Snížení energetické náročnosti škol Jihočeského kraje ve Volyni

Cílem projektu bylo komplexní řešení vytápění a úsporných opatření na všech školách a školských zařízeních ve Volyni, s důrazem na ekologizaci zdrojů tepla a zachování architektonických hodnot funkcionalistického areálu Vyšší odborné školy a Střední průmyslové školy Volyně v Resslově ulici.
Až do ledna roku 2009 zajišťovaly vytápění škol a školských zařízení dvě kotelny. Kotelna na Děkanském vrchu, která zásobovala teplem a teplou vodou domovy mládeže obou volyňských středních škol, areál Dětského domova Volyně, Školní jídelnu Volyně i obě budovy Základní školy Volyně, spalovala hnědé uhlí, instalovaný výkon byl 4,2 MW a topným médiem byla voda. Druhým zdrojem byla nízkotlaká parní kotelna na lehký topný olej v areálu VOŠ a SPŠ Volyně s instalovaným výkonem 2,3 MW. V rámci projektu byly obě kotelny nahrazeny centrálním zdrojem tepla v objektu kotelny na Děkanském vrchu, který připravuje teplo v kombinaci spalování fytomasy, plynu, tepelného čerpadla a kogenerační jednotky a má instalovaný výkon 2,74 MW. Ve všech vytápěných objektech byly zřízeny nové předávací stanice a s tím souvisela kompletní rekonstrukce teplovodních rozvodů. Areál VOŠ a SPŠ Volyně byl připojen novou samostatnou teplovodní větví v poměrně nepřístupném a členitém terénu.

¤ Obr. 5. a 6. Areal VOŠ a SPŠ Volyně před obnovou, nahoře (prosinec 2008) a po obnově (leden 2010)

Pro všechny stavby areálu byl zpracován energetický audit a navržena úsporná opatření, vydány protokoly k energetickému štítku obálky budov po obnově a jim odpovídající štítky obálky budov. Na jejich základě došlo k zateplení a výměně oken objektů domovů mládeže a areálu VOŠ a SPŠ Volyně. U objektů domovů mládeže (varianta panelového systému T 06 B) byla navržena plastová okna a fasádní zateplovací systém Baumit s deskami na polystyrenové bázi. U areálu VOŠ a SPŠ Volyně, kde nesměl být narušen funkcionalistický ráz budovy z třicátých let minulého století, byla v souladu s vyjádřením územního odborného pracoviště Národního památkového ústavu v Českých Budějovicích z roku 2007 navržena okna hliníková. V rámci obnovy proběhla i celková výměna nízkotlaké parní otopné soustavy v celém areálu a její náhrada teplovodní soustavou.

Zateplení a výměna oken areálu VOŠ a SPŠ Volyně
Půdorysně i hmotově se jedná o dominantní stavbu v lokalitě města Volyně, která ovlivňuje svým působením samotnou památkovou zónu a prostředí jejích nemovitých kulturních památek. Přestože nebyl areál před obnovou prohlášen nemovitou kulturní památkou, byla nutnost zachování architektonických hodnot v kontextu ke kulturně historickému prostředí města nepopiratelná.
Budova školy byla postavena v roce 1933 jako železobetonový skelet s vyzdívanými stěnami z plných cihel tloušťky 600 mm a 450 mm. Na svou dobu moderní řešení obvodového pláště, oken i navazujících detailů bylo však také poplatné možnostem tehdejších poznatků, technologií a sortimentu stavebních výrobků. V současných podmínkách by naprosto nevyhovovalo tepelně technickým požadavkům, hygienickým předpisům a vzhledem k praskání okenních tabulí a opadávání vnějších omítek ani bezpečnostním předpisům.
Fasáda školy byla původní, opět z roku 1933. Během používaní byla pouze lokálně opravována, a to jen v místech dilatačních spár či mechanického poškození. Rovněž došlo k velmi nevhodné úpravě fasády v roce 1988. Záměrem tehdy byla estetická úprava již nevzhledné povrchové vrstvy. Na původní omítku se nastříkala omítková směs s proměnným obsahem latexu. Vznikla tak málo propustná vrstva, která zabránila difúzi par pod nástřikem. Pod touto vrstvou v zimním období zamrzala zkondenzovaná pára a nástřik se odlupoval. Na četných místech byla omítka separována od obvodového pláště a hrozil její pád. Kromě tohoto mechanického poškození se projevovalo i další rozšíření výkvětů a skvrn od minerálních solí pod nástřikem a fasáda byla neestetická. Dalším faktorem vedoucím ke zhoršení kvality omítek se staly klempířské prvky, které byly stářím značně poškozené a zprohýbané a docházelo pod nimi k zatékání dešťové vody do fasády.
Téměř všechna okna hlavní budovy měla atypické konstrukční řešení odpovídající funkcionalistickému vzhledu budovy. Přibližně je možné konstrukční řešení původních oken rozdělit na dvě základní skupiny - v části dílen byla okna kovová s nosným rámem, do nejž byly buď vsazeny okenní tabulky v samostatných úhelníkových rámečcích bez těsnění, nebo byly tabulky pevně zaskleny přímo do rámu. Vždy se jednalo o zasklení dvojité, spáry ve vyjímatelných částech neměly ovšem naprosto jakoukoliv možnost těsnění - tabulky byly pouze mechanicky zajištěny háčky. Ve zbývajících částech budovy byla použita dřevěná okna, opláštěná kovovými pásky. Okna byla dvojitě zasklená, ale těsněná pouze v jedné drážce uzavíratelné speciálním pákovým mechanizmem s výsuvnou kovovou lištou. Drážka okna měla navíc olověnou trubičku pro lepší těsnění spáry. Okna byla dělená, zhruba do jedné čtvrtiny výšky pevně zasklená, ve zbývající části otočná a doplněná pod nadpražím speciálními větracími mřížkami opět ovládanými pákovým mechanizmem. Vzhledem ke stáří oken (původní z roku 1933) byly pákové mechanizmy již značně zkorodované, částečně nefunkční i přes pravidelnou a náročnou údržbu. V posledních letech docházelo vzhledem k malé tuhosti rámů křídel oken k častému praskání skleněných výplní. Protože nešlo utěsnit spáry a ventilační mřížky, bylo velmi obtížné zajistit tepelnou pohodu požadovanou hygienickými předpisy. Navíc docházelo i k nadměrné kondenzaci vody na okenních výplních a následnému zatékání vody až do dřevěné konstrukce oken i dalších navazujících stavebních konstrukcí. Při prudkých deštích doprovázených větrem do budovy netěsnostmi oken zatékalo a docházelo k poškozování dřevěných podlah v učebnách.

