Poznáme víťaza architektonickej súťaže Český ostrovný dom

6. apríla 2018

Partneri sekcie:

Svet, v ktorom domy vyrábajú celoročne toľko energie, že nielenže pokryjú svoju spotrebu, ale prebytkami lokálne pomáhajú aj okolitým budovám a elektrickú sieť používajú len ako záložný zdroj. Zároveň minimalizujú spotrebu pitnej vody a bez toho, aby znižovali bežný životný štandard, maximálne využívajú dažďovú vodu. Toto všetko bolo témou študentskej architektonickej súťaže Český ostrovný dom. Predstavujeme vám víťazný projekt, za ktorým stoja študenti Stavebnej fakulty ČVUT v Prahe.

Víťazná práca rieši návrh energeticky hospodárneho rodinného domu vo Vrcove. Koncept vychádza z princípov tzv. ostrovných domov pri zachovaní komfortu štandardne „pripojenej“ domácnosti. V návrhu sa spojilo pokrokové, dômyselné a plne funkčné riešenie, ktoré v maximálnej miere zabezpečuje sebestačný a úsporný dom.

Rodinný dom pre štvorčlennú rodinu je usporiadaný do dvoch podlaží, resp. prízemia a podkrovia. Projekt reaguje na spôsob života investora a spĺňa jeho požiadavky. V podstate ide o súčasnú formu rodinného bývania na vidieku, využívajúcu novodobé poznatky z oblasti udržateľnej výstavby, reagujúcu na kontext miesta a v nadväznosti na to ponúkajúcu komfort bývania v úzkom kontakte s prírodou. Pri návrhu sa tak zohľadňovala aj požiadavka splynutia objektu s miestom, využitia lokálnych materiálov a technológií či vhodnej orientácie na svetové strany a využitia slnka.

Idea

Tvar budovy vychádza zo základnej idey, ktorá sleduje priechodnosť medzi jednotlivými časťami objektu, záhradou a prístupovou cestou a zohľadňuje životný štýl i potreby majiteľov. Túto „križovatku” tvorí zasklená časť spájajúca hlavnú, dvojpodlažnú hmotu objektu (1. NP + podkrovie) s druhou, čiastočne dvojpodlažnou hmotou, v ktorej je umiestnený prístrešok pre auto, garáž, dielňa, stajňa pre ovce a v 2. NP nad garážou pracovňa/izba pre hostí (počíta sa pri nej s občasným užívaním). Návrh akceptuje logické súvislosti medzi umiestnením domu na pozemku a jeho orientáciou, výslednou hmotou rozmiestnenia, veľkosťou okenných a dverných otvorov a celkovým princípom fungovania objektu. Snahu prispôsobiť sa okoliu dopĺňajú novodobé materiály, konštrukcie a energeticky čo najúspornejšie technológie.

Južný pohľad

Západný pohľad

Riešenie

Finálne technické riešenie je výsledkom skúmaní mnohých variantných riešení a zohľadňuje aj odporúčania poroty.

Konštrukčno-technologické riešenie

Navrhujú sa predovšetkým takéto prvky:

peletkové kachle,
solárne fotovoltické panely (inštalovaný výkon 5,3 kWp),
automatické žalúzie v oknách, obmedzený počet a rozmery okenných otvorov na južnej a západnej strane,
posuvné tienenie, ktoré chráni pred prehrievaním obývacej izby a priedomia, jeho súčasťou sú fotovoltické články,
posuvný systém vonkajšieho tienenia s bielou textíliou,
fotovoltické články zabudované do skiel, zasklené spojovacie časti objektu, tienenie roletami,
závetrie – ochranná zasklená časť chrániaca pred poveternostnými vplyvmi a zmenšujúca teplotné rozdiely,
presah strechy nad priedomie – ochrana proti nepriaznivým poveternostným vplyvom a prehrievaniu v lete.

Z konštrukčného hľadiska je dôležité aj použitie stavebného systému Novatop z veľkoformátových komponentov vyrábaných z krížom vrstveného masívneho dreva. Systém eliminuje chyby bežných drevostavieb a zásadne zvyšuje kvalitu hotových stavieb. Z dôvodu zachovania dreveného vzhľadu v interiéri vedie vzduchotesná obálka po vonkajšej hrane konštrukcie.

Konštrukčno-technologické riešenie

Konštrukčno-technologické riešenie

Vodné hospodárstvo

Primárnym cieľom návrhu hospodárenia s vodou v objekte je jej opätovné využitie. V rámci objektu je navrhnutá čistička odpadových vôd s prečerpaním do retenčnej nádrže a s prepadom do vsakovacích prvkov. Do retenčnej nádrže sa odvádza prečistená odpadová aj dažďová voda zo striech objektu, ktorá prechádza zároveň čistiacimi filtrami. Voda v retenčnej nádrži je primárne určená pre potreby objektu (splachovanie WC, umývanie osôb…), ale aj na využitie v záhrade. Na zásobovanie objektu pitnou vodou sa počíta s vybudovaním studne a v prípadoch extrémneho sucha s pripojením objektu na verejný vodovod.

