Akademické prostředí ve spojení s moderním průmyslem

„Naše výzkumy se ubírají takovým směrem, abychom mohli stavět promyšlené moderní budovy, jež budou v souladu s principy trvale udržitelného rozvoje,“ uvedl ředitel na úvod rozhovoru. Jako úkol si stanovil pozitivní ovlivňování českého stavebnictví prostřednictvím interdisciplinárního výzkumného ústavu prestižní vysoké školy zaměřeného na energeticky efektivní budovy se zdravým vnitřním prostředím, které jsou zároveň šetrné k životnímu prostředí. Chce vytvořit most mezi akademickým prostředím a průmyslem a motivovat veřejnost i soukromé investory, aby více přemýšleli o energeticky efektivních technologiích.

Ředitelem Univerzitního centra energeticky efektivních budov (UCEEB) jste již od roku 2013. Mohli bychom se trochu vrátit a říci, co bylo pro vás v začátcích nejtěžší a v jaké kondici byl tehdy UCEEB?

Nepamatuji si úplné začátky, nebyl jsem přímo u zrodu, ale dobře vím, s jakým úsilím a entuziasmem jsme se snažili o společné výzkumy v rámci fakult, abychom rychle reagovali na tehdejší výzvy a udrželi se na evropské špičce. UCEEB vznikl v roce 2012 jako vysokoškolský ústav ČVUT za podpory evropského fondu, ale nová budova v Buštěhradě byla otevřena až v roce 2014. Nastoupil jsem v roce 2013, když se budova dostavovala, nebyly ještě ustanoveny žádné vědecké týmy a centrum vznikalo doslova na zelené louce. Neexistoval ani žádný ucelený komplexní program, pouze ušlechtilá idea, kterou odhodlaně razil otec zakladatel UCEEB profesor Zdeněk Bittnar. Budovy označil za oblast s nejvyšším potenciálem pro dosažení energetických úspor a pro podstatné snížení negativního dopadu lidské aktivity na životní prostředí. Tato mise měla být společná napříč fakultami ČVUT. Má výkonná funkce pak spočívala v tom, že jsem měl sestavit kvalitní týmy a vytvořit společné pracoviště čtyř fakult ČVUT – fakulty stavební, strojní, elektrotechnické a fakulty biomedicínského inženýrství. Vzorem nám byly partnerské instituty, zejména německé. Za poměrně krátkou dobu jsme se postavili na vlastní nohy a fungujeme jako respektovaný mezinárodní institut. Během tří let od oficiálního otevření se vytvořily pevnější vazby mezi fakultami a nastartovala se spolupráce se soukromými subjekty. Společné projekty se soukromou sférou pro nás představují nejenom finanční zdroje, ale také velmi hodnotnou zpětnou vazbu a inspiraci. Přestože byl rok 2016 a 2017 poměrně složitý pro oblast stavebnictví, řešili jsme v té době zhruba 25 výzkumných a vývojových grantů a realizovali jsme 110 zakázek smluvního výzkumu – příjmy z něj tvoří necelých 20 procent našeho rozpočtu. Firmy se nás naučily vnímat jako partnera, mají zájem konkurovat svými inovacemi a chtějí na mezinárodní trhy. Také rok 2018 byl plný změn a úspěšných projektů. Za všechny bych zmínil naše akce, jejichž záměrem je představit veřejnosti, pracovníkům státní správy a dalším odborníkům z praxe plusové domy. Projekty jsou vybírány tak, aby bylo možné na praktických příkladech ukázat na nedostatky ve stavitelství a jasně demonstrovat směr, kam se mají budovy ubírat. Některé akce pořádáme sami, na jiných spolupracujeme s Ministerstvem průmyslu a obchodu ČR (MPO ČR), s Ministerstvem pro místní rozvoj ČR (MMR ČR), ČVUT Praha či Českou radou pro šetrné budovy (CZGBC). Zde bych jako příklad uvedl odborný seminář, kde byla představena Metodika hodnocení udržitelných chytrých měst, z něhož bylo patrné, že města, která chtějí naplňovat koncept inteligentního města Smart City, mají v současné době stále relativně omezené nástroje k naplňování svých vizí. Projekty budou samozřejmě pokračovat i v dalších letech.

