Během let 2013 a 2014 vznikla ve východočeských Holicích novostavba základní umělecké školy. Jedná se o jeden z prvních objektů svého druhu, který splňuje parametry pasivního energetického standardu. Autory projektu jsou architekti Helena a Dalibor Borákovi a ateliér DOBRÝ DŮM, s. r. o.
Zadání – pohled městského investora
Holice mají 6500 obyvatel a jsou spádovým městem pro dalších 17 000 lidí. Tradice umělecké výchovy sahá hluboko do 19. století a v roce 1952 byla založena Hudební škola Holice, která v současnosti nese jméno sochaře a malíře Karla Malicha, holického rodáka a čestného občana města Holic, který patří mezi naše nejvýznamnější současné výtvarníky. Jeho plastiky jsou v nové budově umístěny a jeho dílo je citováno i na potiscích skel na fasádě.
Od založení školy se žáci několikrát stěhovali do různých budov a od roku 1990 zastupitelé diskutovali o novém školním objektu. V roce 2010 vznikl projekt nové budovy v klasickém provedení (dle průkazu energetické náročnosti v kategorii C). Následující rok bylo pro tuto budovu vydáno stavební povolení, avšak v dubnu 2012 byl zastupitelům města předložen návrh na změnu celkové koncepce budovy školy, který znamenal výrazné zlepšení energetických parametrů. Zastupitelé byli seznámeni s návrhem pasivní stavby a po několikaměsíčních jednáních – 11. 6. 2012 – schválilo zastupitelstvo města v tajném hlasování výstavbu podle nové koncepce. Následně byla v říjnu 2012 podepsána smlouva s dodavatelskou firmou a v březnu 2013 byla zahájena stavba. Škola byla předána do užívání 1. září 2014.
V průběhu jednání o tom, zda stavět budovu v pasivním standardu, bylo nutné technicky a odborně přesvědčit jak zastupitele, tak i pracovníky některých státních institucí o správnosti zvoleného řešení a vypořádat se s dotazy a námitkami typu: Lze v pasivním domě větrat okny? V pasivním domě bude průvan. Lze v pasivním domě dosáhnout teploty nad 22 °C? V pasivním domě bude v létě horko.
Dalším důležitým faktorem byla cena stavby. Stavba původní klasické budovy byla projektantem odhadnuta na 52 mil. Kč včetně DPH. Při volbě výstavby pasivní budovy byla tato cena cenou hraniční, maximální.
Neméně důležitým faktorem byl způsob výběru zhotovitele. V tomto případě byla zvolena cesta zhotovení zadávací dokumentace pro výběrové řízení (dle studie, která byla již připravena pro potřeby jednání zastupitelstva) a vlastního výběrového řízení na dodavatele stavby včetně dokumentace pro územní a stavební povolení a prováděcí dokumentaci. Toto vše se podařilo zvládnout během pěti měsíců.
Když si nyní zastupitelé Holic položí otázku, zda změna konceptu výstavby (klasická, nebo pasivní budova) měla smysl, musí po zkušenosti se stavbou ZUŠ odpovědět ano. Co město získalo pasivní stavbou:
1. Efektivnější využití pozemků v centru města – plánovaná klasická stavba měla zastavěnou plochu 1168 m², pasivní stavba má zastavěnou plochu 592 m².
2. Celkový objem stavby je stejný – klasická stavba počítala s objemem 8680 m³, pasivní stavba má objem 8620 m³.
3. Stejně tak je srovnatelná celková podlahová plocha – klasická stavba 1994 m², pasivní stavba 2096 m².
4. Stejná cena – v obou případech se jednalo o 52 mil. korun.
Ovšem to nejdůležitější, co město získalo výstavbou budovy v pasivním standardu, je výše provozních nákladů, které by měly být minimálně o 60 % nižší než u původně plánované stavby (myšleny jsou náklady na topení, chlazení, větrání, ohřev teplé vody a osvětlení). Dále se budou do budoucna projevovat nižší náklady na údržbu.
Podle zkušeností ze stavby můžeme konstatovat, že se nepotvrdily obavy, že půjde o technicky extrémně náročnou stavbu, ačkoliv nároky na preciznost provedení, vysokou profesionalitu a zodpovědnost všech dodavatelů, dělníků a technického dozoru byly vyšší než v případě klasické stavby.
