Ing. Peter Hanuliak, PhD., Ing. Peter Hartman, PhD.,
Stavebná fakulta STU v Bratislave, Katedra konštrukcií pozemných stavieb
Súčasťou mnohých miest sa stali výškové budovy, ktoré sú zároveň odpoveďou na zvyšujúce sa nároky na expandujúcu urbanizáciu a nedostatok vhodných stavebných parciel. Aj keď tieto budovy koncentrujú svoj stavebný objem na malú plochu, ich výstavba a prevádzka sa spájajú s veľkou energetickou náročnosťou.
Okrem novostavieb pútajúcich svojou architektúrou a nekonvenčnými konštrukčnými riešeniami sa v poslednom desaťročí môžeme stretnúť už aj s projektmi komplexnej obnovy výškových budov. Takáto obnova je zameraná na zníženie spotreby energie a uhlíkovej stopy. Veľký potenciál na redukciu spotreby energií pri výstavbe alebo obnove výškových budov majú najmä:
- zlepšenie fyzikálnych vlastností transparentných a netransparentných častí obalového plášťa,
- optimalizácia funkčného využitia vnútorného priestoru,
- využitie prirodzeného vetrania a denného osvetlenia,
- aktívna a pasívna ochrana pred nadmerným slnečným žiarením,
- využívanie recyklácie materiálov,
- modernizácia systémov TZB,
- integrácia obnoviteľných zdrojov energie.
Vo všeobecnosti budovy spotrebovávajú približne 40 % všetkých energií a sú zodpovedné za 30 % emisií skleníkových plynov. Pritom podľa štatistiky z UK, práve výškové budovy s viac ako 20 podlažiami spotrebovávajú 2,5 krát viac elektrickej energie ako nízkopodlažné budovy a rovnako spotreba plynu narastá so zvyšujúcou sa výškou budovy o približne 40 %. To má rovnako za následok, že emisie uhlíka sú pri týchto budovách dvojnásobné.
Simulácie ako základ energeticky efektívnych budov
Nakoľko sa jedná väčšinou nielen o investične ale aj prevádzkovo náročné objekty, už v prvotnej fáze návrhu týchto budov sú dizajnové a konštrukčné návrhy podriadené energetickým simuláciám. Tie nám vedia už v počiatkoch pomôcť optimalizovať parametre ako podiel plochy transparentných častí fasády k netransparentným. Simuláciám výškových budov je potrebné venovať dostatočnú pozornosť pre dosiahnutie čo najpresnejších výsledkov.
Optimalizácia návrhu
Výškové budovy, či už ako celok alebo jednotlivé komponenty podliehajú optimalizácii. Projektanti sa najčastejšie snažia dosiahnuť čo najlepšiu energetickú efektívnosť budov prostredníctvom kľúčových parametrov, pričom najviac sa využíva optimalizácia obalových konštrukcií budovy.
Pri hľadaní čo najlepšieho riešenia obalového plášťa budovy sa najviac pozornosti zameriava na tepelno-technické vlastnosti netransparentných konštrukcií (U- hodnota) a tiež energetické a optické vlastnosti transparentných konštrukcií. Aktuálne trendy v oblasti systémov zasklenia zahŕňajú: zväčšujúci sa podiel plochy transparentných častí, zlepšovanie tepelnotechnických vlastností, viacnásobné zasklenia, nízkoemisívne vrstvy (U), optické vlastnosti ovplyvňujúce reflektanciu a transmisivitu viditeľného svetla (Lt, Rle),definovanie protislnečných vlastností (g), akustické parametre (Rw), dizajn.
Výber zasklievacích systémov pre výškové budovy sa výrazne líši od systémov pre nízkopodlažnú výstavbu. Na jednej strane je to zabezpečenie dostatočnej úrovne denného svetla (pri zabránení nepriaznivého oslnenia) na druhej strane zabezpečenie minimalizovania prehrievania budovy.
Hoci tvar, orientácia a výška budovy majú vplyv na energetickú efektívnosť všetkých druhov stavieb, práve výškové budovy vynikajú veľmi dobrým faktorom tvaru budovy, čo vidíme pri hodnotení energií budov vztiahnutých k mernej ploche budovy. Pritom uhlíková stopa týchto budov v porovnaní s nízkopodlažnou výstavbou je výrazne vyššia (+150%) a to najmä v prvej fáze životného cyklu stavby. Orientácia budovy má vplyv nielen na množstvo solárnych ziskov, ale aj na fungovanie vetrania budovy. Príkladom môže byť posúdenie výškovej rezidenčnej budovy, ktorá dosiahla úspory elektrickej energie 30 – 40 % v dôsledku efektívnejšieho prirodzeného vetrania v prípade, ak os budovy bola odklonená o 45°od prevládajúceho smeru vetra voči situácii, kedy os budovy bola rovnobežná.
Napriek vysokému potenciálu výškových budov pre získavanie výhod z obnoviteľných zdrojov energií je implementácia technických prvkov zatiaľ na nízkej úrovni. Výškové budovy môžu čerpať z veľkej plochy obvodového plášťa, ktorý býva menej zatienený a využiť ho pomocou prvkov BIPV na výrobu elektrickej energie. Väčšina fotovoltických prvkov sa u nás inštaluje na strechy, kde je dopad slnečného žiarenia najvyšší. Avšak fasády môžu pri výškových budovách benefitovať práve z výrazne vyššej dostupnej plochy pre inštaláciu voči strešnej konštrukcii a vyrovnanejšiemu priebehu ožiarenosti v priebehu roka.
Kvôli veľkému množstvu stavebných materiálov sústredených po výške budovy, stojí za to preskúmať aj riešenia na zníženie emisií skleníkových plynov emisie vyplývajúce z ich výroby a zabudovania. Množstvo CO2 emitovaného vo fáze výroby, prepravy a zabudovania materiálov do konštrukcie výškovej budovy predstavujú viac ako 32 % z celkových emisií vzniknutých počas prevádzkovej etapy života budovy.
Okrem technických vlastností budov – projekčného návrhu, výberu technických zariadení a materiálov má na celkovú energetickú bilanciu veľký vplyv aj správanie sa užívateľov. To vzhľadom na ich vysokú koncentráciu vo výškových budovách platí dvojnásobne. Preto nielen technická stránka budov, ale aj vzdelávanie ich používateľov a ich inštruovanie k efektívnemu využívaniu zdrojov môže viesť k veľkým úsporám.
Článok bol vypracovaný s podporou výskumných projektov APVV-18-0174 a VEGA 1/0042/21.