Zlepšenie energetickej hospodárnosti budovy školy

Budovy základných škôl v SR sa vyznačujú veľmi nízkou tepelnou ochranou. Obnova týchto budov sa najčastejšie realizuje formou výmeny okien a dodatočným zateplením obvodového plášťa. Celková obnova výrazne absentuje.

Energetickú hospodárnosť budov, v ktorých sa nachádzajú základné školy, a  podmienky výučby možno zlepšiť realizovaním dodatočnej tepelnej ochrany obvodových konštrukcií, obnovou vnútorných priestorov, zmenou dispozičného riešenia vnútorných priestorov tak, aby boli v súlade so súčasnými požiadavkami na užívanie základných škôl, ako aj výmenou technických zariadení. Účinnosť významnej obnovy na mernú potrebu tepla na vykurovanie možno posúdiť mesačnou výpočtovou metódou v súlade s STN EN ISO 13790: 2009 (Energetická hospodárnosť budov. Výpočet potreby energie na vykurovanie a chladenie).

Architektonické riešenie základnej školy
Súčasný stav
Významná obnova sa má realizovať na budove základnej školy, ktorá sa nachádza na území Slovenskej republiky v okrese Spišská Nová Ves v meste Spišské Vlachy. Základná škola pozostáva z viacerých pavilónov. Na obnovu sa vybral jeden pavilón. Ide o samostatne stojacu dvojpodlažnú nepodpivničenú budovu obdĺžnikového tvaru. Hlavný vstup je situovaný z juhovýchodnej strany. Na prvom podlaží sa nachádzajú tri triedy, kabinet na konci chodby, hygienické zariadenia a schodisko, ktorým sa možno dostať na druhé podlažie. Na druhom podlaží sa nachádzajú rovnako tri triedy a kabinet (obr. 1, 2).

Obr. 1 Schéma súčasného stavu prvého nadzemného podlažia

Obr. 2 Schéma súčasného stavu druhého nadzemného podlažia

Obr. 3 Pohľad na SZ fasádu (súčasný stav)	Obr. 4 Pohľad na JV fasádu (súčasný stav)

Navrhované riešenie
Cieľom návrhu významnej obnovy budovy základnej školy je zlepšenie energetickej hospodárnosti budovy, skvalitnenie stavu vnútorného prostredia a vybudovanie chýbajúcich priestorov šatní a kabinetov. Návrh budovy z tepelnotechnického hľadiska vychádza z princípov a požiadaviek na navrhovanie pasívnych budov. Vzhľadom na požiadavku rozšírenia priestorov sa navrhla prístavba situovaná na mieste existujúcej vystupujúcej jednopodlažnej časti SZ fasády (obr. 3 a 7). Na prvom podlaží prístavby sa majú nachádzať hygienické zariadenia a chýbajúca šatňa (obr. 5). Na druhom podlaží technická miestnosť, kabinet a taktiež chýbajúce hygienické zariadenia (obr. 6). V rámci architektonickej zmeny budovy sa na juhovýchodnej strane (obr. 4) navrhli tieniace zariadenia so zabudovanými fotovoltickými panelmi (obr. 8 a 9). Takýto koncept predstavuje ochranu proti nadmernému prehrievaniu v letnom období v súčinnosti so zlepšovaním energetickej bilancie budovy. Tieniacim zariadením sa totiž v letnom období zabezpečí dostatočná ochrana proti nadmernému slnečnému žiareniu a v zimnom období zas dostatočné množstvo tepelných ziskov.

Obr. 5 Schéma navrhovaného stavu prvého nadzemného podlažia

Obr. 6 Schéma navrhovaného stavu druhého nadzemného podlažia

Tepelnotechnické hľadisko
Súčasný stav budovy základnej školy vykazuje veľkú energetickú náročnosť. Obnova budovy sa zameriava nielen na obnovu z architektonického hľadiska, ale najmä na zlepšenie energetickej hospodárnosti, významnú úsporu tepla potrebného na vykurovanie. Dostatočná, ale zároveň energeticky účinná výmena vzduchu v budove by sa mala zabezpečiť pomocou inštalácie zariadenia na riadené vetranie s rekuperáciou. K celkovému vylepšeniu energetickej bilancie prispejú fotovoltické panely inštalované na streche ako aj na tieniacej konštrukcii.

