Národní technická knihovna v Praze

Nová budova technické knihovny v Praze je jednou z nejvýraznějších staveb dokončovaných v tomto roce. Široké veřejnosti je známa nejen proto, že jí má v budoucnu sloužit, ale i proto, jak vypadá. Její zvláštní oválný tvar krytý atypickým průhledným pláštěm zaujme na první pohled. Návštěva interiéru pak pocit z výjimečné budovy ještě umocňuje. Netradiční je také řešení systémů TZB, které klade důraz na jednoduchost a energetické úspory.

Dne 9. 9. 2009 se veřejnosti otevře novostavba Národní technické budovy v Praze – Dejvicích. Knihovna v centru kampusu technických vysokých škol (ČVUT a VŠCHT) nabídne veřejnosti nejen prostor ke studiu technické literatury, ale také další doplňkové funkce, které zvýrazní její poslání jako místa pro setkávání a komunikaci.

Architektonický návrh
Budovu knihovny navrhl ateliér PROJEKTIL architekti, který navrhoval též knihovnu v Hradci Králové (2008) a Centrum ekolo­gických aktivit města Olomouce Sluňákov (2007). Na všech těchto realizacích je patrná snaha o integrální řešení kvalitní architektury s její estetickou i technickou složkou.

Projekt Národní technické knihovny v Dejvicích zvítězil v anonymní architektonicko-urbanistické soutěži v roce 2000. Knihovna je navržena v obrysu oválného čtverce o vnějších rozměrech přibližně 75 × 75 m. Objekt má šest nadzemních a tři podzemní podlaží. První a druhé nadzemní podlaží má veřejný charakter s doplňkovými funkcemi (kavárna, přednáškový sál, výstavní prostor, pobočka městské knihovny, noční studovna) a dává prostor pro volnou komunikaci a setkávání návštěvníků areálu vysokých škol a knihovny.

Vlastní provoz knihovny začíná na úrovni 2. podlaží. V dalších nadzemních podlažích jsou umístěny především volné výběry fondu knihovny, studovny, učebny a administrativní zázemí knihovny. V podzemí je střed vyhrazen pro zázemí knihovny (sklady knih, technologie) a obvod podzemnímu parkovišti.
Navržený tvar a uspořádání budovy NTK je reakcí na její umístění a typologii, kterou v sobě skrývá. Tvar hranolu na půdorysu sférického čtverce navozuje pocit ochrany a soustředění, pro knihovnu velice důležitý.

Knihovna je centrem informací nejen okolních budov vysokých škol, je i společným servisem pro různé technické vědy. Proto budova není jasně orientována, nemá hlavní fasádu. Vstupuje se do ní čtyřmi vstupy – není definován hlavní vstup. Fasáda knihovny je neprodyšně, i když průhledně až průsvitně uzavřena obíhajícím skleněným pláštěm. Je použita velkorozponová předepjatá konstrukce 15 × 15m, která umožňuje výraznou variabilitu vnitřního prostředí, měřítkově odpovídá velkým prostorům a podporuje vyznění fasády.

Vnitřní řešení kompaktnost budovy využívá a doplňuje. Studijní a administrativní místa s potřebou dobrého osvětlení jsou soustředěna v místech s přirozeným osvětlením, knihy v regálech jsou naopak umístěny v hloubce dispozice. Návštěvník volně prostupuje obvodovým pláštěm a jasně určenými prostory (funkcí i výrazem) interiérem, který mu usnadňuje navigaci. Studijní místa jsou navržena v různých polohách s různým typem sezení, což umožňuje najít si prostor podle své nálady nebo nátury.

Konstrukční řešení a technologie
Po vítězství v architektonické soutěži byl projekt asi čtyři roky na okraji zájmu politiků. Po jeho obnovení došlo k přehodnocení některých jeho částí – příliš sofistikovaná řešení byla opuštěna pro malou prokazatelnost jejich vhodnosti. Původní energetický koncept spočíval ve dvojité fasádě s ventilátory, které měly dopravovat vzduch uvnitř vzduchové mezery v zimním a přechodném období z osluněné na neosluněnou fasádu. Hlavní myšlenkou byla minimalizace tepelných ztrát a předehřev větracího vzduchu pro vzduchotechnická zařízení.

