Udržitelná výstavba budov

Výstavba a provozování budov představuje významný podíl z celkového vlivu techniky na přírodu a do značné míry určuje kvalitu prostředí pro existenci všeho živého, včetně lidí. Tato odborná příloha obsahuje dvě části, které se bezprostředně týkají problematiky udržitelné výstavby budov. Cílem první části je podat základní informaci o klíčových otázkách, přístupech a úkolech stavebnictví se zaměřením na udržitelnou výstavbu budov. Druhá část pojednává o vývoji normových požadavků na energetické chování budov, které právě v této době vyústilo v revizi české technické normy ČSN 73 0540-2 - Tepelná ochrana budov - Část 2: Požadavky. Smyslem spojení první obecnější a druhé konkrétní části s bezprostředními důsledky pro navrhování budov je jasně ukázat na souvislosti a význam uplatňování legislativních kroků směrem k prosazování principů navrhování udržitelných budov.

Pasivní dům v Koberovech (foto Ing. P. Morávek)

Obecné souvislosti a principy udržitelné výstavby budov

Budovy - jejich výstavba a provozování - patří mezi hlavní spotřebitele materiálových a energetických zdrojů a významné znečišťovatele životního prostředí a to nejenom v období realizace, ale v průběhu všech fází jejich existence. V rámci celého životního cyklu spotřebovávají budovy v zemích EU přibližně 40% veškeré energie, jsou zodpovědné za přibližně 30% emisí CO2 a současně vedle značné spotřeby primárních surovin vytvářejí přibližně 40% všech odpadů. Z toho vyplývají negativní dopady výstavby a provozování budov na životní prostředí.

Udržitelná výstavba pozemních staveb

Z obecného požadavku zajištění trvale udržitelného rozvoje vyplývají úkoly pro sektor stavebního průmyslu. Tradiční (a stále ještě převládající) přístup při navrhování konstrukcí vychází z tří základních kritérií: kvalita konstrukčního řešení, náklady na realizaci stavby a čas potřebný na realizaci stavby, jejichž postupným slaďováním se hledá optimum, zajišťující v nejpříznivější míře požadavky investora. Takový postup však v sobě zpravidla nezahrnuje širší aspekty z pohledu vlivů na životní prostředí a na sociální a kulturní kvalitu funkce realizovaných staveb, především s ohledem na širší souvislosti jejich okolí.

Nové pojetí je komplexnější a zahrnuje v sobě soubory kritérií, které lze rozdělit do tří oblastí udržitelnosti:

• kvalita životního prostředí (vnitřního i vnějšího),
• ekonomická efektivita a omezení,
• sociální a kulturní souvislosti.

Zatímco tradiční přístup vychází z principu maximálního ekonomického efektu bez výraznějšího ohledu na dopady na životní prostředí, nové pojetí, které lze pro sektor stavebnictví shrnout do pojmu udržitelná výstavba, zdůrazňuje význam omezování negativních environmentálních vlivů staveb, při současné vyváženosti všech ostatních kritérií (ekonomických, sociálních a kulturních).

Základní principy a cíle udržitelné výstavby jsou formulovány v Agendě 21 pro udržitelnou výstavbu [1].

Tab. 1 Zaměření hlavních úkolů stavebnictví týkajících se udržitelné výstavby budov

Environmentální dopady budov

Negativní vlivy stavebnictví na životní prostředí jsou dány především následujícími faktory:

• vyčerpávání neobnovitelných zdrojů surovin a energie
• znečištění a zamoření škodlivými emisemi a odpady
• přímé negativní působení techniky na okolí (hluk, otřesy, tepelná energie aj.)
• rychlejší čerpání některých obnovitelných zdrojů než je schopnost jejich regenerace (např. tropické dřevo)

Rozhodující kategorie vlivů na životní prostředí nejčastěji uvažované v hodnocení environmentálního chování konstrukcí jsou uvedeny v Tab. 2 [2], [3].

