Slovensko
Médiá

Budovy ako elektrárne


Slovné spojenie trvalo udržateľná budova sa dnes medzi architektmi skloňuje vo všetkých pádoch. Avšak pre väčšinu z nás, ktorí žijeme v budovách postavených pred mnohými desaťročiami, je skutočnosť od týchto futuristických vízií stále na míle vzdialená – naše domovy doslova „žerú“ energiu a často sú nákladné a energeticky neefektívne. To sa však môže čoskoro zmeniť; predstavitelia obchodnej sféry a akademickej obce totiž spojili sily a spoločne sa snažia vytvoriť podobu novej mestskej krajiny, v ktorej sa budovy stanú elektrárňami budúcnosti.

Požiadajte popredných vedcov, ktorí pracujú so špičkovými environmentálnymi technológiami, aby vám opísali dom budúcnosti, a vezmú vás do fascinujúceho sveta, kde biologické vedy pracujú v harmonickom súlade s vedou o materiáloch na tvorbe prostredia živých stavieb.

Je to svet, kde fosílne palivá a jadrovú energiu nahradilo nespočetné množstvo technológií. Budúcnosť, kde sa do jedného celku spojila chémia, biológia, nanotechnológie, veda o materiáloch a biomimikry, aby spoločne vytvorili živé, navzájom prepojené mesto. Miesto, kde sa získava slnečná energia v rôznych formách z priečelia každej budovy a medzisezónne sa uskladňuje, kde inteligentná izolácia reguluje prostredie, kým živé múry z rias reagujú so slnečným svetlom a vytvárajú tieň a svetlo. Navzájom prepojený svet, kde každý domov, pracovisko, automobil či škola napodobňujú živý organizmus prirodzenou interakciou s prostredím, zhromažďujú energiu, ktorá sa získala z obytných domov počas dňa a z pracovísk počas noci, a posielajú ju tam, kde je najpotrebnejšia.

Motiváciou pre väčšinu týchto moderných noviniek je hrozba klimatických zmien. Ako vyplynulo z výskumu, ktorý uskutočnil Program OSN pre životné prostredie, inteligentnejšie stavebné konštrukcie ponúkajú obrovské možnosti znižovania nákladov na škodlivé emisie skleníkových plynov. Budovy v celosvetovom meradle spotrebujú 40 percent našich energetických zdrojov a produkujú tretinu skleníkových plynov celej planéty – a vzhľadom na migráciu energeticky náročnej populácie do miest sa má toto číslo ešte zvyšovať.

„Solárne články vieme vyrobiť na čomkoľvek, aj na papieri.“

Dr. Trisha Andrewová, odborná asistentka chémie na Wisconsinskej univerzite v Madisone v USA

Lákavá vízia budúcnosti, ktorú nám prekladajú vedci, má však jeden háčik – pre väčšinu z nás takmer nijako nesúvisí s našou vlastnou skúsenosťou sveta, ktorý dnes stojí okolo nás. Či žijete v Berlíne, Šanghaji, Riu alebo v americkom Milwaukee, zrejme vás všade obklopujú budovy, ktoré sa za posledných sto rokov len minimálne zmenili a ktoré využívajú technológie, ktoré za posledných 50 rokov prešli len minimálnym vývojom. Najvyspelejšie technológie, aké dnes vidíme v rámci každodenného využitia, sa zvyčajne obmedzujú na solárne panely a veterné turbíny z ťažkého kryštalického kremíka.

To by sa mohlo čoskoro zmeniť. A katalyzátorom tejto zmeny je tichá revolúcia, ktorá prebieha v zasadacích miestnostiach veľkých firiem a v laboratóriách akademických inštitúcií. Ľudia si uvedomujú, že hoci o brilantné inovácie v projektovaní stavieb nie je núdza, nevenuje sa dostatočná pozornosť tomu, ako nové technológie rozšíriť na trh. Toto poznanie primälo niektoré z najlepších mozgov svetovej vedy, aby sa zniesli z nebeských výšin na zem a presunuli svoju pozornosť od pekného snívania k riešeniu technologického problému veľkovýroby. Otázkou totiž je, ako zabezpečiť, aby boli tieto technológie cenovo dostupné a ziskové a aby sa pritom dali vyrábať v dostatočne veľkom rozsahu na to, aby niečo naozaj zmenili.

Greg Keeffe, profesor trvalo udržateľnej architektúry a vedúci výskumu na Univerzite Queens v írskom Belfaste, sa domnieva, že architekti a projektanti by sa mohli priučiť od výrobcov automobilov a vziať si niečo z ich postupov, ktoré používajú pri sériovej výrobe.

