Mikroklima v sakrálních stavbách z pohledového betonu

Objekty z pohledového betonu jsou přitažlivé svou monumentalitou. Mnohé z nich jsou architektonickými skvosty a na návštěvníky působí emotivně po řadu let, podobně jako výtvarná díla. Zásadním nedostatkem obalových konstrukcí pouze z pohledového betonu je jejich velmi nízká tepelněizolační schopnost, což limituje jejich uplatnění ve stavebnictví v závislosti na klimatických podmínkách stavebního území a funkčním a časovém využití dané stavby.

Pohledový beton se zpravidla uplatňuje v objektech, jejichž prostory se využívají na relaxaci, meditaci – zkrátka oddych. Nejčastěji jsou to sakrální stavby, galerie nebo výstavní haly, které mají přesně vymezeny požadavky na mikroklima. Zpravidla jsou to stavby s občasným temperováním bez limitů na jejich energetickou náročnost.

Protože železobeton je materiál vyznačující se velmi vysokou tepelnou vodivostí (jeho součinitel tepelné vodivosti je v závislosti na jeho objemové hmotnosti asi 1,74 W/(m . K)), tepelněizolační schopnost výměnného pláště je velmi nízká. To vylučuje jeho použití v objektech, kde je celoročně vyžadováno stabilní mikroklima. Udržet jeho povrchovou teplotu nad kritickou hranicí povrchové kondenzace zpravidla nelze pouze standardními vytápěcími systémy, nemluvě o nepřijatelně vysokých tepelných ztrátách a následné energetické náročnosti objektu.

Přes omezené tepelněizolační vlastnosti má železobeton také své přednosti, které umožňují jeho použití v lokalitách, kde z hlediska celoročního užívání není rozhodující tepelná stabilita prostorů v zimě, nýbrž v létě, protože z hlediska tepelné stability je v letním období výhodou jeho akumulační schopnost. Akumulace tepla je schopnost materiálu teplo pohltit a přenést tepelnou energii z období relativního přebytku (přes den) do období relativního nedostatku (noci).

Při přímém solárním ozáření transparentních ploch dochází k absorpci tepla také do hmoty masivního železobetonového výměnného pláště i ozářených ploch vnitřních konstrukcí – slou­pů a podlah –, které ho následně s časovým opožděním 8 až 10 hodin předávají chladnějšímu interiérovému vzduchu. Tato vlastnost předurčuje použití pohledového betonu ve stavbách situovaných do lokalit s vyšší intenzitou solárního záření s mírnými zimami a s průměrnými venkovními teplotami v lednu nad +3 °C.

Nejčastěji se používá při realizaci nadčasových staveb se silným emočním poselstvím v sakrální architektuře, kde jeho hlavní handicap – nízká tepelná izolace – neomezuje uživatele stavby. V těchto prostorách, kde se lidé zdržují jenom občas a krátkou dobu, navíc oblečeni jako v exteriéru, není striktní požadavek na optimální tepelný komfort jako v obytném nebo pracovním prostředí. Tyto prostory se zpravidla nevytápějí nebo mají příležitostné teplovzdušné vytápění, a to i jenom při krátkodobých extrémních výkyvech venkovní teploty. Jediným požadavkem je udržet limitní hodnotu povrchové teploty zdí, aby na zdech v interiéru a vnitřní straně střechy nedocházelo k povrchové kondenzaci a netvořily se plísně.

Notre Dame du Haut
Zajímavou a svého času výjimečnou stavbou je kostelík Notre Dame du Haut v Ronchamp ve Francii od Le Corbusiera postavený v roce 1955. [1] Kostelík stojí na návrší nad městem Rochamp a už svou lokalizací – vydělením se od okolní zástavby – je více určen pro poutníky hledající pozastavení nežli pro každodenní bohoslužby. (A v každém z nich jistě zanechá silný dojem.) Je excelentní svou ojedinělou železobetonovou konstrukcí i tvarem a osazením do přírodního prostředí. Skořápka střechy jakoby seděla na vzduchové štěrbině lemující celý obvod zdi v šířce asi 10 cm; štěrbina jako by odstřihává střechu ode zdi – se zdí má kontakt pouze v bodových plochách.

