Univerzitní centrum UCEEB v obrazech

Univerzitní centrum energeticky efektivních budov je interdisciplinární vysokoškolský ústav Českého vysokého učení technického v Praze, které sdružuje odborníky čtyř fakult – stavební, strojní, elektrotechnické a biomedicínského inženýrství. Společným zájmem jsou energeticky úsporné budovy se zdravým vnitřním prostředím, které jsou zároveň šetrné k životnímu prostředí. Spolupráce napříč obory přináší komplexní pohled a inovativní řešení v oblasti udržitelné výstavby. UCEEB připravuje studenty pro praxi už na úrovni diplomových a disertačních prací a zapojuje je do mezinárodních studijních programů. Zároveň se zaměřuje na komercializaci výsledků výzkumu, spolupráci s průmyslem, transfer technologií a znalostí a rozvoj inovační kultury.

Takto se projekt UCEEB ČVUT rodil (2013)

Projekt na vybudování UCEEB byl navržen v rámci čerpání dotací z Evropských strukturálních fondů prostřednictvím Operačního programu Výzkum a vývoj pro inovace (OP VaVpI) v prioritní ose 2. Regionální VaV Centra. OP VaVPI je jedním z významných operačních programů, který přispívá k posílení růstu konkurenceschopnosti státu a orientaci na znalostní ekonomiku. Cílem Prioritní osy 2 je pomocí dotací podpořit vznik a rozvoj kvalitně vybavených, aplikačně zaměřených pracovišť v ČR s rozvinutou spoluprací a silnými vazbami na partnery z aplikační sféry, jejichž činnost posílí konkurenceschopnost regionu a jeho potenciál pro export zboží, služeb a know-how. Celková výše finanční podpory projektu činí 672 020 806 Kč, z toho příspěvek Evropského fondu regionálního rozvoje 571 217 685,10 Kč (85%) a příspěvek státního rozpočtu ČR: 100 803 121,90 Kč (15 %).

Taková je současnost (5/2014)

Co se týče stavebně-energetická koncepce, má budova velmi různorodé provozní požadavky. Prof. Ing. Jan Tywoniak, CSc. uvádí, že můžeme identifikovat souvislou vytápěnou zónu – dvoupodlažní, převážně administrativní část s navazujícími jednotlivými laboratořemi – a také ji samostatně hodnotit. Rozhodující objem stavby s velkým halovým prostorem a navazujícím blokem laboratoří při jižní fasádě je vhodné ve výpočtovém modelu považovat za sousední nevytápěný prostor, i když i jeho obvodové konstrukce jsou tepelně izolované. V těchto prostorách bude existovat požadavek na vytápění pouze v době některých z mnoha druhů experimentů, a to zpravidla vždy jen ve vymezené části. Energie zde užité pro vytápění a chlazení, potřebné dokonce někdy i současně podle povahy experimentů, nelze započítávat do stavební energetické náročnosti podle obvyklého chápání tohoto pojmu. Tyto energie lze přirovnat k energiím pro výrobní procesy v továrně, i když jejich přítomnost může vést k vyšším teplotám vzduchu, než by odpovídalo obvykle uvažovanému sousednímu nevytápěnému prostoru podle obvyklých modelů výpočtů. Halové prostory jsou ze západní strany přístupné velkými vraty, která mohou být podle povahy přípravy a realizace experimentů po delší dobu otevřena.

Administrativní část budovy

Obvodové konstrukce rozhodující vytápěné části jsou navrženy na úrovni obvykle odpovídající pasivnímu standardu (součinitel prostupu tepla obvodové stěny 0,14 W/(m²K), oken 0,8 W/(m²K), střechy 0,10 W/(m²K), podlahy na terénu 0,30 W/(m²K), podlahy nad venkovním prostorem 0,11 W/(m²K). Průměrný součinitel prostupu tepla obálky budovy (tedy této vytápěné zóny) je 0,31 W/(m²K). V této části je realizováno nucené větrání se zpětným získáváním tepla s řízením po místnostech podle jejich obsazení. Výjimku tvoří některé laboratoře, kde nelze s ohledem na charakter laboratorního provozu (zdraví škodlivé látky, digestoře) zpětné získávání tepla realizovat. Měrná potřeba tepla na vytápění vytápěné části budovy je i s tímto objektivním „handicapem“ velmi nízká - 31 kWh/(m²a).

Navazující blok jednotlivých laboratoří, které se postupně dobudovávají

Charakter práce výzkumných týmů nelze podle autora koncepce dopředu předpovědět: nelze objektivně zjistit, kolik času budou pracovat v kanceláři, kolik při experimentech v laboratořích a zkušební hale. Z toho vyplývají i nejistoty deklarativního výpočtu energetické náročnosti, kam se nutně promítají předpoklady obsazení a vybavení jednotlivých kanceláří (ovlivnění potřebného objemu čerstvého vzduchu na straně jedné a produkce tepelných zisků na straně druhé). Budovu autor hodnotí i z pohledu nových legislativních požadavků na energetickou náročnost budov (Vyhláška 78/2013, která v českém prostředí realizuje požadavky známé evropské směrnice), i když se na ni z právního hlediska nevztahují: Obálka budovy odpovídá třídě B (velmi úsporná). Hodnota neobnovitelné primární energie bude zřejmě splňovat požadavek pro budovy s téměř nulovou spotřebou energie (závazné od roku 2018 pro budovy financované z veřejných prostředků), vzhledem ke značnému podílu kogenerační výroby tepla a elektřiny ve vlastním výzkumném zařízení a fotovoltaické instalaci. Bonusem je využitelnost části energie vyprodukované v souvislosti s některými experimenty. „Vzhledem k různorodosti provozu budovy a charakteru experimentů bude vhodné se k detailnějšímu hodnocení vrátit po dvou až třech letech,“ píše ve se zprávě prof. Tywoniak.

