Modelový projekt ekologicky a sociálne udržateľnej modernizácie budovy Nadácie Nová Cvernovka v Bratislave, Slovensko

Výskumný projekt financovaný Nemeckou spolkovou nadáciou pre životné prostredie (DBU)- AZ 35273/01; Téma 4 – Klíma a budovy ohľaduplné k šetreniu zdrojov
Trvanie projektu: 06/2020 – 12/2021


Cieľ projektu

Cieľom výskumného projektu bolo vypracovať architektonicky, socioekologicky a energeticko-technicky udržateľný koncept prestavby internátu bývalej chemickej priemyslovky z 50. a 60. rokov dvadsiateho storočia na prvú energeticky plusovú budovu na Slovensku. Internát dnes využíva Nová Cvernovka, významné spoločensko-kultúrne centrum v severnej časti Bratislavy. V prípade existujúceho internátu s celkovou podlahovou plochou približne 6 500 m2 sa v rámci programového využitia uvažuje o nových komunitných a nízkonákladových formách zdieľaného bývania (CoHousing), kanceláriách a ateliéroch pre mimovládne organizácie a sociálne inovácie, ako aj o doplnkových verejných funkciách (denný stacionár, kaviareň).

Cieľom koncepcie je inovatívna, udržateľná a odolná prestavba existujúcej budovy. Z energetického hľadiska sa má realizovať energeticky plusová budova, ktorá vďaka využívaniu obnoviteľných zdrojov energie vyrobí v priemere viac energie, ako spotrebuje za rok (ekologický prínos); z ekonomického hľadiska sa má dosiahnuť priaznivé nájomné, ako aj nízke prevádzkové náklady a náklady na životný cyklus (ekonomický prínos); a prostredníctvom participatívneho rozvoja a spoločného využívania obytných a servisných priestorov budú vytvorené podmienky pre zodpovedné a inkluzívne spoločenstvo obyvateľov (sociálny prínos). Pre Slovensko predstavuje opätovné využívanie opustených budov významnú sociálnu inováciu, najmä s ohľadom na vysoké ciele ekologickej udržateľnosti a intenzívnu účasť budúcich užívateľov – v tomto prípade predovšetkým aktérov z kreatívneho priemyslu a obyvateľov zdieľaných obytných priestorov.

Partneri

Kroky a metódy

Projekt bol spracovaný v ôsmich pracovných balíkoch (WP), z ktorých každý bol realizovaný pod vedením zodpovedných projektových partnerov interdisciplinárneho tímu a koordinovaný FHP ako hlavným žiadateľom.

Za prípravu celkovej ekologickej koncepcie a kontrolu integrovaného plánovania (WP1), koncepciu a realizáciu web stránky (WP2), ako aj za riadenie a administráciu projektu (WP8) bola zodpovedná Univerzita aplikovaných vied v Postupime.

Vývoj koncepcie komunitných foriem života a monitorovanie procesu participácie (WP3) uskutočnil id22: Inštitút pre kreatívnu udržateľnosť.

Za stanovenie energetického stavu (WP4) a koncepciu plusovej energetickej budovy (WP5) bol zodpovedný slovenský partner, Inštitút pre pasívne domy (iEPD).

Za prípravu záverečnej projektovej dokumentácie (A6), ako aj koordináciu komunikácie a vzťahov s verejnosťou (WP7) Nadácia Cvernovka.

Z metodologického hľadiska boli pre vývoj koncepcie komunitného bývania a ekologických opatrení okrem kvalitatívnych rozhovorov a kvantitatívnych prieskumov medzi súčasnými obyvateľmi internátu dôležité najmä výskumy, analýzy a návštevy projektov socioekologického modelu. Energetické výpočty na optimalizáciu podľa štandardu pasívneho domu boli realizované pomocou softvéru PHPP a na termodynamické simulácie a výpočty fotovoltického systému bol použitý softvér lES VE. Znalostnú integráciu všetkých koncepcií, ako aj priestorových, stavebných, technických a sociálnych opatrení do návrhu vykonali poverení architekti v rámci procesu integrovaného navrhovania.

Webová stránka s názvom „Building social ecology“ alebo „Budovanie sociálnej ekológie“ má slúžiť ako ústredný komponent na prenos poznatkov a inšpirácia pre proces navrhovania. Na web stránke boli zdokumentované existujúce projekty socioekologických budov a typické konštrukčné prvky, ktoré sa v týchto projektoch vyskytujú. Koncepčným základom pre návrh web stránky bola metodika „A Pattern Language“ (Reč vzorov), ktorej autormi sú Christopher Alexander, Sara Ishikawová a Murray Silverstein (Alexander a kol. 1977). V zovšeobecnenej podobe sú vzory kombinovateľnými, vzájomne prepojenými a synergickými prvkami dizajnu, ktoré môžu slúžiť ako zdroj inšpirácie pre architektov, projektantov a obyvateľov pri tvorbe ich vlastných socioekologických projektov.