Tab. 2 Rozhodující kategorie a kritéria environmentálních vlivů budov

Výběr kritérií pro hodnocení environmentálních dopadů konkrétní budovy se může lišit podle specifické situace a je předmětem inventarizační fáze posuzování životního cyklu podle metodiky LCA uvedené v mezinárodní normě ČSN EN ISO 14040 [4].

Realizace rodinných domů v rámci výstavy BO01 v Malmö v roce 2001. Zprava: Český dům, Švédský dům I, Švédský dům II.

Životní cyklus budov a jeho hodnocení

Každá stavební konstrukce prochází v průběhu svého života různými fázemi - od vzniku až po zánik, tj. od získávání surovin, přes výrobu stavebních materiálů a konstrukcí, výstavbu, užívání až po demolici a zneškodnění odpadů. Vznik objektu je podmíněn materiálovými a energetickými vstupy. Stejně tak v průběhu jeho existence je spotřebovávána energie a materiály na provoz, údržbu a změny.

Životní prostředí je ve fázi výstavby a provozu stavebního objektu zatěžováno emisemi, odpady a dalšími negativními vlivy. Při demolici objektu se opět spotřebovává určitá energie a vzniká značné množství emisí a odpadů. Některé odpady mohou být recyklovány pro další použití, některé mohou být energeticky využity, nebo jsou skládkovány, s odpovídajícími negativními důsledky pro životní prostředí.

Hodnocení environmentálních dopadů budov v rámci celého životního cyklu představuje velmi komplexní multiparametrický a multikriteriální problém. Metody a modely hodnocení by měly vycházet z následujících principů:

• komplexnost - uvažování všech podstatných environmentálních kritérií,
• časová závislost - zahrnutí celého životního cyklu stavby,
• pravděpodobnost - respektování pravděpodobnostního charakteru časově závislého problému.

V souladu s uvedenými principy musí být environmentální dopady budov (stejně jako jiných průmyslových produktů) posuzovány ve smyslu ČSN EN ISO 14040 komplexně se zahrnutím celého životního cyklu (tj. "od kolébky do hrobu") - obr. 2.

Těžba surovin, transport, výroba stavebních prvků, výstavba a další fáze životního cyklu jsou spojeny s negativními vlivy na životní prostředí, jako je spotřeba neobnovitelných zdrojů energie a související produkce škodlivých emisí CO₂, SO₂ aj.

Materiál použitý pro konstrukci tak může být charakterizován určitým množstvím emisí nebo energie spojených (svázaných) s jeho existencí v konkrétní konstrukčním řešení. Při praktickém posuzování vlivů stavební konstrukce na životní prostředí je však často třeba s ohledem na konkrétní cíle a rozsah analýzy životního cyklu uvažovat větší spektrum hodnotících kritérií. Často jde o složitý multikriteriální problém vyžadující stanovení vah (významu) mezi jednotlivými kritérii.

Rozhodujícím problémem a bariérou při implementaci hodnotících a optimalizačních modelů do projektové praxe je v současnosti nedostatek kvalitních a spolehlivých dat environmentálních kritérií a nespolehlivost v odhadu chování uživatelů budov v průběhu provozní fáze objektu.

Metodologie hodnocení životního cyklu (LCA - Life Cycle Assessment) byla původně vyvinuta jako nástroj pro posuzování environmentálních dopadů především produktů s malou životností. Relativně dlouhá životnost produktů stavebnictví zahrnující mnoho různých účastníků během dlouhé fáze užívání (vlastníci objektu, uživatelé, správci nemovitosti aj.) znesnadňuje odhad způsobu provozování, a tím i skutečný rozsah environmentálních vlivů v průběhu životního cyklu.

Na základě obecné metodologie LCA byla vyvinuta celá řada výpočetních modelů a softwarových nástrojů, které se liší cílem a rozsahem analýzy, stanovením rozlišovací úrovně a podrobností systémového modelu. Některé modely jsou zaměřeny na zhodnocení environmentálních parametrů materiálů a konstrukčních prvků, některé metody na posouzení různých výrobních procesů, některé se zabývají obecnějšími aspekty udržitelnosti konstrukčních prvků a celých staveb.