Podľa jeho názoru dnešná potreba napchať domy do toho mála, čo zostalo z priestoru v mestách, znamená, že každú budovu treba projektovať samostatne. A to neponúka žiadne možnosti rozvoja tých inovácií, ktoré patria k veľkovýrobe.

„Ak sa pozriete na bežný dom, pred ktorým stojí zaparkovaný Mercedes triedy E, tak dom je v porovnaní s tým autom úplne mdlý,“ hovorí profesor Keeffe. „Myslím, že potrebujeme industrializovanejší produkt, ktorý by spĺňal potreby masového využitia – čo je v súčasnosti za hranicami našich možností, pretože budovy sa projektujú úplne inak ako automobily. Navrhovaniu každého jedného prvku automobilu sa venovali stovky človekorokov premýšľania, zatiaľ čo uvažovaniu o jednotlivých prvkoch stavieb sa venovalo oveľa menej času, pretože každá stavba je veľmi individuálna.“

Od laboratórneho experimentu po priemyselnú výrobu

Trvalo udržateľná budova: drevené fasády, solárne články na streche a vysoko účinná izolácia – hotel Wälderhaus v Hamburgu (Foto: Stephan Falk).

Centrum trvalo udržateľného produktového inžinierstva pre inovatívne funkčné priemyselné nátery (SPECIFIC) je priemyselné a akademické konzorcium, ktoré vzniklo nedávno s cieľom riešiť práve tento problém. Jeho úlohou je preklenúť vedomostnú priepasť, ktorá existuje medzi inováciami a výrobou. Projekt pod vedením Univerzity Swansea vo Walese spustili pred štyrmi rokmi a financuje ho waleská a britská vláda, ako aj hlavní priemyselní partneri univerzity, spoločnosti Tata Steel, NSG-Pilkington Glass a BASF.

Cieľom projektu SPECIFIC je premeniť budovy na elektrárne budúcnosti. Jeho zámerom je pôsobiť ako spojovací článok medzi britskými univerzitami pri využívaní najnovších svetových vývojových trendov v oblasti stavebných materiálov a projektovania budov s využitím inteligentných náterov, vďaka ktorým budú múry a strechy budov schopné zhromažďovať, uskladňovať a uvoľňovať energiu z obnoviteľných zdrojov. Projekt pracuje prevažne s oceľou a sklom a zaznamenal už pozoruhodné výsledky, ktoré budú znamenať revolúciu prinajmenšom v jednom odvetví stavebného priemyslu.

Výkonným riaditeľom konzorcia SPECIFIC je Kevin Bygate, ktorý vedie viac ako 120-členný tím špičkových svetových vedcov, technológov, inžinierov a obchodných vývojárov. Svoje úsilie sústreďujú predovšetkým na to, ako čo najviac rozšíriť existujúce technológie, aby sa inovácie z laboratórií premenili na produkty, ktoré bude možné vyrábať vo veľkom meradle.

„Existuje mnoho univerzít a výskumných ústavov, ktoré urobia prvý krok a prinesú prvotný základ budúceho vynálezu. V praxi to znamená asi toľko, že vytvorili niečo veľkosti nechta a na tomto nechte je maličká bodka veľkosti špendlíkovej hlavičky, ktorá robí niečo zaujímavé,“ vysvetľuje Bygate. „V tejto fáze to preberáme my a snažíme sa zopakovať funkciu s hojným množstvom materiálu a pomocou takej metódy, ktorá sa dá použiť aj vo väčšej mierke. Využívame pilotné linky na výrobu meter širokých plátov a potom navíjaciu linku, ktorá daný materiál zväčší tak, aby sa dal použiť na celú budovu.“

Jedným z takýchto výrobkov je nezasklený solárny vzduchový kolektor, ktorý dokáže absorbovať priemerne 50 percent a v dobrých podmienkach až 75 percent slnečnej energie dopadajúcej na budovu. Nezasklené solárne vzduchové kolektory sa umiestňujú ako dodatočná vrstva z mikroperforovanej ocele na existujúci alebo nový múr či strechu domu, v dôsledku čoho vzniká dutina s ohriatym vzduchom medzi povrchom budovy a týmto kovovým plášťom. Ohriaty vzduch sa z dutiny odčerpáva a privádza do budovy, takže ho možno použiť buď na uspokojenie okamžitých energetických potrieb budovy, alebo uskladniť na neskôr.

