Cíle v oblasti udržitelné výstavby

Základní principy, definované pod pojmem udržitelného růstu spojené s vyšší kvalitou života, byly na mezinárodním fóru pod hlavičkou OSN deklarovány na světovém summitu v Rio de Janeiro v roce 1992. Pro oblast stavebnictví se nejvýrazněji celý proces projevil ve formě hodnocení vlivu staveb na životní prostředí, obecně označovaný jako proces EIA. Udržitelná výstavba má však mnohem širší obsah, neboť se jedná o celkový komplex, který se netýká pouze velkých (inženýrských) staveb. V podstatě lze říci, že proces udržitelné výstavby reaguje na velmi citlivé oblasti, kdy úkolem stavebního inženýra je nejen perfektní technické řešení, a to i za nestandardních podmínek, ale i nová dimenze, související s ekologickými, sociálními, architektonickými a samozřejmě i ekonomickými požadavky. Celkově lze říci, že principy udržitelné výstavby jsou současnou prioritou a v souladu se ?Strategic Research Agenda for the European Construction Sector? je definována European Construction Technology Platform, viz obr. 1.

¤ Obr. 1. V souladu se "Strategic Research Agenda for the European Construction Sector" je definována European Construction Technology Platform

Udržitelná výstavba

Fakulta stavební ČVUT Praha řeší v současné době Výzkumný záměr ?Udržitelná výstavba?, který si určil za cíl řešení některých okruhů, úzce souvisejících s problematikou udržitelného rozvoje. Vychází ze základního motta: ?Technické řešení je podmínka nutná, ale nepostačující. Musí také splňovat podmínky environmentální, ekonomické a s výrazným architektonickým a sociálním prvkem.? Jde v principu o zajištění ekonomicky konkurenceschopné výstavby s vyšší užitnou hodnotou při nižší energetické náročnosti, s nižšími nároky na surovinové vstupy a nové pozemky (greenfields), při současném snížení rizika ohrožení lidského zdraví a životů při přírodních katastrofách, haváriích a nehodách.

Čtyři základní okruhy zahrnují následující problematiku:

• Výstavba na brownfields ? cílem je definovat podmínky vedoucí k upřednostnění výstavby na již dříve použitých pozemcích, před výstavbou na nových pozemcích ? ?greenfields?, neboť současné tempo záboru dosud nedotčených pozemků pro novou zástavbu není možné z pohledu udržitelného rozvoje akceptovat.
• Udržitelná výstavba budov ? cílem je nalezení vyváženého vztahu mezi stavebními aktivitami a stavbami s kvalitním vnitřním prostředím na straně jedné a zátěží životního prostředí na straně druhé v celém životním cyklu staveb, především s ohledem na konstrukční materiály a prvky a nízkou spotřebu energie, včetně využití obnovitelných zdrojů.
• Využití odpadních hmot, recyklátů ve stavebnictví ? cílem je definování podmínek umožňujících omezení produkce odpadů, rozvoj recyklace odpadních, především stavebních hmot a jejich následné využití v nové výstavbě. Tento pohled je zohledňován již při návrhu nových konstrukcí při posuzování jejich životního cyklu.
• Přírodní katastrofy, nehody ? optimalizace ochrany, interakce se stavebními konstrukcemi ? s cílem omezení negativních dopadů těchto jevů jak na životy obyvatel, tak na materiální škody. S využitím rizikové analýzy, pravděpodobnostního hlediska, optimalizace ochrany a bezpečnějšího technického řešení stavebních konstrukcí za extrémních podmínek.