Po zkušenostech s jinými objekty autoři dospěli k názoru, že dvojitá fasáda není z energetického hlediska u knihovny odůvodnitelná  a jsou i jiné možnosti, jak udělat tento objekt energeticky úsporný. Použité konstrukční řešení podporuje použití technologií (navržené odkryté stropy) a díky malému počtu vertikálních prvků (stěny, sloupy) a jejich pravidelnému umístění je flexibilní pro současné řešení interiéru i jeho budoucí úpravy.

Návrh fasády je výsledkem intenzivního kritického hodnocení účinku fasádního pláště na vnitřní prostředí objektu. Oproti dnes už překonanému schématu dvojité fasády nabízí výbornou regulaci energetických zisků budovy vyváženým procentem pevné části a zejména mobilním stíněním, krytým vnějším pláštěm, které je napojeno na celkový řídicí systém budovy a může tak reagovat i v potřebném předstihu. Střecha je navržena jako přirozená „pátá“ fasáda objektu. Použití extenzivní zeleně slouží k akumulaci a zpomalení odtoku dešťové vody.

Úspornost i estetika
Specifický tvar domu ukazuje dva úsporné aspekty. Návrhem jednoho „hutného“ objektu došlo k minimalizaci zastavění pozemku, který tak může v přední části sloužit pro sociální aktivity a v zadní části vznikl park se vzrostlými stromy a plochami zeleně. Vnější obvod, který se blíží kružnici, vykazuje minimalizaci ochlazované plochy při maximálním vnitřním objemu. Již silueta domu tak úspornost „vyzařuje“.

Vnitřní řešení kompaktnost budovy dále využívá a doplňuje. Studijní a administrativní místa s potřebou dobrého osvětlení jsou soustředěna v místech s přirozeným osvětlením, knihy v regálech jsou naopak umístěny v hloubce dispozice. Omezuje se tak potřeba umělého osvětlení, a tím i potřeba energie. Noční studovna je navržena jako samostatný prostor v přízemí. Díky tomu může knihovna sloužit i v nočních hodinách a je přitom používána pouze nezbytně velká část budovy.

Jedním z konceptů, na kterých budova NTK stojí, je záměrné vytvoření jakési stavební příručky v praxi (a to i proto, že leží v areálu technických vysokých škol). Samozřejmě stavební příručkou prezentující současné technologické trendy stavebnictví. Záměrem energetického řešení je chytře používat běžné, cenově přístupné a prověřené technologie, a tím získat nejen provozně úsporné řešení, ale navíc i řešení maximálně spolehlivé.

Architektonické řešení z hlediska energetické náročnosti
Energetická náročnost budovy je dána především architektonickým návrhem, fyzikálními vlastnostmi použitých stavebních materiálů a jejím provozem. Budova NTK je architektonicky řešena jako kompaktní celek s minimálním členěním. Tím je dosaženo velice dobrého poměru plochy obvodových konstrukcí ke kubatuře a k užitné ploše objektu. Energeticky výhodné je i oddělení prostor podzemních garáží technickým podlažím od nadzemní části objektu, která má vyšší nároky na vnitřní prostředí.

V nadzemních podlažích je při dispozičním řešení respektována orientace budovy ke světovým stranám. Velkoprostorové místnosti jsou umístěny u JV, JZ a SZ fasád, kancelářské prostory jsou situovány k fasádě SV. Tím se snižuje jejich tepelná zátěž z vnějšího prostředí (sluneční záření) a zároveň se dosáhne rovnoměrnějšího osvětlení, především kanceláří, během dne a v průběhu roku.

