Obnova budovy pražské střední školy

Chytrá města a chytré budovy jsou tématem dneška. Nicméně častým nešvarem a nepochopením je chytrost omezovat a předkládat pouze jejich technické parametry spočívající např. v honbě za úsporami energií či snižováním uhlíkové stopy a v přímém krátkodobém horizontu ekonomickým profitem či efektivitou. Z celého konceptu se vytrácí „středobod“ celého snažení a tím je člověk jako uživatel. V případě školských staveb toto platí dvojnásob.

Úvod

Praha díky operačnímu programu Praha – pól růstu ČR 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 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.

Původní stav a odstrojení objektu

Část budovy školy byla vystavěna v systému KORD v sedmdesátých letech 20. století. V devadesátých 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 pilotách. 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 včetně oken a vybavení odpovídala době vzniku. Objekt byl napojen na rozvod soustavy zásobování tepelnou energií. Z Českobrodské ulice je budova napojena 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 provozu školy možné zjistit dříve. Odstranění azbestu výrazně zpomalilo výstavbu. Celá budova byla postupně „zabalena“ do fólie, 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, do níž historicky pravidelně zatékalo. Zděná část budovy nevykazovala žádné konstrukční vady ani v ní nebyl zaznamenán výskyt azbestu.

Architektura a vnitřní dispozice

Základní architektonickou koncepci stanovil architekt jako zpřehlednění a ztransparentnění vzdělávacího procesu a tím i budovy. Vnější výraz určil především záměr využít inovativní fasády Envilop, 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 ke 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.

Konstrukční řešení a inovativní obálka budovy

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 a budou vizuálně exponované, došlo k jejich záměně za subtilní tyčová táhla. Stávající a nové trapézové plechy byly nově zabetonovány. Ocelová schodiště kladou nově s důrazem na přerušení přenosu hluku do ostatních konstrukcí. Zděná část má stropy z předpjatých stropních panelů. Některé okenní otvory byly rozšířeny a bylo nezbytné zpevnit zděné pilíře ocelovou bandáží. Střecha budovy je pojata 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, jež je opatřena zastřešením trapézovými plechy, na které jsou umístěny fotovoltaické panely. Boční stěny budou z tahokovu. Na zděné části byly do panelů připevněny sloupky s přerušením tepelného mostu bloky 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 240 mm 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 než 300 mm nad terénem. Výjimkou jsou panely, ve kterých jsou umístěny dveře nebo francouzská okna. Tam 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 směřuje od podezdívky do výšky parapetu 2.NP a vertikálně navazující panel od parapetu v 2.NP až do výšky parapetu v 3.NP. Poslední řada směřuje od parapetu 3.NP až k hornímu líci atiky. Kvůli své výšce byly panely transportovány naležato a na stavbě byly přetočeny a osazeny jeřábem. Hmotnost jednoho panelu je cca 500 kg. Horní panel má na své spodní straně ocelové vodicí destičky, osazené do protikusů na spodním panelu, tím je zamezeno horizontálnímu pohybu panelů. Při osazování byly panely nejprve dotaženy v horizontální rovině a následně byly aktivovány, tj. zavěšeny na kotvy, rektifikačními šrouby. 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 fólií, na kterou je připevněn buď hliníkový, nebo dřevěný rošt, který nese finální povrchovou úpravu tvořenou rombusovými tyčemi ze sibiřského modřínu, cembritovými deskami nebo fotovoltaickými panely.

Spára mezi stropní deskou a pláštěm Envilop je požárně utěsněna minerální vatou, kterou v místě drží plech ohnutý do L a v úrovni hrubé podlahy je spára překryta požárně odolným sádrokartonem. V rovině střechy je místo sádrokartonu použita 50 mm tlustá tvárnice YTONG. Zděná část je izolována minerální vatou s podélnými vlákny s ʎ_d = 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, šedým EPS tl. 240 mm a nad střešní PVC fólií je provedena skladba extenzivní zelené střechy se 100 mm substrátu.

Výplně otvorů jsou dřevěné ze sibiřského modřínu EURO 92, zasklení trojsklem s U_g = 0,5 nebo 0,6 W/m²K. Výjimku tvoří hlavní vstupní hliníkové dveře s U_w = 0,97 W/m²K. Hliníková konstrukce je použita i na střešní světlíky nad tělocvičnou, které se stávají na jižní stranu z polyuretanových send­vičových PIR panelů tloušťky 40 mm s U_cw = 0,90 W/m²K, panel U = 0,56 W/m²K a na severní stranu z oken U_g = 0,6 W/m²K. Provedený blower door test celé budovy je s výsledkem n = 0,49 h^-1. Celkový průměrný součinitel prostupu tepla je U_em = 0,19 W/m²K.

Vnitřní příčky

Všechny vnitřní příčky ve skeletové i zděné části jsou sendvičové sádrokartonové konstrukce a splňují 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 je učebna podle platných právních předpisů 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.

Technologické řešení a inovace

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) včetně bateriového úložiště o kapacitě 300 kWh a výkonu 174 kW, ze šestnácti zemních vrtů o průměru 120–140 mm v hloubce 112 m a ze systému zásobníkového zpětného získávání tepla z odpadní šedé vody ze sprch, jenž 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 aktivního chlazení budou tepelná čerpadla dodávat chladnou vodu o teplotě 5 °C, budou mít chladicí výkon 120 kW, 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 chladicí sezóny bude probíhat pasivním chlazením. V případě, že teplota média na přívodu z geotermálních vrtů bude 10 °C, sepne se provoz aktivního chlazení a v případě vysokých teplot je jako špičkový zdroj na střeše umístěn bivalentní zdroj chiller Trane o chladicím výkonu 49 kW a příkonu 17 kW. Topná voda a chladicí směs jsou ukládány každá do samostatné akumulační nádrže o objemu 1 000 l. Zásobník teplé vody je tvořen dvěma nádržemi o objemu 1 000 l.

