Solar Decathlon byl založen v roce 2002 U.S. Department of Energy a od té doby se stal jednou z nejuznávanějších soutěží v oblasti udržitelné architektury a stavebnictví na světě. Soutěž probíhá přibližně každé dva roky a postupně se rozšířila z Ameriky i do dalších kontinentů. Studenti univerzit z celého světa se účastní s jediným cílem – navrhnout, postavit a provozovat nejlepší energeticky efektivní a udržitelný dům splňující zadání.
Soutěž poskytuje studentům příležitost aplikovat teoretické znalosti v praxi a rozvíjet své dovednosti v rámci multidisciplinárního týmu. Unikátnost soutěže spočívá především v široké škále hodnocených kritérií, které pokrývají celou šíři aspektů udržitelného stavebnictví. Soutěž je pojmenována "decathlon", což odkazuje na deset kategorií hodnocení. Ty se pro jednotlivé ročníky mohou mírně lišit, v evropské edici posledního ročníku to byly tyto:
- Architektura: Tato kategorie hodnotí kvalitu architektonického návrhu, estetiku, inspiraci a celkový koncept domu, ale také zasazení do architektonických a urbanistických souvislostí městské čtvrti.
- Inženýrský design: Zde se posuzuje technická proveditelnost a statická efektivita konstrukce, včetně využití inovativních technologií a materiálů.
- Energetická efektivita: Hodnotí se účinnost využití energie v domě, včetně optimalizace energetické spotřeby a využití obnovitelných zdrojů energie.
- Ekonomická dostupnost a životaschopnost: Posuzuje se míra proveditelnosti projektu z hlediska ekonomického a socioekonomického kontextu.
- Komfortní podmínky: Tato kategorie se zaměřuje na komfort pro obyvatele domu, včetně teploty, vlhkosti, osvětlení a akustiky.
- Funkčnost domu: Zde se hodnotí, jak dobře dům splňuje potřeby jeho obyvatel při provozu, včetně funkčnosti a efektivity spotřebičů a technologií v domě.
- Městská mobilita: V této disciplíně se hodnotí koncept dopravy vycházející z potřeb městské čtvrti, do které je projekt fiktivně zasazen, s cílem snížit automobilovou dopravu.
- Udržitelnost: Tato kategorie hodnotí celkovou udržitelnost projektu, včetně vlivu na životní prostředí během výstavby a provozu domu, cirkularity, či potenciálu adaptace.
- Komunikace, vzdělávání a sociální povědomí: Hodnotí se komunikace týmu a jeho schopnost šířit povědomí o svém projektu a udržitelném stavebnictví.
- Inovace: Kategorie se zaměřuje na inovace v rámci projektu, včetně využití nových nebo nekonvenčních technologií a materiálů, designových principů nebo stavebních technik. Jednotlivé kategorie mají různou váhu v konečném hodnocení, některé z nich jsou ještě rozděleny na dílčí podkategorie. Některé z kategorií jsou hodnoceny odbornou porotou, hodnocení zbylých je založeno na měření.
Solar Decathlon je také platformou pro výměnu nápadů a inovací v oblasti udržitelného stavebnictví, které mohou inspirovat a ovlivnit budoucí trendy a technologie v této oblasti. Jeho význam na mezinárodní úrovni je nezpochybnitelný a účast na této soutěži je prestižní záležitostí pro jakýkoliv univerzitní tým.
Tým FirstLife z ČVUT
Soutěžní projekt ČVUT vznikal pod vedením pedagogů z Fakulty stavební ČVUT v Praze za technické podpory Univerzitního centra energeticky efektivních budov ČVUT (UCEEB) v Buštěhradu. Tým byl složený převážně ze studentů ČVUT, a to Fakulty stavební, Fakulty strojní, Fakulty elektrotechnické a Fakulty architektury, ale i studentů z Univerzity Karlovy, České zemědělské univerzity a Vysoké školy obchodní Praha. Na projektu pracovalo v různých fázích přibližně 40 studentů.
Evropský ročník soutěže SDE21/22 přišel s novým konceptem, kdy zadání zasadil do urbanizovaného prostředí a rozšířil tak záběr projektů o řešení širších souvislostí s problémy měst. Týmy musely své projekty zpracovat na jedno z vypsaných témat: renovace a přístavba, vestavba v proluce, renovace a nástavba. Tým ČVUT přišel s nápadem na nástavbu studentských kolejí a projekt nazval FIRSTLIFE (Feasible and Innovative Residence for STudent LIFE).
