Solar Decathlon 2011
V den podzimní rovnodennosti odstartoval v USA již pátý ročník prestižní mezinárodnísoutěže Solar Decathlon 2011, ve které se utkaly univerzitní týmy z celého světa ve stavbě energeticky úsporných domů. V desetidenním klání obsahujícím deset disciplín byl tento rok nejúspěšnější tým Univerzity Maryland.
Základní informace
Soutěž, která probíhá jednou za dva roky v hlavním městě USA Washingtonu D.C., pořádá Ministerstvo energetiky Spojených států (U.S. Department of Energy – DOE) a Národní laboratoř obnovitelných energií (National renewable energy laboratory – NREL). Je jedním ze základních bodů programu na podporu zvyšování energetické účinnosti, obnovitelných zdrojů a zelených pracovních míst – „green jobs“ – tohoto ministerstva. V soutěži se v každém ročníku utká 20 vybraných univerzitních týmů s cílem navrhnout, postavit a provozovat solární dům. Vítězem celé soutěže je tým, jehož dům je cenově dostupný, energeticky efektivní, zajímavý pro případné zákazníky, má vynikající design, kombinuje účinné technologie a vyrábí dostatek energie ze slunečního záření.
Samotná soutěž, kterou vyvrcholí dva roky usilovné práce a příprav, trvá 10 dní. Stavby jsou zdarma prezentovány veřejnosti, návštěvníci se jimi mohou projít, sbírat nápady pro použití ve svých domech a zjišťovat, jak obydlí nové generace může pomoci šetřit náklady na bydlení.
Hlavním posláním Solar Decathlonu je představit studentům a veřejnosti řadu možností jak uspořit náklady díky „čistým“ energetickým technologiím. Ukazuje široké veřejnosti cenově dostupná řešení rodinných domů, které kombinují energeticky úspornou výstavbu se získáváním energie z obnovitelných zdrojů běžně dostupných již dnes.
Veřejné prohlídky na National Mall během soutěže v roce 2009
(Foto: Stefano Paltera/U.S. Department of Energy Solar Decathlon)
Historie
První ročník se odehrál na podzim roku 2002 a zúčastnilo se ho 13 univerzitních týmů ze všech koutů Spojených států a jeden z Portorika. Již v tomto prvním ročníku se přišlo na stavby podívat přes sto tisíc návštěvníků. Od prvního ročníku se soutěže zúčastnilo přes 92 vysokoškolských týmů, které i po své účasti pokračují ve výuce požadavků pro navrhování a stavbu energeticky úsporných staveb. Bylo postaveno mnoho domů, které jsou nyní rozesety po celém světě, kde i nadále slouží pro vzdělávací, výzkumné nebo společenské akce. Aktuální polohu domů je možné nalézt na adrese www.solardecathlon.gov/where_now.html.
V počátečních ročnících, v době, kdy se moderní energeticky úsporná architektura teprve začínala vyvíjet, se stavěly objekty, které nevypadaly zvlášť působivě. Také technologie, které se dnes již používají běžně, byly dříve spíše výjimkou a studenti se museli učit, jak systémy celé stavby optimalizovat.
První dva ročníky se obešly bez významné účasti zahraničních týmů, avšak v roce 2007 vtrhl do souteže německý tým z technické univerzity Darmstadt a dvakrát po sobě bez zaváhání zvítězil. Jednalo se nejspíše o důsledek pověstné neměcké preciznosti a také evropského citu pro detail a architekturu. Tyto domy se těšily také obrovskému zájmu návštěvníků a stály se na ně dlouhé fronty.
Jelikož se soutěž stala známou a upírá se na ni pozornost médií, byl v roce 2010 uspořádán také první ročník Solar Decathlon Europe. Soutež se koná v sudé roky (takže se střídá s americkou souteží) a pořádá se ve španělském hlavním městě Madridu. Nově vzniká také Solar Decathlon China, jehož první ročník se uskuteční v roce 2013.