Výstavba na brownfields

V posledním období došlo a dochází ve většině průmyslových zemích světa, ale i v ČR, k silné restrukturalizaci. S tím souvisí útlum těžebního průmyslu, hutnictví a strojírenství. Snižuje se rozsah starých textilních provozů, počet míst využívaných armádou. Často se však jedná i o obytné části, převážně dříve označované jako dělnické, které již zdaleka nevyhovují svým standardem, a tak s útlumem aktiv v provozech s nimi dosud svázanými i zde dochází k urychlenému chátrání. Na straně druhé rostou požadavky na nové stavební pozemky, jak pro bydlení, tak pro různá obchodní centra, sklady, parkoviště, dálnice apod. A bohužel, ve většině případů je zde upřednostňována výstavba na greenfields.
Přestože definice brownfields (hnědá louka) není jednoznačná, přece jen se v porovnání s některými státy dá odhadnout jejich rozsah, resp. odhadnout, jak rychle dochází k úbytku tzv. zelené louky. Pro ČR je odhad 18?20 ha za den. V Německu je denní spotřeba greenfields cca 120?130 ha, s cílem do roku 2020 snížit toto číslo na 20?30 ha za den. Ve Velké Británii je cílem 60 % nové výstavby směřovat na brownfields. Jedním z výsledků výzkumu v této oblasti by mělo být i definování priorit České republiky.
Zájem o problematiku brownfields je v posledních několika letech obrovský. Je projednávána jak na úrovni speciálních projektů v rámci EU ? jako jsou projekty Cabernet či Revit, tak také v rámci profesních společností. Například mezinárodní společnost pro mechaniku zemin a geotechnické inženýrství jí věnovala pozornost jak na svých Evropských konferencích (Praha 2003), tak i na kongresech Environmentální geotechniky (Cardiff 2005).
Jelikož problematika brownfields může být nahlížena z různých pohledů, bylo z počátku nutno definovat po stránce technické jednotlivé fáze celého procesu remediace lokalit brownfields a současně s tím i fázi, kdy bude nejvhodnější pro dílčího zájemce vstoupit do celého procesu. Jestliže investor nejraději vstupuje na pozemek již bezprostředně připravený pro proces výstavby, developer může vstupovat významně dříve ? zajištěním realizace nutných kroků již v prvních fázích. Roli developera může sehrát i městská správa. V každém případě je pro městské zastupitele vhodné o lokalitě brownfields znát co nejvíce údajů pro budoucí začlenění těchto zón do územních plánů rozvoje města.
Doporučené členění celého remediačního procesu sestává ze sedmi hlavních fází:

• identifikace lokality;
• 1. průzkumná fáze;
• 1. fáze zhodnocení lokality;
• detailní analýza, 2. fáze průzkumu;
• projekt rozvoje lokality a metod financování;
• remediace¹⁾ území (kontaminovaného); 
• realizace výstavby.

¹⁾ Remediace je ozdravný proces, který využívá fyzikální, chemické i biologické principy pro odstranění toxických látek z prostředí.

První dvě fáze mohou být provedeny poměrně rychle a levně, s vy- užitím všech dostupných podkladů, využívajících nejen souboru geo-environmentálních map v měřítku 1 : 50 000, kterých je pro některé lokality až 16, ale i všech dostupných informací o staré konstrukci, její historii, o tom, jaká činnost zde probíhala atd. Závěrem je provedena pochůzka s pořízením detailní dokumentace. Větší specifikace všech kroků popisuje ? [9]. Pro rozhodovací proces na úrovni města byla připravena také databáze případových studií, kde jsou detailně popisovány jednotlivé konkrétní případy ? například [10].
Jestliže první fáze průzkumu vychází zejména z tzv. studie od stolu, druhá fáze se již zaměřuje na polní průzkumné metody. Podloží lokalit brown- fields bylo v minulosti určitým způsobem ovlivněno, například:

• fyzikálně ? příkladem jsou výsypky nadložních jílů, spojené s velkou deformací, ale může jít i o staré zasypané zemníky, lomy, jámy pro odpad v okolí větších měst;
• chemicky ? kdy došlo ke kontaminaci podloží a průzkum, včetně následného vyhodnocení (i za použití numerických metod modelování šíření kontaminace v podloží v čase a prostoru), by měl prokázat, zda je dekontaminace pomocí některých sanačních metod nutná;
• jinak ? metan, nevybuchlá munice.

Geotechnický průzkum, označovaný pro tyto účely jako geo-environmentální, získává nové dimenze, zejména v kombinaci s numerickými simulacemi šíření kontaminace jak v nasyceném, tak i v nenasyceném prostředí.
Z vlastních sanačních metod je nyní pozornost zaměřena na metodu označovanou jako ?propustné reaktivní bariéry? například ? [11]. V principu se do cesty kontaminačnímu mraku zbuduje bariéra, přičemž průtok je umožněn pouze propustným oknem ? obr. 2. Při jeho průchodu dochází k čištění podzemní vody, kdy tato reaktivní propustná bariéra využívá nejčastěji procesů sorpce, srážení a degradace.