Areál Novej Cvernovky

Súťaž

Na júnovom stretnutí komunitných architektov s názvom Archboard boli do súťaže o projekt CMI.BA vybrané tri ateliéry pôsobiace v Novej Cvernovke. Tieto ateliéry boli vybrané na základe ich schopností, skúseností a pôsobenia na slovenskej architektonickej scéne. Ateliéry boli vyzvané, aby predložili esej o svojom ateliéri a svojej vízii projektu CMI.BA a tiež priložili prezentáciu svojej doterajšej práce.

V októbri 2020 bola vyhlásená súťaž. Komisia zložená z deviatich zástupcov všetkých zainteresovaných strán projektu a externých odborníkov vyberie jeden z ateliérov, aby viedol architektonický návrh rekonštrukcie. Ďalšie dva architektonické ateliéry boli najaté, aby tvorivo oponovali a preskúmali návrh vo fáze architektonickej štúdie a pred urbanistickým plánovaním.


Zúčastnené ateliéry a ich návrhy:
2021 – návrh
N/A – návrh
Viťaz PLURAL – návrh

Stretnutie v Berlíne

10.-13 augusta 2021

V Berlíne sme navštívili zaujímavé projekty, Spreefeld, Haus der Statistik, projekty realizované „Baugruppe“: Esmarchstr 3, Christburger Str. 13, Pfefferberg, IbeB, Bernburger Str. – Block 6, Roof water farm, Refugio, CRCLR / Alltag, ufaFABRIK

Na tímových stretnutiach sme diskutovali o scenároch o výsledkoch seminára, výhľadoch a ďalších krokoch.

Prezentácia z Berlína, kde sme predstavili celkový koncept

Výsledky a diskusia

Celková ekologická koncepcia a energeticky plusová budova: Na realizáciu prestavby na energeticky plusovú budovu je potrebná tepelná modernizácia povrchov obvodového plášťa na úroveň pasívneho domu vrátane nových okien, vetracieho systému s rekuperáciou tepla a inštalácie nízkoteplotných stropných panelov na vykurovanie a chladenie. Plánovaný fotovoltický systém s výkonom približne 100 kW poskytne v ročnom priemere viac ako dostatok elektrickej energie na prevádzku tepelného čerpadla na výrobu tepla, čím zabezpečí štandard energeticky plusovej budovy (PlusEnergy). Fotovoltický systém má byť plne integrovaný prvok konštrukcie pultovej strechy v rámci plánovanej strešnej nadstavby a je zároveň viditeľným znakom využívania obnoviteľných zdrojov energie. V rámci modro-zelenej infraštruktúry sú plánované zelené fasády, hydropónia, strešný skleník a tiež zariadenia na využívanie dažďovej a sivej vody spolu s vodozádržnými plochami. Vďaka zachovaniu existujúceho stavebného fondu, „stratégii minimálnych zásahov“ a koncepcii orientovanej na recykláciu materiálov sa vo veľkej miere zachováva existujúca sivá energia a znižuje sa množstvo stavebného odpadu a inej sivej energie v porovnaní s novou výstavbou alebo rozsiahlejšou obnovou. Ďalšie ekologické a ekonomické prínosy možno očakávať od využívania spoločných priestorov, služieb a objektov, napr. vo forme voliteľných miestností, klastrového bývania alebo prostredníctvom plánovaného zdieľania v oblasti mobility.

Spoločné bývanie a participácia: V rámci participatívneho plánovania s Nadáciou Cvernovka a súčasnými obyvateľmi bola navrhnutá kombinácia vhodných typov bývania s ohľadom na danú lokalitu, ktoré zahŕňajú mikrobyty, zdieľané byty a klastrové byty. Konštrukcia budovy je na plánované prestavby veľmi vhodná a flexibilná; na inštaláciu jadier, úpravu vnútorného vybavenia a nových schodísk nutných v rámci protipožiarnéj ochrany sú potrebné len minimálne zásahy.