Celkoví vítězové soutěže v roce 2005 a 2009 (Foto: Stefano Paltera/U.S. Department of Energy Solar Decathlon)
Návštěvnost a média
Při souteži v roce 2009 zaznamenaly týmy přes 300 tisíc návštěv svých domů během deseti dní. Další miliony čtenářů a diváků byly osloveny přes hlavní zpravodajské kanály. O Solar Decathlonu si v tisku a online zpravodajstvích mohlo číst přes 175 milionů čtenářů (The new York Times, Washington Post, USA Today a další). Televizní pokrytí v hlavních zpravodajských stanicích (ABC News, CNN, Fox News) obsahovalo přes 730 celostátních televizních vstupů. Díky spolupráci s Národní vzdělávací asociací se během souteže denně vysílaly vzdělávací programy do škol po celé zemi.
Lokalita
Soutěž se koná ve Washingtonu D.C., a proto je nutné navrhnout nebo přizpůsobit dům zeměpisným a klimatickým podmínkám této lokality.Ty se však mohou zásadně lišit od podmínek, které panují v místě, odkud pochází soutežící univerzity.
Mezi zásadní rozdíly při navrhování solárních prvků pasivních i aktivních patří rozdílná zeměpisná šířka. Washington D.C. se nachází na 39. rovnoběžce, kdežto například Praha je na 50. rovnoběžce. Rozdílná tak bude výška slunce, která je ve Washingtou D.C. přibližně o 11° větší než v Praze. To ovlivní hlavně optimalizaci sklonu solárních prvků a návrhy stínění.
Klimatické podmínky nejsou v místě souteže oproti našim extrémně rozdílné, avšak některé důležité odlišnosti existují. Teploty jsou ve Washigtonu D.C. o něco vyšší než u nás, ale hlavní rozdíl je ve velké vzdušné vlhkosti a větší četnosti srážek. Proto se v tradičních domech stavěných v okolí Washingtonu D.C. setkáme s použitím parozábran na vnější straně obalových konstrukcí. Na chladicí a odvlhčovací systémy v domě je kladen větší důraz, než je běžné v našich podmínkách.
Pravidla souteže
Základními omezeními soutěže,kterými se musí týmy řídit,jsou velikost pozemku, který je k dispozici, a zastavěná plocha objektu. Pozemky určené ke stavbě domu mají rozměry 23 × 18 m a maximální výška objektu může být 5,4 m. Povolená zastavěná plocha domu se pohybuje v rozmezí 57 až 93 m2.
Dům pro soutež musí být snadno transportovatelný, protože na jeho sestavení a zprovoznění mají týmy ve Washingtonu D.C. pouhý jeden týden. Většina objektů je řešena tak, že se transportuje ve dvou nebo třech kusech, které se na místě pouze spojí. Další možností je stavbu koncipovat pouze jako jeden kus nebo ji na místě sestavovat z panelů. Řešení založení stavby má být takové, aby nedocházelo k narušení zeminy.
V objektu není povoleno jakékoliv ukládání elektrické energie, kromě baterií v dálkových ovladačích. Nádrže na pitnou a odpadní vodu se musí nacházet v exteriéru, tím se simuluje připojení domu na inženýrské sítě.
Hodnocení soutěže
Jak už napovídá název soutěže, je zde deset hlavních disciplín, které pokrývají široké pole pohledů na kvalitu domu. V každé disciplíně lze dosáhnout 100 bodů, celkové maximum je tedy 1000 bodů.Část disciplín je založena na měřitelných veličinách, část disciplín hodnotí odborná porota.
Architektura
Hodnotí se estetická hodnota domu a jak zdařile se do něj povedlo zakomponovat moderní technologie. Porota by se přitom měla soustředit na pět hlavních bodů:
- Architektonické prvky (proporce, řešení fasády, propojení vnitřní a vnější části domu, atp.).
- Celostní (holistický) návrh – pohodlný pro obyvatele a slučitelný s okolním prostředím.
- Osvětlení, inspirace a dokumentace.
Atraktivita pro trh
Samotná soutěž nemá stanoveno, pro koho má být dům určen, ale každý tým by si měl svého cílového klienta zvolit. Porota hodnotí, jestli zvolenému klientovi odpovídá návrh domu. Zaměřuje se na uživatelský komfort (intuitivní ovládání, bezpečnost, funkčnost), prodejnost a proveditelnost.