Co je obsahem metodiky a jak se bude dále rozvíjet spolupráce s obcemi a městy? Pouze metodika jistě nestačí…

Obsahem metodiky je popis základních principů koncepce Smart City, včetně určení cílů i vysvětlení jejich tvorby, a především hodnotící sada ukazatelů, indikátorů, pro město. Od jiných metodik by se měla odlišit tím, že je zacílená zejména na konečný dopad technologických opatření a primárně je určená pracovníkům obcí, kteří nemusí mít vždy předchozí znalost konceptu. Metodikou je možné hodnotit udržitelnost a technologický rozvoj obce, důležitým aspektem je zohlednění dopadů na obyvatele. Technologický rozvoj nesmí mít negativní dopad na kvalitu života obyvatel. Metodika byla vyvíjena ve spolupráci se třemi českými obcemi – MČ Prahou 3, Kladnem a Pacovem a je veřejně dostupná od začátku roku 2019 na stránkách MMR (zde).

UCEEB i nadále poskytuje podporu obcím při realizaci konceptu Smart City od fáze mapování potřeb, přes přípravu projekt až k vyhodnocení jejich dopadu. Jde o velmi široké téma, proto se zaměřujeme na několik oblastí, ve kterých můžeme nabídnout špičku v oboru: inteligentní a energeticky efektivní budovy, atraktivní veřejná prostranství, systémy pro domácí péči a obecněji tzv. human-centred design, tj. kdy při nasazení technologií úzce spolupracujeme s uživateli. Na UCEEB pracují odborníci ze všech potřebných oborů, od architektury přes urbanismus, stavební materiály, energetiku, technické zařízení budov, po psychologii a biomedicínu. Jsou vždy podle potřeb součástí týmu zpracovatelů. Konkrétně u Prahy 2 jsme například připravili přehled projektů v energetice, který ukazuje možnosti Smart City v energetice v podmínkách této městské část. Důležitým prvkem je například využívání dostupných nástrojů pro investice do energetiky typu EPC (Energy Performance Contracting). Praha 2 teď ve spolupráci s Operátorem ICT připravuje realizaci prvního z navržených projektů. S Prahou 7 a Institutem plánování a rozvoje jsme připravili studii proveditelnosti inovovaného systému domácí péče.

V metodice se uvádějí také příklady zahraničních měst, které by mohly být následovány. Můžete některé uvést?

Těch příkladů je mnoho. Každé větší město vyspělého světa má na svých stránkách koncept rozvoje, který se snaží plnit. Dobrým počinem je určitě Evropské inovační partnerství Smart Cities and Communities (EIP-SCC), které spojuje dohromady města, průmysl a občany, aby zlepšovalo život ve městech skrze udržitelné inovační řešení. Partnerství vychází z Iniciativy inteligentních měst a obcí, která se původně týkala pouze energie, a později se rozšířila o odvětví dopravy a ICT. Z českých měst je v tomto partnerství, pokud vím, zapojena Praha a Brno. Praha dále figuruje v projektu Triangulum jako follower city, spolupracuje s námi na výše zmíněných projektech a společně jsme partnery evropského projektu Interreg Europe FINERPOL. Cílem je podpora nových politik nebo zlepšení stávajících politiky zaměřených na vytváření finančních nástrojů, zejména nástrojů podporovaných Evropským fondem regionálního rozvoje a Evropskou komisí pro energetické investice do budov.

Tím se dostáváme k mezinárodním projektům. Jaké s nimi máte zkušenosti a jak zde probíhá spolupráce akademické a soukromé sféry?

Asi nejvíce zkušeností máme s programy Evropského fondu pro regionální rozvoj, s programem Horizont 2020 a Interreg Europe, které jasně dokazují, že české firmy jsou konkurenceschopné takřka po celém světě. Intenzivní spolupráce s praxí nás postupně dovedla k založení EEB CZ, což je Platforma pro energeticky efektivní výstavbu (Energy Efficient Buildings Platform) sdružující naše inovativní partnery; jsme členy DTSW (Deutsch-Tschechische und Deutsch-Slowakische Wirtschaftsvereinigung), obchodního sdružení, které se skládá z firem z Německa, České republiky a Slovenska; spolupracujeme také s Fraunhoferovými instituty, jsme členem německé sítě Effizienzhaus Plus, prestižního klubu sdružujícího německé firmy a instituce aktivní v energeticky efektivní výstavbě. To vše nám otevírá možnosti účasti v zajímavých mezinárodních projektech a představuje pro nás i pro naše partnery z praxe široké možnosti uplatnění na tuzemských i mezinárodních trzích. Je ovšem třeba zároveň říci, že v rozvinutých zemích probíhá spolupráce akademické a soukromé sféry daleko intenzivněji než v tuzemsku. Situace se ale postupně mění, napomáhají tomu i projekty, které podporuje česká a německá vláda.