Obr. 8 Pohľad na obnovenú JV fasádu s tieniacimi prvkami (1. máj)	Obr. 9 Pohľad na obnovenú JV fasádu s tieniacimi prvkami (1. december)

Súčasný stav obalových konštrukcií
Obvodový plášť je vybudovaný z dierovanej tehly s hrúbkou 375 mm a omietnutý vápennocementovou omietkou z interiérovej aj z exteriérovej strany (obr. 10). Strešný plášť je riešený ako jednoplášťová plochá strecha. Skladba strechy pozostáva zo železobetónovej dosky s hrúbkou 140 mm, spádovej vrstvy tvorenej škvarobetónom s hrúbkou v rozpätí od 70 do 350 mm, na ktorej sa nachádza ďalšia vrstva škvarobetónu s hrúbkou 40 mm a penový polystyrén s hrúbkou 70 mm, podkladovej a zároveň vyrovnávajúcej vrstvy pod hydroizoláciu realizovanej z cementového poteru s hrúbkou 10 mm (obr. 12). Podlaha na prírodnom teréne pozostáva z nášľapnej vrstvy z brúseného betónu s hrúbkou 10 mm. Pod nášľapnou vrstvou sa nachádza vrstva vyrovnávajúceho betónu s hrúbkou 65 mm a hydroizolačná vrstva z asfaltovaných pásov (obr. 11). Ako výplne otvorov v obvodovom plášti sa použili typové okenné konštrukcie s dvojitým zasklením a drevené vstupné dvere s čiastočnou výplňou (dvojité zasklenie).

Obr. 11 Skladba súčasného stavu podlahy	Obr. 12 Skladba súčasného stavu strešnej konštrukcie

Navrhovaný stav obvodových konštrukcií
Obvodový plášť sa navrhuje dodatočne zatepliť kontaktným tepelnoizolačným systémom s tepelnou izoláciou na báze minerálnej vlny s hrúbkou 200 mm (obr. 13). Obvodový plášť novej prístavby sa má zhotoviť z pórobetónových tvárnic s hrúbkou 250 mm a následne zatepliť s použitím minerálnej vlny s hrúbkou 200 mm (obr. 15). Navrhovaná skladba jednoplášťovej plochej strechy pozostáva z tepelnej izolácie s hrúbkou 300 mm na báze minerálnej vlny (obr. 16) a hydroizolačnej vrstvy z fólie na báze PVC. Skladba strešnej konštrukcie nad prístavbou bude pozostávať zo železobetónovej dosky s hrúbkou 140 mm omietnutej z vnútornej strany. Na železobetónovú dosku sa navrhuje uložiť parozábranu, tepelnoizolačnú vrstvu z minerálnej vlny s hrúbkou 300 mm, spádový klin s hrúbkou 20 mm a vrstvu na báze PVC hydroizolácie (obr. 17). Pôvodná skladba podlahy uloženej na prírodnom teréne sa má doplniť tepelnoizolačnou vrstvou z minerálnej vlny s hrúbkou 200 mm (obr. 14). Pôvodné okná s dvojitým zasklením sa navrhuje vymeniť za plastové s izolačným trojsklom. Dvere vedľajšieho vstupu sú navrhované ako plastové s izolačným trojsklom. Dvere hlavného vstupu sa navrhujú z hliníkového profilu s prerušeným tepelným mostom a izolačným trojsklom. Tepelnotechnické charakteristiky navrhovaných aj pôvodných stavebných konštrukcií sú uvedené v tabuľke 1.

Obr. 13 Navrhovaná skladba stavu obvodovej steny	Obr. 14 Navrhovaná skladba podlahy na teréne

Opis sústavy techniky prostredia základnej školy
Pomocou inštalácie zariadenia na riadené vetranie s rekuperáciou s účinnosťou 85 %, by sa mala zabezpečiť dostatočná, ale zároveň energeticky účinná výmena vzduchu v budove. Na zabezpečenie požadovanej výmeny vzduchu sa navrhujú dve vzduchotechnické jednotky. Jedna umiestnená na prízemí a druhá na poschodí pavilónu. Uvažuje sa o vetraní s maximálnym množstvom vzduchu pre jednu triedu 630 m3/hod. Rekuperačná jednotka bude riadená snímačom koncentrácie CO2. Jednotka má navrhovaný protiprúdový výmenník, teplovodný výmenník, by-pass, EC motory a DC-p – digitálnu reguláciu. Toalety na jednotlivých podlažiach sa majú odsávať samostatnými potrubnými radiálnymi ventilátormi. K celkovému vylepšeniu energetickej bilancie prispejú fotovoltické panely inštalované na streche, ako aj na tieniacej konštrukcii. Zásobovanie pitnou vodou objektu školy pre predpokladaný počet 160 žiakov sa navrhuje zriadiť v obnovovanom objekte základnej školy. Obnovovaný pavilón by mal byť napojený na existujúci vodovod vybudovaný v rámci areálu školy. Ako zdroj tepla na prípravu teplej vody sa navrhujú elektrické prietokové ohrievače vody, umiestnené lokálne na jednotlivých odberných miestach, v hygienickom zázemí na jednotlivých podlažiach a pri umývadlách umiestnených v jednotlivých triedach. Vykurovací systém sa navrhuje ako teplovodný, dvojrúrkový, s okruhmi napojenými na doskové vykurovacie telesá cez rozdeľovače a zberače. Zdrojom tepla na vykurovanie má byť elektrokotol, umiestnený v technickej miestnosti na druhom nadzemnom podlaží pavilónu.