Z pohledu zvenku je střecha nesena masivními pilíři. Absolutní atmosféru klidu a pokory navozuje nejen tlumené denní světlo pronikající do interiéru jakoby šachtovými okny s kónickým ostěním usměrňujícími transfer denního světla, ale také kontrast přímého a barevného světla procházejícího skleněnými vitrážemi. Průnik denního světla přes štěrbinová okna ve zdi za oltářem dodává prostoru hlavní ráz a zesiluje emotivní a filozofický odkaz prostoru. Kostel je zhmotněním myšlenky ve své absolutní materiálové jednoduchosti.

Z hlediska tepelné ochrany je řešen asketicky, tedy bez vytápění. Železobetonový obal slouží jen jako ochrana před extrémními vrtochy počasí. Interiér je otevřenými štěrbinami přímo propojen s exteriérem, takže má minimální teplotní spád, což vylučuje povrchovou kondenzaci a její další negativní vliv na jeho životnost. Kostel je koncipován pro bohoslužby v interiéru i exteriéru (obr. 1). Objekt je využíván jenom občas, sezonně, bez velkých nároků na kvalitu mikroklimatu z hlediska tepelného komfortu.

V následujících příkladech se budeme zabývat novějšími realizacemi, které už v koncepčním návrhu optimalizují použití konstrukcí z pohledového betonu v jejich kombinaci s transparentními plochami. Posuzovat je budeme z hlediska jejich funkce a provozních nákladů i omezeného uživatelského komfortu.
Dalšími příklady použití pohledového betonu v sakrálních stavbách jsou Jubilejní kostel Milosrdenství Božího (Dio Padre Misericordioso) v Římě a krematorium Baumschulenweg u Berlína. Na nich lze sledovat dva rozličné přístupy řešení z pohledu okrajových podmínek lokalit, kde jsou objekty situovány (tab. 1), i výsledný efekt vzhledem k jejich funkci. V obou případech má na výsledný efekt zásadní vliv použitý stavební materiál – pohledový beton – a hra s denním světlem.

Tab. 1: Minimální požiadavky na mikroklímu a tepelnou ochranu obalových konstrukcí v sakrálních stavbách s občasným provozem



* pro vznik plísní při 80% relativní vlhkosti vzduchu

Jubilejní kostel Milosrdenství Božího v Římě
Jednou z nejznámějších současných sakrálních staveb z pohledového betonu je Jubilejní kostel Milosrdenství Božího (Dio Padre Misericordioso) v Římě od architekta Richarda Alana Meiera (Richard Meier & Partners), který byl dokončen v roce 2003. Objekt je situován do okrajové obytné časti Říma v Tor Tre Teste a pozůstává z vlastního kostela a na něj navazujícího pastoračního centra. Hlavní osou je situován směrem východ–západ, vstup do objektu je z východní strany. Oltář je orientován na západ. Kostel je výjimečný svým tvarem, konstrukčním řešením a zejména přirozeným osvětlením.

Při prvním vizuálním kontaktu připomíná majestátní plachetnici ukotvenou uprostřed náměstí. Jižní stranu obvodového pláště tvoří tři napnuté plachty – železobetonové skořápky jako tři souběžné nakloněné kruhové výseky s odstupňovaným ukončením v rovině střechy s výraznými převisy nad střechou. Střecha je tvořena zasklenými plochami. Dvě vnitřní skořápky – plachty – nejsou v půdorysu celistvé po celé výšce objektu. Ze severní strany ukončuje hlavní loď kostela kolmá segmentová železobetonová zeď, která ji odděluje od sousedních prostor pastoračního centra. Současně slouží i jako protipožární dělicí konstrukce mezi shromažďovacím prostorem kostela a navazujícími prostory pastoračního centra. Z východu i západu je objekt kostela uzavřen celoprosklenými zdmi, před kterými jsou u varhan i oltáře situovány ze strany interiéru částečně dělicí stěny. Zasklená východní zeď je přerušena vystupující apsidou. Obalová konstrukce kostela byla zhotovena z prefabrikovaných železobetonových dílů, které jsou složeny ze dvou vzájemně spojených membrán.

V dutině mezi nimi se nachází polystyren. Železobeton je ze speciálního bílého cementu s plnivem z rozmělněného bílého mramoru z Carrary, který mu dodal bílé zabarvení. Barevná stálost a odolnost vůči znečištěnému vzduchu je daná právě kvalitou cementu.

