Univerzitní centrum energeticky efektivních budov ČVUT

Univerzitní centrum energeticky efektivních budov (UCEEB) ČVUT, sídlící v Buštěhradě u Kladna, bylo otevřeno v roce 2014. Vzniklo jako multioborový výzkumný ústav a usiluje o trvale udržitelný rozvoj ve stavitelství. Základním cílem výzkumného centra je snižování závislosti budov na energetických zdrojích.

Požadavky na snižování spotřeby energie

Motivem pro vznik UCEEB bylo  především hledání cest k zajištění udržitelnosti v oblasti staveb, využití obnovitelných zdrojů a snižování emisí. Směrnice Evropského parlamentu o energetické náročnosti budov uvádí, že všechny veřejné budovy postavené po 31. prosinci 2018 budou muset produkovat tolik energie, kolik spotřebují. Evropští poslanci zdůrazňují i důležitost přestaveb, u kterých požadují splnění alespoň minimálních požadavků na energetickou účinnost. Světová rada pro šetrné budovy (World Green Building Council, WGBC) představila plán na dosažení nulové emisní bilance Advancing Net Zero pro všechny budovy do roku 2050. Ze zprávy BP Energy Outlook 2016 [1] o budoucím vývoji v energetice vyplývá, že spotřeba energie v příštích dvaceti letech poroste a fosilní paliva zůstanou hlavním zdrojem energie. Nacházíme se v období, kdy se otázka udržitelného vývoje posunula z oblasti diskusí k realistickému náhledu na hledání potenciálu pro skutečnou podporu udržitelnosti. Růst spotřeby energie znamená i značnou spotřebu neobnovitelných zdrojů a nárůst emisí skleníkových plynů se všemi negativními důsledky na životní prostředí. Úspory energie v budovách představují značný potenciál ke snížení celkové spotřeby energie.

Centrum UCEEB (obr. 1) reaguje na růst spotřeby energie a uvádí nová řešení. S úspěchem využívá spolupráci a know-how vědců a inženýrů z ČVUT v Praze. Špičkové technické vybavení a rozmanitost laboratorního zařízení nabízejí místním i zahraničním studentům možnost využívat laboratoře pro studentské závěrečné práce navrhované pro zefektivnění technologií používaných komerčně ve stavebnictví. Centrum se tak stává mostem mezi průmyslem a vysokou školou. Jednou z jeho prio­rit je propojit vědu s průmyslem a spolupracovat na významných evropských a světových projektech. UCEEB přichází s originálními řešeními v oboru trvale udržitelných budov v celém jejich životním cyklu, včetně zdravého vnitřního prostředí, s ohledem na úsporu investičních a provozních nákladů a energií.

Viditelné výsledky

Centrum v průběhu své dvouleté činnosti úspěšně spolupracuje s komerčními a nekomerčními partnery, řeší několik národních i mezinárodních projektů zaměřených na výzkum a vývoj takových systémů a zařízení, díky kterým mohou uživatelé např. zajistit požadovanou tepelnou pohodu v budově při minimální spotřebě energie (řídicí systém MPC), sledovat vlhkost přímo v dřevěných konstrukcích (Moisture Guard – obr. 2), sledovat mechanické namáhání v dřevěných nosnících (Smart GLT) nebo optimálně zacházet s energií z fotovoltaického zdroje na základě předpovědi osvitu (PV Forecast).

Fotovoltaické panely a tepelné čerpadlo

Odborníci z UCEEB vyvíjejí systém kombinující fotovoltaické panely s tepelným čerpadlem, které se svým příkonem přizpůsobuje výrobě elektřiny a při nadbytku elektrické energie bere teplo z okolí a přečerpává je do podloží budovy. Pod budovou bude pomocí zaizolovaných základů o 1 m hlubších a izolované podlahy vytvořen zemní zásobník (přibližně 180 m³ zeminy). Do zásobníku se v létě bude akumulovat teplo, které bude v zimě tepelné čerpadlo využívat.  Systém pak bude v době s minimální produkcí elektřiny fotovoltaickými panely pracovat s daleko nižší spotřebou elektřiny ze sítě. Podle modelování z prvního roku projektu odborníci vědí, že mohou pokrýt více než 80 % spotřeby domu z OZE relativně levným způsobem, aniž by elektřinou plýtvali její přeměnou přímo na teplo.