Rekonstrukce, opětné použití, recyklace

Environmentálně šetrné nakládání s materiály a odpady má rozhodující význam pro uchování kvality životního prostředí. Stavebnictví v oblasti výstavby budov, se musí zaměřit na následující úkoly: ve větší míře uplatňovat modernizace a rekonstrukce budov, rozvíjet demontovatelné systémy umožňující opětné použití konstrukčních prvků ve výstavbě a zavádět nové technologie umožňující větší využívání prvků z druhotných recyklovaných surovin, nahrazujících především neobnovitelné přírodní surovinové zdroje.

Prefa-monolitická stropní konstrukce s vložkami z recyklovatelného plastu použitá při výstavbě Senior centra v Moravanech u Pardubic.

Uplatnění recyklovaných materiálů ve stavebnictví je možné na různých úrovních:

• Recyklace stavebních materiálů: odpadové stavební materiály vzniklé při demolici po dožití stavební konstrukce lze využít pro výrobu nových konstrukčních materiálů v různých formách. Pro stavební odpad je charakteristická vyšší míra znečištění a značná druhovost vyžadující třídění. Proto se takto získané recyklované materiály využívají převážně v méně hodnotné formě, než byly použity v prvním životním cyklu (problém "downcycling").
• Využití recyklovaných materiálů z jiných průmyslových odvětví a spotřeby: velký objem spotřeby konstrukčních materiálů ve stavebnictví umožňuje i odbyt pro výrobky z materiálů vzniklých recyklací odpadů (komunálních nebo průmyslových, pocházejících i z jiných oblastí průmyslové výroby než je stavebnictví).

Stavebnictví, které je charakteristické používáním velkých objemů materiálů v relativně méně náročných technologiích, má předpoklady pro využívání materiálů získaných z terciální recyklace odpadů i z jiných odvětví průmyslu [5]. Tím lze dosáhnout udržení již vytěžených přírodních zdrojů, často využívaných pro krátkodobou funkci v jiných průmyslových výrobcích, v materiálovém cyklu po delší dobu a podstatně tak omezit primární spotřebu přírodních surovinových zdrojů a produkci odpadů (obr. 3).

Optimalizace návrhu budovy z hlediska kritérií udržitelné výstavby

Optimalizace návrhu budovy představuje cílený proces k dosažení nejlepšího řešení z hlediska stanovených kritérií a příslušných omezujících podmínek. S ohledem na charakter a počet kritérií udržitelné výstavby a odpovídajících omezujících podmínek je třeba vždy zvažovat komplexně všechna podstatná kritéria včetně jejich vzájemné významnosti (uvažování příslušných vah) v rámci jednotlivých fází životního cyklu.

Největší šance ovlivnit celkovou velikost environmentálních dopadů budovy je v počátečních fázích konstrukčního návrhu - ve fázi koncepčního návrhu budovy. Druhá, ale již výrazně menší možnost ovlivnit celkové environmentální dopady je v počátku realizační fáze, v době, kdy je upřesňován technologický koncept.

Přestavba obilného sila na studentskou ubytovnu v Oslu, Norsko. Projekt respektuje základní principy udržitelné výstavby: omezení odpadů a ekonomická výhodnost v porovnání s demolicí sila a výstavbou nové budovy, energeticky úsporné řešení atd.

Řešení budov z hlediska potřeby energie na vytápění

Podle Stavebního zákona a navazující vyhlášky O obecných technických požadavcích na výstavbu [6] jsme mj. povinni navrhovat budovy tak, aby měly nízkou spotřebu tepla na vytápění. Jde samozřejmě nejen o povinnost, ale i o účinnou ochranu zájmů klienta, který si jistě přeje mít budovu s úsporným provozem.