Partner projektu, oceliarska spoločnosť Tata Steel, vyrába oceľ vo Veľkej Británii na stavbu skladov, supermarketov a maloobchodných predajní. Vedci pracujúci na projekte SPECIFIC odhadujú, že ak by len 10 percent ocele, ktorú každoročne vyrobí spoločnosť Tata Steel, malo tento inteligentný náter, dalo by sa vyrobiť 10 GW energie, alebo ekvivalent ročného energetického výkonu jednej jadrovej elektrárne.

Bygate je presvedčený, že nezasklené solárne vzduchové kolektory by sa mohli stať v budúcnosti hlavným zdrojom energie. „Máme potvrdenie o realizovateľnosti tejto koncepcie a teraz hľadáme obchodný model, ktorý by ju dostal na trh,“ hovorí. „V závislosti od miery verejného prijatia nového produktu a kriviek jeho predaja by sa s týmto typom technológie dala do 20. rokov tohto storočia vyrobiť približne jedna tretina obnoviteľných zdrojov energie Veľkej Británie.“

Rovnako dôležité ako zber slnečnej energie je aj jej uskladnenie. Akumulátory, zásobníky teplej vody a podzemné zásobníky tepla – to všetko má potenciál, no zvyčajne zaberajú veľa miesta. Kým niektoré druhy energie sa skladujú niekoľko hodín pred použitím, iné druhy energie sa čerpajú medzisezónne –v letných mesiacoch sa obvykle uskladnia, aby sa v zime mohli využívať.

Projekt SPECIFIC slávi úspechy aj na tomto poli. Profesor Dave Worsley, ktorý v rámci projektu vedie program akademického výskumu, vysvetľuje: „Pracujeme na termochemickom akumulátore, ktorý zadržiava alebo uvoľňuje obrovské množstvá energie. Jeho základom je soľ, ktorá pohlcuje alebo uvoľňuje vodu – podobne, ako keď sa potíme.“

A práve vďaka schopnosti efektívneho zadržiavania a uvoľňovania energie bude toto riešenie podľa Worsleyho vhodné na medzisezónne uskladnenie energie, pričom zaberie desaťnásobne menší priestor, než ako keby sa na jej uskladnenie použila voda.

Solárny náter

Celé roky vedci predpovedajú, že raz dôjde k vytvoreniu cenovo dostupného fotovoltického náteru, ktorý by sa dal použiť na budovách na zber slnečnej energie. Skutočnosť je však taká, že kým sa takýto produkt dostane na trh, potrvá to ešte mnoho rokov. Napriek tomu práca, ktorej sa venuje Dr. Trisha Andrewová, odborná asistentka chémie na Wisconsinskej univerzite v Madisone v USA, nás privádza o krok bližšie k cieľu.

Organické fotovoltické zariadenia, ktoré možno zakomponovať do farieb, existujú už od 90. rokov minulého storočia. Tieto zariadenia sú vyrobené z materiálov ako uhlík, vodík, dusík či síra a majú tú výhodu, že ich výroba je lacná, no v porovnaní s materiálmi na báze kremíka sú neefektívne a majú krátku životnosť.

Pred pár rokmi Andrewová zažila okamih, keď spolu s kolegami zvolali „Heuréka!“. Povedali si, prečo z tohto nedostatku neurobiť cnosť a nevyrobiť fotovoltický materiál, ktorý by dokázal napájať elektronické prístroje, no jeho výroba by bola taká lacná, že keď doslúži, tak ho jednoducho vymeníte za nový?

„Napríklad ak produkujete emisie CO2, môžete tieto emisie vziať a vložiť do fasády.“

Pomocný riaditeľ Dr. Ing. Jan Wurm, vedúci európskeho výskumu firmy Arup a vedúci projektu domu s biointeligenčným kvocientom Dom BIQ (Bio Intelligent Quotient)

Živá fasáda z mikrorias nielen pekne vyzerá, ale zároveň vytvára biomasu a teplo. Tieto suroviny možno využiť priamo v budove.

„Otázka, ktorú sme si nikdy predtým nepoložili, znela, ako môžeme tieto materiály vyrábať komerčne,“ vysvetľuje Andrewová. „Farmaceutické spoločnosti si kladú túto otázku denne. Riadili sme sa rovnakým procesom chemickej syntézy, takže logickým krokom pre nás bolo položiť si otázku, aký je vplyv vašej chemickej syntézy na cenu za jeden watt menovitého výkonu?“

Zameraním sa na výrobný proces Andrewová zistila, že už vlastne majú komerčne životaschopný produkt, ktorý dokáže napájať domáce spotrebiče slnečnou energiou. Pri výrobnej cene menej ako 50 amerických centov za kus by nebolo podstatné, že fotovoltické články majú životnosť šesť mesiacov až dva roky.