Technické řešení budovy
ZUŠ v Holicích je vystavěna v energeticky pasivním standardu dle zásad pro navrhování a výstavbu udržitelných budov (CESBA). Pro hudební obory má v 1. NP deset učeben a komorní koncertní sál, pro obor taneční je ve 2. NP zrcadlový sál se šatnami a pro výtvarnou výchovu dvě učebny vybavené i pro keramickou tvorbu. Ve 3. NP je umístěn velký víceúčelový sál pro 250 návštěvníků, jeho balkón je ve 4. NP spolu s foyerem s kavárnou. Foyer s hlavním schodištěm jsou určující pro architektonický výraz budovy a zároveň tvoří důstojné prostředí pro návštěvníky kulturních akci i pro rodiče čekající na dítě po hodině. Jeho orientace na jih a velkoplošné prosklení přináší po většinu roku solární zisky a foyer funguje jako svého druhu tepelný kolektor. Budova zároveň vymezuje veřejný prostor v centru Holic.
Stavební řešení
Stavba je v 1. a 2. NP podélný stěnový trojtrakt, ve 3. a 4. NP pak dvoutrakt s příčnými poli nosných stěn na obou koncích budovy. Založena je na dvoustupňových pasech z monolitického betonu, nad nimi je podkladní beton tl. 150 mm vyztužený při spodním líci kari sítí. Obvodové stěny jsou z keramických tvarovek POROTHERM 36,5 T, vnitřní nosné stěny z betonových tvarovek TRESK. Pro eliminaci tepelných mostů jsou veškeré stěny odděleny od spodní stavby izolačními deskami z pěnoskla o tloušťce 50 mm. Volba materiálu pro zdivo byla vzhledem k charakteru budovy nesnadná. V hudební škole jsou vysoké nároky na akustické parametry konstrukcí, vnější obálka musela splňovat tepelnětechnické požadavky. Zvolené řešení se ukázalo jako funkční.
Stropy 1. a 2. NP nad zešikmeným jihovýchodním rohem jsou přes dvě podlaží vynášeny šikmými ocelovými sloupy, které jsou vetknuty do základového pasu. Ocelové sloupky vynášejí také průběžný průvlak nad prosklenou stěnou v 1. NP jižní fasády. Konstrukci portálu víceúčelového sálu vynáší nosník uložený na železobetonovém věnci obvodových stěn, podepřený po obou stranách pódia ocelovými válcovanými profily. Nosník je z tenkostěnných, za studena ohýbaných kovových C profilů BORABELA.
Stropy jednotlivých podlaží jsou z prefabrikovaných železobetonových panelů ALIDAL tl. 210 mm s konstrukční nadbetonávkou. Stropní konstrukce je nad schodištěm ve foyer doplněna částí vynášenou ocelovými nosníky s trapézovým plechem a nadbetonávkou.
Střecha nad foyer je také z trapézového plechu, uloženého na ocelových válcovaných profilech, nad víceúčelovým sálem na příhradových vaznících z ocelových tenkostěnných C profilů BORABELA. Střechu nad vchodem tvoří ocelové nosníky, konzolovitě kotvené přes tepelněizolační vložky, které eliminují tepelné vazby, do železobetonového průvlaku nad prosklenou stěnou jižní fasády. Ztužené jsou podélným ocelovým nosníkem.
Obálka budovy a tepelné izolace
U obvodových stěn je použit jednoplášťový kontaktní zateplovací systém s minerální vatou tl. 200 mm, v místě betonových věnců, které jsou oproti líci zdiva ze strany exteriéru zapuštěny o 100 mm, je izolace tloušťky 300 mm. Sokl byl do výšky 300 mm nad terénem izolován pláštěm z XPS tl. 200 mm. Ve střešní konstrukci byla jako tepelná izolace použita minerální vata tl. 400 mm. Použití minerální vaty si vynutily požadavky na požární bezpečnost shromažďovacích prostorů. V podlahových konstrukcích na terénu tvoří tepelnou izolaci EPS tl. 300 mm. Veškeré zdivo je od betonu na terénu odděleno deskami z izolačního pěnoskla o tloušťce 50 mm.
