Solárna škola pre Kargyak v Himalájach

Projekt Solárna škola pre Kargyak má zaistiť vzdelanie deťom z izolovanej himalájskej dediny, situovanej v nadmorskej výške 4 200 m n. m. V rámci projektu sa navrhla a realizovala aj energeticky sebestačná budova školy. Na jej výstavbu sa použili takmer výhradne lokálne dostupné prírodné materiály a všetky práce sa vykonávali v súlade s prírodou, to znamená bez použitia mechanizácie, len s využitím síl ľudí a zvierat. Škola sa odovzdala do užívania v septembri roku 2008 a má za sebou prvý rok prevádzky vrátane zimného obdobia, počas ktorého vonkajšie teploty v noci klesali až na –40 °C.

Ciele projektu
Projekt školy v Kargyaku vznikol ako reakcia na vysokú mieru negramotnosti v údolí Lung Nag, presnejšie v odľahlej horskej dedinke Kargyak a okolí, v oblasti Ladak a Zanskar v štáte Džammu a Kašmír v indických Himalájach. V obci nie je a nikdy nebola škola, ani v nej neprebiehala súvislá školská výučba, takže negramotnosť tu dosahuje až 90 percent. V škole sa majú vzdelávať predovšetkým deti z dedinky Kargyak, ale slúži aj deťom z okolitých dedín a dospelým.

Donedávna bola situácia v dedine taká, že ak rodičia chceli svojim deťom zaistiť základné vzdelanie, museli ich poslať do vzdialených internátnych škôl v mestách. Tieto deti sa domov dostávali len počas prázdnin alebo vôbec a po absolvovaní školy sa do dediny spravidla nevrátili, pretože tu nenašli uplatnenie a ich rodinné a sociálne väzby sa narušili. V dedine ostávali len ľudia s minimálnym vzdelaním. Keďže v horizonte desiatich rokov plánuje indická vláda postaviť v dedine cestu – jednu z hlavných budúcich komunikácií cez hory – bude potrebné, aby ľudia v oblasti mali aspoň základné vzdelanie a boli schopní obstáť v novom a cudzom svete.

Škola umožní miestnym deťom udržať kontakt s vlastnou kultúrou, rodinami a susedmi a vďaka dosiahnutému vzdelaniu im snáď pomôže nájsť si aj kvalitné uplatnenie a nebudú ďalej odsúdené vykonávať iba podradné práce.

Dedinka Kargyak sa nachádza v zrážkovom tieni v oblasti vysokohorskej púšte, v nadmorskej výške 4 200 m n. m. Vzdialenosť dediny k najbližšej ceste je tri dni chôdze. Väčšina obyvateľov je závislá od pestovania základných plodín a chovu oviec a jakov. Rodiny sú ekonomicky i energeticky sebestačné, ale vegetačné obdobie je tu veľmi krátke (maximálne 5 mesiacov). Deti preto počas leta, keď treba urobiť maximum pre zaistenie obživy rodiny, musia pomáhať rodičom na poliach. Vyučovanie má z tohto dôvodu prebiehať hlavne v zimnom období.

Ďalším cieľom projektu bolo overiť nové prístupy k výstavbe budov vo vysokohorských podmienkach a odovzdať skúsenosti miestnym pracovníkom, aby boli o niekoľko rokov schopní sami postaviť stavby podobného typu, vychádzajúce z miestnych stavebných tradícií, rešpektujúce tradičnú architektúru, materiá­ly a technológie a, navyše, prinášajúce výrazne vyšší užívateľský komfort a nižšiu energetickú náročnosť.

Projekt smeruje aj k osvojeniu skúseností s riadením a správou školy – predpokladá sa, že v období zhruba piatich rokov by miestna samospráva mala byť schopná školu prevádzkovať sama bez akejkoľvek ďalšej pomoci. Projekt okrem toho v tejto oblasti prispieva k propagácii stavieb podobného typu a v škole získané vedomosti zasa umožnia miestnym obyvateľom lepšie chápať hodnotu prírodných zdrojov a efektívne ich využívať bez doterajšieho plytvania. Budova školy sa ešte využíva aj ako spoločenské centrum a priestor pre zasadania miestnej rady.

