Ukážkový príklad obnovy verejnej budovy, vďaka ktorej získajú aj používatelia, aj prevádzkovateľ.

Stredná priemyselná škola Emila Belluša v Trenčíne je dôkazom toho, že pri verejných budovách obnovených s podporou z európskych fondov sa popri významných úsporách energie a znížení emisií CO₂ dá zásadne zlepšiť aj kvalita vnútorného prostredia a zároveň dodržať citlivý architektonický prístup. Navyše, pri hľadaní ambicióznych, ale cenovo efektívnych riešení sa využili princípy integrovaného navrhovania.

Budova Strednej priemyselnej školy Emila Belluša v Trenčíne, ktorú odovzdali do užívania v roku 1970, je dnes súčasťou rozsiahleho školského areálu v mestskej časti Zlatovce v Trenčíne. Prvá etapa jeho komplexnej rekonštrukcie sa týkala budovy stavebnej priemyslovky so športovou halou a tiež bazéna.

Riešenia, ktoré inšpirujú
Pôvodný zámer poctivo obnoviť budovu, aby sa zaradila do triedy energetickej hospodárnosti A1, vylepšila legislatívna zmena. Vďaka nej sa budova nakoniec dostala do triedy A0. K takmer nulovej potrebe energie dnes aktívne prispievajú solárne kolektory využívané na ohrev vody v bazéne, fotovoltické panely pokrývajúce predovšetkým technologickú spotrebu, dôsledné zateplenie s nezvyčajne dôkladným eliminovaním tepelných mostov, unikátne riešenie prirodzeného nočného prevetrávania a núteného vetrania s rekuperáciou, automatické monitorovanie teploty, vlhkosti a CO₂ v triedach a iné technologické novinky. Použité riešenia môžu inšpirovať a byť príkladom pre ďalších prevádzkovateľov.

Budova strednej priemyselnej školy sa vďaka obnove dostala do triedy energetickej hospodárnosti A0 a zároveň si
zachovala svoje architektonické kvality funkcionalistického diela.

Obnova Strednej priemyselnej školy Emila Belluša v Trenčíne
Investor: Trenčiansky samosprávny kraj s podporou OP Kvalita životného prostredia
Projektant: PIO Keramoprojekt, a. s, Ing. Michal Lešinský a Ing. Mário Pečit a kol.
Zhotoviteľ: AVA-stav, s. r. o., Vodohospodárske stavby – ekologický podnik, a. s.
Zastavaná plocha: 3 113,32 m²
Obnovená podlahová plocha školy: 8 514,2 m²
Obstavaný objem: 31 180,60 m³
Investičný náklad: 2,61 mil. €
Návrh: 2016
Realizácia: 2017 – 2018
Adresa: Staničná 350/4, Trenčín-Zlatovce

Ambiciózny plán
Celková podlahová plocha budovy, ktorej sa týkala hĺbková obnova, je viac ako 8 500 m². Pôvodná spotreba tepla v budove bola 860 MWh/rok. Škola plánuje dosiahnuť po obnove zníženie spotreby tepla o 77 %, t. j. na úroveň nižšiu ako 200 MWh/rok. Merná spotreba tepla by mala vďaka tomu klesnúť zo 103 kWh/m²/rok na 23 kWh/m²/rok. Hodnota globálneho ukazovateľa primárnej energie sa posunie na 33 kWh/m²/rok na úroveň energetickej triedy A0. Po obnove by sa mali ročné prevádzkové náklady na energiu znížiť o 65 % z 87 000 € ročne na približne 30 000 € ročne. „Je to ambiciózny plán, ale prvé čiastkové výsledky sú sľubné,“ hodnotí projekt hlavný architekt projektu Michal Lešinský zo spoločnosti PIO Keramoprojekt, a. s.

