Národní technická knihovna v Praze

Architektonický návrh

Projekt Národní technické knihovny (NTK) v Dejvicích [2] zvítězil v anonymní architektonicko-urbanistické soutěži v roce 2000. Knihovna je navržena v obrysu oválného čtverce o vnějších rozměrech přibližně 75 × 75 m. Je použita velkorozponová betonová předepjatá konstrukce s rozponem 15 m. Objekt má šest nadzemních a tři podzemní podlaží. První a druhé nadzemní podlaží má veřejný charakter s doplňkovými funkcemi (kavárna, přednáškový sál, výstavní prostor, pobočka městské knihovny, noční studovna) a dává prostor pro volnou komunikaci a setkávání návštěvníků areálu vysokých škol a knihovny.

Vlastní provoz knihovny začíná na úrovni 2. podlaží. V dalších nadzemních podlažích jsou umístěny především volné výběry fondu knihovny, studovny, učebny a administrativní zázemí knihovny. V podzemí je střed vyhrazen pro zázemí knihovny (sklady knih, technologie) a obvod podzemnímu parkovišti. Studijní a administrativní místa s potřebou dobrého osvětlení jsou soustředěna v místech s přirozeným osvětlením, knihy v regálech jsou naopak umístěny v hloubce dispozice. Studijní místa jsou navržena v různých polohách s různým typem sezení, což umožňuje najít si prostor podle své nálady nebo nátury.

Po vítězství v architektonické soutěži [3] byl projekt asi čtyři roky na okraji zájmu politiků. Po jeho obnovení došlo k přehodnocení některých jeho částí. Původní energetický koncept spočíval ve dvojité fasádě s ventilátory, které měly dopravovat vzduch uvnitř vzduchové mezery v zimním a přechodném období z osluněné na neosluněnou fasádu. Hlavní myšlenkou byla minimalizace tepelných ztrát a předehřev větracího vzduchu pro vzduchotechnická zařízení.

Po posouzení zkušeností s jinými objekty dospěl řešitelský tým k názoru, že dvojitá fasáda není z energetického hlediska u knihovny tohoto typu odůvodnitelná. Byly proto zvoleny jiné systémy umožňující energeticky úsporný provoz.

Architektonické řešení budovy z hlediska energetické náročnosti

Energetická náročnost budovy je dána především architektonickým návrhem, fyzikálními vlastnostmi použitých stavebních materiálů a jejím provozem.

Budova NTK je architektonicky řešena jako kompaktní celek s minimálním členěním. Tím je dosaženo velice dobrého poměru plochy obvodových konstrukcí k užitné ploše objektu. Energeticky výhodné je i oddělení prostor podzemních garáží technickým podlažím od nadzemní části objektu, která má vyšší nároky na vnitřní klima.

V nadzemních podlažích je při dispozičním řešení respektována orientace budovy ke světovým stranám. Velkoprostorové místnosti jsou umístěny u JV, JZ a SZ fasád, kancelářský trakt je umístěn u fasády SV. Tím se dosáhne rovnoměrnějšího osvětlení, především kanceláří, během dne a v průběhu roku.

K minimalizaci energetické náročnosti (snížení tepelná zátěže z vnějšího prostředí v letním období a naopak její využití v zimním období) rovněž přispívá optimalizovaná plocha transparentních výplní v 2.–6. NP, která nepřesahuje 50–70 % plochy obvodového pláště příslušejícího danému prostoru. Transparentní plochy obvodového pláště jsou opatřeny vnějším stíněním.

Provoz budovy a parametry vnitřního prostředí

Provoz budovy (počet osob, provozní doba) a zvolené parametry vnitřního prostředí (teplota, relativní vlhkost) ovlivňují nejen spotřebu energií, ale mají přímý vliv na volbu vytápěcích a chladicích zařízení, výši instalovaného výkonu a tím i výši prvotních investic. Vždy je třeba pečlivě zvážit, jaké budou provozní doby, především v letních měsících, a jaká bude návštěvnost v průběhu celého roku. Rovněž při zadání parametrů vnitřního prostředí je třeba zvážit, zda je pravdu nutné striktní dodržování požadovaných parametrů vnitřního prostředí (teplota a vlhkost vzduchu) a zvážit, zda je přípustné krátkodobé vybočení parametrů z nastavených rozsahů. Pro většinu budov je daleko důležitější zamezit skokovým změnám než přesné udržování teploty a relativní vlhkosti v úzkých hranicích.

Řešení systémů TZB

Optimalizované architektonické a konstrukční řešení NTK umožňuje účinné využívání akumulačních schopností budovy. V budově byl instalován velkoplošný těžký sálavý systém vytápění a chlazení místností (tzv. aktivace betonového jádra) doplněný o plně automatické přirozené větrání. Přirozené větrání je zároveň využíváno pro noční předchlazování betonových konstrukcí v letním období. Jedná se systém, který je zatím v České republice poměrně málo používaný.