Rozhodl se vytvořit modulární systém, který umožní přidání podlaží na stávající budovu a zároveň výrazně zvýší standard bydlení. Modelovou budovou zvolenou pro soutěž byla studentská kolej Univerzity Karlovy v Praze Větrník, postavená v 60. letech 20. století. Navržené řešení je ovšem univerzální a je ho možné uplatnit na širokou škálu podobných budov nebo i pro jiné cílové skupiny (mladé rodiny, seniory aj., případně i v kombinaci s ubytováním pro studenty) na základě aktuálních demografických potřeb obce.
Návrh pro Větrník předpokládá přidání jednoho podlaží v horní části uličního křídla a dvou na bočních křídlech budovy. Tím se ubytovací kapacita zvýší o více než 70 studentů. Dále se rozšířily společné prostory pro podporu společenského života, a to nejen v samotných podlažích nástavby, ale i ve vnitrobloku, na nové pobytové vegetační střeše a ve stávající části budovy. Část těchto prostor byla navíc uvažována i pro využití komunitou městské čtvrti, což umožní propojení studentů s místními obyvateli.
Celý návrh odráží osobní zkušenosti a vnímání členů týmu FIRSTLIFE, kteří sami prošli bydlením na kolejích. Cílem bylo vylepšit podmínky pro budoucí generace studentů a přispět k vytvoření udržitelnějšího a komfortnějšího bydlení pro všechny. Pro samotnou soutěž v Německu byla postavena demonstrační jednotka. Jedná se o reprezentativní výsek řešení na koleje Větrník, které obsahuje studentský pokoj s koupelnou a malou kuchyňkou, společenskou místnost s kuchyní, technické zázemí v chodbě a balkon. Na ploché vegetační střeše domu je relaxační pobytový prostor s posezením pod pergolou.
Soutěžní dům českého týmu
Konstrukce soutěžního domu je z prefabrikovaných dřevěných panelů klasického sloupkového lehkého skeletu. S ohledem na environmentální parametry jsou vnitřní záklopy provedeny z OSB desek a vnější z dřevovláknitých DHF desek. Konstrukce jsou izolovány tepelnou izolací převážně z přírodních materiálů – foukanou celulózou a dřevovláknitou izolací; polystyren je použit pouze na střeše a balkonu kvůli ochraně proti vlhkosti a jako spádová vrstva.
Pro vnitřní povrchy stěn jsou jako inovace použity desky z recyklovaných nápojových kartonů. Dřevěný nábytek vyrobený převážně z třívrstvé smrkové biodesky byl doplněn provazovými úchytkami a doplňky z 3D tiskárny. Stavba byla v přípravné fázi stavěna na pozemku Univerzitního centra energeticky efektivních budov ČVUT (UCEEB) v Buštěhradě.
Zde bylo prováděno kompletování konstrukcí a instalace technických systémů a vestavěného nábytku do CLT boxů tak, aby šel dům rozebrat na funkční celky, naložit na kamiony a opět složit v krátkém čase na soutěži ve Wuppertalu. Spoje konstrukčních dílů tak musely být řešeny jako rozebíratelné. Ve stěnách byly předem provedeny elektroinstalace s propojením mezi panely pomocí speciálních konektorů.
Obvodové stěny byly před přepravou do Německa osazeny okny a balkonovými dveřmi s trojskly a vstupními dveřmi. Ve značné míře byly obvodové stěny předem doplněny z exteriérové strany obkladovými cementovláknitými deskami na dřevěném roštu. Podlahové panely již v sobě před přepravou obsahovaly meandry trubek podlahového vytápění. Střešní a atikové panely byly provedeny včetně PVC hydroizolace, která byla před transportem v místech rozdělení panelů rozříznuta a po transportu a opětovné montáži znovu svařena pomocí předem připraveného přeplátování.
Vytápění, příprava teplé vody a větrání
Hlavním zdrojem tepla pro budovu je tepelné čerpadlo vzduch-voda v monoblokovém provedení. Připravuje teplo jak pro vytápěcí systém, tak pro přípravu teplé vody. V systému jsou dvě vodní nádrže; první je pro přípravu teplé vody s vestavěným výměníkem tepla a druhá je pro vytápěcí systém. V obou vodních nádržích jsou instalovány topné patrony jako doplňkový (v případě vysoké produkce elektrické energie z fotovoltaických panelů) a záložní (v případě poruchy tepelného čerpadla) zdroj tepla.
