Ateliér Jan Brotánek - www.brotanek.com

Ekodomy

EKODOMY JAKO FORMA EKOLOGIE ARCHITEKTURY

Z pohledu Ateliéru JB je pojem ekodům výrazem pro udržitelný přístup směřující k soběstačné, nezávislé architektuře, která je začleňována do vyhodnocených přímých i nepřímých souvislostí. Tyto souvislosti netvoří uzavřenou, ustálenou množinu, ale naopak se stále ukazují nové a již známé se přehodnocují. Souvislosti tedy mají proměnný charakter, a proto je nutné vytvářet otevřené systémy, které mohou reagovat na změny. V našem pojetí ekodomů se snažíme analyzovat složité strukturální vztahy, neboť jak se říká, vše souvisí se vším, a konkrétním řešením podporujeme vznik nových modelů. Ekodomy nejsou architektonickým stylem, ale koncepcí vztahu architektury a okolí.

EKODOMY – SOUVISLOSTI A HODNOCENÍ

V našem ateliéru máme vytyčeny oblasti, na které se při práci zaměřujeme:

Oblast sociální

• vztah architekta a klienta
• vztah ke krajině a místu, práce s geniem loci
• participace investora, obce a dalších zúčastněných subjektů (patří sem i tzv. Cohousing nebo Baugruppe)
• vzájemné vazby regionů, lokalit – přesahy a propojování

Oblast strategie, urbanismu a krajiny

• sociální struktury – návaznost na stávající struktury hodnot v území
• krajina – podpora přirozené gradace a defragmentace krajiny v koncepčních zásazích, eliminace větrné eroze, nezastavování orné půdy a záplavového území, velmi významná je koncepce ochrany ovzduší
• energie – zmapování a využití potenciálu lokálních obnovitelných zdrojů – koncepce energetické soběstačnosti, vč. decentralizace zdrojů a vzájemných vazeb na úrovni obcí i regionů > „smartgrids“ – inteligentní energetické sítě se vzájemnou komunikací a přenosy mezi lokálními zdroji, které jsou schopny využít i přebytky vyrobené energie (jedná se o elektrickou energii a teplo)
• voda a zeleň - konkrétní klimatické podmínky, efektivní využívání vody – šedá voda, retence dešťových vod, vegetační střechy a účinné plochy zeleně - kvalita prostředí tvořená mikroklimatem (stín, závětří, vlhkost, akustika, denní světlo)
• doprava - veřejná doprava, chodci a cyklisté upřednostňováni a chráněni před individuální automobilovou dopravou, veřejné dopravní uzly jako místo pro setkávání apod.
• odpady a recyklace – minimalizace zbytkového komunálního odpadu lokální separací a přímou recyklací, začleňování odpadů z výroby do surovinových cyklů