Základná myšlienka projektu solárnej školy sa formulovala už v rámci diplomovej práce J. Tilingera. Na túto prácu nadviazalo doktorandské štúdium na Katedre konštrukcií pozemných stavieb Stavebnej fakulty ČVUT v Prahe, kde sa v rámci doktorandských aktivít pod vedením školiteľa doc. Ing. Františka Kulhánka, CSc., koncepcia riešenia podrobne rozpracovala, pripravila sa potrebná technická dokumentácia a nasledovala aj výstavba objektu školy.

Solárny skleník
Stavebným prácam predchádzal prieskum klimatických podmienok, ktorý potvrdil, že Kargyak je vhodným miestom na výstavbu budovy využívajúcej slnečnú energiu. V jeseni 2006 tu postavili pokusný solárny skleník s cieľom overiť spoluprácu s dedinčanmi a tiež otestovať využitie solárnej energie na vyhrievanie skleníka. Išlo v ňom však aj o overenie kvality miestneho stavebného materiálu a realizačný test predpokladaných stavebných technológií. Jedným z dôvodov výstavby skleníka bolo tiež zaistiť zdroje čerstvej zeleniny v zimnom období.

Hodnoty teplôt nameraných v skleníku ukázali vhodnosť koncepčného i konštrukčného riešenia skleníka aj pri teplotách hlboko pod bodom mrazu. Pri vonkajšej teplote –27 °C teplota v skleníku neklesla pod –2 °C a aj vo veľmi chladných dňoch priemerná teplota v interiéri skleníka ostávala nad bodom mrazu. Skleník od svojho uvedenia do užívania funguje nepretržite a bezporuchovo.

Architektonické a konštrukčné riešenie objektu školy
Školu od samotného začiatku koncipovali ako energeticky sebestačný objekt, to znamená ako budovu, ktorá na svoju prevádzku potrebuje minimálne množstvo energie, a navyše si túto energiu zaisťuje sama a nepoužíva nijaké externé energetické zdroje.

Dispozične je škola prízemný, čiastočne podpivničený objekt s troma triedami, chodbou, zádverím a sociálnym zariadením. Princíp vykurovania budovy je založený na využití extrémnej intenzity slnečnej radiácie, cirkulácii vzduchu vo vnútorných priestoroch a vysokej tepelnej akumulácii samotnej konštrukcie budovy.
Konštrukcia budovy solárnej školy je navrhnutá tak, aby využívala energiu priameho slnečného žiarenia. Zaistenie tepelnej pohody školy prostredníctvom slnečnej radiácie umožnilo najmä to, že dedina sa nachádza v nadmorskej výške 4 200 m n. m. Atmosféra je tu mimoriadne čistá a priemer slnečných dní v roku je viac než 300 (údaj prevzatý z dát meteorologickej stanice LeDeG v Lehu).

Obr. 2: Solárny skleník

Priestor školy sa vyhrieva slnečným žiarením prechádzajúcim zasklenou južnou fasádou. Okrem toho sa využíva prirodzená cirkulácia vzduchu vo vnútorných priestoroch – teplotu interiéru možno počas dňa regulovať pomocou ventilačných prieduchov. Celý systém vykurovania a vetrania nemá nijaké aktívne prvky, ani iné technické zariadenia a pre svoje potreby jednoduchým spôsobom využíva samospádovú cirkuláciu.

Slnečná energia zaisťuje okrem vykurovania budovy aj jej zásobovanie elektrinou, ktorá sa používa na svietenie (okruh 12 a 230 V) a napájanie rozličných elektrických spotrebičov (vrátane výpočtovej techniky). Na streche budovy sú umiestnené solárne panely poskytujúce na miestne pomery úctyhodný špičkový výkon 800 W, ktorý bez problémov pokrýva energetické nároky školy. Jedinou nevýhodou tohto riešenia je nedostatočné dobíjanie akumulátorových batérií v noci a pri občasných nepriaznivých klimatických podmienkach s nedostatočným slnečným žiarením počas dňa. Z týchto dôvodov sa v lete 2009 pri objekte inštalovala malá veterná elektráreň so špičkovým výkonom 400 W, ktorá zaistí zásobovanie energetického systému aj za uvedených nepriaznivých podmienok.