¤ Obr. 2. Vychodni průčeli před obnovou (listopad 2005) a po obnově (leden 2010)

¤ Obr. 3. Severni a vychodni průčeli před obnovou (listopad 2005) a po obnově (leden 2010)

¤ Obr. 4. Zapadni průčeli před obnovou (listopad 2005) a po obnově (leden 2010)

Vzhledem ke stáří oken, jejich tepelně technickým vlastnostem a s přihlédnutím k finanční náročnosti a efektivitě oprav připadalo do úvahy jediné řešení - výměna všech oken. Pro zachování funkcionalistického vzhledu budovy a s přihlédnutím k velikosti jednotlivých oken a možnosti zachování stávajícího členění byla navržena po konzultaci s Národním památkovým ústavem - územní m odborným pracovištěm v Českých Budějovicích náhrada oken novými s hliníkovým rámem z tříkomorových profilů a s přerušeným tepelným mostem. Požadovalo se nejen zachování stávajícího členění, ale i poměr mezi tloušťkou hliníkových rámů a dělicích prvků a rozměry skleněných výplní. Na základě požadavků energetického auditu a hodnoty průměrného prostupu tepla zohledňujícího velikosti oken se následně navrhla tloušťka izolace kontaktního zateplovacího systému a tloušťka tepelné izolace do střešního pláště. Z navržené tloušťky izolace kontaktního zateplovacího systému (120 mm) a současně požadavku na zachování tzv. mělkého ostění (80 mm), charakteristického pro funkcionalistické stavby, vyplynuly požadavky na netypický detail kotvení okna mimo nosnou konstrukci až do tepelné izolace. Toto řešení prakticky eliminovalo tepelný most v oblasti kotvení oken k nosné konstrukci.
Pro objektivní posouzení tepelně technických vlastností původního obvodového pláště se před rekonstrukcí provedlo termovizní měření fasády celé budovy a pro porovnání jsou na obr. 2. až 4. snímky fasády před rekonstrukcí a po rekonstrukci včetně termovizních snímků před a po zateplení. Na termovizních snímcích stavu před rekonstrukcí jsou zřetelně patrné prokreslující se sloupy a stropní konstrukce. Průměrná povrchová teplota těchto železobetonových konstrukcí byla větší o cca 2 °C než průměrná povrchová teplota vyzdívek. Průměrné teploty ve všech oblastech jsou výrazně vyšší než teplota v exteriéru při měření (0 °C). Železobetonovými konstrukcemi a vyzdívkami docházelo za daných okrajových podmínek k výrazným tepelným ztrátám. Velkými tepelnými mosty bylo i nadpraží oken a rámy oken a zasklívací spára. Z orientačního výpočtu vyplynulo, že součinitel prostupu tepla vyzdívek hlavní budovy byl 1,7 W/m²K a součinitel prostupu tepla v místě železobetonových nosných prvků byl 2,2 W/m²K.