K minimalizaci energetické náročnosti rovněž přispívá umístění velkoplošných místností u vnějšího obvodového pláště s orientací JV, JZ a optimalizovaná plocha transparentních výplní v 2. až 6. NP, která nepřesahuje 50 až 70 % plochy obvodového pláště příslušejícího danému prostoru. Transparentní plochy obvodového pláště jsou opatřeny účinnou ochranou proti tepelným ziskům z vnějšího prostředí (vnější clonění).

Provoz budovy a parametry vnitřního prostředí
Provoz budovy (počet osob, provozní doba) a zvolené parametry vnitřního prostředí (teplota, relativní vlhkost) ovlivňují nejen spotřebu energií, ale mají přímý vliv na volbu vytápěcích a chladicích zařízení, výši instalovaného výkonu, a tím i výši prvotních investic. Je třeba pečlivě zvážit, jaké budou provozní doby, především v letních měsících, a jaká bude návštěvnost v průběhu celého roku. Rovněž při zadání parametrů vnitřního prostředí je třeba zvážit, zda je nutno striktně dodržovat v daném prostoru teplotu a relativní vlhkost v úzkých hranicích a zda je přípustné krátkodobé vybočení ze zadaných hranic. Daleko důležitější než udržovaní teploty a relativní vlhkosti v úzkých hranicích je zamezit skokovým změnám, což je při daném architektonickém řešení zaručeno.

Řešení systémů TZB
Optimalizované architektonické a konstrukční řešení umožňuje nejen účinné využívání akumulačních schopností budovy, ale vedle klasických systémů pro vytápění, chlazení a klimatizaci i aplikaci systémů, které jsou zatím v České republice málo známé – velkoplošné systémy vytápění a chlazení místností doplněné o plně automatické přirozené větrání. Přirozené větrání je zároveň využíváno pro noční předchlazování betonových konstrukcí v letním období. Navržené řešení vede ke snížení instalovaného chladicího a topného výkonu při zachování tepelné pohody.

Sálavé teplo a chlad z obvodových stavebních konstrukcí umožňují v otopném období vytápět místnosti na nižší teplotu (o 2 až 4 °C) a naopak připustit vyšší teplotu v letním období (o 1 až 2 °C) při zachování tepelné pohody, neboť výsledná teplota, kterou v daném prostoru pociťujeme, je dána nejen teplotou vzduchu v daném prostoru, ale i teplotou povrchů, které nás obklopují.

V budově bylo použito několik nekonvenčních technologií. Nachází se zde například jedna z prvních aplikací asfaltového teraca, tzv. bituteraca – materiálu, který se pokládá za teploty kolem 250 °C a výrazně snižuje hladinu hluku v budově. Jinou zajímavostí je požární řešení objektu, které zamezí zničení knižního fondu, k němuž by mohlo dojít při hašení vodou. Knihovna je totiž vybavena vysokotlakým mlhovým samočinným hasicím zařízením, které je v případě zásahu šetrnější, nevyžaduje velkou kapacitu zásobní nádrže a umožňuje rozvod vedení po celé budově.

U budovy NTK byla pro vytápění a chlazení prostorů pro volný výběr knih a kancelářských prostor navržena aktivace betonového jádra doplněná topnými registry. V kombinaci s velkorozponovou konstrukcí s modulem 15 x 15 m a s oboustranně předepnutou stropní deskou se jedná dle dostupných informací o první stavbu tohoto druhu ve světě.

Aktivace betonového jádra
Během krátké doby se chlazení a vytápění místností pomocí aktivace betonového jádra (TABS) stává v západní Evropě stále častěji konkurencí klasických klimatizačních systémů. Při TABS je potrubí pro vytápění a chlazení integrováno přímo ve stavební konstrukci, většinou v neutrální ose betonových stropů. Topné nebo chladicí médium odevzdává akumulační hmotě stavební konstrukce teplo nebo chlad. Potrubí z plastu, většinou dimenze 20 x 2 mm nebo 17 x 2 mm, je vkládáno do stavební konstrukce zároveň s armováním, a to buď ručně, nebo ve formě topných registrů. Běžná rozteč potrubí je 150 mm. Topné registry jsou dodávány na stavbu předhotovené. Systémy s vloženým potrubím ve stavební konstrukci jsou známy již dlouhou dobu, především pod označením Crittall. Jejich většímu rozšíření však bránila nejen materiálová základna (ocelové potrubí), ale i vysoká energetická náročnost budov a tehdejší systémy měření a regulace.