Pastorační centrum je ze zděného obvodového pláště ve stejném barevném provedení jako kostel. Tato stavba je zajímavá svou monumentalitou, která vychází z materiálového řešení – kombinace bílých stěn z pohledového betonu a transparentních ploch v rovině střechy i na štítových stěnách. Interiér září světlem a celý prostor působí jako pozvánka do nebe, které přítomné obklopuje ze všech stran. Obloha je nedělitelnou součástí interiéru. Je-li rolí světla v sakrálních stavbách navodit u návštěvníků atmosféru pokory, útlumu, pozastavení, tak tato stavba naopak navozuje pocit radosti. V celém prostoru silně rezonuje pocit propojení s univerzem. Z hlediska světelné pohody je to ideální řešení, protože transfer světla na porovnávající rovině je v celé ploše rovnoměrný, s vysokou intenzitou a v zorném poli účastníků je zabezpečen ideální vizuální kontakt s exteriérem.

Přirozené osvětlení je kombinací bočního a horního světla a silně zvýrazňuje pozitiva tvarového i barevného řešení prostoru. U takového odvážně navrhnutého horního osvětlovacího systému – v podstatě celé zasklené střešní roviny – je hlavním problémem tepelná stabilita prostoru.

Vzhledem k zeměpisné poloze Říma (41°48´ sev. zem. šířky, 12°14´ vých. zem. délky) byly podle statistik za období 21 let naměřeny tyto teploty vzduchu: minimální hodnota v lednu –7 °C, maximální teplota v červnu, srpnu a září +37 °C [1]. Z těchto údajů je patrné, že kritickým obdobím pro tepelnou stabilitu prostoru je právě letní období.

V zimním období je při občasném provozu kvůli zamezení dosažení kritické povrchové teploty, při které by docházelo k povrchové kondenzaci, rozhodující tepelněizolační kvalita výplňových konstrukcí a železobetonových zdí. Jejich minimální tepelný odpor by měl být kolem 0,6 m² . K/W (homogenní železobetonové zdi o tloušťce 300 mm mají tepelný odpor 0,17 m² . K/W).

Vzhledem k charakteru využití stavby není tepelná ztráta z pohledu energetické bilance rozhodující. Je vysoce pravděpodobné, že objekt bude v zimním období většinou temperován díky transferu přebytečného tepla z transparentních výplní do interiérových železobetonových zdí a podlahy. V letním období (během června až září, kdy je průměrná 24hodinová teplota větší než 25 °C) je pro optimalizaci tepelné pohody rozhodující eliminace pasivních solárních zisků, neboť plošná intenzita slunečního záření je nejvyšší. Pro toto období je nevyhnutný účinný stínicí systém transparentních výplní, aby v co nejmenší míře docházelo k jejich přímému vystavení slunci. Protože celá filozofie interiéru je postavena na průhledném zasklení (obr. 5) a následném usměrnění pohledů návštěvníků na horizont a oblohu, nebylo zde možno uplatnit systémy stínění v zasklení ani žaluzie. Sektor půdorysu i řezu, ve kterém se návštěvníkovi nabízí výhled do exteriéru, je přesně vymezen předsunutím bočných plachet a hlavní střední stěny, které sledují tvar lodě (nebo také sepjatých rukou), aby se v zorném poli návštěvníka objevil pou­ze volný horizont nebo obloha. Lokalita, ve které je kostel umístěn, totiž nenabízí žádné nadstandardní výhledy, naopak z jižní i severní strany sousedí se sídlištěm (obr. 4).

V objektu se použil stabilní stínicí systém geometrie železobetonových skořápek jejich předsazením před zasklení vertikálních stěn v půdorysu, ale zejména jejich převisem nad zasklenou střešní rovinu v řezu. Délka převisu a sklon konkávních skořápek z jižního směru vytvářejí účinný stínicí systém ve střešní rovině u okrajových, plošně menších skořápek. Zastiňuje největší část zasklené plochy střechy nad hlavní lodí – při nej­vyšší poloze slunce jsou to asi dvě třetiny plochy, zbytek je chráněn horizontálním předsazeným slunolamem nad rovinou střechy. Geometrie skořápek – plachet – se navrhla tak, aby se přímé slunce v průběhu roka do interiéru nedostalo z jižní strany. Délka jejich vyložení sleduje výšku slunce tak, že přímo ozářené jsou pouze exteriérové strany těchto plášťů (obr. 7). Přímé sluneční záření zejména na západní straně zásadně omezují také předsunuté skořápky a stěny v půdorysu (obr. 6).