V rámci drobných úspor energie na prípravu teplej vody sa počíta s inštaláciou tepelného výmenníka na výtoku odpadovej vody z vane, ktorý odovzdá tepelnú energiu súbežne vedenému prívodu studenej vody. Na získanie úspor energie pri čerpaní vody na splachovanie WC sa navrhla akumulačná nádržka na vodu v 2. NP objektu. Takéto opatrenie slúži na využitie elektrickej energie v čase prebytku na prečerpanie vody z retenčnej nádrže mimo objektu do akumulačnej nádržky, z ktorej voda už gravitačne steká do nádržky WC na oboch podlažiach. Vodu možno využiť aj na napojenie na práčku v 1. NP.

Medzi prvky hospodárenia s vodou partia:

Membránová ČOV: 4,0 EO
Retenčná nádrž: 10,0 m³
Akumulačná nádrž – úžitková voda (WC, práčka): 0,2 m³
Studňa
Vodovodná prípojka

Celková spotreba vody je 360 l/deň.

Schéma využitia vody

Energetická spotreba v dome

Hlavným zdrojom tepla na vykurovanie rodinného domu sú kozubové kachle na peletky s automatickým doplňovaním elektrickým podávačom. Kachle majú zabudovaný teplovodný výmenník, ktorým sa cez rozdeľovač/zberač rozvádza vykurovacia voda do jednotlivých vetví podlahového vykurovania a do akumulačnej nádrže s vnoreným zásobníkom na teplú vodu.

Akumulačná nádrž sa v čase mimo zakúrenia v kachliach nahrieva pomocou elektropatróny. Ako primárny zdroj elektrickej energie slúži malá fotovoltická elektráreň, ktorá v čase prebytku slnečnej energie ukladá transformovanú energiu do batériového úložiska, prípadne do elektromobilu. V prípade nedostatku elektrickej energie z fotovoltickej elektrárne bude slúžiť zriadená prípojka na elektrickú rozvodnú sieť.

Systém distribúcie elektrickej energie k jednotlivým spotrebičom sa riadi a monitoruje inteligentným systémom. Ten rozhoduje o využití elektrickej energie z fotovoltickej elektrárne či siete a vypína nepotrebné spotrebiče.

Na vykurovanie a prípravu teplej vody v pracovni sa z dôvodu jej občasného využívania zvolila elektrická energia. Počíta sa s vykurovaním podlahovými elektrickými rohožami a s prípravou teplej vody elektrickým bojlerom.

Zdroj tepla na vykurovanie a prípravu teplej vody (kozubové kachle na peletky) má nasledujúce parametre:

Výkon: 0,5 – 17,5 kW
Sálavé teplo do miestnosti: 2 – 3,5 kW
Účinnosť: 90 %
Spotreba peletiek: 0,2 – 4,7 kg/h

Osvetlenie

Osvetlenie domu je základným prvkom kvality bývania, zároveň pomáha prepojeniu interiéru s exteriérom, čo je jedným z hlavných cieľov projektu. V 1. NP je navrhnutá otvorená dispozícia, ktorá pomáha kvalitnému osvetleniu z juhu a severu. Na každej zo svetových strán sa odohráva iný príbeh a práve v interiéri sa prepájajú. Štúdia Daylight factoru (činiteľ dennej osvetlenosti) poslúžila pri návrhu tienenia (predsadené konštrukcie) tak, aby sa dosiahlo tienenie pri slnečnom žiarení, ale aby sa nezastavil tok všadeprítomného svetla do interiéru. Kvalitné osvetlenie pritom pomáha psychickej pohode a zároveň minimalizuje potrebu svietiť umelým svetlom.

Tepelnotechnické riešenie

V rámci rozhodovania o tepelnotechnických vlastnostiach objektu sa vykonala optimalizácia obalových konštrukcií budovy. Pri variantoch 1 a 2 sa zvolilo zateplenie konštrukcií na odporúčané hodnoty súčiniteľa prechodu tepla konštrukciou. Ďalšie varianty 3 a 4 zahŕňali návrh zateplenia konštrukcií na hornej hranici odporúčaných hodnôt pri pasívnych domoch. Posledné dva varianty 5 a 6 boli navrhnuté tak, aby splnili dolnú hranicu odporúčaných hodnôt súčiniteľa prechodu tepla konštrukciou pri pasívnych domoch. Varianty sú v kombinácii s inštaláciou otvorových výplní s tepelnoizolačnými dvojsklami (varianty 1, 3 a 5) a trojsklami so zvýšeným solárnym faktorom (varianty 2, 4 a 6). Finálne rozhodnutie pre variant 6 padlo z dôvodu najlepších tepelnotechnických vlastností. Tento variant spadá už do kategórie pasívnych domov. Návrh obalových konštrukcií s lepšími tepelnotechnickými vlastnosťami je vhodný s ohľadom na nízke prevádzkové náklady technológií v dome.