Otopnou plochou je podlahový teplovodní systém osazený suchou pokládkou, kdy je potrubí položeno v recyklovaných kartonových voštinových deskách naplněných pískem pro zvýšení tepelné kapacity. Možnost nastavení teploty je dostupná z obou pokojů i prostřednictvím internetové aplikace. Předpokládá se, že v teplých dnech se bude větrat okny, zatímco v topném období bude fungovat mechanické větrání s rekuperací tepla. Intenzita řízeného větrání je regulována senzory CO2 v každé místnosti a upravuje průtok na každé větvi vzduchotechniky pomocí regulačních ventilů.
K prevenci přehřátí jsou okna zastíněna střešním přesahem a vnějšími žaluziemi. Nežádoucí pasivní solární tepelné zisky jsou dále snižovány selektivním zasklením, které zároveň zajišťuje dostatečné denní světlo díky vysokému faktoru světelné propustnosti. Jako další sezónní stínění je na balkoně pěstována listnatá popínavá zeleň (chmel).
Solární systém
Pro výrobu elektrické energie se používají tenkovrstvé fotovoltaické moduly (celkový výkon 2,7 kWp). V souladu s principy integrované fotovoltaiky (BIPV) jsou fólie připevněny na 32 lamel, které tvoří stínicí pergolu na střeše. Vyprodukovaná elektrická energie je ukládána do baterií v podobě tepla do vodních zásobníků, nebo ji lze dodávat do sítě.
Biodynamické osvětlení
V projektu je navrženo osvětlení tak, aby respektovalo cirkadiánní rytmy (tzv. biodynamické osvětlení), což jsou přirozené 24hodinové cykly, které ovlivňují tělesné a psychické funkce obyvatel. Toto osvětlení reaguje na denní dobu a upravuje světelné spektrum podle potřeb lidského organismu, podporuje tak celkové zdraví a pohodlí obyvatel. Umožňuje však i individuální uživatelské nastavení, např. v případě, že by se student potřeboval učit na zkoušku dlouho do noci.
Venkovní osvětlení je realizované s cílem minimalizovat světelný smog a neohrožovat noční živočichy. Přes den jsou používány pouze LED zdroje s vysokým indexem podání barev (CRI > 95) a noční osvětlení je realizované se zdroji světla typu PC Amber (bez modré a zelené složky). Všechna světla jsou provedena jako nepřímá, bez viditelného zdroje.
Zelené prvky a udržitelné hospodaření s vodou
Důležitou součástí návrhu byly udržitelné metody hospodaření s vodou a integrace zeleně do městského prostředí. Projekt obsahuje pobytovou zelenou střechu a vertikální kořenovou čistírnu odpadní vody. Domácí (pitná) voda je používána pro koupelny a kuchyně; dešťová voda je shromažďována v nádrži uvnitř budovy a používána pro automatické zavlažování květinových truhlíků.
Průběh stavby soutěžního domu
Zde je nutné opět připomenout, že se jednalo o studentskou soutěž. Tedy studenti dům nejen projektovali, ale také sháněli finance a partnery na jeho stavbu, dům zkušebně postavili v ČR, rozebrali, zajistili transport do Německa, kde dům znovu celý postavili a zkompletovali a následně odprezentovali během tří týdnů samotné soutěže.
Zkušební stavba domu v Buštěhradě probíhala po dobu šesti týdnů do začátku května 2022. Následně byl dům 10. května rozebrán, jednotlivé díly zabaleny a připraveny pro naložení na celkem 8 kamionů, které zajistily přepravu na místo soutěže. Všechny soutěžní týmy začaly stavbu ve Wuppertalu v jeden okamžik 20. května. Na stavbu a kompletní zprovoznění domů měly týmy pouze 14,5 dne, čistých 227 hodin!
Práce probíhaly ve dvou směnách od 7.00 h ranní do 23.00 h večerní, na kterých se v českém týmu střídalo přibližně 20 studentů. Všechny práce probíhaly za přísného dodržování bezpečnostních pravidel, které byly neustále kontrolovány organizátory soutěže. Při porušení pravidel (např. odložení helmy) hrozila penalizace trestnými body do soutěže, při horších prohřešcích (např. práce ve výškách bez zajištění) navíc vyloučení ze staveniště nebo zastavení celé stavby na určitou dobu. Naštěstí český tým nic takového nepotkalo a zároveň je třeba zdůraznit, že se celá stavba obešla bez zranění, přestože pro většinu studentů to byla první zkušenost s reálnou stavební prací.