Aktivace betonového jádra je vhodná pro kompaktní budovy s nízkými tepelnými ztrátami a nízkými tepelnými zisky, s velkoprostorovými kancelářemi, studovnami, výstavními sály apod. Dále je vhodná pro prostory, které nemají požadavek na přesnou regulaci teploty v jednotlivých místnostech v letních měsících. Pro případ vytápění je nutné kombinovat tento systém s jiným systémem (VZT, otopné plochy).

Použití aktivace betonového jádra pro budovu NTK nebylo původně plánované. Nicméně v přestávce mezi první variantou projektu a začátkem realizace jsme celou věc s investorem znovu konzultovali a následně změnili zadání. S architekty jsme se soustředili na úpravu dispozic a rozložení instalačních šachet, celoplošné prosklení bylo z velké části nahrazeno fasádou s parapety, individuální studovny byly přemístěny od fasády k atriím, prostory se stejnými funkcemi a s vysokými nároky na větrání a chlazení byly soustředěny do celků u instalačních šachet. Tím byly sníženy energetické nároky natolik, že bylo možno nejen minimalizovat zdroj tepla a chladu, ale pro chlazení a temperování mohla být zvolena aktivace betonových ploch (TABS).

Pro TABS byla zvolena dimenze potrubí 20 × 2 mm a rozteč 200 mm. Potrubí bylo vkládáno do stavebních konstrukcí ručně. Jednotlivé sekce potrubních celků odpovídají sekcím postupu betonáže. V každé sekci je několik okruhů délky cca 80 m. Celkový počet okruhů je 970. Konce okruhů jsou vyvedeny buď do zdvojené podlahy, nebo pod strop (6. NP), kde jsou napojeny na rozdělovač nebo sběrač. Cel­kem bylo položeno téměř 50 000 m potrubí.

Větrání a klimatizace
Pro větrání byl zvolen tzv. hybridní systém, tzn. minimalizace strojního větrání a zároveň využití plně automatizovaného přirozeného větrání okny v přechodném období. Okna jsou opatřena auto­matickou regulací, která zajišťuje jejich otevírání podle okamžité potřeby. V létě umožňuje využít noční chlazení, při dešti a nepříznivém počasí automatická regulace zajistí jejich zavření.

Prostor studoven i kanceláří je s vnitřním atriem
propojen soustavou otevíratelných otvorů, které umocňují provětrávání budovy při přirozeném větrání. Ve větších studovnách a také ve vstupní hale jsou pod stropem umístěny jednoduché směšovací vrtule pro intenzifikaci proudění vzduchu v daném prostoru. Hlavní přednáškový sál je větraný nuceným systémem, ale i zde jsou otevíratelná okna a prvky hybridního větrání, které umožní větrání prostoru v případě selhání systému nuceného větrání či v přechodovém období, kdy má venkovní vzduch příznivou teplotu.

Použití aktivace betonového jádra a hybridního systému výrazně snížilo množství instalovaných TZB zařízení – ve srovnání s budovou podobného charakteru přibližně na jednu polovinu. Tento fakt je dobře patrný v technickém zázemí budovy – strojovně, která je v porovnání k velikosti budovy překvapivě malá.

Ing. arch. Petr Lešek, Ing. Jan Žemlička
Foto: Petra Šťávová a archiv autorů

Autoři působí ve firmách Projektil Architekti, s. r. o., a Zemlicka + Pruy, GmbH.

Článek byl uveřejněn v časopisu TZB HAUSTECHNIK.