Technické zázemí budovy patří mezi nejlepší v Evropě

Architektonickou koncepci dále popisují prof. Ing. arch. Tomáš Šenberger a Ing. arch. Tomáš Med. Hlavní hmotou budovy je 9 metrů vysoký blok testovací haly, ke které jsou na severní a východní straně připojeny nižší přízemní části se specializovanými laboratořemi a výukovou místností. Dominantu tvoří administrativní křídlo, položené na střechu laboratoří ve směru západ-východ jako dřevěný hranol se šikmo seříznutými čely. Orientace stavby ke světovým stranám, zvolení netradičního konstrukčního systému a různé typy obalových konstrukcí tvoří ideální podmínky pro účel budovy. Jednoznačná orientace podélné osy stavby západ-východ umožňuje umístění solárních zařízení na k jihu obrácené části stavby (fotovoltaické panely na střešní světlíky haly ve sklonu 34°, vzduchový solární kolektor o ploše cca 360 m² na jižní fasádu haly) a naopak příznivé osvětlení specializovaných laboratoří a testovací haly (světlíky) od severu.

Slavnostní otevření UCEEB ČVUT v květnu 2014 za přítomnosti ministra školství

Pro hlavní nosnou konstrukci bylo 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. Důležitou součástí architektonického řešení je také využívání zeleně. Mimo sadové úpravy je zeleň i 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. Tyto obvodové pláště jsou navržené jako vícevrstvé, s poslední vnější vrstvou v podobě kovových, perforovaných nosičů zeleně.

Zájem o prohlídku budovy byl mimořádný. Zpřístupněna byla i zahrada, která v tomto případě svým zázemím navazuje na laboratoř pro výzkum solárních panelů

Autor energetické koncepce dále uvádí, že pro experimenty v UCEEB bude typické testování v reálném měřítku, jenž umožní dosažení spolehlivých informací o funkčních parametrech materiálů, konstrukcí, navrhovaných energetických systémů a systémů inteligentního řízení, včetně jejich dopadů na kvalitu vnitřního prostředí budov, jakož i na životní prostředí. Jako součást centra byl proto navržen energetický systém, který slouží zároveň jako experimentální zařízení pro výzkum interakce zdrojů energie s vlastní budovou i s nadřazenou energetickou sítí. Návrh zásobování budovy energií (elektřina, teplo, chlad) 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 cca 35 kWp instalovaných na střeše UCEEB. Nicméně, jádrem návrhu energetického centra (energocentra) je kogenerační plynová mikroturbína s výkonem 65 kWe/120 kWt, která může vykrývat výkyvy v dodávce elektrické energie z fotovoltaického systému. Jako čistě experimentální bude sloužit další plynová mikroturbína o elektrickém výkonu 30 kWe. V areálu UCEEB budou instalovány dvě nabíjecí stanice pro budoucí elektromobily.

Zleva: prof. Ing. arch. Ladislav Lábus (FA ČVUT); doc. Ing. Tomáš Matuška, Ph.D. (UCEEB ČVUT); prof. Ing. Petr Konvalinka, CSc. (rektor ČVUT)

Od efektivního využití tepla celoročně produkovaného mikroturbínou se odvíjí skladba dalších zařízení energocentra. Pro vyrovnání nesouladu mezi produkcí a odběrem tepla bude sloužit tepelně izolovaný velkoobjemový beztlaký akumulátor o objemu 20 m³ instalovaný pod terénem vedle objektu s turbínou a dva akumulátory tepla a 5 m³ ve strojovně UT. 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 přípravu TV. Teplo produkované mikroturbínou v letním období bude využito pro přípravu TV a pro chlazení objektu dvojicí sorpčních jednotek. Jedná se o absorpční chladící jednotku o chladicím výkonu 65 kWc a adsorpční chladící jednotku o chladicím výkonu 9,1 kWc. Chladicí jednotky jsou přepojitelné pro experimentální využití pro výzkum v oblasti solárního chlazení. Záložním zdrojem chladu je bloková kompresorová chladicí jednotka o chladicím výkonu 262,5 kWc. Předpokládá se, že absorpční jednotka bude provozována ve stálém režimu, kompresorové chlazení bude pouze vykrývat špičkové potřeby chladu. Pro systém chlazení jsou instalovány dva akumulátory chladu a 2,5 m³. Centrální zdroje chladu (sorpční jednotky, kompresorová jednotka) slouží pro rozvod chlazené vody, potřebné pro některé laboratoře a pro chlazení v administrativní části fancoily. Energocentrum je potrubními rozvody propojeno s laboratořemi výzkumného programu RP2 – Energetické systémy budov pro účely experimentů v reálném měřítku. Všechna zařízení v energocentru budou monitorována a vyhodnocována v rámci nadřazeného systému MaR a budou sledovány jejich provozní parametry (produkce a spotřeba energií) pro ověření funkčnosti navržené koncepce a pro další optimalizaci řízení instalovaných zdrojů energie.

Doc. Ing. Lukáš Ferkl, Ph.D., ředitel UCEEB ČVUT

Budova UCEEB, Buštěhrad
Autoři: Tomáš Šenberger, Tomáš Med
Poradenství v oblasti nízkoenergetických budov: Jan Tywoniak
Generální projektant: Grebner, projektová a inženýrská kancelář
Generální dodavatel: Metrostav, a. s.
Projekt: 2009–2012
Realizace: 2012–2014
Plocha pozemku: 19 500 m²
Zastavěná plocha: 3 960 m²
Užitná plocha: 5 040 m²
Obestavěný prostor: 32 350 m³
Náklady: 288 mil. Kč