¤ Obr. 2. Princip sanační metody "propustná reaktivní bariéra"

Udržitelná výstavba budov

Tento okruh problémů souvisí se skutečností, že 30?40 % veškeré energie jde do výstavby a provozu budov, resp. že až 90 % času tráví lidé v budovách. Otázka úspory energie nebo otázka zdravějšího prostředí uvnitř budov je tak velmi citlivá a má mnoho forem. Hlavní tématické okruhy Výzkumného záměru ?Udržitelná výstavba?:

Urbanisticko-architektonická řešení
Urbanisticko-architektonická řešení využívají zejména orientaci stavby, stínicí prvky, zeleň. Příkladem v tomto směru je objekt na obr. 4.

Výzkum
Výzkum je zaměřený na níže uvedené základní okruhy problémů. Využívá jak numerických modelů, tak laboratorního simulování i monitorování:

• vyhledávací a aplikační výzkum nových konstrukčních prvků a materiálů ? izolační systémy (teplo, radon...);
• sledování teplotně vlhkostního režimu na povrchu zateplovacích systémů, včetně biokoroze;
• výzkum systémů pro distribuci tepla, chladu, vzduchu a vody (plošné vytápění a chlazení, přirozené a hybridní větrání, integrace výměníků tepla do základových konstrukcí);
• sledování teplotního mikroklima a kvality vnitřního vzduchu, prověření numerických modelů IDA, Indoor climate and energy, COMIS, BSim 2002, CONTAMW;
• měření a modelování (2D, 3D) šíření vodní páry difuzí a konvekcí;
• měření a modelování difuze radonu;
• energie ? zisk ? zemní výměník, energie Slunce, akumulace energie do vody, podloží;
• vývoj simulačního modelu stavebně fyzikálního chování integrovaného fotovoltaického systému.

Reálné modely v měřítku 1 : 1
Reálné modely v měřítku 1 : 1 pro ověření technologií a zejména pro monitoring z dlouhodobějšího hlediska ? [8]. Zde lze uvést například lokalitu třinácti pasivních rodinných domů v Koberovech, středisko ekologické výchovy Sluňákov, či dlouhodobé měření fotovoltaického systému na objektu FSv ČVUT Praha ? [7].

¤ Obr. 4. Čtyřdomek v Roztokách u Prahy (akad. arch. Josef Horký)

Využití odpadních hmot, recyklátů ve stavebnictví

Stavebnictví samo produkuje mnoho odpadů, ať již ze stavebních demolic nebo z rekonstrukcí, odpady vznikají i při nové výstavbě. Současně však lze využít také odpady vznikající mimo stavebnictví ? z energetiky, těžby a podobně ? například popílek, škváru, strusku, hlušinu, pneumatiky apod. Znovu využitím těchto odpadů se omezí jejich ukládání na skládkách a současně se přispěje k úspoře přírodních zdrojů. Podporu celého procesu a také oblastí, kam je směřován výzkum, lze jednoduše rozdělit do tří okruhů:

• Iniciace procesu ? kde hlavní roli sehrává technologie demoličních prací, vlastní sběr, třídění, recyklace v konečné fázi v recyklačních linkách stavebních a demoličních odpadů ? [5]. Pro podporu vyrovnanosti nabídky a poptávky po těchto recyklovaných odpadech (nejčastěji ve formě agregátů) se jeví jako nejvhodnější vznik komoditní burzy.
• Výzkum nových materiálů na bázi odpadů a recyklátů ? zejména do odpadů, recyklátů s vysokým objemem. Mezi ně patří cihelný a betonový odpad, který tvoří téměř 70 % z celkového ročního množství vytříděného odpadu (4,8 mil. tun), elektrárenský popílek (cca 14 mil. tun za rok) a recyklovaný asfalt.
  a) Recyklovaný cihlo-beton vyztužený rozptýlenými syntetickými vlákny ? základní princip spočívá ve využití krátkých polypropylénových syntetických vláken cca do 1 % hmotnosti do betonu, kde namísto přírodního kameniva byl použit cihelný a betonový recyklát, obr. 3. Sledovaly se jak různé poměry vláken, tak cementu, velikost podílu cihel, resp. vliv nečisté (smíšené) cihelné drti jak na pevnost, tak deformaci při porušení, resp. na mrazuvzdornost. Vzniká kvalitativně nový materiál, s vysokou reziduální pevností při vysokých deformacích. Byl získán užitný vzor (patent).
  b) Elektrárenský popílek ? s ohledem na jeho množství jsou směry využití různé. Největší pozornost byla zaměřena opět na jeho vyztužování, ať již plošnou výztuží, či pomocí rozptýlených vláken. V druhém případě byly realizovány zkoušky technologické pro optimální míchání vláken s popílkem a pevnostní zkoušky včetně triaxiálních, které prokázaly výrazné snížení křehkosti popílkového stabilizátu.
  c) Asfaltem stmelený materiál ? zde se výzkum zaměřil na využití asfaltového recyklátu v konstrukčních vrstvách silničních komunikací, konkrétně na směs recyklovanou obalenou za studena na místě, resp. na využití zhutňovacího zařízení Compact Gyrator pro výrobu směsí tohoto typu.
• Aplikace ? největší uplatnění velkoobjemových odpadů a recyklátů se ukazuje v zemních konstrukcích dopravních a vodních staveb. Detailně se sleduje aplikace elektrárenského popílku v násypu dopravních těles, využití popílkového stabilizátu v konstrukční vrstvě pražcového podloží, obr. 5 ? [4], použití vyztuženého recyklovaného cihlo-betonu v protipovodňových hrázích. Ve všech případech se aplikace posuzuje jak z pohledu klasických mezních stavů ? stability a deformace, tak též z pohledu environmentálního, zda potenciálně nejsou výluhy z použitého odpadu nebezpečné pro své okolí. Zde se využívá stochastický numerický model šíření kontaminace ? [12].