Potreby budovy pred a po obnove

	Pred obnovou (energetický audit)	Po obnove (predpoklad)
Spotreba tepla	858 967 kWh	192 152 kWh
Merná spotreba tepla	103 kWh/m²	22,6 kWh/m²
Spotreba elektrickej energie	136 715 kWh	82 191 kWh
Ročné náklady na energiu	87 633 €/rok	27 326 €/rok

Európska pomoc
Zriaďovateľom školy je Trenčiansky samosprávny kraj (TSK), ktorý začal v roku 2015 pripravovať projekt obnovy a v marci 2016 požiadal o nenávratný finančný príspevok z Operačného programu Kvalita životného prostredia. Podpora na zníženie spotreby energie pri prevádzke verejných budov sa poskytuje v rámci opatrenia 4.3.1, ktoré implementuje Slovenská inovačná a energetická agentúra. Počas trvania prvej výzvy na predkladanie žiadostí dostalo možnosť využiť európske prostriedky 300 projektov. V druhej výzve s rovnakým zameraním, ktorá bola uzatvorená v roku 2018, podpísala SIEA zmluvy k ďalším 400 projektom. Obnova SPSŠ v Trenčíne patrila do prvej stovky ukončených podporených projektov. Realizačné práce sa začali v novembri 2017 a trvali šesť mesiacov. Počas rekonštrukcie prebiehalo vyučovanie v náhradných priestoroch.

Úspory energie a zníženie CO₂
Podpora z európskych fondov určená na obnovu verejných budov sa poskytuje v rámci prioritnej osi Energeticky efektívne nízkouhlíkové hospodárstvo vo všetkých sektoroch. Cieľom podporovaných opatrení je znížiť spotrebu energie, zvýšiť využívanie obnoviteľných zdrojov energie a znížiť produkciu emisií CO₂. Z toho vyplývajú aj merateľné ukazovatele, ktoré musia projekty splniť, a tiež oprávnené aktivity, ktoré môžu byť súčasťou podporených projektov. V prípade prvých dvoch výziev na predkladanie žiadostí dosahoval maximálny nenávratný príspevok na jeden projekt 2 milióny €. Pri väčších budovách to mohlo limitovať rozsah obnovy, aj voľbu použitých materiálov a riešení. Celkové náklady na obnovu SPŠS dosiahli 2,61 milióna €. Z toho 620 000 € investoval TSK do spolufinancovania energetickej obnovy a tiež obnovy interiérov školy, ktoré už nebolo možné zahrnúť do oprávnených nákladov podporeného projektu.

Integrovaná cesta k obnove
Okrem celkového rozpočtu bolo nevyhnutné strážiť aj finančné benchmarky, ktoré sú stanovené vo výzve. „Aj preto sme už v prvej fáze projektu využívali integrované navrhovanie a aplikovali zásady navrhovania energeticky pasívnych budov. Prostredníctvom analytických a simulačných nástrojov sme s multidisciplinárnym tímom riešiteľov zisťovali, aké najmenšie nevyhnutné náklady treba vynaložiť, aby budovy po obnove dosiahli požadovanú triedu energetickej hospodárnosti a efektivitu,“ vysvetľuje M. Lešinský. Takto sa hľadali najvhodnejšie riešenia pre úsporné opatrenia s využitím virtuálneho energetického modelu a simulovalo sa denné i umelé osvetlenie s cieľom dodržať požadované štandardy. Optimalizovali sa aj nosné systémy, vďaka čomu sa podarilo znížiť množstvo ocele potrebnej na vybudovanie novej časti fasády o 40 %. Zo simulačných schém sa vychádzalo aj pri návrhu počtu a orientácie solárnych kolektorov a fotovoltických panelov. Pokročilá aerodynamická simulácia pomohla aj pri stanovovaní optimálneho priťažovania jednotlivých fotovoltických panelov, aby sa minimalizovalo nevyhnutné priťaženie strechy. V rámci integrovaného navrhovania sa zároveň sledovala snaha maximálne zachovať, prípadne zdôrazniť esteticko architektonické kvality funkcionalistického diela, ktorého autorom bol architekt Milan Rastislav Šavlík (1928 – 2003).