Perspektíva „sociálnej ekológie“ naznačuje, že otázky týkajúce sa efektívnosti nemôžu bez toho, aby sme sa najprv zaoberali otázkami miestnej demokracie a komunity. Klimatickú krízu nemožno vyriešiť bez toho, aby sa najprv riešila kríza nerovnosti a zlyhávajúcej demokracie. Táto diskusia sa na širšej úrovni týka klímy, hospodárstva, demokracie, bývania a zdravia. Je motivovaná krízami, ktoré sú každým dňom reálnejšie. Závery, ktoré sú zhrnuté v nasledujúcom texte, ako ich zhrnul berlínsky tím id22, sa začínajú uznaním týchto vzájomne prepojených kríz a obsahujú dotazník členov a členiek komunity:

Koncept spoločného bývania – id22

Výmena názorov so zástupcami komunity v Novej Cvernovke poukázala na dôležitosť využívania účinných stratégií a nástrojov na zapojenie obyvateľov, najmä pokiaľ ide o digitálnu komunikáciu a online stretnutia, a na potrebu motivovať ich k pokračujúcej účasti v procese plánovania a realizácie.

Prenos znalostí a webová stránka: Analýza realizovaných príkladov a najmä návštevy už realizovaných vzorových projektov v Berlíne a vo Viedni boli dôležitými skúsenosťami pri vyhodnocovaní rozhodnutí prijatých v procese navrhovania. Až po mnohých rokoch praxe je možné skonštatovať, či sa určité priestorové, technologické alebo sociálne riešenia a inovácie osvedčili alebo nie. Na web stránke https://www.buildingsocialecology.org/ je zdokumentovaných 24 vzorových projektov a katalóg 27 sociálno-ekologických vzorov, ktoré sa osvedčili ako užitočný nástroj v rámci plánovania a môžu ich využiť aj ďalší tvorcovia projektov, architekti a iné subjekty pri navrhovaní vlastných projektov.

Verejná prezentácia

V októbri 2021 sa v Bratislave uskutočnila verejná prezentácia výsledkov výskumného projektu pred viacerými politickými predstaviteľmi mesta Bratislava, samosprávneho kraja a ďalšími zástupcami bratislavských inštitúcií. Projektová dokumentácia uvedená v prílohe správy je podkladom pre ďalšie kroky podľa licenčných zákonov. Na jeseň 2022 budú verejnosť a verejné inštitúcie informované o ďalších fázach vývoja projektu.

Verejná prezentácia v Bratislave

Projektová dokumentácia

Ateliér PLURAL v júni 2022 odovzdal dokumentáciu pre územné rozhodnutie.

V projektovej dokumentácii je zapracovaná celková ekologická koncepcia, ktorá bola prispôsobená požiadavkám a vyhodnotená počas procesu plánovania. Integrálne plánovanie slúžilo ako hlavný nástroj na integráciu ekologickej koncepcie do návrhu. Týmto spôsobom sa všetky sa mohli zohľadniť a optimalizovať ekologické, energetické, programové a iné požiadavky už v počiatočnom štádiu. 

 

Energetická koncepcia

Analýza a hodnotenie aktuálnej situácie

Prvým krokom pri modernizácii budovy na efektívnejší energetický štandard je poznať jej súčasný stav. V nasledujúcich častiach je opísaný proces hodnotenia a výpočtu.

Energetická obálka budovy

Prvým krokom bolo podrobné zmapovanie stavby. Na tento účel boli do softvéru na výpočet PHPP zadalné geometrické a stavebno-fyzikálne charakteristiky budovy (vstupné rozmery, hodnoty súčiniteľa prechodu tepla U pre jednotlivé komponenty, atď.). Údaje boli získané z aktuálneho prieskumu, ale aj z pôvodnej projektovej dokumentácie z roku 1955, kedy bola budova postavená. Ďalšie údaje sme získali zo sond navŕtaných do strešnej a podlahovej konštrukcie, časť vonkajších stien bola odkrytá, takže bolo pomerne jednoduché určiť zloženie konštrukcií. V PHPP sú jednotlivé vrstvy opísané v samostatnom hárku s tepelnoizolačnými charakteristikami, po ktorom nasledujú výpočet súčiniteľa prechodu tepla, hodnoty súčiniteľa prechodu tepla U pre každý segment a konkrétnu časť energetickej obálky. 

Vzduchotesnosť konštrukcie budovy

Veľmi dôležitou hodnotou vo výpočte je miera infiltrácie vzduchu cez konštrukcie, ktorá sa do výpočtu zadáva. Ide o stanovenie množstva vzduchu, ktoré prúdi cez netesnosti budovy v dôsledku pôsobenia vetra. V tomto štádiu je to odhad, avšak kvalifikovaný, na základe množstva skúseností z meraní rôznych objektov.