Fotovoltaická elektrárna čítá 456 panelů – 341 střešních panelů 340 Wp a 115 fasádních panelů 320 Wp. Celkem 317 panelů je umístěno na hliníkové podpůrné konstrukci o sklonu 10° nad extenzivní zelenou střechou a 34 na konstrukci světlíku pro tělocvičnu o sklonu 25°. Bateriové úložiště je napojeno do systému tak, aby umožňovalo ostrovní systém nebo tzv. coupling, tj. společné využití energie z fotovoltaiky doplňované 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, 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 i v tělocvičně se nacházejí spínače. V místnostech ovlivněných denním osvětlením, jako jsou učebny, kabinety, tělocvična, chodby, jsou světla vybavena předřadníkem DALI a senzorem úrovně osvětlenosti. Intenzita světla se tak automaticky upravuje na základě úrovně denního osvětlení při dodržení minimální úrovně osvětlenosti podle požadavků pro jednotlivé místnosti. Tělocvična je osvětlena dvěma střešními 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 hygienických zařízení. 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 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 s velkým množství detailních informací. Prostory jsou větrány na základě úrovně CO₂, podle 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 zdvojeny ještě pro zabezpečovací systém. Topení a chlazení je nastaveno podle třech režimů (viz tab. 1).

▼ Tab. 1 Přehled provozních stavů

Žaluzie jsou v případě automatického provozu nastaveny tak, aby od 19. května do 11. září 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, den dopředu budou stanoveny rovněž tzv. spotové ceny 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-motorickými zámky. Zároveň nepoužití čipu bude znamenat, že daná osoba není pro systém v budově přítomna – student se tak nebude moci připojit k wifi a docházkový systém jej bude evidovat jako nepřítomného. V budově bude využit systém generálního klíče.

Přístupy a vybavení na pozemku školy

Přístupy na pozemek pro motorovou dopravu a pěší včetně cyklistické jsou odděleny. Dostupná parkovací místa jsou určena pro zaměstnance školy. Dvě místa budou vybavena nabíjecí stanicí. Parkovací místa pro kola jsou zastřešena. Je v nich nabíjecí stanice pro elektrokola včetně 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 a je opticky spojeno s hlavním komunikačním prostorem ve všech třech podlažích ve východním křídle. Ukončuje jej posezení a původní umělecký artefakt – socha. V jihozápadním vyvýšeném cípu pozemku se bude nacházet venkovní učebna a workoutové hřiště. Podél oplocení bude vysazena zeleň, která bude vytvářet komornější prostředí.

Zkušenosti z návrhu a realizace stavby

Od začátku, jak je na takových projektech obvyklé, pracoval na návrhu rozsáhlý tým specialistů. V projektové praxi je však atypické a nevšední to, že celý návrh podléhal kritickému zhodnocení a optimalizaci jednotlivých řešení, kdy se cenu za dílo podařilo držet pod srovnávací cenou podle ceníku JKSO. Bohužel značný výskyt azbestu a složitost jeho odstraňování stavbu významně prodražil a zpozdil.

Velké nasazení a hledání optimálního řešení na všech stranách způsobilo použití obálky Envilop, která do té doby nebyla nikdy komerčně realizována. V rámci projektových prací poskytl velkou pomoc UCEEB ČVUT a autoři obálky Envilop. Generální dodavatel Subterra a.s. musel najít výrobce, který do té doby také neexistoval. Nakonec vybral společnost NEMA, spol. s r.o., z jižních Čech, která má zkušenosti ve dřevovýrobě a také významně robotizovanou výrobu. Návštěva a kontrola výroby byla radostí a koncertem 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 konstrukce v suchém prostředí nebo nahrazení dřevěných prvků kompozity. Skelet budovy vykazoval značné nerovnosti a bylo nezbytné řešit excentrické napojení tenkých částí pláště Envilop na příčky při dodržení akustických a požárních parametrů. Napojení stropní železobetonové desky do trapézových plechů na Envilop byl téměř vědecký úkol na cca dva měsíce, kdy byla řešení konzultována až na ústředí firmy HILTI ve Švýcarsku. Nakonec však byly detailně prozkoumány a stanoveny požadavky na tuto spáru. Řešení bylo nalezeno až triviální, viz popis výše.

Velikost tříd byla optimalizována především z pohledu požárních požadavků, kdy při velikosti více než 60 m² by prakticky Envilop jako nenosná konstrukce bez požární odolnosti nemohla být použita.

Výše uvedené požadavky akustiky a požární bezpečnosti na dělicí 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 podle 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 a.s., odvádí kvalitní práci a lze očekávat výsledek, za který se nebude muset nikdo ze zúčastněných stydět.

Závěr

Zrod až realizace takového projektu, zcela se vymykajícího standardu, by nemohl nastat bez vhodné příležitosti, osvíceného investora, důvěry a osobního nasazení všech zúčastněných v pravý moment, ale také po celou dlouhou dobu, tj. od roku 2017 dodnes, respektive do začátku 2022, kdy by mělo být dílo dokončeno, lépe řečeno i za tento moment, neboť životní cyklus budovy kolaudací nekončí, ale spíše začíná.

Projekt je spolufinancován z operačního programu Praha – pól růstu ČR.