Způsob větrání kostela je přirozený – odtahem ve střešní rovině a přívodem čerstvého vzduchu přes nasávací žaluzie v horní části severních zdí. Vzduch dále proudí do prostoru mezi otevřeným dřevěným akustickým obkladem a masivní střední železobetonovou zdí. Ta odděluje prostor kostela od prostorů navazujícího pastoračního centra; současně plní úlohu požární zdi (obr. 4) [2].

Akustická pohoda prostoru je optimalizována difuzním akustickým obkladem hlavní nosné zdi. Akustický obklad je materiálově i barevně řešen jako mobiliář kostela. Tvoří ho zavěšená konstrukce, v podélném směru ocelová, ve vertikálním dřevěná, zapuštěná do obkladu. Vlastní obklad je z dřevěných destiček. Při mluveném slovu reguluje čas dozvuku, aby v každém místě byla řeč dobře srozumitelná.

Krematorium v Baumschulenwegu u Berlína
Krematorium ve čtvrti Treptow v Baumschulenwegu u Berlína je stejně jako předešlé stavby architekturou světla. Autory realizace jsou architekti Axel Schultes a Charlotte Frank (1999). Objekt je situován v okrajové čtvrti Berlína u městského hřbitova, hlavní osou orientován směrem východ–západ. Obvodový plášť je z pohledového betonu s transparentními průčelími. Vzhledem ke klimatickým podmínkám jsou jednotlivé bloky řešeny jako membránové konstrukce s tepelněizolační výplní dutiny.

Podle klimatologických měření je statistická hodnota exteriérové teploty v této lokalitě v zimě kolem –16 °C. Jednovrstvou železobetonovou zeď nelze použít na stavby, při nichž se předpokládá, že jejich povrchová teplota bude klesat pod kritickou hranici a bude docházet k povrchové kondenzaci. Tento stav se vyskytuje zejména tehdy, pohybuje-li se interiérová teplota při občasném provozu kolem 15 °C. Zvýšené tepelněizolační nároky se kladou také na velkoplošné transparentní výplně zdí a střechy. V tomto případě se jako zastřešení zvolila plochá skleněná střecha, z interiérové strany asi z 90 % cloněná jednovrstvou železobetonovou masivní deskou, podepřenou 29 železobetonovými sloupy.

Umístění sloupů v půdorysu smuteční haly vytváří jakoby náhodné seskupení připomínající stromy v lese. Sloupy působí subtilně a melancholicky, stejně jako stromy v období vegetačního klidu, jakési malé smrti, a světlo pronikající štěrbinou podél jejich obvodu zvýrazňuje jejich majestátnost. Vzhledem ke kontrastu mezi relativně tmavým povrchem železobetonové desky a transparentní plochou je transfer světla těmito světelnými prstenci v rovině střechy velmi výrazný (obr. 9).

Obr. 9: Kondolenční sál, krematorium Baumschulenweg u Berlína, architekti Axel Schultes a Charlotte Frank, 1999	Obr. 10: Obřadní kaple, krematorium Baumschulenweg u Berlína	Obr. 11: Ustřižení železobetonové desky v místě kontaktu zasklené zdi a střechy, krematorium Baumschulenweg u Berlína

Na smuteční kondolenční halu pro truchlící navazují po obvodu obřadní kapličky. Světlo v nich je tlumené, vizuální kontakt s exteriérem je omezený, je pouze tušen (obr. 10). Ztížený transfer světla do obřadních a smutečních prostorů navozuje atmosféru zastavení. Železobetonová deska v rovině střechy, která je po obvodu „odstřižena“ od obvodového pláště (obr. 11), nemá jenom funkci clony, ale také funkci akumulační – zaručuje celoroční tepelnou stabilitu prostoru. Působí jako zjednodušená Trombeho stěna, která v zimě a mezidobí částečně stabilizuje denní a noční výkyvy teploty a v létě omezuje prohřívání prostoru. Všechnu sluneční energii dopadající na transparentní rovinu střechy přes den akumuluje a v noci ji postupně uvolňuje do prostoru. Teplota vnitřního vzduchu je regulována nočním větráním.

Literatura
[1]  http://www.weatherbase.com.
[2] http://architectook.net (Jubilee Church 10/2007).

Článek byl uveřejněn v knižní publikaci Stavební ročenka.