Graf tepelných strát

Spotreba elektrickej energie

Po diskusii nasledujúcej po prvej prezentácii projektu v 2. kole a odporúčaniach poroty sa navýšil počet fotovoltických panelov na 20, výsledný inštalovaný výkon je 5,3 kWp. Na výpočty spotreby elektrickej energie v dome sa vytvorili varianty užívania objektu v letnom a zimnom období. Rozdielne predpoklady v rozložení spotreby energie možno pozorovať aj pri bežnom pracovnom dni a cez víkend.

Jednotlivé varianty sa rozpracovali v rámci predpokladanej hodinovej spotreby elektrickej energie. Hlavným zdrojom na výrobu elektrickej energie je malá fotovoltická elektráreň, ktorá pozostáva z fotovoltických panelov na strešnej konštrukcii a z polopriepustnej fotovoltickej fólie, umiestnenej na posuvnom tienení.

Schéma energetickej spotreby v dome

Podľa predpokladov vychádza celková denná spotreba elektrickej energie pravdepodobne vyššia, než by bola v skutočnosti. Zahrnuté sú aj spotrebiče, ktoré sa nemusia užívať súčasne v ten istý deň, takže o tieto spotrebiče sa celková suma spotreby energie zvyšuje. Ďalej je tu systém inteligentného vypínania, ktorý zníži spotrebu elektrickej energie pri spotrebičoch, ktoré nemusia byť stále zapnuté (tento systém ich v správnom čase vypne).

V letnom období vznikajú určité prebytky solárnej energie, ktorú možno ukladať do akumulátorových batérií na neskoršie využitie. Ďalšou možnosťou je ukladať energiu do elektromobilu, ktorý bude v čase najväčších prebytkov solárnej energie pripojený na fotovoltickú elektráreň a bude sa z nej dobíjať. Pri extrémne veľkých ziskoch a nízkej spotrebe elektrickej energie možno počítať s vykurovaním akumulačnej nádrže pomocou elektropatróny, a tým uskladniť energiu „do vody“.

Letná prevádzka má nasledujúce charakteristiky:

Spotreba v dome: 17,8 kWh
Výroba 20 panelov: 36,9 kWh
Maximálna potreba uloženia energie: 31,8 kWh
Kapacita batérií: 25,0 kW

Hodinový graf spotreby elektrickej energie v dome – letný pracovný deň

Hodinový graf spotreby elektrickej energie v dome – letný víkendový deň

Zimná prevádzka má nasledujúce charakteristiky:

Výroba 20 panelov: 29,8 kWh
Prebytky elektrickej energie: 13,4 kWh
Spotreba energie mimo výroby: 9,3 kWh
Ukladanie energie: 4,2 kWh

Hodinový graf spotreby elektrickej energie v dome – zimný pracovný deň

Hodinový graf spotreby elektrickej energie v dome – zimný víkendový deň

Vzduchotechnika

V hlavnej hmote domu je navrhnuté nútené vetranie s rekuperáciou. Vetracia jednotka je umiestnená na 2. NP, do podkrovného priestoru. Všetky rozvody vzduchu na 2. NP sa vedú v podkrovom priestore. Rozvody vzduchu na 1. NP sa vedú v dutine stropnej konštrukcie. Objemy vetraného vzduchu sa zvolili tak, aby spĺňali minimálne hygienické požiadavky. Pri vypnutí núteného vetrania možno dom priečne prevetrávať na 1. NP alebo pomocou strešných okien. Z dôvodu nepravidelného užívania pracovne sa tu ponechalo prirodzené vetranie oknami.

Český ostrovný dom

Súťaž dáva študentom priestor skúmať možnosti sebestačných domov, ktoré sa nemusia spoliehať na obecnú alebo mestskú infraštruktúru, ale starajú sa samy o seba. Tento proces prináša mnoho užitočných poznatkov, ktoré sú potom aplikovateľné aj do bežnej zástavby. Všetky aktivity projektu pomáhajú šíriť nápady smerujúce k šetrnejšej prevádzke stavieb pri zachovaní moderného štandardu života.

Druhý ročník súťaže oslovil počas workshopov viac než 350 študentov architektúry a staviteľstva, a priniesol dvadsať prepracovaných konceptov hospodárnych rodinných domov. Porota z nich nakoniec vybrala šesť najlepších. Víťazom sa stal tím Kristýny Ulrychovej, Josefa Konečného a Matouša Juráňa, študentov SvF ČVUT v Prahe. Ich vízia zaujala porotu nielen svojou podobou, ale najmä inteligentne vymysleným systémom fotovoltických panelov v kombinácii s domácim batériovým úložiskom.

A hoci žiadny zo súťažných projektov nemožno brať ako hotovú vec (ide o súbor nápadov a možných riešení, ktorý by sa musel pri realizácii výrazne dopracovať), je dôležité, čo sa študenti naučia a čo sa dozvie verejnosť. Aj preto si možno všetky projekty v plnej podobe stiahnuť na webových stránkach súťaže.

Text vznikol z podkladov víťazného projektu súťaže Český ostrovný dom 2017 autorov Kristýny Ulrychovej, Josefa Konečného a Matouša Juráňa.
Obrázky: projekt

Článok bol uverejnený v časopise TZB Haustechnik 1/2018.