Koncepcia energetickej modernizácie budovy

Opatrenia na dosiahnutie pasívneho štandardu

Základné opatrenia sa týkali riešení na dosiahnutie štandardu pasívneho domu. Ide o opatrenia, ktoré vedú. ku hĺbkovej obnove budovy. Jedným z nich je zlepšenie parametrov tepelnoizolačného plášťa budovy; pre rôzne segmenty budovy bolo navrhnuté dodatočné doplnenie izolačných materiálov. Na základe konzultácií so spoločnosťou Isover Saint-Gobain bol vybraný izolačný materiál Clima 34 s hrúbkou 200 mm pre vonkajšie steny a až 300 mm pre strešný plášť a nadstavbu. Projekt počíta so zlepšením parametrov okien, plánuje sa použiť plastové okná s Uf = 0,8 W/(m2 K), trojité izolačné zasklenie a vonkajšie tienenie, aby sa zabránilo prehrievaniu v lete. Zabezpečenie tienenia je dôležité aj preto, že sa plánuje vybudovanie nosnej konštrukcie, ktorá bude súčasne plniť niekoľko funkcií a bude nosnou konštrukciou. Vonkajšie tienenie by sa malo realizovať ako riadené tienenie vonkajšími žalúziami alebo roletami, ale aj výsadbou priamo na budove, napr. popínavými rastlinami. Je veľmi dôležité vyhnúť sa tepelným mostom, ktoré by takéto konštrukcie mohli spôsobiť. Preto je výsadba navrhnutá ako samonosná konštrukcia, ktorá je len selektívne spojená s budovou, aby sa eliminoval vplyv tepelných mostov. Veľmi dôležitou súčasťou je zabezpečenie vysokej úrovne vzduchotesnosti celého energetického plášťa, ktorá bude riešená v realizačnom projekte, najmä v prípade vymenených okien a všetkých prechodov cez tepelnoizolačný plášť budovy. Stupeň výmeny vzduchu a infiltrácie sa kontroluje meraním vzduchotesnosti – tzv. Blower door test. Koncepcia počíta aj s riadeným vetraním s rekuperáciou tepla. Vetrací systém je navrhnutý podľa využitia priestorov, prispôsobený v každom prípade kanceláriám, ateliérom, kaviarňam a materskej škole, ktoré sú v budové plánované vybudovať.

Pokiaľ ide o energetickú koncepciu a výpočet, je potrebné zohľadniť aj spotrebu energie na osobu, a nie výlučne na meter štvorcový, a zahrnúť ju do výpočtu. Doteraz bola polovica spotreby vypočítaná pre domácnosti (iEPD). Aby bolo možné zohľadniť potrebu energie na osobu, bolo by potrebné zaznamenať aj hustotu obsadenosti na meter štvorcový a porovnať ju so skutočným stavom. 

Prehľad opatrení na dosiahnutie štandardu pasívneho domu

  • Zlepšenie tepelnej izolácie povrchov obvodového plášťa budovy (napr. optimalizácia štítovej steny s hodnotou U 1,9 W/m2 K v súčasnom stave na 0,19 W/m2 K pomocou 150 mm hrubej tepelnej izolácie so súčiniteľom tepelnej vodivosti λ = 0,032 W/mK).
  • Odporúčanie iEPD: ISOVER Clima 034 s 0,034 W/(m2 K) a hrúbkou minimálne 200 mm; pre strechu/sklon minimálne 300 mm. 
  • v súčasnosti plánované: exteriérové flexibilné tienenie: podľa aktuálnych výpočtov (iEPD) potreba tepla 111,25 kWh/m2 a a potreba chladu 213,98 kWh/m2 a
    (potreba elektriny, tepla, chladu a WRG)
  • Merná potreba primárnej energie podľa výpočtov iEPD: 113,1 kWh/m2 a

Novonavrhované zásobovanie teplom zabezpečuje nízkoteplotné vykurovanie s tepelnými čerpadlami ako zdrojom energie. Tepelné čerpadlá sú navrhnuté v systéme zem/voda, t. j. využívajú energiu z vertikálnych vrtov, ktoré sa vybudujú na pozemku a ktoré budú poskytovať potrebnú energiu na výrobu teplej vody, vykurovanie a v letných mesiacoch aj na pasívne chladenie. Tento systém je možné používať celoročne, čo zvyšuje jeho účinnosť (obr. 50).