Okna a prosklené fasádní stěny MATRIX mají plastové rámy pro pasivní domy a zasklení trojsklem. V každé místnosti je alespoň jedno otevíratelné okno pro možné manuální větrání. S výjimkou prosklených stěn schodiště a výtahové šachty jsou otevíratelná okna umístěna tak, aby z nich bylo možno umývat neotevíratelné části oken. Pro umývání prosklených stěn schodiště a výtahové šachty byl na střeše připraven kotvicí systém servisní lávky.
Vzhledem k tloušťce obvodového izolačního pláště a požadavku skrýt žaluziové boxy pod omítku jsou okna zasazena do otvorů ve zdivu a nikoliv, jak je u pasivních domů obvyklé, před zdivo do izolace. Přes rámy je přetažena izolace obvodového pláště. Zapuštění železobetonových věnců a překladů nad okny oproti vnějšími líci zdiva o 100 mm umožnilo použít dostatečnou vrstvu tepelné izolace i za žaluziovými boxy.
Aby z architektonických důvodů byly rámy prosklených stěn s fixním zasklením téměř zcela skryty při pohledu z interiéru ostěním a z exte-riéru fasádou a současně mohla být skla případně vyměněna bez rozebrání ostění oken, je za osazovacími rámy ve zdivu vynechaná nika. Z interiéru je krytá odnímatelnou lištou upevněnou na „suché zipy“. Toto řešení zároveň umožnilo přístup tepla z interiéru k rámům stěn, které jsou tak ohřívány téměř na vnitřní teplotu domu a je vyloučena kondenzace vody na styku rámů a osazovacích rámečků trojskla.
Požadavek na použití bezpečnostních skel všude, kde je přístup k prosklení sahajícímu až k podlaze, ovlivnil solární faktor celkového prostupu sluneční energie přes zasklení (g), což bylo kompenzováno větší plochou oken na jižní fasádě.
Tepelnětechnické vlastnosti základních stavebních konstrukcí
Střecha: U = 0,10 W/m².K
(požadavek: UP = 0,24 W/m².K),
obvodová stěna: U = 0,14 W/m².K
(-požadavek: UP = 0,30 W/m².K),
podlaha: U = 0,13 W/m².K
(požadavek: UP = 0,45 W/m².K),
okna: Uw = 0,80 W/m².K.
Neprůvzdušnost obálky budovy
Pro pasivní budovy je zásadní dosáhnout požadované neprůvzdušnosti obálky budovy. Neprůvzdušnost je také jedinou měřitelnou hodnotou, kterou je zpravidla třeba doložit při předání stavby klientovi. Protože z tepelnětechnických důvodů bylo na vnější obálku budovy použito zdivo POROTHERM, které v sobě obsahuje velké množství dutin, měl dodavatel ze zajištění neprůvzdušnosti obavy. Vzduchotěsná vrstva byla navržena na vnitřní straně obvodové stěny a je zajištěna pečlivě provedenými sádrovými omítkami. V místě železobetonových věnců a uložení stropních panelů prochází vzduchotěsná vrstva na venkovní líc stěny a nad stropem se opět vrací na vnitřní stranu. Tato úprava byla navržena z „fasádnické perlinky“ a lepidla. Ve střeše byla jako vzduchotěsná vrstva použita až horní, fóliová hydroizolace, což umožnilo zavěšovat instalace, podhledy a akustické prvky do nosných trapézových plechů střechy bez řešení vzduchotěsnosti závěsů. Vzduchotěsné vrstvy stěn a střechy byly spojeny na atice pod oplechováním. Pro minimalizaci rizik neprobíhají obvodovou stěnou žádné instalace, s výjimkou kanalizačního svodu z baru ve -foyeru. Ten byl umístěn do pečlivě vyomítané drážky a povrch zapravené stěny byl pro jistotu přelepen perlinkou. Pásy perlinky byly rovněž nalepeny na všechny styky vnitřních příček a obvodových stěn, příčky byly uchyceny do vzduchotěsně kotvených konzol. Ověření vzduchotěsnosti blower-door testem provedl Mgr. Stanislav Paleček z firmy Radion s výsledkem n5 = 0,2.