Oblast návrhů a výstavby ekodomů

• sociální aspekty – vyhodnocování cílů a požadavků klienta a navržení odpovědného a optimálního řešení, které není v disharmonii s konkrétními souvislostmi – jedná se o tzv. *procesní (participativní) metodiku, která pomáhá klientovi ujasňovat názory a směřuje klienta ve vztahu k souvislostem místa, situace a potřeb (protipól této metodice je ideová metodika, která vychází z předběžných situací a potřeb)
• hospodaření s energií
• zdroje energie – pro ekodomy jsou zásadní tzv. obnovitelné zdroje energie (OZE), které jsou získany primárně z energie Slunce, dále tepla zemského nitra a setrvačnosti soustavy Země-Měsíc > formami energie jsou sluneční záření, větrná energie, vodní energie, energie přílivu, geotermální energie, energie biomasy
• stanovení co nejoptimálnějšího energetického provozního standardu budovy vzhledem ke konkrétní situaci (nízkoenergetický, pasivní, nulový nebo aktivní/plusový)
• volba konstrukčního systému a materiálů - v rámci hodnocení ekodomů je potřeba uvažovat poměr (1:5 až 1:2) mezi zabudovanou primární energií a provozní energií, vyjadřující ekologickou zátěž danou samotnou realizací a provozem budovy
• klíčové parametry materiálů určující jejich ekologickou vhodnost:
• zabudovaná primární energie (PEI), tzv. „šedá energie“ > údaj zahrnující množství spotřebované primární energie v konkrétním materiálu vynaložené na získání suroviny, výrobu a dopravu
• emise CO₂ ekv. (GWP – potenciál globálního oteplování) > údaj zahrnující emise látek přispívajících ke skleníkovému efektu
• emise SO₂ (AP – acidofikace životního prostředí) > údaj zahrnující plyny podílející se na okyselování životního prostředí v okolí průmyslových produkcí
• technologické postupy
• při zpracování a aplikaci ekologických materiálů je možná úspora nad jejich základní rámec „šedé energie“, např. těžba dřeva ve vhodném ročním a lunárním období s odkladem odvětvování > značná úspora energie při vysoušení dřeva – eliminace vlhkosti až o 50% přirozeným způsobem bez energetických vstupů apod.
• vytváření podmínek pro vhodné technologické postupy a aplikace již v projektu
• konstrukce – výše uvedené klíčové parametry materiálů vedou jednoznačně ke konstrukčním a tepelně izolačním systémům na bázi dřeva, kde dosahujeme vysokého tepelného odporu obvodového pláště a nízké zátěže emisemi CO₂ i SO₂
• výplně otvorů – v ekodomech jsou používána okna a zasklení s vynikajícími tepelně-technickými vlastnostmi a s většinovou jižní orientací; prosklené plochy jsou zdrojem nejen světla, ale i zdrojem tepla ze slunce (tzv. solární zisky); protipólem konceptu prosklení jižních části je jejich stínění - poměr prosklení fasád nebo způsoby jejich stínění musí vždy zajistit stabilitu vnitřního prostředí ve všech ročních obdobích > formálně se jedná o vnější stínící prvky nebo o elektrochromatická skla
• vzduchotěsnost – má zásadní význam pro ekodomy ve dvou ohledech: účinnost vzduchotechniky s rekuperací; brání konvekci vzduchu do konstrukce a difuzi vlhkosti z interiéru do exteriéru
• technické systémy budov – nedílnou součástí ekodomů jsou technická zařízení určená především k jejich:
• větrání s rekuperací > větrací jednotky se zpětným získáváním tepla z odpadního vzduchu (účinnost až 90% podle množství měněného vzduchu)
• pasivnímu chlazení/předehřívání > jímání chladu/tepla ze zemského povrchu nebo z podloží objektů pomocí zemních kolektorů
• vytápění - pokud je množství potřebného tepla na vytápění v ekodomech rovno nebo menší než 10 W/m², nepotřebují zvláštní soustavu na vytápění a stačí k regulaci teploty využívat vzduch > systémy větrací, teplovodní, teplovzdušné i kombinované
• ohřevu teplé vody > aktivní ohřev pomocí fototermických a fotovoltaických kolektorů nebo malokapacitním (podle rozsahu) zařízením pro spalování biomasy
• kogeneraci > generátory na biomasu, jejichž výstupem je teplo a elektřina zároveň (poměr cca 3:1)
• osvětlení a regulaci subsystémů > maximálně úsporné spotřebiče, kterými jsou technické prvky, jako jsou svítidla, LAN a čerpadla všeho druhu apod.
• produkci elektrické energie pro vlastní potřebu technických systémů budovy a případně k další distribuci
• metodika a certifikace CESBA (evropspé komplexní hodnocení budov)

KLASIFIKACE EKODOMŮ Z ENERGETICKÉHO HLEDISKA

Hodnocení energetické náročnosti ekodomů je zacíleno na potřebu energie na vytápění podle různých klasifikačních metodik, které daly vzniknout pojmům zatřiďujících budovy podle energetických nároků. Zde je hlavním ukazatelem hodnota potřeby energie vztažená na jeden metr čtvereční užitné plochy za rok (kWh/m²a):

• nízkoenergetická budova > je objekt, který svým architektonickým návrhem a stavebně technickým řešením splňuje limit potřeby energie na vytápění maximálně 50 kWh/m²a (I. kategorie - 20-30 kWh/(m²a);  II. kategorie - 30-40 kWh/(m²a);  III. kategorie - 40-50 kWh/(m²a))
• prakticky pasivní budova > je objekt, který svým architektonickým návrhem a stavebně technickým řešením splňuje limit potřeby energie na vytápění v rozmezí 15 - 20 kWh/(m²a)   
• pasivní budova > je objekt, který svým architektonickým návrhem a stavebně technickým řešením splňuje limit potřeby energie na vytápění maximálně 15 kWh/(m²a) a současně celkové množství primární energie spojené s provozem budovy – vytápění, příprava TV, elektrická energie pro spotřebiče – nepřekračuje limit 120 kWh/(m²a) 
• budova s téměř nulovou spotřebou energie (zkráceně nulový dům) > je objekt ve standardu pasivní budovy, jejíž potřeba energie na vytápění je v limitu maximálně do 5 kWh/(m²a); potřeba energie je kryta v maximální možné míře z obnovitelných zdrojů; do potřeb energie se zahrnuje i elektrická energie pro spotřebiče jako jsou oběhová čerpadla, ventilátory, moduly měření a regulace vč. sítí LAN spojených s provozem apod.
• aktivní/plusová budova > je objekt ve standardu nulového domu, kterému energie, po odečtu energie potřebné k jeho provozu, přebývá - toto umožňují prvky technického systému budovy aplikované nad rámec provozně energetických potřeb

Komplexní a odpovědná metodika (korektní vůči výše uvedeným limitním hodnotám) pro výpočet energetické bilance budov s velmi nízkou potřebou energie je v nástroji PHPP (Passivhaus Projektierungspaket) od německého Passivhaus Institutu (PHI). Tento nástroj obsahuje výpočty:

• výpočet součinitelů U stavebních prvků
• výpočet energetické bilance s klimatickými daty pro konkrétní země/regiony/lokality
• návrh řízeného větrání
• výpočet topné zátěže
• výpočet letního případu – četnost přehřívání
• výpočet vnitřních zisků
• výpočet potřeby tepla pro chlazení
• výpočet solárního ohřevu
• výpočet potřeby elektřiny pro spotřebiče, pomocné elektřiny
• výpočet účinnosti výroby tepla
• a další

PHI v současnosti rozděluje kategorii pasivních budov do podkategorií classic, plus a premium, kde tyto dvě poslední jmenované mají přísnější limity pro primární energie. Stejně tak je tomu i v oblasti rekonstrukcí a modernizací budov.