Zmínil jste Fraunhoferovy instituty, což je největší organizace v oblasti aplikovaného výzkumu a vývoje v Evropě s globální působností. Podle veřejných zdrojů získává více než 70 % svého rozpočtu prostřednictvím projektů pro veřejný a soukromý sektor a zároveň je dotovaná státem. Je možné převzít takovýto model fungování v našich podmínkách?

Ne tak úplně. Můžeme se inspirovat, jak spolupracují s vysokými školami, využívají potenciál mladých vědců a vědkyň a sestavují mezinárodní týmy, ale úrovně takovýchto gigantů samozřejmě dosáhnout nelze. Jejich náskok je až příliš velký. Je to organizace se 72 institucemi rozmístěnými po celém Německu s více než 25 000 zaměstnanci, především vědci a inženýry a s ročním rozpočtem na výzkum přibližně 2,3 miliardy eur. Organizace má rovněž sedm center ve Spojených státech (Fraunhofer USA), tři v Asii a jedno v Jižní Americe. Jsme poctěni, že můžeme být součástí této sítě, ale fungujeme i nadále jako nezávislé vědecké centrum, které je součástí univerzity.

To, že jste součástí velké univerzity má jistě své výhody i nevýhody. V čem se hlavně odrážejí ta omezení, a v čem naopak výhody a jak se to konkrétně promítá ve spolupráci se soukromou a veřejnou sférou?

To, že jsme součástí velké prestižní univerzity znamená hlavně to, že musíme plnit jistou formu servisní organizace pro zmíněné fakulty a zapojovat studenty do výzkumu. To je bezesporu velká výhoda. Nevýhodou je pak spíše složka legislativní a organizační. Tady by zcela jistě pomohl nějaký osvědčený zahraniční model. Aktivně ho prosazovat je pro nás ale dosti obtížné, soustředíme se spíše na vlastní projekty, které nám pomáhají přežít i některé turbulence v samotném stavebnictví či na půdě vysokých škol. To vše je součástí našeho, myslím si zdařilého, risk managementu, hlavně v souvislosti s ekonomickou krizí, která může přijít společně se způsobem financování vysokých škol i financování výzkumu a vývoje po roce 2020. Necílíme tedy pouze na velké projekty, ale stále více rozšiřujeme i portfolio menších projektů zaměřených na smluvní výzkum pro firmy, obce či organizace v rámci dlouhodobé spolupráce. Těší nás jejich zájem o obnovitelné zdroje energie a snažíme se nabídnout individuální řešení a často pro ně hledáme i vhodný dotační titul.

Důležitou součástí je také osvěta. Přináší vám i nějaké ekonomické benefity?

V dlouhodobém horizontu zcela jistě ano, ale většina našich akcí a workshopů je bezplatná, nebo funguje jako součást nějakého projektu. Účastníme se mnoha akcí, konferencí, seminářů i veletrhů, v budově UCEEB pořádáme kromě workshopů i kulaté stoly a Dny otevřených dveří. Naposledy na téma moderní ekonomika bez kouře, dekarbonizace evropské ekonomiky. Téma budoucnosti inteligentních budov v souvislosti s ochranou životního prostředí nás velmi zajímá. Pevně věříme, že budovy se postupně stanou samostatnými producenty energie, a že do hry vstoupí aktivní spotřebitelé energie – domácnosti i firmy. V naplnění této myšlenky nám napomáhají hlavně mezinárodní projekty. Aktuálně jsme zahájili například projekt s bavorskou univerzitou Ostbayerische Technische Hochschule Amberg-Weiden (OTH), kde zatím proběhly čtyři workshopy, dva na české straně, dva na německé. Součástí bude i společný projekt, který je cílem Programu na podporu aplikovaného výzkumu, experimentálního vývoje a inovací TAČR Delta2 a diskuze k bližšímu partnerství ve výzkumu a vývoji, i výuce mezi ČVUT a OTH. Zajímá nás technologie 3D tisku při výrobě a její zapracovaní v návrhu turboexpandérů pro ORC (Organický Rankinův Cyklus), jejichž vývoj se téměř zastavil. Podílíme se na výpočtech a na návrhu pro stavbu funkčního vzorku, nabídneme zkušenosti s problematikou velkých parních turbín i dosavadní experimentální a prototypové jednotky. V naší laboratoři LORCA (Laboratoř organických Rankinových cyklů a jejich aplikací) je například umístěn prototyp zařízení WAVE pro výrobu elektřiny a tepla z dřevní štěpky, které obdrželo v roce 2015 ocenění E.ON Globe Energy Award v kategorii Nápad.