Inženýring
Porota složená z technických profesionálů hodnotí především:
- Funkčnost – zda energetické a klimatizační technologie fungují správně.
- Účinnost – Kolik energie se ušetří ve srovnání s konvenčními systémy? Usnadňuje kontrolní systém snižování spotřeby energie v průběhu roku?
- Inovace – hodnotí se unikátní přístupy k řešení problémů i to, nakolik jsou komerčně dále využitelné.
- Spolehlivost – hodnotí se, jak dlouho a při jak velké údržbě je možné udržet stávající vysokou úroveň výkonnosti systémů.
- Dokumentace – jak věrně stavební výkresy (manuál k projektu a videoprezentace) zobrazují postavený objekt.
Komunikace
Jednou z hlavních náplní soutěže je osvěta.Porota se má zaměřit na kvalitu webových stránek a jejich originalitu, sdělení informací prostřednictvím videa (přesnost, jasnost, tvořivost), kvalitu značení na místě (grafika, fotky, displeje s informacemi), komunikaci s cílovou skupinou (názorné vysvětlení principů fungování domu) a využívání inovativních metod k oslovení publika, včetně návštěvníků webových stránek a lidí čekajících na prohlídku.
Cenová dostupnost
Tato disciplína byla zavedena až pro soutěž Solar Decathlon 2011. Ukazovalo se totiž, že často vítězí domy naplněné nejmodernějšími – a zároveň nejdražšími – technologiemi. Pořadatel chce nově ale ukázat, že lze uspořit peníze nejen při provozu, ale i při výstavbě. Proto se dělá profesionální odhad ceny stavebních nákladů každého domu. Maximum možných bodů získá stavba s náklady nižšími než 250 000 USD.
Komfort
V navržených domech by mělo být udrženo optimální vnitřní prostředí – teplota i vlhkost. Plný počet bodů získá dům, v němž je dosaženo udržení teploty i vlhkosti během určitých časových úseků v stanoveném rozmezí: Teplota mezi 22,2 °C a 24,4 °C a relativní vlhkost pod 60 %.
Teplá voda
Posuzuje se, zda systém pro ohřev teplé vody dokáže pokrýt veškerou potřebu pro každodenní mytí a koupání. Pro plný počet bodů musí být objekt schopen v daný čas poskytnout 15 galonů (56,8 l) teplé vody (min. 43,3 °C) za maximálně 10 minut.
Spotřebiče
V této disciplíně jsou simulovány potřeby běžné americké domácnosti. Body lze získat za chlazení a mražení potravin, praní a sušení prádla a mytí nádobí v myčce. Konkrétně: teplota uvnitř chladničky má být udržována mezi 1,11 a 4,44 °C , teplota uvnitř mrazničky má být mezi −28,9 °C a −1,5 °C, vyprání a usušení várky prádla na stejnou hmotnost ve stanoveném čase a během mycího cyklu myčky nádobí musí být dosaženo teploty 48,9° C.
Domácí zábava
Tato disciplína se snaží postihnout, jak moc je dům domovem, ale i kolik poskytuje pasivní zábavy, jakou je třeba sledování filmů v domácím kině. Hodnotí se:
- Dvě večeře pro sousedy, při nichž hosté udělují body za kvalitu jídla, atmosféru a celkový dojem.
- Zda jsou zapnutá všechna světla během stanovených časových úseků.
- Provoz televize a počítače během stanovených časových úseků.
- Filmový večer pro sousedy, při němž hosté udělují body za kvalitu a design domácího kina, atmosféru i celkový dojem.
- Simulace vaření – použijí se kuchyňské spotřebiče k odpaření 5 liber (2,268 kg) vody ve stanoveném čase.
Energetická bilance
Každý dům je vybaven obousměrným měřicím přístrojem, který zaznamenává, kolik dům produkuje a spotřebovává energie.Plný počet bodů dostane tým, který vyrobí nejméně tolik energie, kolik sám spotřebuje (během soutěžního týdne). Čistá spotřeba by tedy měla být nulová.