Obr. 3: Priebeh teplôt v solárnom skleníku (červenou sú označené teploty v interiéri, čiernou priebeh vonkajších teplôt)

Obr. 6: Charakteristický priebeh teplôt v budove školy

Základnú hmotu objektu tvoria dva kvádre. Južná stena je skosená a z 86 percent zasklená. Objekt je založený na základových pásoch z kamenného muriva. Zvislé nosné konštrukcie budovy tvorí obvodová stena z lomového kameňa, v interiéri sa zvislé nosné konštrukcie redukovali na drevené stĺpy. Priečky sa vymurovali z nepálených tehál.

Obvodový plášť budovy tvorí nosná časť z riadkového kamenného muriva a vnútorná akumulačná časť z nepálených tehál. Do priestoru medzi tieto dve vrstvy muriva sa vložila izolačná vrstva zo slamy.
Strešná konštrukcia je modifikovanou tradičnou konštrukciou zastrešenia, skladbu tvoria stropné trámy (z guľatiny – topoľa a vŕby), prútie a slama. Hydroizolácia strechy je zaistená vrstvou ílu s nevyhnutným spádom horného povrchu a chránenou pred vysychaním vrstvou zeminy.

Stavebný kameň sa lámal a opracúval priamo na mieste stavby, nepálené tehly (1 kus s hmotnosťou asi 25 kg) sa vyrábali na blízkom nálezisku ílu metódou zohľadňujúcou miestne podmienky. Výrobe nepálených tehál predchádzal podrobný prieskum miestnych materiálových zdrojov (nálezísk ílu) a overenie ich materiálového zloženia vrátane experimentálneho overenia mechanických vlastností vzoriek tehál v laboratóriách Stavebnej fakulty ČVUT v Prahe. Transport tehál na stavbu zabezpečili kone, osly a jaky.

Prevažná časť stavebného materiálu bola dostupná priamo v dedine (kameň, slama a íl na výrobu nepálených tehál) alebo v jej najbližšom okolí (maximálna vzdialenosť zdroja surovín od staveniska nepresiahla hodnotu jedného kilometra), ostatný materiál (drevo, sklo) sa doviezol pomocou koní alebo dopravil ľudskými silami v zime po zamrznutej rieke – týmto spôsobom sa napríklad zo vzdialenosti 50 kilometrov dopravovali drevené stĺpy a stropné trámy. Všetky stavebné práce sa robili ručne, bez použitia akejkoľvek mechanizácie.

Priebeh výstavby školy
V lete 2006 Občianske združenie Surya, ktoré sa založilo kvôli vybudovaniu solárnej školy v Kargyaku, uzatvorilo s dedinčanmi dohodu o stavbe školy. V tom istom roku sa začalo v prenajatých priestoroch provizórne vyučovanie, ktoré od jari 2007 nepretržite pokračuje.

Vo februári 2007 sa z dediny Ičar dopravili do Kargyaku po zamrznutej rieke drevené prvky na konštrukciu zastrešenia školy. Zároveň sa v tom istom čase overila funkčnosť skleníka, skompletizovali sa údaje o sledovaných teplotách a spresnil sa počet detí, ktoré budú školu navštevovať.

Na jar 2007 sa pokračovalo s dopravou stavebného náradia, stavebného dreva a zásob pre pracovníkov žijúcich v dedine. Samotní dedinčania majú v projekte presne zakotvené zmluvné povinnosti. Stavebné aktivity sa začali na jar zemnými prácami na vybranom pozemku nad dedinou a počas leta 2007 sa ručne pripravili výkopy v rozsahu asi 1 200 m3 kamenitej zeminy a základy, postavili sa tri oporné múry z lomového kameňa s celkovou dĺžkou 120 metrov. Zároveň sa optimalizovaným tradičným postupom vyrobilo 1 000 kusov nepálených tehál za použitia formy 20 × 20 × 40 cm. Tieto tehly sa na jeseň 2007 dopravili na stavenisko.