Lehký obvodový plášť Envilop z obnovitelných materiálů

Dalším příkladem úspěšného vývoje a výzkumu je plně prefabrikovaný lehký obvodový plášť panelového typu Envilop s přednostním využitím obnovitelných materiálů (obr. 3). Je alternativou k tzv. Boletickým panelům, ale používá minimální množství kovových a ropných materiálů. Zachovává možnost rychlé montáže a zajišťuje nízkou energetickou náročnost budovy. Řešení je použitelné jak pro rekonstrukce budov, tak pro novostavby.

Mikroelektrárna WAVE

Mikroelektrárna WAVE, energetický zdroj do bytových domů a menších lokálních kotelen (obr. 4), je výsledkem osmiletého společného výzkumu  Fakulty strojní ČVUT a UCEEB. Pracuje na principu organického Rankinova cyklu (ORC). Jako palivo využívá biomasu, konkrétně dřevní štěpku. Produkuje 1 kW elektřiny (po odečtení všech vlastních spotřeb) a 50 kW ve formě tepla, kterým zásobuje budovu centra. Její další verzí již budou jednotky připravené do reálného provozu, které budou schopné dosáhnout čistého elektrického výkonu 2 kW. V tomto roce probíhá příprava pilotních instalací mikroelektrárny.

Nástavba ZŠ v Buštěhradě

Dalším zdařilým projektem centra bylo rozšíření kapacity Základní školy a Mateřské školy Oty Pavla v Buštěhradě. Středisko UCEEB se významně podílelo na návrhu koncepčního řešení celé stavby s důrazem na využití obnovitelných materiálů a na tvorbě energické koncepce včetně návrhu fotovoltaického zdroje. Dále se podílelo na přípravě dotační žádosti a v přípravné fázi organizovalo šetření s cílem zajistit skutečné potřeby cílových skupin, tj. učitelů, žáků a rodičů. Výsledkem byla formulace zadání pro tři architektonická studia, která předložila ideové návrhy nejen na vlastní nástavbu, ale také na celkový koncept rozvoje školy včetně řešení provozního napojení staré a nové budovy.

Administrativní budova v Jeseníku

Office Center Fenix (obr. 5) je administrativní budova v Jeseníku, která je postavená v souladu s koncepcí Nearly Zero Energy Buildings (nZEB). Je zapojena jako aktivní prvek elektrizační soustavy. Centrum UCEEB se podílelo na projektovém řízení výstavby a navrhlo systém řízení a monitorování provozu budovy, podle něhož nyní vyhodnocuje získaná data pro společnost Fenix.

Chytrá města a chytré sítě

Jednou z priorit centra je téma chytrých měst, smart cities. Multidisciplinární tým řeší koncept smart cities společně s konceptem chytrích sítí, smart grids. Zaměřuje se na návrh a řízení komplexních systémů, které přispívají ke zlepšování kvality života, a na posílení adaptability ve městě a šetření životního prostředí. Poskytuje podporu a služby svým klientům v každé fázi projektu: mapování – koncept – návrh – realizace. Centrum disponuje odborníky ze všech oborů, kterých se výstavba měst týká – od architektury přes urbanismus, stavební materiály, energetiku a technická zařízení budov až po psychologii a biomedicínu. Centrum kromě toho také úzce spolupracuje s úřady městských samospráv (municipalitami) a navazuje partnerství a spolupráci s městy, obcemi a dalšími subjekty veřejného sektoru.