Vytápění
Pro objekt školy byly navrženy dva systémy vytápění. Pro malé místnosti, převážně učebny na severní straně budovy byl použit samostatný centrální systém teplovodního vytápění s nucenou cirkulací a max. teplotním spádem 50/40 °C pro okruh otopných těles. Zdrojem tepla pro tento systém a pro ohřev teplé vody je trojice tepelných čerpadel systému vzduch–voda v blokové sestavě venkovních jednotek a hydroboxů. Tepelná čerpadla jsou osazena na střeše.
Sály a foyery jsou vytápěny vzduchotechnicky. Část tepla je přiváděna větracím vzduchem, část je zabezpečena klimatizačními jednotkami v reverzním chodu. Zdrojem tepla jsou tepelná čerpadla vzduch–vzduch, která umožňují také případné chlazení. Venkovní jednotky jsou na střeše, vnitřní jednotky jsou zavěšeny na stěnách v sálech a foyerech. Jako záloha pro nejchladnější dny v zimních měsících je připraven elektroohřev.
Větrání
Větrání sálů a učeben zajišťují vzduchotechnické jednotky s rekuperací tepla ve dvou strojovnách, které jsou umístěny v nejvyšších podlažích u západní a východní fasády. Jsou sestaveny z ventilátorů přívodního a odvodního vzduchu, filtru v potrubí vstupního a výstupního vzduchu, rotačního hygroskopického rekuperátoru, přímého výparníku (ohřívače/chladiče na chladivo R410A) a elektrického ohřívače. Čerstvý vzduch je nasáván přes sací komory, které jsou umístěny na severní fasádě.
Do učeben v 1. NP je vzduch přiváděn vodorovným přívodním potrubím nad demontovatelným podhledem chodby výústkami osazenými ve stěně mezi chodbou a učebnami. Abychom zamezili přeslechům mezi učebnami, byly u každé učebny v potrubí osazeny tlumiče hluku.
V prostorách pro výuku výtvarných oborů ve 2. NP je vodorovné potrubí nad podhledem snížené části učeben, místnost s keramickou pecí má samostatný přívod i odvod vzduchu.
Foyer je větráno společně s funkčně propojenými prostory. Pro eliminaci tepelných ztrát otevřenými vstupními dveřmi bylo navrženo zádveří, nad vnitřní dveře je umístěna teplovzdušná vzduchová clona, která také zabezpečuje vytápění vstupních prostor budovy.
Víceúčelový sál ve 3. NP má samostatný větrací okruh vedený přímo ze strojovny u východní fasády. Distribuce přívodního vzduchu je textilními výústkami kruhového průřezu, které jsou u stropu sálu podél akustických odrazných podhledů, odvod vzduchu je ve stropě nad balkónem v nejvyšším bodě prostoru.
Objekt lze přirozeně větrat okny a před konáním akcí lze otevřením oken a klapek, které zde jsou primárně pro odkouření domu při požáru, budovu „předchladit“.
Stínění budovy
Na východní, jižní a západní straně budovy jsou všechna okna vybavena vnějšími žaluzie-mi. Sestava na každé fasádě je samostatně řízena nadřazeným systémem měření a regulace na základě skutečného slunečního svitu dopadajícího na danou fasádu a teplot v místnostech u této fasády. Je-li požadavek teplotu v místnostech zvýšit, systém vyhodnotí, zda je k dispozici sluneční energie a nastaví žaluzie. Teprve pokud sluneční záření nepokryje požadovanou energetickou dotaci, je spuštěno topení. Žaluzie jsou vybaveny také manuálním ovládáním, doba, po kterou má manuální nastavení přednost před automatickým řízením, je nastavitelná.
Měření a regulace – řízení budovy
Snahou bylo navrhnout co nejjednodušší systém, který by však zabezpečil požadované vnitřní prostředí při maximálním využití pasivních energetických zisků. Dalším požadavkem bylo sledování základních stavů jednotlivých zařízení a signalizace poruch. Systém je vybaven modulem pro vzdálené ovládání.