Nucené větrání je využíváno především při extrémních venkovních teplotách a v prostorách se zvýšenými nároky na vnitřní klima (sklady knih), se zvýšenou tepelnou zátěží (počítačové učebny) nebo tam, kde je to vyžadováno z hygienického hlediska (prostory bez možnosti přirozeného větrání v PP, WC).

Navržené technické řešení vede ke snížení instalovaného chladicího a topného výkonu při zachování tepelné pohody. Zdroj chladu, který slouží v denní době pro chlazení větracího vzduchu v systémech nuceného větrání, se v nočních hodinách využívá pro předchlazování stavebních konstrukcí (aktivaci betonu).

V kombinaci s velkorozponovou konstrukcí s modulem 15 × 15 m a s oboustranně křížem předepnutou stropní deskou se jedná dle dostupných informací o první stavbu tohoto druhu ve světě.

Co je aktivace betonového jádra

V poslední době se chlazení a vytápění místností pomocí aktivace betonového jádra (BKT a nebo TABS) stává v západní Evropě stále častěji konkurencí klasických klimatizačních systémů. Při tomto systému je potrubí pro vytápění a chlazení integrováno přímo ve stavební konstrukci, většinou v neutrální ose betonových stropů. Potrubí z plastu, většinou dimenze 20 × 2 mm nebo 17 × 2 mm, je vkládáno do stavební konstrukce zároveň s armováním, a to buď ručně, nebo ve formě topných registrů. Běžná rozteč potrubí je 150 mm. Podobné systémy s vloženým potrubím ve stavební konstrukci jsou známy již dlouhou dobu (označení Crittall).

Jejich většímu rozšíření však bránila nejen materiálová základna (ocelové potrubí), ale i vysoká energetická náročnost budov a tehdejší systémy měření a regulace.

Aktivace betonového jádra je vhodná pro kompaktní budovy s nízkými tepelnými ztrátami a nízkými tepelnými zisky, s velkoprostorovými kancelářemi, studovnami, výstavními sály apod. Dále je velmi vhodná pro prostory, které nemají požadavek na přesnou regulaci teploty v jednotlivých místnostech v letních měsících. Pro případ vytápění je nutné kombinovat tento systém s jiným systémem (VZT, otopné plochy).

Při návrhu a provozu sálavého systému je vždy třeba dbát na to, aby se povrchová teplota stropu/podlahy co nejvíce přibližovala teplotě místnosti. Tím se plně využije autoregulační schopnosti systému, to znamená, při zvýšení odchylky vnitřní teploty od požadované teploty v místnosti se zároveň zvyšuje i chladicí (topný) výkon a naopak. Navíc aktivace betonového jádra využívá nízkopotenciálního tepla a chladu a lze využít alternativních zdrojů tepla, či chladu. Teplota chladicího media se pohybuje v rozmezí 16–21 °C, teplota topného media se pohybuje v rozmezí 22–27 °C.

U budovy NTK byla pro vytápění a chlazení volných výběrů a kancelářských prostor navržena aktivace betonového jádra doplněná otopnými registry [4]. Byla zvolena dimenze potrubí 20 × 2 mm a rozteč 200 mm. Potrubí bylo vkládáno do stavebních konstrukcí ručně. Jednotlivé sekce potrubních celků odpovídají sekcím postupu betonáže. V každé sekci je několik okruhů délky cca 80 m. Konce okruhů jsou vyvedeny buď do zdvojené podlahy, nebo pod strop (6. NP), kde jsou napojeny na rozdělovač nebo sběrač. Celkem bylo položeno téměř 50 000 m potrubí.

Počítačové simulace

Při projektování této budovy byly uplatněny počítačové simulace energetických bilancí. Ty sloužily jak k ověření teplot v budově při provozu aktivace budovy a plném vytížení prostor, tak pro ověření přirozeného provětrání dvojité fasády. Z výsledků simulace vyplynulo, že při plném vytížení (osvětlení, osoby...) a provozu aktivace betonu v noci plus jednu hodinu během dne se maximální tepoty v letním období budou blížit 27 °C. Nejvyšší teploty byly v 6. NP budovy. Ze simulací vyplynulo i to, že severní část budovy, ve které je administrativa, je třeba též osadit aktivací betonu. Původně se v projektu předpokládalo v této části pouze pasivní noční vychlazování. Tyto závěry se potvrdily i při provozu budovy, kdy právě severní administrativní část vyžaduje aktivaci betonu pro většinu léta. Oproti tomu volné výběry jsou často provozovány pouze s pasivním nočním chlazením vzduchem bez aktivace betonu.

Měření při provozu

Při provozu budovy je systémem měření a regulace zaznamenávána řada hodnot, které mohou být použity pro analýzy spotřeb systému větrání aklimatizace. V následující tabulce je uveden podíl jmenovitých příkonů jednotlivých součástí klimatizačního systému (nejsou zahrnuty klimatizační jednotky pro pronajímatelné prostory v 1. a 2. NP).

