca  200 000 MW elektrárenské kapacity (⅖ celostátní zátěže ve špičce). Úspěšné pilotní projekty testují, o kolik se budovy stanou efektivnějšími, pokud budou jejich projektanti odměňováni za úspory a nikoliv za náklady. Je praxí prokázané, že značně účinnější budovy s nižšími provozními náklady lze postavit s nižšími investičními náklady. 

Jak se provrtat nákladovou bariérou 

V okamžiku, kdy končí projektová fáze a začíná výrobní, se už nelze vyhnout cca 85% nákladů na jejich ekonomický a ekologický cyklus. Dle experta na energetickou účinnost Josepha Romma platí, že i když náklady na projekt představují jen zlomek nákladů na stavbu, v okamžiku, kdy se vydá 1% z nákladů připadajících na předinvestiční fázi, je již neodvolatelně předurčeno cca 70% všech budoucích nákladů. Jediný inženýr je schopen dobrými projekty ušetřit při dnešních cenách i miliardy dolarů svým klientům, proto je podstatné investovat do kvality mentálního softwaru projektantů. 

Projektování není uměním kompromisu, nýbrž uměním optimalizace. 

Projektovat neznamená volit nejméně nevyhovující kompromis mezi žádoucími, avšak neslučitelnými cíli. Předobrazem budiž příroda – tato projekční kancelář během své existence vše neustále zlepšovala a přísně testovala. Každý vědec ví, že příroda nedělá kompromisy, nýbrž optimalizuje. Například pelikán – po 90 milionech let svého vývoje se blíží dokonalosti, ale není to kompromis mezi rackem a vránou. Je to nejlepší možný pelikán. Pelikán však není optimalizován ve vakuu, nýbrž v komplexním ekosystému, kde každá změna má dopady na fungování a optimální spolupráci. Ze stejného důvodu není možné optimalizovat jakýkoliv systém zakomponovaný do budovy per partes, tedy po částech, bez integrace s jinými systémy budovy, potažmo s lokalitou, sociálním kontextem, klimatem a kulturou. V čím větší míře jsou komponenty nějakého způsobu vzájemně optimalizovány, tím větší množství vyjednávání a kompromisů, které se zdají být nevyhnutelné na úrovni individuální komponenty, přestává být nutná. Tyto procesy vytváří synergie a výhody pro celý systém. 

Ukazuje se, že ekonomické dogma: „čím více zdrojů ušetříte, tím více budete muset zaplatit za další vzrůst úspor“ je mýtem.

Platí doposud, dokud se každého dalšího vzrůstu dosahuje stejným způsobem jako předchozího. 

Při správném přístupu úspora velkého množství energie nebo zdrojů často stojí méně než úspory malého množství.

Toto tvrzení se zdá být nerealistické a většina ekonomů umí „dokázat“, že to nejde. Inteligentní inženýři neznalí ekonomických teorií naštěstí tuto možnost uvádějí den co den do praxe pomocí tzv. integrovaného projektování. 

Obecně se stavebník dozví, že tlustší izolace, lepší okna a účinnější spotřebiče jsou dražší než běžné verze. Taktéž úspornější či lehčí auto je dražší než obyčejné. Toto vše platí – na úrovni jednotlivých izolovaných komponent.

Jak plyne z grafu nákladů a úspor, čím více uspoříme energie, tím náklady na další uspořenou jednotku energie rostou strměji. Tomu se říká „klesající návratnost“. Na mezi efektivity už obvykle přestává člověk považovaný dnešní společností za „rozumného“ s dalšími investicemi. Tato křivka také demonstruje obecně rozšířený princip považovaný za správný, totiž že něco lepšího stojí zpočátku obvykle víc. 

Zvláště u budov ovšem ani jedna z výše uvedených tezí neobstojí. Teprve v nedávné době se zjistilo, že v další části křivky dochází k odlišnému průběh – totiž že další úspora energie může „provrtat“ nákladovou bariéru a způsobit, že náklady začnou klesat a návratnost investice stoupat. Informovaný projektant ví, že velké úspory provedené předem stojí dokonce méně než malé nebo nulové.

Pozn. U budov toto platí stejně jako u dalších lidských aktivit.. Kvalitní izolace budov společně s okny s aktivní solární bilancí (propustí více solárních tepelných zisků než přes ně tepla unikne) umožní značně redukovat vytápěcí systém. Pokud vzroste minimálně izolační schopnost budovy, je možné i tento systém dále omezit a zlevnit. S dostatečnou izolací představující minimální nárůst ceny dokonce i vyloučit. Kvalitní okna a dobré řešení detailů zamezí rosení v interiéru a během životnosti budovy uspoří náklady na rekonstrukci. Atd atd. Spirála úspor i klesající složitosti může být takto nastartována prakticky ve všech aspektech. Zároveň komfort užívání budovy stoupá. Bohužel, při dnešních deformovaných cenách energií a materiálů se úspory na zařízení promítají do ceny domu jen okrajově, nicméně vůbec nemusí přesahovat ceny konvenčních systémů – což ovšem při následujících řádově nižších provozních nákladech stojí více než za úvahu. 

