TecniCall® - časopis Českého vysokého učení technického v Praze

Fotovoltaika v architektuře
Inovativní i neviditelné články

Do práce v rámci Centra pokročilé fotovoltaiky (CAP) je zapojena i Fakulta architektury ČVUT. Jakými tématy se architekti z Ústavu navrhování II zabývají a jaká je jejich vize propojení architektury, udržitelného rozvoje a právě fotovoltaiky?

Na setkání s lídry ropného průmyslu ve Vatikánu začátkem června tohoto roku vyzval papež František představitele největších producentů fosilních paliv, aby při výrobě energie opustili neobnovitelné zdroje. Mimo jiné uvedl: „Kvalita ovzduší, hladina oceánů, dostatečné zásoby pitné vody, klima i rovnováha citlivých ekosystémů nesou následky způsobů, jakými lidé uspokojují svou „žízeň“ po energii. Civilizace vyžaduje energii, ale využívání energie nesmí zničit civilizaci!“

Citovat hlavu katolické církve na půdě technické vysoké školy může působit přinejmenším trochu netypicky. Nicméně tato slova velmi výstižně poukazují na naléhavost problémů, jimiž se právě my, architekti, inženýři, vědci, musíme zabývat, aby se podařilo omezit negativní dopady lidské činnosti na planetu.

Pro naše „technické“ prostředí je možná výstižnější, co slavný vizionář a architekt Richard Buckminster Fuller napsal již v 60. letech minulého století. Totiž, že Země je mechanický objekt stejně jako automobil a „musíme proto doplňovat olej a pohonné hmoty a vodu do chladiče a starat se o něj jako o celek”.

Lidská činnost má prokazatelně negativní vliv na stav životního prostředí, včetně vyčerpávání zdrojů, znečištění a produkce odpadu. Vystavěné prostředí na tomto stavu významně participuje, jelikož budovy dle aktuálních dat spotřebovávají ve vyspělém světě zhruba 40 procent veškeré energie, produkují okolo 40 procent odpadu a jsou výrazným zdrojem emisí CO2. Pro snížení dopadů lidské činnosti na životní prostředí je proto naprosto nezbytná změna našeho přístupu k navrhování staveb. Neznamená to však, že by lidstvo mělo opustit technologický pokrok. Právě naopak.

Zásadní téma: udržitelná architektura
Udržitelná architektura by měla představovat komplexní přístup, který je ekologický a ekonomický, ale též udržitelný po stránce sociální a kulturní, a je rovněž plnohodnotně schopen naplnit estetická očekávání společnosti. Je to dnes zásadní architektonické téma, udržitelná kvalita staveb je základní důsledek programových, formálních i funkčních voleb učiněných – nebo ignorovaných – již v architektonickém návrhu.

Je klíčové k návrhu každé stavby vždy přistupovat se znalostí lokálních podmínek, díky níž je snazší efektivně pracovat na holistickém návrhu, který bude všechny aspekty zamýšlené stavby nikoli „pouze“ skládat vedle sebe, ale bude je propojovat a ke všem stránkám architektonického návrhu umožní přistupovat jako k jedinému celku. Toto by měl být postup, který bude volen pro každý kvalitní návrh. Neboť aby architektura mohla být udržitelná, musí být především ve své úplnosti dobrá a kvalitní.

„Udržitelnost je příležitost klást si staré otázky novým způsobem“, prohlásil při své návštěvě Prahy v roce 2013 francouzský architekt Jérôme Villemard. Aby se však toto mohlo odehrát, musí být dnešní architekti schopni uchopit a především řádně využívat všechny aspekty a možnosti udržitelného navrhování, včetně špičkových technologií, a to tak, aby je dokázali skutečně zapojit do konceptu, nikoli aby jejich aplikaci ponechali jako nějakou okrajovou disciplínu, kterou pak „nějak“ zařídí kolegové inženýři.

A právě inovativní využití fotovoltaiky představuje jednu z cest, kterou se lze vydat, chceme-li pokročit v udržitelném rozvoji.

Energie a města
To, jak hospodaříme s energií a z jakých zdrojů ji získáváme, má důsledky do roviny ekologické a dopadá i na ekonomiku i společnost. Je třeba si uvědomit, že dle dat International Energy Agency zhruba jedna miliarda obyvatel země stále nemá přístup k elektrické energii.

Evropská unie se navíc zavázala v dokumentu nazvaném „2020 Climate & Energy Package“ ke strategii, kterou je možné shrnout jako „20-20-20“, tedy 20 % snížení emisí skleníkových plynů oproti úrovni roku 1990, zajištění 20 % energetické potřeby EU z obnovitelných zdrojů a zvýšení energetických úspor o 20 %, to vše do roku 2020. Do roku 2050 by se emise skleníkových plynů měly snížit dokonce o 80-95 % oproti úrovni z roku 1990. Pokud by se tyto cíle měly naplnit výrobou energie pomocí fotovoltaických panelů, znamenalo by to potřebu instalovat 5 000 km2 panelů, tedy 0,11 % celkové rozlohy Evropské unie. A je evidentní, že tvorba fotovoltaických polí namísto přirozené krajiny není tou nejšťastnější cestou, jak tuto problematiku řešit.

