Opětovné využití konstrukčních prvků brání plýtvání materiálem a energií

Opětovné využívání stavebních konstrukcí a jejich prvků bylo běžné po staletí. Vyplývalo z nedostatku materiálů způsobeného nízkou industrializací a komplikovanými dodavatelskými řetězci. V posledním desetiletí se opětovnému použití věnuje pozornost z jiných důvodů – moderní stavebnictví se zaměřuje na snížení dopadu průmyslové výroby na životní prostředí a prevenci vzniku odpadů. Obou cílů lze dosáhnout obnovou stávajících konstrukčních prvků a jejich cirkulací ve stavebnictví nebo jiném průmyslovém odvětví bez nutnosti separování a recyklace materiálů. Současné dodavatelské řetězce a vyspělé průmyslové procesy celý koncept posouvají na novou efektivnější úroveň, proto budoucnost prostředí, ve kterém žijeme a pracujeme, závisí na našich rozhodnutích.

CIRKULÁRNÍ STAVEBNICTVÍ

Stavebnictví, a zvláště demolice staveb, jsou hlavním spotřebitelem přírodních zdrojů a velkým producentem průmyslového odpadu. Vytvářejí největší emise skleníkových plynů v Evropě. I když se konstrukční ocel recykluje téměř beze zbytku, jedná se o energeticky náročný proces. Opětovné použití ocelových konstrukčních prvků bez přetavení je významné ekologické řešení. Pro efektivní dekonstrukci a opětovné využití je třeba vytvořit předpisy, pokyny a metody hodnocení nákladů a dopadů na životní prostředí a digitalizovat celý proces tak, aby se co nejvíce zjednodušil.

Zejména digitalizace je ve stavebnictví relativně nízká a její zavádění komplikované. Jedním z důvodů je dlouhá životnost staveb, která často přesahuje délku života jedné generace. Stavby vytváří a formují životní prostředí kolem nás. Dopady životního cyklu jednoho výrobku nebo celé stavby tedy nemůže ovlivnit jediná osoba nebo firma. Tyto dopady se stávají společenským problémem a odpovídají za ně zvolení zástupci s pomocí příslušných úřadů. Ti definují cíle a vize pro nové i stávající stavby a ovlivňují tím jejich dopad na životní prostředí.

JAK POROZUMĚT NAŠÍ BUDOUCNOSTI

Abychom mohli reagovat na budoucí potřeby a dodávat úspěšná a funkční řešení, je třeba porozumět tomu, jak bude životní prostředí vypadat za několik desítek let. Některé oblasti, jako klima a demografie, si vyžádají větší úsilí než dnes. Lze očekávat zlepšení našich znalostí o nepříznivých účincích různých látek na lidské zdraví a životní prostředí. To pravděpodobně povede k vyřazení některých materiálů z oběhu. Očekává se, že ve stavebnictví přibude mnoho nových inovativních technologií a služeb. Tyto problémy určují cíle a hranice moderního cirkulárního plánování staveb a infrastruktury.

STEJNÉ METODY, RŮZNÉ CÍLE

Podle Pařížské dohody se již naše generace musí soustředit na boj proti změně klimatu. V Evropě je tento cíl podporován řadou iniciativ, zejména opatřeními EU v oblasti klimatu, balíčkem opatření pro cirkulární ekonomiku a rámcovou směrnicí o odpadech.

Pro stavebnictví jsou stanoveny následující cíle:

• 55% snížení emisí skleníkových plynů do roku 2030 ve srovnání s rokem 1990. Cíl je stanoven v rámci dlouhodobé strategie dosáhnout v Evropě klimatické neutrality do roku 2050. To vyžaduje snížení průmyslové uhlíkové stopy o 80–95 % ve srovnání s rokem 1990.
• 70 % stavebního a demoličního odpadu využito, recyklováno nebo znovu použito do roku 2020. Tohoto cíle bylo dosaženo v mnoha zemích EU zvýšením recyklace betonu. Další cíle by měly směřovat na specifické materiály nebo průmyslová odvětví.

Dále bude potřeba:

• Zvýšení robustnosti a odolnosti staveb vůči očekávaným klimatickým extrémům a přírodním rizikům.
• Snížení nároků na údržbu jako součást reakce na budoucí demografické změny.
• Monitorování pohybu materiálů a stavebních prvků pro flexibilitu cirkulárního stavebnictví.

Těchto cílů lze dosáhnout stávajícími metodami a nástroji napříč celým stavebním sektorem. Například inženýrská činnost je tradičně zaměřena na optimalizaci spotřeby materiálů a celkové finanční náročnosti projektu. Stejný přístup lze použít k minimalizaci ekologické stopy, což povede k využití jiných materiálů a odlišných postupů při návrhu spojů konstrukčních prvků.

NOVÉ STRATEGIE

V plánování staveb se objevily nové strategie. Jejich využití je většinou dobrovolné a vede například k získání certifikace udržitelnosti.

Design for deconstruction and flexibility (DfD)

Zvažuje se, jak lze budovu rozebrat. Jedná se o základní předpoklad pro efektivní opětovné využívání stavebních prvků a konstrukcí. Důraz je zde kladen především na spoje a rozhraní mezi jednotlivými prvky.

Design for end-of-life (DfEOL)

Připravuje se jeden nebo více scénářů konce životnosti včetně doporučení pro recyklaci a opětovné využití. Přirozeně obsahuje principy DfD, protože většina scénářů konce životnosti vyžaduje dekonstrukci.