Dá se přepokládat, že dosahované parametry (čistý elektrický výkon) již budou dostatečné, aby bylo zařízení možné obecně označit za ekonomicky výhodné a bylo prosazeno do sériové výroby?

Podle posledních zpráv ji na trh uvede firma Damgaard Consulting a jako první si ji vyzkoušeli v Mikolajicích na Opavsku, kde zásobuje teplem a elektřinou obecní úřad, obchod a hasičskou zbrojnici. Zařízení dosahuje tepelného výkonu až 50 kW a dokáže fungovat i nezávisle na distribuční síti. Jako další krok se autoři chystají spustit malosériovou výrobu zařízení, které dosáhne 120 kW tepelného a 6 kW elektrického výkonu. Možná to bude delší cesta, ale snažíme se ji maximálně urychlit a věřím, že výše zmíněná spolupráce s bavorskou univerzitou bude pro nás přínosem. WaveMikroelektrárna WAVE je permanentně v provozu v reálných podmínkách naší budovy, kdy tepelný i elektrický výkon je vyveden do příslušných systémů, čímž je plně využita infrastruktura, kterou bylo naše centrum pro tyto účely vybaveno. Vývojový tým Jakuba Maščucha, pokud vím, jednal i s Pražskou vodohospodářskou společností a dalšími pražskými institucemi o možnosti testování zařízení s výkonem 50 kW v ostrém provozu. Tady se jedná o součást projektu Technologický transfer pro chytrou Prahu financovaného z Operačního programu Praha – pól růstu ČR.

V projektu s OTH jde ale o něco jiného. Jak mohou tyto zkušenosti pomoci v návrhu turboexpandérů pro ORC?

Ano, hlavní přínos tohoto projektu je, kromě prohloubení tradiční spolupráce mezi univerzitami, zejména v oblasti nových znalostí ohledně možností a očekávatelných parametrů malých expandérů při výrobě pomocí perspektivní technologie 3D tisku. Věřím, že výsledky projektu ukážou vědecké komunitě klady, zápory a doporučení ohledně dalšího vývoje aplikace turboexpandérů pro zařízení na bázi tepelných oběhů v nízkých výkonech. Věřím, že projekt posune tradiční stavby turbín do jiných dimenzí a nabídne řadu nových možností s perspektivou zrychlení vývoje, snížení ceny i dosažení rozumné účinnosti. Bavorský partner má bohaté zkušenosti s návrhem turboexpandérů pro ORC s použitím tradičních technologií výroby a UCEEB nabídne zkušenosti s návrhem a problematikou velkých parních turbín i s experimentálními a prototypovými jednotkami nejmenších výkonů. Různé varianty ORC jsou v celosvětovém měřítku předmětem intenzivního výzkumu a vývoje a lze se tak v mnoha ohledech inspirovat. Zařízení WAVE je příkladem rodící se technologie pro kombinovanou výrobu elektřiny a tepla z biomasy v nízkých výkonech, turboexpandéry se týkají spíše budoucího vývoje tohoto oboru a otevřou možnosti pro významné zvyšování užitných parametrů decentralizovaných technologií. Ve všech případech se ale jedná o proces, kdy je primární energie v palivu využita na výrobu tepla i elektrické energie.

