Univerzitní centrum energeticky efektivních budov ČVUT v Praze

Univerzitní centrum energeticky efektivních budov je nově vzniklý interdisciplinární výzkumný ústav ČVUT v Praze zaměřený na energeticky efektivní budovy se zdravým vnitřním prostředím, které jsou zároveň šetrné k životnímu prostředí. Hlavní motivací pro založení Centra je potřeba vývoje nových technologií pro snížení energetické náročnosti budov a zefektivnění využívání přírodních zdrojů při nové výstavbě i rekonstrukcích staveb. V centru se sdružují experti z oblasti architektury, stavebnictví, strojírenství, informačních technologií a hygieny vnitřního prostředí. Pracovníkům poskytne zázemí nově budovaný vědecko-výzkumný komplex v Buštěhradě, ve kterém bude nainstalováno špičkové přístrojové vybavení.

 Centrum bude mimo jiné vybaveno i na testování stavebních elementů v reálném měřítku, které umožní získání spolehlivých informací o funkčních parametrech materiálů, konstrukcí, navrhovaných energetických systémů a systémů inteligentního řízení včetně jejich dopadů na kvalitu vnitřního prostředí budov i na životní prostředí. Jako součást centra byl navržen energetický systém, který poslouží zároveň jako experimentální zařízení pro výzkum interakce zdrojů energie s budovou a nadřazenou energetickou sítí.

Univerzitní centrum energeticky efektivních budov (UCEEB) je nový ústav Českého vysokého učení technického v Praze. Vznikl ve spolupráci čtyř fakult: stavební, strojní, elektrotechnické a fakulty biomedicínského inženýrství.

UCEEB bylo zřízeno v rámci Operačního programu Výzkum a vývoj pro inovace MŠMT jako jedno z regionálních vědeckovýzkumných center excelence. Hlavním posláním centra je přispět ke snížení spotřeby energie a zatížení životního prostředí ve stavebnictví. Toho bude docíleno výzkumem zaměřeným na nové technologie pro energeticky úsporné budovy s důrazem na zdravé vnitřní prostředí.

Výzkumné aktivity a přístrojové vybavení centra
UCEEB startuje s pěti základními výzkumnými aktivitami, jejichž přehled a zároveň i souhrn přístrojového vybavení sumarizuje tab. 1. Výzkumné skupiny zastupují jednotlivé aspekty technologií energeticky efektivních budov. Zjednodušeně lze hovořit o architektuře a energetické náročnosti v širším měřítku, energetických a inteligentních řídicích systémech, vnitřním prostředí, materiálech a konstrukcích. Při řešení konkrétních výzkumných úkolů pro průmyslovou sféru budou skupiny podle potřeby úzce spolupracovat v individuálně sestavených týmech.

Budova jako příklad a experiment
Koncept
Výběr lokality pro umístění centra probíhal v souladu se zásadami udržitelné výstavby, tedy s důrazem na minimální zábor zemědělsky využitelné půdy. Centrum se v tomto ohledu snaží jít příkladem – pozemek pro výstavbu je brownfieldem v těsném sousedství kladenské Poldovky.

Vzorem se chce stát budova centra a názorně ukázat nejnovější trendy a dostupné technologie v oblasti energetických úspor ve stavebnictví. Celá stavba je navržena v nízkoenergetickém standardu a s využitím přírodních obnovitelných stavebních materiálů (převážně dřeva). Celý objekt centra bude navíc maximálně využit pro experimentální účely, a to včetně budovy samotné.

Umístění
Stavební pozemek je rozdělen na několik částí s různým určením. K východu je orientovaná vstupní část s přístupem pro pěší a parkovištěm zaměstnanců i návštěvníků. Tato část pozemku, ležící mezi komunikací a vlastní stavbou, je veřejně přístupná, s komponovanou parkovou úpravou a vodní plochou, sloužící zároveň jako požární nádrž. Západní část pozemku – za budovou – je oplocena a slouží jako venkovní manipulační i testovací plocha.

Architektonická koncepce
Hlavní hmotou budovy je blok testovací haly vysoký devět metrů, ke kterému jsou na severní a východní straně připojeny nižší přízemní části se specializovanými laboratořemi a výukovou místností. Dominantu sestavy tvoří administrativní křídlo, položené – jako dřevěný hranol se šikmo seříznutými čely – na střechu laboratoří. [1]

Pro naplnění požadovaného stavebního charakteru jsou v objemovém řešení budovy vytvořeny podmínky orientací stavby ke světovým stranám, netradičním konstrukčním systémem a různými typy obalových konstrukcí. Jednoznačná orientace podélné osy stavby ve směru západ – východ umožňuje umístění solárních zařízení na k jihu obrácené části stavby (fotovoltaické články na střešní světlíky haly ve sklonu 34°, vzdušný kolektor o ploše cca 360 m2 na jižní fasádu haly) a naopak příznivé osvětlení specializovaných laboratoří a testovací haly světlíky od severu. I předpokládané technické vybavení budovy je navrženo s ohledem na připravované energetické experimenty. [1]