Výkon tepelných čerpadiel je vypočítaný na 120 kW na prípravu teplej vody a na vykurovanie a chladenie. Tepelné čerpadlá sú veľmi účinné zariadenia, ktoré veľmi dobre fungujú s nízkoteplotnými vykurovacími systémami, v tomto prípade sa uvažuje o inštalácii nástenných alebo stropných výmenníkov tepla používaných na vykurovanie a chladenie. Ide o tzv. suché chladenie bez kondenzácie so strednou teplotou približne 16 °C. 

Odporúčané riešenie pre mechanické vetranie je použitie modelu vetracej jednotky „aeroschool 600“ predstavuje riešenie, ako tieto miestnosti vetrať bez väčších zásahov do existujúcej budovy. Je veľmi dôležité, aby sa systém dal regulovať podľa potrieb používateľov.

Súčasťou celkového hodnotenia energetickej koncepcie bola aj termodynamická simulácia, ktorá bola riešená v niekoľkých častiach. Veľmi dôležité sú výsledky termodynamickej simulácie strešnej konštrukcie, kde sú plánované ateliéry a kancelárie, ktorá má parametre s vyššou energetickou efektívnosťou v porovnaní s obytnými priestormi. Na určenie potrebného chladiaceho výkonu je veľmi dôležité znížiť tepelnú záťaž v letných mesiacoch.

Ďalšou dôležitou súčasťou koncepcie je riešenie riadeného vetrania, ktoré je navrhnuté podľa typu prevádzky alebo obsadenosti budov. Preto sa vetrací systém spracováva v rôznych koncepciách. V prípade materskej školy na prízemí sa plánovaná výmena vzduchu rieši pomocou dvoch decentralizovaných vetracích jednotiek s výkonom 600 m3 /h každá. Podobným spôsobom je riešená aj strešná nadstavba, ktorá je navrhnutá v štandarde pasívneho domu. Vetranie zabezpečujú samostatné vetracie jednotky s rekuperáciou tepla. Bytová časť je riešená centrálnym systémom s reguláciou prietokov vzduchu pre jednotlivé bytové jednotky (obr. 52 a 53).

Stenové vykurovanie a chladenie

Na vykurovanie a chladenie sa môže použiť stenový systém s trubkami inštalovaný pod omietkou na vybraných plochách. V závislosti od požiadaviek na výkon sa do vetracej mriežky inštalujú rúrky z materiálu PE-Xa s kyslíkovou bariérou. V prípade suchej inštalácie sa systém inštaluje vo forme prefabrikovaných sadrokartónových dosiek s rúrkami zabudovanými do stien.

Stropné vykurovanie a chladenie

Ďalším riešením sú medzistropné systémy, ktoré sa inštalujú pod omietku na pevný alebo iný vhodný typ nosný strop. Na potrubie sa pripevňujú rúrky z materiálu PE-Xa s kyslíkovou bariérou podľa požiadaviek na výkon. V prípade suchej inštalácie sa systém inštaluje vo forme prefabrikovaných sadrokartónových dosiek so zabudovanými rúrkami.

Pre vnútorné stropné panely navrhuje skupina ECOboaRD vlastný systém. Významnou inováciou je použitie penového hliníka ako inovatívneho materiálu vyvinutého v spolupráci s autorom patentu Dr. Ing. Františkom Simancikom (obr. 51). Systém bol pôvodne navrhnutý pre zaplavené budovy bez centrálnej klimatizácie. Účinok sa zvyšuje použitím skupinovej premeny parafínu obsiahnutého v penových hliníkových doskách. Táto technológia je vhodná nielen na odvod prebytočného tepla z budovy, ale aj ako alternatíva vykurovania. V kombinácii s funkčným tienením a funkčnou strešnou izoláciou, ako aj inteligentným riadením je cieľom dosiahnuť výkonnostný efekt porovnateľný s konzervatívnym a energeticky náročným kompresorovým klimatizačným systémom. Tie tiež produkujú odpadové teplo, ktoré sa uvoľňuje do atmosféry, hluk a vibrácie.

Celý PHPP výpočet si môžete pozrieť tu.

Záver

Projekt ukazuje, že modernizáciu budovy bývalého internátu na energeticky plusovú budovu s rôznorodým využitím a komunitnými formami bývania je možné uskutočniť za rozumné náklady. Projekt má potenciál slúžiť ako vzor pre podobné modernizačné projekty na Slovensku. V rámci výskumu nebolo možné vyriešiť konflikty cieľov, ako sú vyššie investičné náklady na ekologické a energetické štandardy („energeticky plusová budova“) versus sociálne prijateľné financovanie („dostupné bývanie“).

Záverečná správa projektu