Energetická náročnost objektu
– Zdroj tepla: tepelná čerpadla vzduch/voda. Měrná spotřeba energie na vytápění EPH, A – 8 kWh/(m².rok),
– větrání: vzduchotechnické jednotky s rekuperací tepla. Měrná spotřeba energie na mechanické větrání EPFans, A – 6 kWh/(m².rok),
– chlazení pro sály: měrná spotřeba energie na chlazení EPC, A – 3 kWh/(m².rok),
– příprava teplé vody: centrální se zásobníkem. Měrná spotřeba energie na přípravu teplé vody EPDHW, A – 2 kWh/(m².rok),
– osvětlení: LED svítidla a lineární zářivky. Měrná spotřeba energie na osvětlení EPLight, A – 21 kWh/(m².rok),
– měrná spotřeba energie na celkovou podlahovou plochu: EPA – 40 kWh/(m².rok),
– třída energetické náročnosti budovy: A – mimořádně úsporná (pasiv dle TNI), podle PENB je objekt školy vyhodnocen jako objekt velmi úsporný, třída EN „A“.
Zkušenosti ze stavby
Stavba školy se od staveb běžných pasivních domů liší zejména vysokými požadavky na bezpečnost objektu. Všechna skla, která sahají po podlahu a jsou přístupná žákům, musela být navržena jako bezpečnostní. Taková skla však mají menší propustnost tepelné solární energie, a proto musela být okna navržena větší, než by tomu bylo u domu s klasickým „solárním“ prosklením (solární faktor skel g menší než 0,5). Tím způsobená vyšší tepelná ztráta okny musela být kompenzována lepší izolací stěn a střechy budovy.
Požárněbezpečnostní požadavky na budovu se shromažďovacím prostorem vyvolaly nutnost použít zateplovací systém z minerální vaty, což ovlivnilo volbu základního zdicího materiálu obálky.
Náročný architektonický detail proskleného rohu s nakloněnou lichoběžníkovou prosklenou plochou si vyžádal poměrně komplikované statické řešení. V průběhu stavby se nám nepodařilo najít nikoho, kdo by měl zkušenosti s instalací nakloněného lichoběžníkového trojskla velkých rozměrů. Přesto se návrh i instalace zdařily. Stále ještě trvá problém s vyřešením tepelné pohody v relativně malých místnostech za rohovým prosklením. Vzhledem k tomu že dodavatel skla vyloučil částečné stínění lichoběžníkových ploch, protože při nerovnoměrném ohřívání by sklo mohlo prasknout, rozhodli jsme se vyzkoušet provoz budovy bez vnějšího zastínění v tomto místě fasády. Zkušenost prokázala, že to není možné a v současné době řešíme, jak vnější zastínění zajistit i zde.
Dosavadní zkušenosti s provozem
Zkušenosti s provozem jsou ještě příliš krátké na to, aby bylo možno učinit spolehlivé závěry. Ale už nyní můžeme konstatovat, že budova potřebuje minimálně dvě zimy na seřízení a vyvážení všech systémů tak, aby byl jejich provoz optimalizován.
Přesto provozovatel uvádí, že spotřeba energie za letošní zimu byla přibližně stejná, jako byla spotřeba v několikrát menší budově předchozího sídla školy. Provozovatel hodnotí jednoznačně kladně provozní řešení a kvalitu vnitřního prostředí rozhodujících prostor školy a k naší velké radosti rovněž akustiku všech sálů i učeben.
VÍTĚZSLAV VONDROUŠ, HELENA BORÁKOVÁ, DALIBOR BORÁK
foto Dalibor Borák (1–7, 12–15, 17), Petr Špaček (8, 10, 11), Michal Štourač (9, 16)
Ing. Vítězslav Vondrouš (*1963)
absolvoval Strojní fakultu VŠST Liberec. V době výstavby ZUŠ byl místostarostou města Holice, nyní je členem zastupitelstva.
Ing. arch. Helena Boráková (*1959)
absolvovala Fakultu architektury VUT v Brně, je stálým spolupracovníkem ateliéru DOBRÝ DŮM, s. r. o., spolu s Ing. arch. Daliborem Borákem je nositelkou Grand prix architektů za nízkoenergetickou víceúčelovou budovu v Brně a evropské ceny Energy Efficiency Award za téměř nulový dům v Brně-Obřanech.
Ing. arch. Dalibor Borák (*1959)
absolvoval Fakultu architektury VUT v Brně, je společníkem a jednatelem ateliéru DOBRÝ DŮM, s. r. o. Byl místopředsedou a předsedou ČKA. Působil jako koordinátor a garant odborné části ČKA pro projekt EU CEC5-CESBA. Dlouhodobě se věnuje architektuře a výstavbě energeticky úsporných a ekologických budov.