Redukcia tepelných strát
Budovy SPŠS sú zateplené extrudovaným polystyrénom a minerálnou vlnou s hrúbkou 200 mm. Pri obnove sa radikálne eliminovali tepelné mosty a optimalizovala obálka. To zahŕňalo okrem iného aj náročné búranie železobetónových tieniacich markíz hlavného školského pavilónu na južnej fasáde. Markízy fungovali v zimnom období ako „chladiace rebrá“, na ktorých sa v mrazivom počasí tvorila námraza aj z interiérovej časti. Zásadne eliminovať tepelné mosty sa podarilo aj vysunutím okenných otvorov do roviny tepelnej izolácie, čo je jeden zo základných typických detailov pri návrhu energeticky pasívnych domov. Vďaka tomu stúpla kritická vnútorná povrchová teplota detailu až na 17 °C, čo je výrazne nad nevyhnutným hygienickým minimom. Na predsadenú montáž nových okien (Uok < 0,8 W/(m². K)) do starých ostení sa využili „slepé“ rámy z OSB dosiek. To umožnilo pri pomerne nízkych nákladoch zabezpečiť lepšiu vzduchotesnosť, ktorá je nevyhnutná na efektívne využitie systémov núteného vetrania s rekuperáciou tepla. Cieľom obnovy bolo zachovať unikátnu funkcionalistickú identitu budovy s výraznou celozasklenou fasádou chodbového traktu orientovanou na sever. Riešenie našiel projektový tím v podobe nasadenia moderného vysokoizolačného hliníkového rámového systému AluProf SI a výplní s trojitým zasklením s celkovým priemerným Uw = 0,7 W/(m² . K). V synergii s nasadením OZE tak mohla ostať identita budovy zachovaná a zároveň sa dosiahla požadovaná vysoká úroveň energetickej hospodárnosti.

Semicentrálne riadené vetranie s rekuperáciou
Vysokú mieru energetickej efektívnosti a zároveň kvalitnejšie vnútorné prostredie má zabezpečiť riadené vetranie s kombináciou viacerých systémov. V rámci riadeného vetrania s rekuperáciou využíva škola centrálne jednotky a sústavu nehlučných regulačných VAV boxov umiestnených v jednotlivých triedach a kabinetoch. Vzduch pre jednotlivé sekcie školy pripravujú spolu štyri VZT jednotky ATREA Duplex, konkrétne jedna radu 1500 a tri radu 5000, na ktoré je napojených 33 VAV SmartBoxov DN250 a 1 ks VAV DN500. Ohriaty, resp. ochladený, vzduch sa dodáva len v množstve práve potrebnom podľa skutočnej požiadavky aktívnych tried pripojených do príslušného distribučného riečiska, tzn. Ide o „on-demand ventilation“. „Na jedno zariadenie je napojených viac tried, ako ich je v skutočnosti v jednom okamihu obsadených. Vzduchový výkon si ,hľadá’ žiaka po budove podľa koncentrácie CO₂. To umožňuje šetriť elektrickou energiou na pohon ventilátorov. Ak by sme potrebovali vetrať všetky miestnosti na konštantný prietok, potrebný výkon by bol aj 2 násobne vyšší oproti tomu, ktorý sa využíva teraz,“ upozorňuje M. Lešinský.

Čerstvý vzduch sa v triedach distribuuje cez textilnú výustku v tvare valca, ktorú možno prať, umiestnenú spravidla nad tabuľou.