Týmy
Jelikož se jedná o soutež univerzitních týmů, musí být hlavními organizátory výstavby domů sami studenti. Na pomoc si mohou vzít poradce z řad zaměstnanců svých fakult nebo odborníky z praxe. Úkolem studentů je také získat pro svůj projekt mediální podporu a finanční zajištění.
Velikost týmu závisí hlavně na celkovém přístupu týmu k souteži. Existují týmy, které si na většinu technických prací při výstavbě najmou odborné firmy, které ovšem musí zaplatit. Na druhou stranu se najdou týmy, které všechny práce vykonají samy – od instalace technických systémů po výrobu nábytku. Velikost týmů se tak může pohybovat od 20 do 150 lidí, z nich několik poslední rok před souteží pracuje na plný úvazek.
Úkolem samotných univerzit je podpora svých týmů a poskytnutí zázemí zúčastněným studentům. Je také vhodné zapojit soutež do osnov běžné výuky.
Letošní ročník
Aktuální ročník, který právě proběhl, obsahoval oproti předchozím několik novinek, především v bodování. Jako například omezení ceny domu, nebodování elektřiny vyrobené nad rámec vlastní spotřeby objektu a zjednodušení systému bodování. První den soutěže bylo zataženo a deštivo, což nebylo pro většinu týmů ideální. Ale právě tak se mohly projevit důsledky zvolené strategie jednotlivých týmů. Většina z nich totiž ve svých výpočtech simulujících energetickou bilanci domu počítájen s jedním nebo dvěma dny bez slunce. Některé týmy mají dokonce speciálního člena, který předpovídá vývoj počasí a podle toho upravuje nastavení domu.
Vítězný tým Univerzita Maryland
Na celkově prvním místě se tento rok umístila Univerzita Maryland a jejich dům nazvaný WaterShed. Získali 951 bodů z maximálního počtu tisíc s náskokem 20 bodů na druhé místo. Tým z Marylandu je zkušený, již v roce 2007 se umístil na druhém místě. Podle názvu je možné odvodit hlavní téma domu, kterým je voda a hospodaření s ní. Hlavní prvky stavby lze popsat takto:
- Dělená „butterfly“ střecha pro maximální zachycení a využití slunečního záření a dešťové vody. Ozelenění střechy zadržuje srážky a snižuje přehřívání interiéru
- Fotovoltaické pole navržené pro celoroční využití a fototermické panely pro ohřev teplé vody
- Umělé mokřady čistící dešťovou a odpadní vodu
- Patentovaný kapalinový systém udržující správnou vnitřní vlhkost
- Místa pro pěstování zeleniny a bylinek
Konstrukčně je dům řešen jako dřevostavba, která je modifikací systému two by four. Jako tepelně izolační materiál je použita stříkaná polyuretanová pěnaaplikovaná mezi sloupkový systém, což umožňuje dokonalé vyplnění všech mezer. Z exteriérové strany je navíc použit extrudovaný polystyren. Průsvitné otvory tvoří dvojsklo plněné argonem s nízkoemisivním povlakem. Pro přisvětlení prostorů je použito také průsvitných tepelných izolací v zasklení. Z vnějších stran je dům celý opláštěn tepelně upraveným dřevem označovaným jako thermowood.
Technické systémy jsou navrženy tak, že dům je schopen ze slunečního záření vyrobit minimálně tolik energie, kolik v průběhu roku potřebuje. O výrobu elektrické energie se stará 42 fotovoltaických panelů o celkovém nominálním výkonu 9,2 kW. Je použito microinvertorů, takže každý panel mění na místě stejnosměrný proud na střídavý, což zajišťuje maximální využití energie. Pro úpravu vnitřního vzduchu jsou použity dvě mini-split nástěnné klimatizační jednotky. Dále pak samostatná jednotka, která zajišťuje rekuperaci vzduchu s teplotní účinností 96 % a vlhkostní 75 %. Kromě toho se pro odvlhčování použil originální systém využívající absorbci vlhkosti do solného roztoku. Jako primární zdroj tepla pro ohřev téplé vody slouží vakuovétrubicové kolektory ve svislé poloze. Pokud by výkon solárních kolektorů nestačil, jsou ve dvou zásobnících teplé vody umístěny elektrické topné spirály.