Zásady integrovaného projektování

    — celý systém by se měl optimalizovat

    — všechny měřitelné příznivé efekty by se měly registrovat

    — správné kroky je třeba činit ve správnou dobu a ve správném pořadí

    + nejde ani tak o to mít novou myšlenku, ale přestat mít tu starou

    + náš největší omyl nespočívá v tom, co nevíme, ale v tom, co víme a zároveň považujeme za jisté a neměnné
 

Text je rešerší kapitoly knihy Přírodní kapitalismus týkající se architektury a projektování.

Hawken, Paul; Lovins, Amory; Lovins, L. Hunter: Natural Capitalism: Creating the Next Industrial Revolution. Little, Brown & Company, 2003

Autor: Jan Márton

Podmínky měření: — pokoj o rozměrech 3,4x2,8x2,6 m = 24,8 m3 > redukce o 10% (nábytek apod.) > 22,3 m3 — plastová okna těsná uzavřená, vnitřní dveře s prahem a staršími dveřmi, lze předpokládat mírnou infiltraci z ostatních částí bytu — velká chodba a velký obývací pokoj s kuchyní  — měření přístrojem Voltcraft CO-10, stáří přístroje necelý rok — přítomné osoby — první noc jedna dospělá zdravá osoba, druhou noc dvě dospělé zdravé osoby

První noc — přítomna jedna osoba během večerních hodin, mezi půlnocí a jednou hodinou poslední větrání, poté začátek spánku. K překročení hygienického limitu 1000 ppm došlo již během první hodiny. Okolo desáté dopolední došlo k opuštění postele a vyhodnocení výsledků měření.

Druhá noc — přítomny dvě osoby během večerních hodin (i při přirozeném větrání oknem “na větračku” neklesá koncentrace pod cca 900 ppm), po jedné hodině v noci došlo k poslednímu větrání, poté začátek spánku. K překročení hygienického limitu 1000 ppm došlo prakticky hned po uzavření větračky. Po cca třech hodinách dosáhla koncentrace limitu 5000 ppm (dlouhodobý pobyt v tomto prostředí poškozuje zdraví), po cca dalších dvou hodinách došlo k překročení limitu 8000 ppm (časově omezený pobyt do cca pěti hodin, aby nedošlo k trvalým následkům na zdraví). V sedmi hodin ráno bylo dosaženo horní hranice rozsahu měření přístroje — 10 000 ppm. V tomto, resp. ještě horším, prostředí jsme vstali opět okolo desáté dopolední a vyhodnotili výsledky.

Závěr:    

Měření koncentrace CO₂ ověřilo nutnost instalace řízeného větrání do budov se vzduchotěsnou obálkou stavby — což jsou prakticky všechny stavby s nově instalovanými okenními výplněmi.

V tomto případě jsem několikatýdenním měřením za různých vnějších podmínek (především větrnost) zjistil minimální nutnou štěrbinu pro stálé pootevření okna (během nočních hodin, resp. spánku) a nutnou frekvenci pro několikaminutové otevření okna (během dne, resp. bdělosti). Ideální je však ponechat čidlo CO₂ s alarmem stále v obývané místnosti a okno přes den otevírat podle alarmu.

Autor: Petr Klápště

Pro slaměný dům v Jablonci nad Nisou se (v rámci našeho hledání znovuvyužitelných, recyklovaných či odpadních materiálů) naskytla příležitost využít padákové popruhy ze série s vadnou barevností. Padákové popruhy jsou však vyráběny jako dynamické, existovala proto vážná obava, že i když únosnost popruhů v tahu je dostatečná, protažení bude příliš velké (mírná možnost protažení je však zároveň potřeba, aby se sláma mohla v konstrukci mírně dotvarovat při změnách vlhkosti).

Maximální sílu působící na jeden úvazek (umísťované vždy po jednom balíku) jsme odhadli na 0,8kN. Podařilo se nám zajistit zkoušku únosnosti a průtažnosti na trhacím zařízení; kromě padákového popruhu jsme přidali ještě další popruhy.