V roku 2008 sa v stavebných prácach pokračovalo. Stavebná sezóna sa začala v júni a pracovalo sa až do konca septembra. V tomto období na stavbe pracovalo 29 nepálskych a 9 indických robotníkov. Okrem toho sa na nej počas dvoch posledných rokov vystriedalo približne 80 dobrovoľníkov z Českej republiky, ale aj z iných krajín (napr. Švajčiarska, Poľska, Francúzska, USA). Miestni obyvatelia pracovali pri preprave stavebného materiálu získavaného zo zdrojov v okolí, výrobe tehál, lámaní a doprave kameňa určeného na dlažby a krytie atík. Ďalej zaistili dodávky dostupných miestnych surovín používaných pri príprave stavebných materiálov.

Skúsenosti získané pri konštrukcii a výstavbe skleníka sa uplatnili aj pri výstavbe školy, ktorá sa dokončila v septembri 2008, a odvtedy prešla viac-menej bezproblémovo zaťažkávacou zimnou skúškou. Aj počas mrazivých zimných nocí býva nadránom v triedach 12 °C a za priaznivých slnečných podmienok počas dňa teplota stúpne na príjemných 18 až 23 stupňov.

Záver
Budova solárnej školy v Kargyaku po roku používania ukazuje reálnosť zámeru vybudovať vo vysokohorskom prostredí energeticky sebestačný objekt s minimálnymi požiadavkami na spotrebu energie. Objekt sa vybudoval s použitím tradičných miestnych materiálov a technológií a s rešpektom k tradičnej architektúre.

Solárna energia zaisťuje elektrinu aj vykurovanie budovy v rozsahu potrebnom na prevádzkovanie školy.

V prípade extrémnych klimatických podmienok sa využíva aj prúd z novoinštalovanej veternej elektrárne, prípadne sa v ranných hodinách škola krátkodobo vykúri bežne používanou plechovou pecou, spaľujúcou sušený jačí trus. Vnútorné prostredie školy je výrazne lepšie ako v tradičných obydliach miestnych obyvateľov, kde sa na varenie a vykurovanie používajú plechové pece a na ich zapálenie dokonca petrolej. V dôsledku jeho nedokonalého spaľovania a nedostatočného vetrania sú miestnosti zvyčajne veľmi zadymené, odhliadnuc od nepriaznivého vplyvu spaľovania petroleja na životné prostredie.

Novovzniknutá budova školy by mala slúžiť ako prototyp ďalších podobných stavieb v tejto oblasti a zároveň ako dôkaz, že takýto typ budov možno stavať aj v klimaticky podobných oblastiach – základným predpokladom je však vysoký počet slnečných dní a malé množstvo dažďových zrážok. Podobný postup výstavby možno použiť aj pri ďalších obytných budovách, pričom materiály sa dajú nahradiť inými s potrebnými technickými vlastnosťami.

Poznatky získané pri výstavbe môžu miestni obyvatelia aplikovať aj pri rekonštrukciách či výstavbe nových domov. Mimochodom, solárny skleník už ako model poslúžil pre podobné stavby v niekoľkých ďalších dedinách.

Občianske združenie Surya celú stavbu realizovalo zo sponzorských darov a dobrovoľných príspevkov. Rovnakým spôsobom v súčasnosti financuje aj prevádzku školy vrátane jej vybavenia, školských pomôcok a platov miestnych i českých učiteľov.

Solárna škola v Kargyaku je v súčasnosti jedinou školou v regióne s bezproblémovou celoročnou prevádzkou. Veľmi intenzívne sa využíva ako miesto výučby nielen detí, ale aj základného vzdelávania dospelých obyvateľov Kargyaku a jeho širokého okolia.

Ing. Jan Tilinger, doc. Ing. František Kulhánek, CSc, Stavebná fakulta ČVUT v Prahe

Článok bol uverejnený v knižnej publikácii Stavebnícka ročenka 2010.