Hlavním kritériem je však celková potřeba energie pro budovy, tj. nejen na vytápění, ohřev vody a svícení, ale i na veškerá provozní zařízení a spotřebiče užívané v budovách. Optimálním výsledkem je celková spotřeba energie v budovách krytá co nejvíce z obnovitelných zdrojů.

FORMY EKODOMŮ

Ekologická architektura

Je mnoho faktorů, které formují ekodomy, kde nejde o architektonický styl, ani stavební systém, ale především o koncepční zásady a technická řešení. Dalším faktorem je osobnost architekta, od které se odvíjí architektonická figurace ploch v krajině nebo výraz staveb – soudobá expresivita, jejíž součástí je tektonika a použité materiály. Architekt musí být schopen přenést se přes upřednostňování pouhé výrazové formy. Ta je, dle nás, jen součástí velkého celku aspektů, ovlivňujících celkovou kvalitu a hodnotu architektury. Součástí našeho pojetí expresivity je konstrukční a funkční design, kdy konstrukční systém má vliv na výraz a zároveň není nutno přidávat další samoúčelné prvky.

Při návrhu ekodomů je nutné počítat pro jakýkoliv konstrukční systém se základními kritérii pro úsporu energie a stabilitu vnitřního prostředí v průběhu celého roku. Základním modelem pro koncepci úspory energie v ekodomech je pasivní budova, kde lze dosáhnout vysokého komfortu bydlení, ale i komfortu pracovního prostředí, příjemného vnitřního klimatu a to vše při velmi nízké spotřebě energie. Při minimalizované energetické potřebě funguje pasivní dům tak, že veškeré vnitřní tepelné zisky - pobyt osob (metabolické teplo), spotřebiče v provozu (lednička, varná deska, kancelářská technika, žárovky svítidel atd.) a také pasivní solární zisky z prosklených částí obvodového pláště, jsou využívány k většinovému pokrytí potřeb tepla na vytápění. Vše takto může fungovat za podmínky osazení řízeného větrání s rekuperací tepla (zpětné získávání tepla z odpadního vzduchu). Pro zbylou minimalizovanou část potřebné energie není třeba běžná otopná soustava, nýbrž malý doplňkový zdroj pro dohřev vzduchu při delších mrazivých obdobích, s velmi malým výkonem (2-4 kW). Jakási „topná sezóna“ je tedy zkrácena pouze na rozmezí 20 až 30 dnů v roce, ne však ve sledu dní za sebou, nýbrž v součtu protopených hodin v sezóně, která bývá od konce listopadu do konce února.

NÁVRH EKODOMŮ OBSAHUJE

Architektonický návrh integrující:

• koncepci členění území/lokalit a pozemků vzhledem ke klimatickým podmínkám, územním danostem a solární orientaci
• koncepci situování objektů na jednotlivých pozemcích/parcelách vzhledem k jižní orientaci
• dispoziční zónování objektu
• zohlednění objemového faktoru tvaru (poměr plochy obalových/ochlazovaných konstrukcí vůči objemu vytápěných zón)
• volbu konstrukčního systému se zaměřením na ekologicky vhodné materiály
• hlediska příznivého poměru prosklených ploch a způsobu jejich přistiňování, vhledem ke stabilitě vnitřního prostředí ovlivněného solárními zisky
• důraz na celkovou úspornost/skromnost

Konstrukčně technický návrh integrující:

• vysoký stupeň tepelného izolování budovy ve shodě s konstrukčním systémem, který nejlépe vyhoví konkrétním podmínkám a požadavkům
• hlediska spojená se vzduchotěsností budovy pro maximální efektivnost opatření pro úsporu energie a tvorbu kvalitního vnitřního klimatu, včetně ochrany před ionizujícím zářením z podloží
• technické systémy a prvky budovy - systém řízeného (nuceného) větrání se zpětným získáváním tepla z odpadního vzduchu tzv. rekuperací > hygienické prostředí; prvky fototermických a fotovoltaických systémů; prvky kogeneračních a recyklačních systémů; systémy pro získávání tepla/chladu z OZE

Interiérový návrh integrující:

• funkčnost dispozice z hlediska provozu
• koncepci kvality vnitřního prostředí – bioklima (čerstvý vzduch a jeho příznivá vlhkost, světelná a tepelná pohoda apod.)
• volbu vhodných („zdravých“) materiálů a nábytku, včetně povrchových úprav
• ochranu před elektrosmogem
• barevné řešení