Daleko vhodnějším přístupem by mělo být využití fotovoltaiky v architektuře, tj. její cílená a promyšlená aplikace na stavby, zejména pak ve městech. To má i další důvody. Největší spotřebu energie totiž vykazují právě hustě obydlené oblasti, tedy města a městské aglomerace. Výroba elektrické energie však dnes probíhá daleko od místa spotřeby a je nutné ji transportovat na velké vzdálenosti. Navíc náš svět je místem s rapidně postupující urbanizací. Jak uvádí OSN, městská populace Země vzrostla ze 746 milionů v roce 1950 na 3,9 miliardy v roce 2014. Očekává se, že překročí 6 miliard kolem roku 2045.

Fotovoltaické systémy mají obrovský potenciál, který lze využít právě v městském prostředí. Musí však být součástí procesu návrhu staveb, aby vznikla kvalitní udržitelná architektura a plně funkční celek a byly zachovány a podpořeny kvality městského prostředí.

Integrální navrhování
Tomu, jak efektivně, ale také efektně aplikovat fotovoltaiku v architektuře a především v městském prostředí se nyní v rámci mezifakultního projektu Centra pokročilé fotovoltaiky věnují i architekti z Ústavu navrhování II Fakulty architektury ČVUT. Právě mezioborovová spolupráce a vzájemné pochopení profesí od samého konceptu je základním předpokladem toho, aby mohlo fungovat popsané integrální navrhování a vznikat udržitelná architektura.

Pro studenty i pro praktikující architekty připravujeme publikaci – manuál, který představí současné možnosti integrované fotovoltaiky, tzv. Building-integrated Photovoltaics (BIPV), a způsoby, jak by bylo možné s touto technologií pracovat v městském prostředí, a to na příkladu několika typických situací v Praze. Ty vystihují v zásadě všechny urbánní kontexty, s nimiž se u nás, resp. v celé střední Evropě setkáváme.

Významným zdrojem inspirace je zejména situace ve Švýcarsku, kde využití fotovoltaiky na stavbách je široce podporováno, zkoumáno, ale také jsou pro něj definována jasná pravidla a doporučení, kterými se jednotlivé kantony a obce snaží docílit toho, aby používání fotovoltaiky nebylo jen záležitostí energetických úspor, ale aby se jednalo též o estetický prvek, který bude co nejlépe propojený s architekturou, ať již jde o novostavby, nebo o starší stavby, resp. aplikace v kontextu historické zástavby.

Články jako součást staveb
Integrovaná fotovoltaika (BIPV) představuje víc než jen způsob výroby elektrické energie. Je to způsob, jak posunout a změnit výraz našich staveb, výraz architektury. Může být výpovědí o inovativním architektonickém i inženýrském návrhu.

Jde o to, že fotovoltaické články se stávají součástí stavby. Nejsou to pouhé panely namontované na střechu, ale jsou integrovány přímo do pláště objektů, do konstrukčních prvků, do povrchů. Plní i další funkce kromě výroby energie. Nabízí možnosti nové estetiky, anebo jsou naopak velmi dobře skryty ve stavebních komponentech (třeba střešní krytině) a působí zcela nerušivě (což je přístup, který je vhodný zejména v historických centrech). Na sídlištích může být pomocí fotovoltaických panelů tvořen klidně celý nový plášť staveb – namísto meruňkovou barvou natřeného polystyrenového zateplení.

BIPV nabízí nepřeberné množství přístupů, které kombinují nejmodernější poznatky ve výrobě elektrické energie ze slunce s přidanou hodnotou plnohodnotných prvků stavby. Mohou tvořit celoplošné zastřešení či fasády, mohou být využívány pro stínění staveb a při výrobě energie tak současně snižovat její potřebu tím, že se budova méně přehřívá. Mohou být inovativním multimediálním prvkem, mohou být barevné, mít strukturu či vzor, i být téměř úplně neviditelné.


Ing. arch. MARTIN ČENĚK, Ph.D.

martin.cenek@fa.cvut.cz

foto: archiv autora

Hlavní nádraží v Berlíně. Architekt: gmp – von Gerkan, Marg und Partner, 1996–2006. Příklad integrace fotovoltaiky v architektuře. Pro zastřešení nástupišť bylo použito 780 transparentních modulů o ploše 1870 m2 produkujících až 160 000 kWh elektrické energie. Fotovoltaické články současně fungují i jako stínění.