 Literatura:

[1] BP Energy Outlook: 2016 Edition. Outlook to 2035 [online]. BP, p. l. c., 2016 [cit. 2017-02-25]. Dostupné z: https://www.bp.com/content/dam/bp/pdf/energy-economics/energy-outlook-2016/bp-energy-outlook-2016.pdf 

[2] Doporučení komise (EU) 2016/1318 ze dne 29. července 2016 o pokynech na podporu budov s téměř nulovou spotřebou energie a osvědčených postupů k zajištění, aby do roku 2020 byly všechny nové budovy budovami s téměř nulovou spotřebou energie. In: Brusel: Úřední věstník Evropské unie, 2016. Dostupné také z: https://www.cka.cz/cs/cka/tema-CKA/podpora-budov-s-temer-nulovou-spotrebou-energie/doporuceni-eu-komise-nzeb.pdf 

[3] EUROPEAN COMMISSION. 2013 Technology Map of the European Strategic Energy Technology Plan (SET-Plan): EUR 26345 – Joint Research Centre – Institute for Energy and Transport [online]. Luxembourg: Publications Office of the European Union, 2014 [cit. 2017--02-25]. ISBN 978-92-79-34720-7. Dostupné z: https://setis.ec.europa.eu/sites/default/files/2013TechnologyMap.pdf 

[4] DOHNAL, Radomír. Všechny nové budovy do roku 2050 budou uhlíkově neutrální. Ekologické bydlení [online]. Stará Boleslav: Chamanne, 2016 [cit. 2017-02-25]. ISSN 1803--0211. Dostupné z: www.ekobydleni.eu/domy/vsechny-nove-budovy-do-roku-2050-budou-uhlikove-neutralni 

[5] ZILVAR, Jiří. BP Energy Outlook 2016 – jaká bude energetika v roce 2035? TZB-info [online]. Praha: Topinfo, 2016 [cit. 2017-02-25]. ISSN 1801-4399. Dostupné z: http://energetika.tzb-info.cz/13868-bp-energy-outlook-2016-jaka-bude-energetika-v-roce-2035 

[6] Nová zelená úsporám: nově na výstavbu nízkoenergetických bytových domů, zelené střechy a využívání tepla z odpadní vody. Nová zelená úsporám: Oficiální web programu NZU [online]. Praha: Státní fond životního prostředí a Ministerstvo životního prostředí, 2016 [cit. 2017-02-25]. Dostupné z: www.novazelenausporam.cz/clanek/nova-zelena-usporam-nove-na-vystavbu-nizkoenergetickych-bytovych-domu-zelene-strechy-a-vyuzivani-tepla-z-odpadni-vody/ 

[7] TYWONIAK, Jan, Antonín LUPÍŠEK, Julie HODKOVÁ, Michal BUREŠ a Martin VOLF. Lehké obvodové pláště budov – pokročilá řešení s přírodními materiály. TZB-info [online]. Praha: Topinfo, 2015 [cit. 2017-02-25]. ISSN 1801-4399. Dostupné z: http://stavba.tzb-info.cz/fasadni-systemy/12877-lehke-obvodove-plaste-budov-pokrocila-reseni-s-prirodnimi-materialy 

[8] GROZMANOVÁ, Irena. Možnosti vytápění domů. Hospodářské noviny IHNED.cz [online]. Praha: Economia, 2016 [cit. 2017-02-25]. ISSN 1213-7693. Dostupné z: http://archiv.ihned.cz/c1-65433060-moznosti-vytapeni-domu 

doc. Ing. Lukáš Ferkl, Ph.D., Ing. Jana Simčinová, Univerzitní centrum energeticky efektivních budov ČVUT

Obr. 1. Celkový pohled na budovu výzkumného centra UCEEB ČVUT v Buštěhradě

Obr. 2. Moisture Guard sleduje vlhkost přímo ve stavební struktuře dřevěných konstrukcí

Obr. 3. Jižní experimentální fasáda Envilop

Obr. 4. Mikroelektrarna WAVE

Obr. 5. Office Center Fenix – administrativní budova v Jeseníku