¤ Obr. 7. Netypicky detail kotveni novych oken s hlinikovym ramem z třikomorovych profilů - mimo nosnou konstrukci až do tepelne izolace. Toto řešeni prakticky zcela eliminovalo tepelny most v oblasti kotveni oken k nosne konstrukci: a) detail ostěni, b) detail nadpraži, c) detail parapetu.

Centrální kotelna na Děkanském vrchu
V centrální kotelně na Děkanském vrchu je po její přestavbě instalována nová technologie.

• Kotel na spalování fytomasy včetně dopravy paliva do kotle, čištění spalin a napojení teplovodních výstupů na strojovnu kotelny s výkonem 1,3 MW.
• Plynové kondenzační kotle koncipované na pokrytí špičkových odběrů tepla a dále jako záloha při odstavení kotle na spalování biomasy (každý s výkonem 0,65 MW).
• Tepelné čerpadlo v provedení vzduch/voda o tepelném výkonu 100 kW s možností provozu do venkovní teploty 0 °C.
• Kogenerační jednotka pro pokrytí vnitřní spotřeby elektrické energie při provozu kotle na spalování biomasy. V letním období pak svým provozem zajišťuje podstatnou část dodávky elektrické energie pro chod tepelného čerpadla a zároveň svým tepelným výkonem zajišťuje navýšení teploty topné vody pro ohřev TV. Instalovaný elektrický výkon 25 kW, odpovídající tepelný výkon 47 kW.

V zimním období je hlavním zdrojem tepla kotel na spalování fytomasy a pouze při špičkové potřebě tepla je doplňován kotli na plyn. Současně s kotlem na spalování fytomasy je v provozu i kogenerační jednotka, která pokrývá kompletní spotřebu elektrické energie v kotelně. V letním období je pro přípravu teplé vody využíváno tepelné čerpadlo a kotle na plyn. I pro provoz tepelného čerpadla je zdrojem elektrické energie kogenerační jednotka. Teplá voda je připravována v předávacích stanicích na patách jednotlivých objektů.
Součástí kotelny je i krytý sklad štěpky s kapacitou cca 650 prm štěpky. Pro přímé zásobování kotle slouží denní sklad s kapacitou 55 prm štěpky.
Rozvod k objektům je realizován dvoutrubkový s neregulovanou vodou a celoročním ohřevem TV přímo v zásobovaných objektech. Větev pro areál VOŠ a SPŠ Volyně bude v období mimo topnou sezonu uzavřena a teplá voda zde bude připravována lokálně, v elektrických zásobníkových ohřívačích.
Celý provoz kotelny je řízen systémem měření a regulace s možností on-line změny parametrů a dálkovým spínáním jednotlivých zdrojů tepla. Rovněž předávací stanice na patách jednotlivých objektů umožňují dálkovou změnu parametrů a možnost řídit vytápění jednotlivých větví podle rozvrhu vyučování a pružně reagovat na všechny změny související s provozem školy.
Specifikem celé akce byla její realizace za provozu všech objektů škol a školských zařízení ve Volyni, což bylo velmi náročné na koordinaci generálního zhotovitele stavby, subdodavatelů a všech školských subjektů. S výjimkou čtyř dnů byla po celou dobu realizace zajištěna dodávka tepla a teplé vody a nebyla přerušena výuka v žádném školském zařízení.

¤ Obr. 8. Kotel na spalovani fytomasy

¤ Obr. 9. Kogeneračni jednotka

¤ Obr. 10. Kondenzačni kotle na plyn

¤ Obr. 11. Měřeni a regulace časti zdrojů tepla

Základní údaje o projektu
Celkové náklady na realizaci projektu: 126 640 777 Kč
Celkové schválené uznatelné náklady: 94 957 071 Kč
Dotace EU z OPŽP (85 % z uznatelných nákladů): 80 713 510 Kč (Operační program Životní prostředí, oblast podpory 3.2 - Realizace úspor energie a využití odpadního tepla u nepodnikatelské sféry) Dotace SFŽP ČR / státního rozpočtu (5 % z uznatelných nákladů) 4 747 854 Kč
Termíny realizace projektu: zahájení 01. 01. 2009 dokončení 30. 11. 2009
Investor: Jihočeský kraj
Energetický audit: SEVEn, o.p.s. České Budějovice Ing. Gustav Kodl
Zpracovatel projektu pro stavební povolení: AIP Plzeň spol. s r.o. Ing. arch. Karel Salát
Realizační firma: Metrostav a.s.
Vedoucí projektu: Ing. Petr Šimák
Stavbyvedoucí: Ing. Otto Hrodek
Technický dozor investora: Limex CB, a.s. Ing. Libor Kulíř
Efekt:
snížení emisí CO₂ o cca 3080 t/rok
úspora energie cca 9473 GJ /rok