Přírodní katastrofy, nehody a havárie ? optimalizace ochrany, interakce se stavebními konstrukcemi

Do této kategorie lze zařadit povodně, sesuvy, zemětřesení, extrémní sněhové srážky, požáry, nehody na komunikacích ? křižovatky, kolize se zvěří, únik kontaminace do podloží při haváriích:

• ¤ Obr. 6a. Požární test lehké střešní konstrukce
  Optimalizace ochrany ? v prvé řadě jde o vymezení míry přijatelného rizika. Základ zde tvoří pravděpodobnostní přístup, vytvoření a modifikace matematických a počítačových modelů rizikové analýzy procesu a systému, optimalizace ochrany i se vztahem k pojištění, [3] V některých případech jde o prioritní vyjádření pravděpodobnosti, např. v rámci statistické analýzy nehodovosti na pražských světelně řízených křižovatkách, [2]. Je zřejmé, že obecné principy se mění a budou měnit s rozvojem nejen našeho poznání, ale i s úrovní života dané země, s oceněním lidského života jak v materiální, tak i psychologické úrovni. Proto již dnes jsme svědky toho, že určitá úroveň zemětřesení přináší v některé zemi mnohem větší ztráty na lidských životech než v zemi jiné.
• Dílčí specifika.
  a) Povodně ? z pohledu protipovodňové ochrany do popředí našeho zájmu vystupují dva okruhy otázek: ? Interakce zemních konstrukcí protipovodňové ochrany s extrémní hladinou vody v řece ? posuzování mezních stavů, především mezních stavů typu HYD dle EC 7 Navrhování geotechnických konstrukcí, kde zkratka HYD vyjadřuje všechny typy hydraulického porušení (především vnitřní a vnější eroze, porušení vztlakem). ? Vývoj metod hodnocení povodňových rizik ? posuzování ekonomické efektivnosti navržených protipovodňových opatření ? [1]. S ohledem na probíhající výstavbu protipovodňových opatření je třeba definovat jak jejich efektivnost, tak prioritu, aby byla realizována optimálním způsobem. Doporučená metodika hodnocení rizik se stala součástí Usnesení vlády č. 496/2006, a byly jí prověřeny desítky lokalit, především v rámci mezinárodních projektů ELLA a ODERREGIO.
  ¤ Obr. 6b. Požární test styčníků konstrukcí
  b) Sesuvy ? zde je pozornost zaměřena především na výzkum aktivace sesuvů u antropogenních sedimentů, jako jsou výsypky nadložních jílů v oblasti povrchové těžby hnědého uhlí, při extrémních srážkách. Kromě numerických modelů se zde realizují pozorování in situ na konkrétní lokalitě Rabenov na Ústecku, kde dochází ke geodetickému i geotechnickému sledování svahových pohybů ? [14].
  c) Dopravní nehody ? kromě již zmíněných analýz nehodovosti se sledují otázky spojené s kritickými situacemi na zkušebním úseku na obchvatu města Čáslav (I/38), resp. velká pozornost se věnuje omezení střetu se zvěří pomocí návrhu a realizace ekoduktů (spojovacích cest pro únik zvěře pod, i nad komunikací) ? [6].
  d) Ekologické havárie ? při haváriích přepravníků s nebezpečnými látkami jde především o rychlé posouzení rychlosti pronikání kontaminátu do podloží a tím potřebě sanace určité oblasti. Simulační modely šíření kontaminace ve vadózní zóně pracují na principu duální propustnosti podloží.
  e) Požáry ? pozornost je zde zaměřena na dřevěné i ocelové konstrukce [13]. Numerické modely jsou ověřovány jak zkouškami v termokomoře, tak na skutečných objektech, obr. 6. V prvém případě jde o lehké střešní konstrukce, v druhém případě o chování styčníků konstrukcí či vnitřních sil v konstrukci vystavené přirozenému požáru.