Na definovaném stavebním pozemku měl český tým připravenou železobetonovou desku s prostupy přípojek technologií. Vše ostatní již bylo na studentském týmu. Na základovou desku byl připevněn ocelový rošt, na nějž byly přes dřevěné hranoly kotveny podlahové panely. Ty byly navrženy tak, aby umožňovaly maximální prefabrikaci, opakovatelnou rozebíratelnost a umožňovaly utěsnění pro dosažení vysoké neprůvzdušnosti obálky.
Na bocích podlahových panelů, které již mj. obsahovaly i meandry trubek podlahového vytápění situované ve výřezech voštinové desky, byly aplikovány komprimační pásky. Z boku byl přisazen sousední panel, provedeno spojení panelů šikmými vruty a spára ve vybrání na horní straně přelepena air-stop páskou. V dalším kroku byl spoj shora tepelně zaizolován, uzavřen a spojen s panely.
V posledním kroku byla pak položena roznášecí podlahová deska a nášlapná vrstva. Pod nosné a obvodové stěny byly v podlahových panelech navrženy KVH hranoly pro přenesení zatížení. Stěny byly k podlaze přichycené pomocí kovových úhelníků za pomoci lokálně přidaných KVH hranolů, nebo tam, kde to bylo možné, při finální montáži fixovány šikmými vruty. Svislý panel je osazen na komprimační pásce a expanzní pěně pro zajištění vzduchotěsnosti spoje.
V soklové oblasti obvodové stěny u balkonu byla následně doplněna tepelná izolace z EPS a svařeny spoje již dříve aplikované hydroizolační mPVC folie. U ostatních stěn byla v soklové části do předem připravených roštů doplněna stejná dřevovláknitá tepelná izolace, jaká je ve zbylé ploše stěn. Obdobně bylo postupováno i v případě montáže a těsnění střešních a atikových panelů.
Výrazným zrychlením, bez kterého by nebylo možné stavbu v zadaném krátkém čase realizovat, byly CLT boxy, vystrojené již v ČR technologiemi nebo nábytkem. V jednom CLT boxu byly instalovány veškeré technologie stavby – rozvaděč, technologie FVE, vzduchotechnická jednotka a akumulační nádrže. Druhý box pro hlavní obytnou místnost obsahoval kompletně dokončenou kuchyňskou linku včetně zapojených spotřebičů a ve třetím byla provedena malá koupelna s již osazenou většinou zařizovacích předmětů a malým kuchyňským koutem.
Hrubá stavba probíhala za deštivého počasí typického pro Wuppertal a až do ukončení hydroizolací střechy trvala celkem 4 dny. Následně 10 dní probíhaly dokončovací práce na několika frontách, které musely být přísně sladěny. V jeden okamžik probíhaly stavební práce v interiérech, zapojování všech technických systémů, dokončování vnějších fasád, realizace střešní pergoly s fotovoltaickými panely, provádění střešní ozeleněné zahrady a dřevěné střešní terasy a také přístupových ramp a komunikací kolem domu.
Prakticky v jednom nepřetržitém sledu bylo nutné řešit nové postupy prací, návrhy provádění nepředvídatelných detailů a náhrady chybějícího materiálu nebo nářadí. Zvláště náročná byla realizace fotovoltaické pergoly, pro jejíž kompletaci musela být vyrobena podpůrná konstrukce. Ne této konstrukci se pergola zajišťovala táhly, osadila sloupy a následně včetně sloupů za pomoci jeřábu osadila na ocelové patky trčící ze střešní konstrukce.
V průběhu stavby bylo nutné úspěšně absolvovat řadu inspekcí (např. inspekce statického řešení a provedení stavby, ověření bezbariérovosti, tlakové zkoušky rozvodů topení, aj.), aby byla stavba organizátory soutěže schválena z hlediska bezpečnosti a souladu s požadavky pravidel. Stavba byla úspěšně dokončena 3. června ve 13.00 h a po absolvování závěrečné inspekce byla organizátory puštěna do samotné soutěže.