Trieda ako „potrubie“
Ak koncentrácia CO₂ v triede prekročí limit 800 ppm, automaticky sa aktivuje nútené vetranie. Čerstvý vzduch v triedach sa distribuuje cez textilnú výustku v tvare valca, ktorú možno prať, umiestnenú spravidla nad tabuľou. Na odvod vzduchu slúžia tanierové ventily umiestnené na zadnej stene. V triede tak nie sú žiadne podhľady ani potrubné vedenia, ktoré by zvyšovali investičné náklady a znižovali tepelnú stabilitu. Samotná trieda slúži ako potrubie. Vzduch spätne nerecirkuluje, používa sa len čerstvý. Nie sú navrhnuté žiadne klimatizačné splitové systémy. „Hygienické riziká sú tak pri zachovaní základnej údržby centrálnych jednotiek minimálne. Takýto systém distribúcie zároveň minimalizuje hlučnosť a aj obťažujúci prievan. Jeho úlohou je udržať koncentráciu CO₂ pod hodnotu 1 250 ppm, čo by malo zabezpečiť, aby sa žiaci aj vyučujúci mohli optimálne sústrediť a tráviť čas výučby v zdravšom vnútornom prostredí,“ objasňuje M. Lešinský.

Nevyhovujúce hodnoty CO₂
Nevyhovujúci stav v mnohých školských triedach potvrdzujú podľa neho aj výsledky prieskumu Technickej univerzity v Košiciach, v rámci ktorého sa sledovali hodnoty CO₂ v obnovených školách. Podľa výsledkov koncentrácia CO₂ počas vyučovania v priemere presahuje 2 000 ppm a často aj 2 500 ppm, čo je už nepriaznivé pre zdravie človeka (pozn. redakcie: niektoré z výsledkov sme uverejnili v TZB Haustechnik 3/2018 v článku Reálna a subjektívna kvalita vnútorného prostredia vo vybranej škole). „Situácia sa v školách zvyčajne rapídne zhorší po výmene okien a zateplení obvodového plášťa. Tento problém sa ale zvyčajne vôbec nerieši, hoci prioritou by malo byť bezpečné a zdravé prostredie pre deti. Tie sú totiž citlivejšie na škodliviny vo vzduchu ako dospelí,“ zdôrazňuje M. Lešinský.

Nočné prirodzené prevetrávanie
Na zmenu klímy pri obnove reagoval projekt viacerými ďalšími opatreniami. Výkonné zasklenia AGC na južnej fasáde s g = 38 % majú obmedziť letné prehrievanie pri zachovaní vysokej priepustnosti denného svetla takmer 70 % a zároveň výbornej tepelnej ochrany. Nadmerné tepelné zisky v teplých mesiacoch pomáhajú eliminovať na južnej fasáde aj tieniace hliníkové lamely, ktoré nahradili pôvodné železobetónové markízy. Škola využíva aj systém automatického prirodzeného vetrania – nočného predchladenia. Ak sú na to vhodné vonkajšie podmienky, riadiaci systém v noci automaticky otvára okná v triedach a tiež naprieč budovou s cieľom vytvoriť prirodzený prievan. Bez potreby elektrickej energie sa tak vyvetrá maximum tepelných ziskov z predchádzajúceho dňa. Stále však existuje možnosť otvárať okná v triedach aj manuálne. Systém riadeného vetrania to rozpozná a obmedzí svoju prevádzku, čím sa vytvára synergia oboch možností vetrania.

Automaticky otvárateľné okná slúžia v nočných hodinách počas leta na prevetrávanie interiéru.

Prevádzka nie je náročná
Vetrací systém znamená aj náklady, ale tie prevádzkové sú v tomto prípade v porovnaní s jeho prínosmi nízke. Ako potvrdzuje M. Lešinský, „celé použité inovatívne riešenie vetrania dosahuje prevádzkový faktor 4+. To znamená, že za každé euro vložené do prevádzky systému sa vracajú minimálne 4 eurá z jeho úspor. Efektivita tohto spôsobu zabezpečenia kvality vnútorného prostredia v školách je teda vysoká, čo je kľúčové“.

Inteligentné osvetlenie
Vybúraním železobetónových markíz a sklobetónových plôch nad oknami sa zásadne zvýšila výška okien, a teda aj dostupnosť denného svetla v hĺbke triedy. Vďaka tomu možno menej využívať umelé osvetlenie. V triedach sú inštalované vysokoefektívne svietidlá. Systém osvetlenia riadi ich jas v závislosti od intenzity a dostupnosti denného svetla s cieľom zabezpečiť optimálnu úroveň osvetlenia pri nízkej spotrebe elektrickej energie.