Stále častěji je poptávána možnost zálohovat elektrické odběry v místě spotřeby. Co může v tomto směru UCEEB nabídnout?

Tady bych odkázal hlavně na dva týmy UCEEB, přestože tématu se vlastně věnují všechny naše sekce. Jak jsem již uvedl, hlavním cílem našeho výzkumu je komplexní pohled na budovy a snižování spotřeby energie a využívání zdrojů energie z obnovitelných zdrojů, což je i obsah známé Směrnice evropského parlamentu a rady 2010/31/EU, podle níž mají být od 31. prosince 2020 všechny nové budovy budovami s téměř nulovou spotřebou energie. S tím úzce souvisí i možnost zálohovat elektrické odběry v místě spotřeby. Předmětem jednoho z našich projektů docenta Tomáše Matušky je vývoj autonomní energetické centrály, která umožní vytápění, větrání se zpětným získáváním tepla, chlazení a přípravu teplé vody ve všech typech budov s primárním požadavkem na využití obnovitelných zdrojů energie. Fotovoltaické zdroje se sice jeví jako velmi vhodné pro instalaci v místě spotřeby, ale je třeba zajistit, aby jejich výkon byl stabilní bez ohledu na meteorologické či jiné podmínky. Uspořádali jsme mnoho seminářů na toto téma a prezentovali jsme i naše výsledky. Za všechny snad velmi úspěšný workshop, kde byly představeny možnosti užití fotovoltaiky jako lokálního zdroje pro zajištění energetického systému budovy a zkušenosti s více jak ročním provozem administrativní budovy společnosti Fenix Group v Jeseníku v různých režimech, která tyto nové technické prostředky a služby využívá. A nepochybně i obecně známý projekt S.A.W.E.R., což je zcela unikátní technologie, která spojuje odborníky z UCEEB a Fakulty strojní ČVUT s Botanickým ústavem Akademie věd ČR. Do výroby se aktivně zapojily i soukromé firmy. Totéž platí i v případě velmi úspěšného projektu oceněného v mnoha inovačních soutěžích nazvaného Envilop, kde se využívá dřeva a jeho moderních derivátů pro různé funkce v plášti budov. Integrace aktivních stínicích prvků, fotovoltaických či fototermických panelů a strojního větrání je zde již naprostou samozřejmostí.

Zmínil jste projekt S.A.W.E.R. Ten bude uplatněn i v českém pavilonu na světové výstavě EXPO 2020 v Dubaji. V jaké fázi jsou přípravy a jak zde konkrétně figuruje UCEEB?

Za pojmenování S.A.W.E.R., což je zkratka anglického Solar Air Water Earth Resource, vděčíme hlavně Jiřímu Františku Potužníkovi, generálnímu komisaři české účasti výstavy EXPO 2020. To on nás motivoval a inspiroval k preciznímu dokončení této unikátní technologie. Po spolupráci na EXPO v Milánu chtěl, aby pro příští prezentaci v Dubaji byla uplatněna právě technologie S.A.W.E.R. Zatímco v roce 2015 jsme měli náš hybridní fotovoltaicko-tepelný kolektor umístěný na střeše Českého domu jako exponát, tentokrát bude naše technologie centrálním tématem pavilonu a jeho rozsáhlé zahrady. S.A.W.E.R. znamená v překladu slunce, vzduch, vodu, zemi a zdroje a jde o systém získávání vody ze vzduchu, jehož specifikem je autonomní provoz, a zahrada by měla využívat vyrobenou vodu z tohoto systému. Připravují se celkem dvě zařízení, jedno má sloužit jako zdroj vody v poušti v podobě kontejnerové jednotky, druhé zařízení má být právě součástí budovy pavilonu a ve spolupráci s fotobioreaktorem pro pěstování řas má sloužit pro kultivaci písku na úrodnou půdu v zahradě okolo pavilonu. V současné době se pracuje na dokončení autonomní kontejnerové jednotky, která má být testována v reálném prostředí pouště ve Spojených arabských emirátech bez připojení na vnější zdroj energie. Ze vzduchu lze podle slov našich kolegů dostat v průměru až 100 litrů za den, což je ve srovnáni s jinými chladiči pouštního vzduchu až desetinásobek. Vodu tak lze zajistit pro rostliny i tam, kde se běžně nevyskytují a uplatnit jí v jakékoliv odloučené oblasti, kde není zdroj vody. Tady je pro nás velmi důležitá spolupráce nejenom s výše jmenovanými institucemi, ale také s firmami, které umí destilovanou vodu přeměnit na pitnou. V našem případě je to firma EuroClean. Současně spolupracujeme i na projektu pavilonu pro EXPO s ohledem na integraci technologie S.A.W.E.R., za jejíž dodávku a provoz UCEEB ČVUT zodpovídá.