Je vhodné navrhovat takové řešení budovy, aby bylo požadavku nízké energetické náročnosti dosahováno efektivně, tedy zejména s nízkou investiční náročností a s malou zátěží životního prostředí po celý životní cyklus budovy. Výsledné energetické vlastnosti budovy lze zpravidla nejlépe ovlivnit při vytváření celkové koncepce v přípravné fázi projektu, zejména dobrou koordinací s koncepcí nosné funkce, vytápění a osvětlení budovy. Taková koncepce by měla být charakterizována mj. vyvážeností objemového a konstrukčně technologického řešení všech prostorů a konstrukcí při nejnižší energetické náročnosti budovy.

Při přípravě celkové koncepce budovy a při následném podrobnějším řešení je třeba v projekčním týmu důsledně zohledňovat potřebu nízké energetické náročnosti.

Energetické vlastnosti budovy ovlivní zejména:

• volba pozemku a osazení budovy na něm;
• orientace ke světovým stranám s ohledem na dopad přímého slunečního záření během roku, současné i v budoucnu předpokládané zastínění budovy okolní zástavbou, terénem a zelení, převládající směr větru;
• tvarové řešení budovy (kompaktnost tvaru, členitost povrchů), které se nejsnáze vyjadřuje geometrickou charakteristikou, tj. poměrem mezi ochlazovanou plochou obálky budovy a vytápěným objemem (nižší hodnoty jsou obvykle příznivější);
• vyloučení, popř. omezení koncepčních příčin tepelných mostů v konstrukcích a výrazných tepelných vazeb mezi konstrukcemi;
• vnitřní uspořádání s ohledem na soulad vytápěcích režimů, tepelných zón a orientaci prostorů ke světovým stranám;
• velikost vytápěných a nepřímo vytápěných podlahových ploch (objemů) a jejich přiměřenost danému účelu;
• velikost prosklených ploch na jednotlivých fasádách;
• očekávané vnitřní tepelné zisky podle charakteru provozu;
• další místní souvislosti.

Nové požadavky z hlediska tepelné ochrany budov

Na konci října tohoto roku vydal ČSNI novou normu ČSN 73 0540-2 Tepelná ochrana budov, část 2: Požadavky, s platností od 1. 12. 2002 [7]. Závaznost požadavků vyplývá z vyhlášky č. 137/98 Sb.

Východiskem k zásadní novele normy byly především tyto skutečnosti:

• Předcházející norma byla v platnosti od r.1994. Od té doby došlo k patrnému posunu v názorech na navrhování budov a znatelnému pokroku v technologiích výroby některých stavebních prvků.
• Na globální úrovni byla jasně identifikována podstatná zodpovědnost sektoru stavební výroby a budov za poškozování životního prostředí. Byly aktualizovány studie podrobně popisující potenciál energetických úspor v budovách.
• Byla dokončena a implementována řada evropských norem pro výpočty a experimentální ověřování vlastností, na které se může/musí nový text odvolávat.
• Dosavadní příloha s pokyny pro navrhování byla stavebními projektanty využívána, nicméně některé postupy a přístupy v ní uvedené již nejsou zcela aktuální; nejsou zahrnuty některé kategorie budov, chybí informace o nízkoenergetických budovách.
• V zahraničí se důrazněji projevuje tendence nahlížet na budovu (jako celek) jako na výrobek - pak by tedy bylo možné jednoduše klasifikovat energetickou náročnost formou energetického štítku (energy labeling), podobně jako je to u elektrických spotřebičů.
• Pro hodnocení životního cyklu jsou k dispozici normy ISO řady 14000 [4], na ISO normách věnujících se hodnocení životního cyklu stavebních výrobků se pracuje.
• Je vhodné vytvářet prostředí pro lepší komunikaci a spolupráci při navrhování budov (architektura, konstrukce, stavební fyzika, technické zařízení budov, ...), tedy normový text psát s jistým "odborným přesahem" a nikoliv jen pro jednotlivé specialisty.
• K dispozici jsou zkušenosti z několika generací tzv. nízkoenergetických budov, stavěných jako nejrůznější výzkumné, pilotní a demonstrační projekty. Je jistě užitečné mít k dispozici v ucelené formě informace pro zájemce o takové domy se zvláště nízkou potřebou tepla na vytápění.
• V ČR byla vydána Vyhláška č. 291/2001 Sb. k zákonu o hospodaření energií [8].