Obr. 16 Skladba navrhovanej strešnej konštrukcie	Obr. 17 Skladba strešnej konštrukcie prístavby
Obr. 18 Merná tepelná strata	Obr. 19 Merná potreba tepla

Tepelnotechnický výpočet
Tepelnotechnický výpočet (tab. 2, obr. 18 a 19) sa zrealizoval mesačnou metódou v súlade s STN EN ISO 13790: 2009 (Energetická hospodárnosť budov. Výpočet potreby energie na vykurovanie a chladenie). Okrajové podmienky výpočtu sa uvažovali pre lokalitu Spišské Vlachy (Spišská Nová Ves), definované v STN 73 0540: 2002 (Tepelnotechnické vlastnosti stavebných konštrukcií a budov. Tepelná ochrana. Výpočtové metódy).

Záver
Tepelnotechnickým výpočtom sa preukázalo, že potreba tepla na vykurovanie základnej školy v pôvodnom stave je 214,64 kWh/(m² . rok). To znamená, že energetické nároky na prevádzku sú veľké. Opísanou a prezentovanou významnou obnovou zameranou na zlepšenie tepelnej ochrany stavebných konštrukcií a návrhom riadeného vetrania s rekuperáciou možno podľa výpočtu dosiahnuť zníženie mernej potreby tepla na vykurovanie o 192,87 kWh/(m² . rok). Merná potreba tepla na vykurovanie pre navrhovaný stav je 21,77 kWh/(m² . rok).

V priestoroch s veľkým počtom osôb, dlhodobým pobytom ľudí a požiadavkou na zvýšenú pozornosť (najmä školy) treba zabezpečiť dostatočný prívod čerstvého vzduchu. Druhý podstatný faktor významnej obnovy preto predstavuje použitie riadeného vetrania, ktorým možno dosiahnuť vyššiu kvalitu vnútorného prostredia bez významného negatívneho vplyvu na energetickú bilanciu.

Príspevok vznikol vďaka finančnej podpore z prostriedkov štrukturálnych fondov EÚ, prostredníctvom Operačného programu Výskum a vývoj a projektu OPVaV-2008/2.2/01-SORO Architektonické, konštrukčné, technologické a ekonomické aspekty navrhovania energeticky efektívnych budov, s kódovým označením ITMS: 26220220050, ktorý je spolufinancovaný zo zdrojov ES.

Literatúra
1.    Sternová, Z. a kol.: Energetická hospodárnosť a energetická certifikácia budov. Bratislava: vydavateľstvo JAGA GROUP, s. r. o., 2010, ISBN 978-80-8076-060-1.
2.    Kamenský, M – Lopušniak, M. – Nemec, M. – Vašková, A: Koncept riešenia významnej obnovy budovy základnej školy s cieľom zlepšenia kvality vnútorného prostredia a energetickej hospodárnosti budov. In: Zborník prednášok zo 16. medzinárodnej konferencie Tepelná ochrana budov 2011, Vysoké Tatry – Štrbské Pleso, 2011, s. 183 – 186. ISBN 978-80-970595-4-5.

TEXT: Ing. Martin Kamenský, Ing. Martin Lopušniak, PhD., Ing. Maroš Nemec, Ing. Anna Vašková
OBRÁZKY a FOTO: autori

Ing. Martin Kamenský je doktorandom v Ústave pozemného staviteľstva Stavebnej fakulty TU v Košiciach.

Ing. Martin Lopušniak, PhD. je odborným asistentom v Ústave pozemného staviteľstva Stavebnej fakulty TU v Košiciach.

Ing. Maroš Nemec je doktorandom v Ústave pozemného staviteľstva Stavebnej fakulty TU v Košiciach.

Ing. Anna Vašková je doktorandkou v Ústave pozemného staviteľstva Stavebnej fakulty TU v Košiciach.

Článok bol uverejnený v časopise Správa budov.