OZE na strechách
Na vetranie, osvetlenie a ďalšiu technologickú spotrebu využíva škola primárne elektrinu z fotovoltického systému. Na streche školy je umiestnených 117 fotovoltických panelov s celkovým výkonom 31,5 kWp. Zariadenie slúži ako systém zálohy UPS so solárnym dobíjaním akumulátorov s kapacitou 39,9 kVA. Ohrev vody v bazéne sa zabezpečuje prostredníctvom 96 termických kolektorov s celkovým inštalovaným výkonom 140 kW, umiestnených na streche športového bloku. „Počas uplynulého roka fungoval bazén školy vďaka solárnemu ohrevu takmer autonómne od júla do polovice novembra, na zabezpečenie ohrevu vody nebolo nutné využívať iné zdroje energie. Aktuálne približne 35 % zo spotreby energie školy pokrývajú obnoviteľné zdroje energie,“ uvádza M. Lešinský.

Pri stanovovaní minimálneho nevyhnutného priťaženia jednotlivých fotovoltických panelov sa použila pokročilá aerodynamická simulácia.

Smart riadenie
Vďaka pokročilému systému inteligentnej elektroinštalácie vybudovanému na báze komponentov KNX a vizualizačného systému SCADA Elesta a Heat2go možno sledovať základné parametre v jednotlivých triedach a optimalizovať tak prevádzku. Okrem koncentrácie CO₂, vlhkosti a teploty v triedach sa monitoruje aj stav systému, spotreba a výroba energie a umožňuje sa automatické otváranie okien. „Nefungovalo by to, ak by sme nepoužívali smart prístup k riadeniu. Jedným z cieľov je, aby nám systém ukázal, ako škola napĺňa plánované očakávania. Na to slúži najmä systém monitoringu spotrieb energií. Výsledky chceme priebežne analyzovať a hľadať ďalšie možnosti, ako systémy vylepšiť v rámci energetického manažmentu,“ zdôrazňuje M. Lešinský. Na tom v škole naďalej priebežne pracujú. Tým investorom, ktorých obnova verejných budov na úroveň A1 alebo A0 ešte len čaká, M. Lešinský odporúča už priamo do podmienok obstarávania a zmlúv so zhotoviteľmi zahrnúť merateľné garancie kvality (napríklad blower door test alebo termovíziu), ako aj povinnosť asistovaného prevádzkového dohľadu minimálne v prvom roku prevádzky.

Technologickú miestnosť s centrálnou vetracou jednotkou, rozvodmi a zázemím pre fotovoltický systém využíva škola aj pri vyučovaní.

Škola ako technologický vzor
Technologickú miestnosť s centrálnou vetracou jednotkou, rozvodmi a zázemím pre fotovoltický systém s akumuláciou využíva škola aj pri vyučovaní. S myšlienkou priznať technológie prišiel podľa riaditeľky SPŠS Martiny Knappovej práve M. Lešinský, ktorý je bývalým absolventom školy. „Vždy sme sa snažili žiakom ukazovať budovy v okolí, ktoré disponovali modernými technológiami. Teraz ich máme priamo v škole a môžeme ich využívať pri odborných predmetoch. Momentálne pracujeme na ďalších nadstavbových riešeniach, aby sme vedeli so študentmi simulovať riadenie budovy a využiť obrovský potenciál, ktorý máme,“ uviedla M. Knappová.

FOTO: SIEA a PIO Keramoprojekt, a. s.

Text pripravila Slovenská inovačná a energetická agentúra v spolupráci s hlavným architektom projektu obnovy Michalom Lešinským v rámci národného projektu bezplatného energetického poradenstva ŽIŤ ENERGIOU. Text bol publikovaný v časopise TZB HAUSTECHNIK 2/2019.