Testovací smyčka délky 1200mm byla postupně zatěžována do 1kN a průběžně měřeno její protažení (viz grafy níže), zůstatkové protažení po odstranění zatížení je v grafu označeno jako delta. Byly porovnány následující popruhy:
- Nábytkový popruh – zakoupeno hobbymarket OBI (OBI_nabytkovy)
- Polypropylenový popruh šířky 15mm – dodavatel Ing. Leo Stoklasa (STO_PP_15mm)
- Polypropylenový popruh šířky 20mm – dodavatel Ing. Leo Stoklasa (STO_PP_20mm)
- Polypropylenový popruh šířky 20mm – dodavatel Bedimex s.r.o. (BED_POP_01_20)
- Polyamidový popruh šířky 20mm – dodavatel Bedimex s.r.o. (BED_PAD_152_20)
- Padákový popruh (STUHA_Padak_20) 

Potvrdilo se, že padákový popruh má příliš velkou průtažnost a je nepoužitelný. Suverénně nejdražší nábytkový popruh z OBI (cena 15kč/m) měl nejhorší výsledky. Nejmenší průtažnost vykazoval polyamidový popruh (8Kč/m), nakonec byl zvolen 15mm široký polypropylenový popruh (3Kč/m). Větší průtažnost silnějších popruhů si vysvětlujeme tím, že je u nich použit jiný vzor splétání.

Autor: Jan Márton

Tato úvaha vedla autory řešení k použití dvojité vrstvy balíků ve stěnách o síle 560-700 mm dle druhu balíků. Mezi výhody patří zejména fázové překrytí spár a tím snížení rizika částečného znehodnocení parametrů tepelné izolace, jak se to může dít při balíkování v jedné vrstvě při nedocpání některých spár. V mírném klimatu ČR pak toto balíkování pro dosažení požadovaných tepelně-izolačních parametrů běžného rodinného domu postačí. Případně lze sloupky two-by-four konstrukce vyplnit našlapanou slámou (případně konopím nebo jinou izolací); to je třeba zejména v oblastech horského klimatu či obecně severních Čech (optimalizováno v PHPP). Nevýhodou je efekt silné stěny, se kterým je nutno se architektonicky vypořádat.

Pro jablonecký dům byla vymyšlena metoda dvojitého balíkování, pro použití na severní a západní fasádě, které obsahují minimum okenních otvorů. V jižní a východní stěně je použito tenčí skladby stěny, která kombinuje jednoduché balíkování s foukanou celulózou, aby hluboká ostění neubírala denní osvětlení a sluneční svit interiérům.

Dvojité balíkování – schéma kotvení. Spáry jsou překládány ve vodorovném směru o ¼ délky balíku, ve svislém směru o ½ výšky balíku. Protože je délka balíků vždy mírně odchylná, je nutné začínat izolování od rohů, kde vyžadujeme nejpevnější vazbu, směrem dovnitř stěny k otvorům oken a dveří. Překrývání spár je třeba řídit pro každou šáru balíků individuálně, pokud se spáry blíží více než na ⅛ délky balíku, je třeba zvolit balík jiné délky nebo délku balíku upravit. V praxi lze však téměř vždy balíkovat bez zdržování se krácením.  

Malé okenní otvory používané pouze pro větrání a zběžné přisvětlení místností ve všech stěnách kromě jižní – dispozice RD v Třebosicích (Ing. arch. Ondřej Teplý)

Rodinný dům v Třebosicích je navržen s viditelnou vnitřní konstrukcí, takže vrstva OSB3 desek se nachází vně a poskytuje rovnou plochu pro přikládání balíků. Bodovými prostupy mezi balíky jsou protaženy polyethylenové úvazky sponkované přes OSB destičku k OSB3 závětrné vrstvy. K úvazkům jsou vázány vnější latě přitahující balíky ke stěně. Latě jsme přitahovali k balíkům váhou vlastních těl na maximum, které se však především v různých výškách lišilo (rozdíly v použité síle i hustotě balíků). Problém nerovnosti se ukázal v momentě, kdy měl být k latím kotven vnější obklad a bylo třeba podklad složitě vyrovnávat. Vznikla tak do budoucna otázka, jak zabránit nerovnosti stěn, má-li na ně být obklad aplikován.

Pro jablonecký dům jsme pro dosažení větší rovinnosti zvolili odměřování vzdálenosti latí od konstrukce ocejchovanou starou lyžařskou hůlku (mimo lyžařské oblasti lze samozřejmě konvenčněji použít závitovou tyč), protahovanou skrz balíky v kombinaci se zavěšenými olovnicemi na rozích. Výsledek byl výrazně lepší než v Třebosicích, i když mírné nerovnosti (0-3 cm) zůstaly a musely být vyrovnány v roštu pod obkladem. Do budoucna navrhujeme využít olovnic i v ploše stěn a zajistit tak dvojitou kontrolu rovinnosti, jsme přesvědčeni, že takto je možné dosáhnout nerovností do 0,5 cm, což v kombinaci s obkladem z překládaných prken již může znamenat možnost provedení obkladu bez vyrovnávání povrchu.