Soutěž ve Wuppertalu
Stavby soutěžních domů se účastnilo 16 týmů z 9 zemí ze 2 kontinentů. Vznikla tak „Solar Village“ v oblasti Utopiastadt. Po dokončení domů začalo jejich testování a hodnocení v jednotlivých kategoriích. Kromě stavby domu a plnění soutěžních disciplín také studenti prezentovali dům při veřejných prohlídkách, kterých se zúčastnilo více než 115 000 návštěvníků.
V soutěži bylo 7 z 10 disciplín hodnoceno jednotlivými porotami, zbývající 3 disciplíny pak na základě měřených parametrů. Český tým získal 3. místo v kategorii komfort a 5. místo v kategorii provoz domu. Metodou BlowerDoor byla změřena neprůvzdušnost. Hodnotu n50 0,89 h-1 můžeme považovat za velmi dobrou (nejlepší výsledek ze všech týmů) s ohledem na extrémně krátkou dobu výstavby bez možnosti vlastní kontroly těsnosti a se zřejmým potenciálem dalšího zlepšení.
Velmi dobrá je také hodnota měřené vzduchové neprůzvučnosti 41 dB pro severovýchodní obvodovou stěnu s nejméně příznivým uspořádáním v důsledku velkého prosklení.
Závěr a vyhlídky do budoucna
Tým ČVUT se této celkově po všech stránkách velmi náročné soutěži věnoval více než dva roky, navíc v období komplikovaném covidovými omezeními. Studenti se učili týmové spolupráci, jednání s firmami i partnery, prezentaci výsledků a v závěru i práci na stavbě. Pro všechny zúčastněné šlo o mimořádnou stavební a často i životní zkušenost. Měli možnost porovnat navržená řešení na “papíře” a jejich proveditelnost se všemi souvislostmi na reálné stavbě.
Jednoznačně se ukázala výhoda dřevostaveb v jejich možné prefabrikaci, kdy tým složený ze stavebních amatérů dokázal během 2 týdnů dokončit poměrně složitý dům vybavený velkým množstvím nových technologií. Vhodnost použití dřevostaveb pro stavbu energeticky a environmentálně šetrných domů dokazuje také to, že všech 18 soutěžních domů bylo postaveno na bázi dřeva, včetně domů z Taiwanu a Thajska (thajské týmy se kvůli nárůstu ceny dopravy nakonec nezúčastnily finále ve Wuppertalu a jejich domy byly postaveny pouze v Thajsku).
Po ukončení soutěže nastává tradičně demontáž domů a jejich transport zpět na univerzity. V tomto ročníku bylo nicméně vybráno 8 objektů, včetně českého projektu FIRSTLIFE, které na místě zůstanou po dobu dalších 3–5 let. Budou dále provozovány a monitorovány v rámci vytvořené Living Lab (živé laboratoře) provozované wuppertalskou univerzitou v týmu prof. Karstena Vosse [4]. Living Lab ve Wuppertalu bude možné v době mimo konání experimentů na vyžádání navštívit.
BOX
Komentář odborníka
Je odborníkem na poli dřevostaveb a pasivních domů s bohatými praktickými zkušenostmi v oboru. Je spoluautor prefabrikovaného dřevěného lehkého obvodového pláště Envilop, který nyní realizuje pod značkou Woodrise. Týmem First Life byl požádán, aby zastával funkci stavbyvedoucího na soutěžní stavbě pro Solar Decathlon. Díky spolupráci s UCEEB ČVUT má přístup k nejnovějších poznatkům v oblasti konstrukcí a technologií pro energeticky úspornou výstavbu.
FOTO
BOX
Komentář a poděkování
Solar Decathlon je takovou olympiádou pro architekty a stavaře, nikde jinde na světě se v jeden okamžik nestaví v tak nezapomenutelné atmosféře tolik inovativních a udržitelných staveb. Díky možnosti stát se stavbyvedoucím českého týmu jsem mohl být po dva týdny na nejúžasnějším staveništi na světě. Uznání patří všem, kteří se zúčastnili projektu, a zejména odvážlivcům, kteří stavbu realizovali.
Poděkování patří všem, kteří soutěžní tým podpořili. Kromě pořadatelů soutěže, vedení ČVUT, Fakulty stavební a UCEEB, je to řada průmyslových partnerů, bez jejichž velkorysé podpory by nebylo možné tak náročný projekt realizovat.
Autoři článku pro PROFIspeciál 2021/2022: Ing. Michal Bureš, Ph.D., Ing. Kateřina Sojková, Ph.D., prof. Ing. Jan Tywoniak, CSc.
Čerstvé novinky ze světa dřevostaveb