Závěr

Cílem výzkumu v oblasti udržitelné výstavby obecně, a v rámci výzkumného záměru konkrétně, je zaměření na problémy, které mohou co nejpříměji pomoci k snížení energetické náročnosti v době výstavby i během celého životního cyklu staveb, především budov, ke snížení spotřeby dosud nedotknuté přírody pro výstavbu, omezení tvorby odpadů a jejich vzniku jejich daleko větší využití pro novou výstavbu, resp. omezení dopadu přírodních katastrof, nehod, havárií jak na materiální škody, tak i na ochranu lidských životů. Tento nový pohled na stavebnictví vyjadřuje významnou úlohu stavebnictví ve společnosti jako celku, a to nejen v současnosti, ale i v dlouhodobém horizontu, neboť myšlenka udržitelného rozvoje má právě onen dlouhodobý charakter.

Poděkování
Příspěvek byl vypracován v rámci Výzkumného záměru MSM 6840770005.

Použitá literatura
[1] Fošumpaur, P.: Metodika hodnocení efektivnosti protipovodňových opatření. In: Udržitelná výstavba I. Vyd. ČVUT Praha, 2005.
[2] Hála, M., Slabý, P.: Statistická analýza nehodovosti na pražských světelně řízených křižovatkách ? 1. a 2. část. Stavební obzor 2006, č. 2 resp. 3.
[3] Klvaňa, J., Fošumpaur, P., Hála, M.: Příručka rizikové analýzy. Vyd. ČVUT Praha, 2005.
[4] Lidmila, M., Petrásek, A.: Aplikace popílkového stabilizátu při sanaci pražcového podloží. Nová železniční technika 2006, roč. 14, č. 1, s. 19?25.
[5] Pokorný, T.: (ed.) TECHSTA 2006. Praha, ČVUT, FSv, katedra technologie staveb, s. 213, 2006.
[6] Římal, J., Foglar, M., Křístek, V.: Fundamentals Aspects of Planning and Design of Ecoducts (Green Bridges). In: Proc. Int. Workshop Physical and Materials Engineering. Bratislava. Slovak Technology 2006, s. 222?227.
[7] Staněk, K., Tywoniak J.: Realizace FV systému na FSv ? Energetické a stavebně-fyzikální souvislosti. In: sborník konference Tepelná ochrana budov 2006, Praha, 19.?20.4.06, 2006.
[8] Tywoniak, J.: Nízkoenergetické domy. Principy a příklady. GRADA Publishing, Praha, 2005, 2006 upravený dotisk.
[9] Vaníček, I., Jirásko, D.: Problematika výstavby na brownfields. Stavební listy č. 6/2006. s. 16. ISSN 1211-4790.
[10] Vaníček, I., Jirásko, D.: Approach to brownfield revitalization for small cities in the Czech Republic. In: Proc. 2nd Int. Conf. on Managing Urban Land. 2007 Stuttgart, pp. 401?405.
[11] Vaníček, I., Grunwald, A., Baslová, K.: Pasivní sanace znečištěných podzemních vod. In. Sbor. 28. konference Zakládání staveb 2000 Brno. Česká geotechnická společnost ČSSI, s. 96?102.
[12] Vaníček, I., Vaníček, M.: Earth Structures. Springer 2007, v tisku.
[13] Wald, F.: (ed.) K navrhování na účinky požáru. Vyd. ČVUT Praha, 2006, s. 74.
[14] Záleský, J.: Monitoring pro hodnocení stability území. In: Udržitelná výstavba I. Vyd. ČVUT Praha, 2006.