V normě jsou uvedeny základní požadavky na konstrukce ve formě součinitelů prostupu tepla (Tab.3). Hodnoty jsou nastaveny zdánlivě přísně, v souladu s předními evropskými zeměmi. Uvádí se dvojí hodnoty - požadované a doporučené. Tento přístup může napomoci v orientaci všem účastníkům procesu výstavby, ukazuje jak povinné minimální splnění požadavku, tak tendence dalšího vývoje. Poslouží i uvědomělému investorovi, který má z jakýchkoliv důvodů zájem "chovat se lépe než je obvyklé".

Tab. 3 Vybrané základní požadavky a doporučení z ČSN 73 0540-2 (2002)

* 0,46 pro jednovrstvé zdivo do 31.12.2004 ** 2,0 do 31.12.2003

Velmi přibližně se dá říci, že hodnoty doporučené z ro ku 1994 odpovídají hodnotám požadovaným nyní. V žádném případě by se tedy nemělo jednat o velké překvapení. Text normy byl navíc v předstihu opakovaně publikován a veřejně projednáván, mj. i v kruzích ČKAIT.

Tam, kde dosažení nových požadovaných hodnot by nepřímo mohly stát v cestě vyvolané významnější změny technologií (jednovrstvé zdivo, okna), jsou uvedena přiměřeně dlouhá přechodná období, po která lze použít "měkčích" hodnot. Text navíc doporučuje ve specifických případech navrhovat konstrukce na hodnoty ještě lepší, než je v normě uvedeno (doporučuje se hodnota na úrovni 2/3 hodnoty základní tabulky). Zde vyjmenovanými případy jsou: budovy s cíleným využitím sluneční energie, rekuperace tepla, nízkoenergetické domy a budovy vytápěné elektrickou energií.

Norma dále obsahuje přesněji formulované požadavky na budovy a jejich ucelené části v souvislosti s výměnou vzduchu (místnost v provozu, místnost bez provozu), tak aby byly přednostně splněny hygienické požadavky na výměnu vzduchu a současně nedocházelo k nadbytečným tepelným ztrátám v této souvislosti. Doporučuje se prověřit celkovou relativní vzduchotěsnost budovy nebo její části (celková neprůvzdušnost) s využitím experimentální metody tlakového rozdílu podle ČSN EN 13829, což je zvláště důležité v nízkoenergetické výstavbě.

Energetické hodnocení je vynuceně velmi stručné - odkazuje na Vyhlášku č. 291/2001 Sb. Standardizovaným výpočtem se tedy hodnotí roční potřeba tepla na vytápění vztažená na 1 m² nebo 1 m³. Vyhláška č. 291/2001 Sb. je ovšem některými odborníky i řadou uživatelů z několika důvodů považována za nástroj nedostatečný. Norma navíc říká, že "vyhláškových hodnot" je nutné dosahovat i pro budovy, kterým se tato vyhláška vyhnula - tedy především pro rodinné domy a podobné budovy malého rozsahu investované ze soukromých prostředků.

Pro výpočet potřeby tepla na vytápění je jednoznačně vhodnější použít podrobnější výpočtové metody podle ČSN EN 832 [9], která daleko lépe vystihuje energetické toky v budově. Její použití Vyhláška připouští.

Rozsáhlou část normy tvoří informativní Příloha A - Pokyny pro navrhování. V její obecné části se připomínají základní úlohy navrhování budov, mezi které patří (spolu)vytváření kvalitního vnitřního prostředí při nízké provozní energetické náročnosti a přiměřeně nízké zátěži životního prostředí v lokálním, regionálním a globálním měřítku, a to po celý životní cyklus budovy. Uvádí se zde informace o tepelně vlhkostním zatížení konstrukcí a budov, konstrukční doporučení pro obvodové konstrukce a pokyny pro navrhování různých druhů budov z hlediska stavební tepelné techniky.