Design for reuse and recovery (DfR)

Patří mezi DfEOL, ale demontáž a opětovné použití stavebních prvků je zde jedním ze základních požadavků. Důraz je přitom kladen na minimalizaci dodatečných úprav prvků a konstrukcí v budoucím životním cyklu.

Designing out waste (DoW)

Od ostatních strategií se liší zaměřením na materiály a konstrukce použité ve stávajícím projektu. Vyžaduje efektivní využívání dostupných zdrojů s cílem minimalizovat množství odpadu.

Strategie jsou užitečné, protože promítají cíle definované příslušnými úřady do technických požadavků na jednotlivé projekty. Je tedy v našem zájmu pokračovat v jejich vývoji a implementaci.

PŘÍBĚH OPĚTOVNÉHO VYUŽÍVÁNÍ OCELOVÝCH KONSTRUKCÍ

Stavaři si jsou vědomi významu přípravy uzavřeného cyklu stavebních komponent pro snížení dopadu stavebnictví na životní prostředí. Proto se aktivně zapojují do řady aktivit v rámci národní i mezinárodní spolupráce. Jedním z výzkumných projektů zaměřených na podporu adaptace stavebního a demoličního průmyslu na výzvy cirkulární ekonomiky je projekt ADVANCE. Projekt je koordinován Výzkumným technickým centrem VTT ve Finsku a financován Fondem Evropské komise pro uhlí a ocel (RFCS) pod číslem 101112269.

Projekt navazuje na nedávno ukončený projekt PROGRESS, který vytvořil komplexní soubor nástrojů, příruček a protokolů na podporu obnovy a opětovného použití ocelových prvků a konstrukcí ocelových hal. Spojuje nové poznatky a zkušenosti z úspěšného opětovného využívání konstrukcí s podobnými aktivitami po celém světě. Cílem jsou rozšířené a aktualizované nástroje pro opětovné použití konstrukční oceli obecně v souladu s novými strategiemi a požadavky na udržitelnost staveb.

Přestože principy cirkulární ekonomiky jsou nezávislé na materiálu, je projekt zaměřen na ocelové konstrukce, a to hned z několika důvodů:

• Konstrukční ocel se v Evropě téměř beze zbytku recykluje. To znamená, že lze využít stávající dodavatelské řetězce, zatímco v případě jiných materiálů je třeba zaplnit výrobní a dodavatelské mezery. Nelze očekávat průlomové zlepšení v samotné recyklaci, a proto je opětovné využívání logickým krokem ke snížení uhlíkové stopy materiálu.
• Konstrukční ocel se již znovu využívá. Montované ocelové haly přirozeně splňují většinu požadavků DfD a DfR díky svým šroubovým spojům a odolnému materiálu. Příklady jejich úspěšného opětovného použití jsou zatím pouze v rámci jednotlivých projektů. Koncept lze rozvinout v systematičtější a průmyslový proces.
• Inovace ocelových konstrukcí bude prospěšná i ostatním materiálům. Většina moderních cirkulárních stavebních systémů se spoléhá na šroubové ocelové spoje bez ohledu na primární stavební materiál. Ocel dokáže poskytnout kvalitní a trvanlivé reverzibilní spoje, které lze spojovat stejným způsobem jako rozpojovat.

BUDOUCÍ CÍLE

Projekty ADVANCE a PROGRESS jsou zaměřeny na zvýšení podílu znovu použitých ocelových komponentů. Zatímco míra recyklace oceli se od roku 2000 zvýšila z 93 % na 96 %, míra opětovného použití stagnuje.

Projekty si kladou za cíle zejména:

• Prodloužit životnost konstrukčních prvků jejich opětovným použitím po jejich odstranění z původní konstrukce, obrázek 1.
• Snížit spotřebu surovin a energie v ocelářském průmyslu a jeho celkový negativní dopad na životní prostředí.
• Vypracovat doporučení pro úspěšné plánování konstrukcí s opětovně použitými prvky a konstrukcí, které budou v budoucnu rozebrány, aby se maximalizoval potenciál opětovného použití jejich prvků a systémů, obrázek 2.
• Zavést proces ověřování kvality, metody testování a hodnocení a podpořit související služby s cílem umožnit opětovné použití materiálu získaného při demolici nebo renovaci stávajících konstrukcí.
• Zlepšit znuvupoužitelnost multifunkčních hybridních systémů z více materiálů.
• Demonstrovat procesy a technologie opětovného použití, související cirkulární modely a metody hodnocení životního cyklu na vybraných případových studiích.
• Zapojit všechny aktéry v dodavatelském řetězci, aby se aktivně účastnili a přispívali k dosažení cílů projektu prostřednictvím přímé spolupráce a workshopů.

Představené projekty se zaměřují na materiálové toky v ocelářském stavebním průmyslu. Je k dispozici řada dobrých příkladů nedávných inovací od komponent až po celé pilotní budovy. Nicméně to, že lze něco udělat, neznamená automaticky, že se bude jednat o dostatečně velký rozsah. V současnosti se znovu využívá pouze přibližně 5 % ocelových konstrukcí, což poukazuje na rezervy v systémovém řešení v tomto odvětví.

Členové katedry se podílí na normalizaci v této oblasti, a to zejména v komisi CEN/TC 250/SC 3/AHG Design of reclaimed steel components for reuse.