Exteriér a interiér vítězného domu, MarylandUniversity (Foto: Jim Tetro/U.S. Department of Energy Solar Decathlon)
Druhé místo Univerzita Purdue
Druhé místo obsadil netradičně tradiční projekt amerického rodinného domu Univerzity Purdue nazvaný INhome. Tým vsadil na vzhled klasického domu osazeného moderními, ale dostupnými technologiemi. Dům měl například jako jedinný garáž s dílnou a také patřil k těm nejlevnějším. Druhé místo je důkazem toho, že lze stavět vysoce energeticky optimalizované stavby, a přitom se uživatel nemusí rozloučit s architekturou a užitností, na kterou je zvyklý.
Dům tradičního vzhledu, University Purdue (Foto: Jim Tetro/U.S. Department of Energy Solar Decathlon)
Vítěz hlasování veřejnosti Univerzita Appalachian
V souteži o cenu veřejnosti vyhrál tým Univerzity Appalachian s domem inspirovaným tradičními venkovskými usedlostmi. Dům má oproti jiným velkoryse pojatý venkovní obytný prostor zastřešený transparentní oboustrannou fotovoltaikou. Mimo hlavní obytný prostor jsou z terasy přístupné sklady, dílna, letní kuchyňka a venkovní pracovna. V projektu se objevily materiály s fázovou změnou skupenství použité například v zásobníku teplé vody. Dům působí velmi příjemně jednak díky nápaditému řešení exteriéru a stejně tak díky značnému použití přírodních materiálů.
Vítěz hlasování veřejnosti, Appalachian State University (Foto: Jim Tetro/U.S. Department of Energy Solar Decathlon)
Přihláška ČVUT
V roce 2011 se do soutěže poprvé hlásí český tým tvořený odborníky z Fakulty architektury ČVUT a z Fakulty stavební ČVUT – Solar Decathlon 2013: team Prague. Přihlášky do soutěže se zasílají do listopadu 2011, začátkem roku 2012 bude vybráno 20 finalistů. Účast teamu Prague na Solar Decathlonu 2013 bude možná pouze díky podpoře partnerů a zaštiťujících organizací. Partneři mohou přispět prostřednictvím finančního daru, produktů nebo odborných služeb. Záštitu nad projektem převzali děkan Fakulty architektury a děkanka Fakulty stavební ČVUT v Praze.
Poděkování: Tento článek vznikl díky podpoře z doktorského grantu GA ČR 103-09-H095 Udržitelná výstavba a udržitelný rozvoj sídel.
Recenzní posudek
Za hlavní přínos tohoto článku považuji vůbec informování čtenářů o existenci tak zajímavé soutěže, jakou Solar Decathlon bezesporu je. Článek přehledně popisuje vývoj soutěže a její hodnotící kritéria, která jsou sama o sobě na této soutěži hodna pozornosti. Oceňuji také popis vítězných staveb včetně přiložených fotografií, což i laickému čtenáři dobře přiblíží typ objektů, které lze v soutěži vidět.
Samostatnou kapitolou jsou pak úvahy o zapojení ČVUT do této soutěže. Jsem si jistá, že všem zúčastněným přinese soutěž mnoho zkušeností. Jistě bych uvítala, kdyby tyto zkušenosti byly v budoucnosti předávány i veřejnosti např. i formou dalších článků na tzb-info. Zejména bude zajímavé sledovat mezioborovou spolupráci, která je u staveb tohoto typu nezbytností, ale v České republice ještě není příliš obvyklá.
Téma článku je jistě natolik zajímavé i aktuální, že by byla škoda ho nepublikovat. Moje jediná výtka směřuje k délce textu. Věřím, že pro laické čtenáře i odbornou veřejnost bude článek přínosný.
V Praze 1. 11. 2011Ing. Veronika Křelinová
On the day of the autumnal equinox in the U.S. started its fifth year of the prestigious international competition Solar Decathlon 2011. In this competition university teams from all over the world competed in building of energy efficient houses. In this ten-day contest containing ten disciplines was the most successful team of The University of Maryland´s this year.