„Máme už veľmi sľubné progresívne výsledky, na ktorých sme vybudovali začínajúcu firmu (‚start-up‘). Solárne články vieme vyrobiť na čomkoľvek, aj na papieri. A to sa s kremíkom jednoducho nedá,“ hovorí Andrewová. „Z vedeckého aj logického hľadiska máme tento náter na dosah. Ak sa vydarí prvá fáza, náter pôjde do výroby, ale zrejme to nebude skôr než o desať rokov.“

Budovy so zeleným plášťom

Tu a tam sa objaví nová technológia, ktorá zmení spôsob, akým uvažujeme o budovách. Takýto účinok mal aj prvý dom s „bioadaptívnou fasádou“ na svete, ktorý sa predstavil na Medzinárodnej stavebnej výstave v Hamburgu. Architektom a projektantom otvára nové, zaujímavé možnosti na prelomenie bariér medzi biologickým svetom a svetom materiálov, a približuje nás tak o ďalší krok k vízii živého mesta.

„Dom s biointeligenčným kvocientom“, známy ako Dom BIQ (Bio Intelligent Quotient), je výsledkom spolupráce medzi skupinou architektov a strojárskych a projektantských firiem, vrátane medzinárodnej konzultačnej firmy Arup.

Pomocný riaditeľ Dr. Ing. Jan Wurm, vedúci európskeho výskumu firmy Arup a vedúci projektu Dom BIQ, popisuje novú technológiu ako „bio-využitie“. „Vytvárame mikroriasy na výrobu tepla a biomasy, takže ide o biologický proces, rovnako ako napríklad rast stromu alebo rastliny. Všetko je výsledok tej istej fotosyntézy, ibaže to robíme v riadenom prostredí,“ vysvetľuje Wurm.

Priečelie Domu BIQ je zložené z bioreaktorových fasád, ktoré vo vode medzi dvoma sklenými platňami zadržujú mikroriasy. Keď sú mikroriasy vystavené slnečnému žiareniu, každých sedem hodín zdvojnásobia svoj objem prostredníctvom fotosyntézy. Tento zelený „plášť“ vytvára prirodzený tieň, ktorý ochladzuje vnútro budovy.

Riasy okrem toho poskytujú domu dva možné zdroje energie. Prvým je slnečné teplo, ktoré zachytáva voda medzi sklenenými platňami. Slnečné lúče ohrievajú vodu a keďže obsahuje zelené riasy, ohrieva sa rýchlejšie než čistá voda. Ako voda preteká cez čerpaciu miestnosť, možno z nej odčerpávať teplo, a potom ho uskladniť v podzemí pre budúce využitie. Druhý zdroj energie pochádza zo zberu samotných rias. Za týmto účelom sa cez centrálne flotačné zariadenie prečerpáva kyslík, vďaka čomu sa riasy odstredia a vyplávajú na hladinu. Riasy je tiež možné privádzať do rastlinnej biomasy budovy, a vytvárať tak metán ako zdroj energie.

Grafika zobrazuje, kde môže dochádzať k tepelným stratám domu cez obvodový plášť budovy.

„Systém spája rôzne prúdy a cykly, ako je voda, uhlík, teplo, či dokonca aj potrava, ak chcete. Takto môžete vytvoriť priemyselnú symbiózu,“ vysvetľuje Wurm. „Napríklad ak produkujete emisie CO, môžete tieto emisie vziať a vložiť do fasády.“ Práve myšlienka začlenenia budovy do prirodzených cyklov svojho prostredia, ako aj možnosť jej naprojektovania so živou fasádou, ktorá sa v priebehu dňa mení, architektov najviac nadchýna.

„Čo je na tom zaujímavé, je tá turbulencia zo stúpajúcich bubliniek, ale aj spôsob, akým v priebehu dňa i ročných období mení farbu. Vzadu môžete napríklad použiť odrazové sklo, na ktorom sa budú odrážať bublinky, alebo tlačiť medzivrstvy – čo len chcete,“ hovorí Wurm.

Na naše energetické problémy zjavne neexistuje žiadne zázračné riešenie. Elektráreň budúcnosti bude zmesou mnohých technológií. Fasáda s bioreaktorom je naprojektovaná tak, aby pracovala v harmónii s ostatnými metódami premeny energie.

A práve tu Wurm hovorí o navzájom prepojenom meste, o meste ako organizme, kde sa navzájom obmieňajú rôzne technológie a poskytujú využiteľnú energiu v symbiotických sieťach. Práve tu sa začína rysovať živé mesto, a to je dôvod, prečo je o fasády s bioreaktorom taký veľký záujem.