To vše jsou za pět let trvání UCEEB velmi slušné výsledky. Zdá se, že se o svoji existenci nemusíte obávat. Jaké jsou vaše další plány, proslýchá se, že zatímco ostatní vědecká centra v okolí Prahy zejí prázdnotou, vy plánujete přístavbu dalších budov. V čem spatřujete hlavní důvod úspěchu a jak bude vypadat UCEEB v horizontu dalších pěti let?

Myslím, že za úspěch mohu vděčit především skvělému týmu lidí, který se zde sešel. Osvědčil se model širšího spektra odborníků. Pracují u nás nejenom inženýři a technici, ale také architekti, urbanisté a sociologové, kteří umí lépe přesvědčit zástupce firem, obcí i běžné občany, že energeticky efektivní budovy se zdravým vnitřním prostředím šetrné k životnímu prostředí mají svůj smysl. Mírou profesionality a lidským přístupem jsme získali na svoji stranu mnoho lidí, vědí o nás, chodí za námi a ptají se. Zájem inovovat své produkty nebo služby ve spolupráci s univerzitou roste, a to nás velmi těší. S tím vším přirozeně souvisí i náš růst a potenciální přístavba dalších budov. V současné době však spíše řešíme koncepci růstu než samotné budovy. Chceme zachovat současné klima vzájemné inspirace, důvěry a přátelství, nechceme se přerodit v nějaký bezpohlavní korporát. Zatím jdeme spíše cestou participace při otevírání nových center výzkumu. Aktuálně je to Centrum pokročilých materiálů a efektivních budov (CAMEB), které si klade za cíl ještě více podpořit a prohloubit spolupráci univerzit a výzkumných center s firmami. Sdružuje 30 partnerů z výzkumné a soukromé sféry s kompetencemi, které umožní šetrnější a účinnější využívání zdrojů ve stavitelství na základě optimalizace životního cyklu budov s využitím principů znalostní a cirkulární ekonomiky. Projekt se zaměřuje na čtyři hlavní témata – ¬jsou to materiály, konstrukce, kvalita vnitřního prostředí, nakládání s energií a vodou a souběžně s tím využívá moderní technologie z oblasti digitalizace, optimalizace, modelování a efektivního řízení procesů. V průběhu dvouletého projektu je naplánována realizace přibližně 15 aplikačních projektů, na které je připraven celkový rozpočet 132 milionů korun, spolufinancovaný zapojenými firmami. Našim úkolem do budoucna je pak širší zapojení do odborných evropských projektů, jako je například Joint Technology Initiative on Energy Efficient Buildings, který vychází z cílů Evropské unie omezit emise CO₂.

Klady Směrnice evropského parlamentu a rady 2010/31/EU jsou obecně známé, ale jistě bychom našli i nedostatky takovýchto evropských nařízení. V čem je podle vás hlavní problém budov s téměř nulovou spotřebou energie a jak jsou čeští stavitelé a česká legislativa připraveny na tyto změny?

Je třeba říci, že Česká republika se k této směrnici staví dosti alibisticky a legislativa není jednotná, což působí řadu zmatků. Hlavním problémem jsou samozřejmě vyšší investiční náklady, na druhou stranu mají tyto budovy nižší provozní náklady. Budovy s téměř nulovou spotřebou energie vyžadují také citlivější, odbornější návrh, čehož celá řada současných stavitelů není schopna, i vzhledem k tomu, že stavebnictví je velmi konzervativní obor ne zrovna otevřený změnám. Pokud si ale nechceme ničit životní prostředí a chceme nechat kousek přírody i našim potomkům, se spotřebou neobnovitelné energie ale něco dělat musíme, s tím se nedá nic dělat.

Děkuji za rozhovor a přeji hodně úspěchů ve vaší práci