Tab.1 Přehled příkonů zařízení

	Zařízení	Příkon [kW]	Podíl [%]	Podíl systému [%]	Skutečná spotřeba 2010 [MWh]
Zdroj chladu	kompresory	277,5	73,90	81,62	42,2
	ventilátory	14	3,73
	čerpadla	15	3,99
VZT1	přívodní ventilátor	11	2,93	13,85	3,0*
	odvodní ventilátor	7,5	2,00
VZT2	přívodní ventilátor	11	2,93
	odvodní ventilátor	7,5	2,00
VZT3	přívodní ventilátor	7,5	2,00
	odvodní ventilátor	7,5	2,00
BKT	zdvojené čerpadlo	15	3,99	4,53
Podlahové vytápění	čerpadlo	1,57	0,42
FCU	čerpadlo	0,45	0,12
Celkem		375,52
*) Měřena byla pouze spotřeba VZT3 od 1. 6. do 5. 9. 2010

Skutečná spotřeba zdroje chladu za období 2009, 2010 je uvedena v grafu na obrázku 2. Tato spotřeba představuje v červnu 7,2 %, v červenci 13,9 % a v srpnu 1,5 % spotřeby elektrické energie celého objektu. Za celý rok spotřebuje zdroj chladu pro komfortní klimatizaci 2,2 % spotřeby elektrické energie celého objektu.

Závěr

Po roce 1989 bylo v České republice postaveno nebo zrekonstruováno několik desítek knihoven. Přesto se ale při projektování a výstavbě objevují stále stejné problémy. Již od počátku, to je od architektonické soutěže, začíná boj mezi architekty a investorem, v daném případě ředitelem knihovny. V dalších etapách vstupují do tohoto boje generální projektant a generální dodavatel. Každý hájí pouze své zájmy, komunikace vedoucí k úspěšnému zakončení díla se zcela vytrácí. Při tom jak je dnes celý systém nastaven, počínaje architektonickou soutěží a konče výběrovým řízením dodavatele, je zázrakem, že se přeci jenom stavby dokončí a nějak fungují.

Otázkou je, zda by nebylo řešením, kdyby byl konečně sestaven katalog pravidel pro stavbu nejenom knihoven, ale všech veřejných budov? To znamená vymezit jak celkový finanční rozsah, tak i stanovit základní technické a provozní ukazatele. Veřejné budovy se staví za peníze daňových poplatníků pro veřejnost, a ne jako pomník architektury. Mají být plně funkční s minimálními provozními náklady. Mají tvořit nenápadnou schránku v pozadí, která neobtěžuje a na kterou si člověk nemusí zvykat, kde se od počátku cítí dobře.

Národní Technická Knihovna v Praze byla uvedena do provozu 9. 9. 2009. Představa projektantů o provozně a energeticky úsporné budově se ne zcela podařila naplnit. Znovu se ukázalo, že systém projektovaní, dodavatelských vztahů a následného provozování budov není v České republice optimálně nastaven a bude třeba velkého úsilí toto změnit. Přesto lze tuto stavbu považovat za povedenou a systém provozu větrání a klimatizace za energeticky úsporný.

Na optimalizaci energetického konceptu budovy spolupracovali:

Investor:	Národní Technická Knihovna, Ing. Martin Svoboda
Architekt:	Projektil Architekti s.r.o., Mgr.akad.arch Roman Brychta, Ing.arch. Petr Lešek, Ing. Ondřej Hofmeister
Stavební část a koordinace projektu, Generální projektant:	Helika a.s., Ing. Petr Jileček, Ing. Karel Vácha
Projektant HVAC:	Zemlicka + Pruy, Ingenieur-Planung GmbH, Ing. Jan Žemlička PBA International Prague s.r.o., Pavel Žemlička, Ing. Josef Smrž
Energetická simulace objektu:	ČVUT-FSI, Ing. Miloš Lain, Ing. Vladimír Zmrhal, Ph.D.
Dodavatel systému BKT:	UPONOR s.r.o.
Montážní firma systému TABS:	OHL ŽS a.s., koordinace Bohumír Lisý

Literatura

• [1] Lain, M. Zmrhal, V. Drkal, F. Hanák, V. Aktivace betonu – Státní technická knihovna. Budovy a prostredie 2007. Bratislava: Slovenská spoločnost pro techniku prostredia, 2007, s. 74–79. ISBN 978-80-227-2759-4.
• [2] http://www.asb-portal.cz/2009/06/22/stavebnictvi/tzb/narodni-technicka-knihovna-vpraze/image-gallery/02-lesek-ntk.html.
• [3] http://www.asb-portal.cz/2009/06/22/stavebnictvi/tzb/narodni-technicka-knihovna-vpraze/image-gallery/01-stavova-ntk.html
• [4] http://www.asb-portal.cz/2009/06/22/stavebnictvi/tzb/narodni-technicka-knihovna-vpraze/image-gallery/03-lesek-ntk.html