Část přílohy A je věnována navrhování budov s velmi nízkou energetickou náročností, kde se zdůrazňuje potřeba vyváženosti všech složek ovlivňujících energetickou bilanci budovy. Dosaženou nízkou potřebou tepla na vytápění, díky vhodnému koncepčnímu i detailnímu stavebnímu řešení, je zpravidla možné s výhodou kombinovat s vhodným uplatněním otopných soustav využívajících v různé míře obnovitelných zdrojů energie. Velmi nízká energetická náročnost by měla být zajištěna v celém životním cyklu budovy.

Dále jsou uvedeny obvyklé definice nízkoenergetických budov a zásady navrhování. Značná pozornost se věnuje pasivnímu domu. Kromě základního kriteria (roční měrná potřeba tepla na vytápění nepřesahující 15 kWh/(m2.rok)) se uvádí i hodnocení pomocí primární energie pocházející z neobnovitelných zdrojů, spojené s provozem budovy. Tato hodnota v součtu pro vytápění, ohřev teplé užitkové vody a elektrickou energii pro spotřebiče nemá překračovat hodnotu 120 kWh/(m².rok).

Informativní Příloha B popisuje způsob písemného prokazování vlastností požadovaných normou. Informativní Příloha C popisuje metodu jednoduchého a názorného hodnocení budovy formou energetického štítku.

Závěr

Stavebnictví (a jeho produkty - stavby) jako největší konzument zdrojů a velký producent odpadů a škodlivých emisí má rozhodující vliv na celý environmentální systém a tím i na efektivitu všech environmentálních opatření cílených k zajištění trvale udržitelného rozvoje. Výstavba a provozování budov se na uvedeném stavu podílejí zásadním způsobem. Pozoruhodné je zjištění, že budovy s velmi nízkou potřebou tepla na vytápění, navrhované podle zde naznačených zásad udržitelné výstavby, mohou mít investiční náklady srovnatelné s běžnou výstavbou, zato však výrazně nižší provozní náklady, vyšší kvalitu vnitřního prostředí, a to vše bez ztráty funkčních a estetických kvalit. Optimalizace návrhu, realizace i provozu budov z hlediska kritérií udržitelného rozvoje se tak stává významným prvkem v dalším vývoji pozemních staveb.

Bližší informace o problematice udržitelné výstavby budov lze získat na internetových stránkách www.substance.cz.

Literatura

[1] Agenda 21 pro udržitelnou výstavbu, CIB Report Publication 237, české vydání ČVUT v Praze, Praha 2001
[2] Tywoniak J.: Moderní budovy a udržitelné stavění, Inženýrská komora 2001, ČKAIT, Praha 2001
[3] Hájek P., Tywoniak J. a kol.: Hodnocení vlivu stavebních konstrukcí na životní prostředí, ČVUT, studie zpracovaná pro MPO ČR, Praha 2000
[4] ČSN EN ISO 14040 - 14049 - Environmentální management - Posuzování životního cyklu, soubor norem, ČNI 1998 - 2001
[5] Hájek P.: Prefa-monolitická stropní konstrukce s vložkami z recyklovaného plastu, Beton TKS, 2002/4, BTKS, Praha 2002
[6] Vyhláška č.137/1998 Sb. o obecných technických požadavcích na výstavbu
[7] ČSN 73 0540-2 Tepelná ochrana budov, část 2: Požadavky, ČSNI 2002
[8] Vyhláška č.291/2001, kterou se stanoví podrobnosti účinnosti užití energie při spotřebě tepla v budovách
[9] ČSN EN 832 Tepelné chování budov - Výpočet potřeby tepla na vytápění - Obytné budovy
[10] www.substance.cz - Udržitelná výstavba / Sustainable Construction, internetové stránky, ČVUT vytvořené za podpory MPO ČR

Doc. Ing. Petr Hájek, CSc.
Doc. Ing. Jan Tywoniak, CSc
Fakulta stavební ČVUT v Praze