Ako vo vnútri udržať teplo

Ale čo existujúce budovy? Hoci nezasklené solárne vzduchové kolektory a fotovoltika tretej generácie by sa mohli v budúcnosti upraviť pre dodatočnú montáž, fasády s riasovým bioreaktorom nie sú práve tým, čo možno jednoducho priskrutkovať na priečelie vášho bežného domu.

Jedným z najmodernejších vývojových trendov, na ktorý sa zameriava domáci trh s dodatočnými montážami, je inteligentná izolácia. Jej hlavným cieľom je zvýšenie tepelnej účinnosti bez ohrozenia estetickej zložky. Spoločnosť BASF už celé desaťročia vyvíja izolačné materiály s rôznymi vlastnosťami. Posledných sedem rokov pracuje na novej forme izolačného materiálu pod názvom SlentiteTM, ktorý obsahuje póry rádovo v nanorozmeroch.

Teraz, v pilotnej fáze výroby, je to čistý polyuretánový aerogél, ktorý má všetku potrebnú pevnosť a zabezpečuje vysoko účinnú izoláciu, pričom je o 25 až 50 percent tenší než iná obdobná izolácia. Jeho jedinečnou vlastnosťou je schopnosť pohlcovať a uvoľňovať vodnú paru, čím sa reguluje vlhkosť vo vnútri budovy. „Jeho hlavné využitie vidíme v izolácii interiéru aj exteriéru v rámci dodatočnej montáže ako aj v novostavbách“ vysvetľuje Dr. Marc Fricke, vedúci tímu spoločnosti BASF, ktorý nový materiál vytvoril.

Pasívny dom v Číne

Projekt Bruck: vzduchotesná, dobre izolovaná „škrupina“, ktorá dokáže znížiť tepelné straty až do takej miery, že na zabezpečenie celoročného pohodlia nie je potrebný vykurovací systém.

Izolácia je hnacou silou jedného z najvýznamnejších výsledkov najnovšieho vývoja v oblasti trvalo udržateľného bývania – tzv. pasívneho domu. Pasívny dom je nemecká koncepcia a poskytuje vzduchotesnú, dobre izolovanú „škrupinu“, ktorá dokáže znížiť tepelné straty až do takej miery, že na zabezpečenie celoročného pohodlia nie je potrebný vykurovací systém.

Koncepcia upútala pozornosť jednej z najväčších realitných spoločností v Číne, Landsea Group. Tá tento rok v apríli otvorila v krajine prvý pasívny dom, ktorý nesie označenie Projekt Bruck.

Postavili ho v okrese Čchang-sing v juhočínskej provincii Če-ťiang, čo je oblasť známa chladnými zimami, extrémne horúcimi letami a vysokou vlhkosťou. Projekt Bruck je hotel pre delegátov prichádzajúcich na návštevu neďalekého výskumného strediska, ktorý sa môže pochváliť koncepciou pasívneho domu. Spoločnosť Landsea je presvedčená, že ak sa jej podarí názorne dokázať, že pasívny dom funguje v nehostinnom prostredí okresu Čchang-sing, potom ho bude možné postaviť aj v iných oblastiach Číny. „Tieto technológie by mohli mať v Číne široké uplatnenie, no musíme vybrať najvhodnejší dizajn a technológie podľa miestnych podmienok jednotlivých podnebných pásiem,“ vysvetľuje Kaj Cou, stavebný inžinier spoločnosti Landsea pre trvalo udržateľné stavby.

Keďže čínska vláda kladie väčší dôraz na potrebu trvalo udržateľného bývania, stavebný priemysel krajiny je otvorenejší novým myšlienkam v oblasti znižovania spotreby energie. Spoločnosť Landsea sa domnieva, že teraz nadišiel ten správny čas na presadenie myšlienky pasívneho domu práve v Číne, ktorá je jedným z najväčších svetových trhov s bývaním.

Fasády z rias, fotovoltické nátery, inteligentné múry a strechy, živé budovy, ktoré sa zaobídu bez tradičných zdrojov energie – to všetko možno stále znie futuristicky. No ak nové pokolenie podnikateľov a akademikov uspeje, tieto špičkové technológie sa budú objavovať na budovách, v ktorých bývame, skôr, než si myslíme.

Related Content

CasaE – Brazil’s first energy efficient house

Michael L. Gentoso

Sustainable construction

Lofthome by Blok Kats van Veen architects

Breaking the mold

View through palisade at Masdar City

Masdar City - Eco-city on the Persian Gulf