Pro hlavní nosnou konstrukci bylo demonstračně zvoleno lepené lamelové dřevo, a to jak na halovou, přízemní, tak i dvoupodlažní část budovy. Dřevo je i hlavním materiálem pro většinu obalových konstrukcí – především pro fasády haly a administrativy. [1]

Důležitou součástí architektonického řešení je i programové využívání zeleně. Mimo sadové úpravy je zeleň navrhovanou aktivní součástí vlastní budovy – především v podobě extenzivní zeleně na některých střešních konstrukcích, ale také jako popínavá zeleň na severní a východní straně budovy. [1]

Obr. 2 Zjednodušené energetické schéma UCEEB

Energetická koncepce
Zásobování budovy energií (elektřina, teplo, chlad) je podřízeno plánovaným výzkumným aktivitám založeným na experimentech v reál­ném měřítku na konkrétních zařízeních, především v oblasti interakce zdrojů s budovou a nadřazenou energetickou sítí. Návrh nevycházel ze snahy využít maxima obnovitelných zdrojů energie za každou cenu, ale efektivně využít zdrojů energie nezbytně nutných pro účely výzkumných aktivit. Obnovitelné zdroje energie zastupuje experimentální pole fotovoltaických panelů o špičkovém výkonu asi 40 kWp instalovaných na střeše budovy. Panely jsou integrovány do jižní části světlíků na prostoru halové laboratoře. Nicméně jádrem návrhu energetického centra je kogenerační plynová mikroturbína s výkonem 65 kWe/120 kWt, která může vykrývat výkyvy v dodávce elektrické energie z fotovoltaického systému.

Od efektivního využití tepla produkovaného celoročně mikroturbínou se odvíjí skladba dalších zařízení energocentra. Pro vyrovnání nesouladu mezi produkcí a odběrem tepla bude sloužit tepelně izolovaný velkoobjemový tlakový akumulátor o objemu 20 m³ instalovaný pod terénem vedle objektu s turbínou a dva akumulátory tepla po 5 m³ ve strojovně centra. Každý akumulátor je samostatně odpojitelný pro experimentální využití. Jako záložní zdroj tepla budou instalovány dva plynové kotle na zemní plyn o celkovém tepelném výkonu 216 kWt. Záložní chlazení plynové mikroturbíny budou zajišťovat suché chladiče umístěné na střeše.

V zimním období bude teplo z mikroturbíny využito pro vytápění budovy a ohřev vody, teplo produkované v letním období bude využito pro chlazení kaskádou tří absorpčních jednotek o chladicích výkonech 16, 34  a 61 kWc. Nejmenší jednotka je odpojitelná pro experimentální využití pro výzkum v oblasti solárního chlazení. Záložním zdrojem chladu bude bloková kompresorová chladicí jednotka navržená o chladicím výkonu 180 kWc. Předpokládá se, že absorpční jednotky budou provozovány ve stálém režimu, kompresorové chlazení bude vykrývat špičkové potřeby chladu. Pro absorpční jednotky budou instalovány dva akumulátory chladu po 2,5 m³. Centrální zdroj chladu (absorpční jednotky, kompresorová jednotka) budou dodávat teplo do rozvodu chlazené vody centra.

Všechna zařízení v energocentru budou monitorována v rámci nadřazeného systému MaR a budou sledovány jejich provozní parametry (produkce a spotřeba energie) pro ověření funkčnosti navržené koncepce a další optimalizaci řízení zdrojů.

Obr. 3, 4 Vizualizace budov UCEEB

Závěr
Plánovaný termín dostavby budovy UCEEB je ve třetím čtvrtletí 2013. Výzkumné aktivity se rozbíhají již od července tohoto roku. Hlavní náplní v úvodní fázi je příprava výzkumných projektů a vypsání výběrových řízení na přístrojové vybavení jednotlivých laboratoří.

Literatura
[1] Univerzitní centrum energeticky efektivních budov Buštěhrad – Projektová dokumentace pro výběr zhotovitele, Grebner 2011.

Poděkování: Univerzitní centrum energeticky efektivních budov ČVUT vzniklo díky podpoře Operačního programu Výzkum a vývoj pro inovace MŠMT, který je financován EU a státním rozpočtem České republiky.

Ing. Antonín Lupíšek, doc. Ing. Tomáš Matuška, Ph.D.
Antonín Lupíšek působí v Univerzitním centru energeticky efektivních budov a Tomáš Matuška v Ústavu techniky prostředí Fakulty strojní ČVUT v Praze.

Obrázky: UCEEB, archiv autorů