Revoluce v udržitelné výstavbě díky inovativním stavebním systémům

Na experimentální ploše Univerzitního centra energeticky efektivních budov (UCEEB) ČVUT vyrostla během jednoho týdne nová unikátní budova. Jedná se o experimentální dům, jehož jedinečnost nespočívá jen ve tvaru, ale především v použité konstrukci, která, byť pochází z Austrálie, skýtá české kořeny a míří do celého světa s cílem konkurovat konstrukcím „two by four“. Prefabrikovaný konstrukční systém na bázi dřeva se zrodil kombinací nejnovějších trendů v oblasti výstavby. K jeho návrhu a výrobě je hojně využíváno automatizace, nabízí možnost stavby svépomocí při zachování kvality, skládá se z moderních ekologických materiálů. To vše s maximálním možným důrazem na udržitelnost.

KOMERČNÍ ÚSPĚCH OSOBNÍHO PROJEKTU ECOKIT

Ecokit, původně koncipovaný jako osobní projekt, se zrodil v daleké Austrálii v hlavě české rodačky Kamily Novotné. Původní idea cílila na návrh pohodlného, energeticky nenáročného a ekologického domu, který lze postavit svépomocí či s využitím nekvalifikované pracovní síly. Postupem času si koncept získal významnou podporu místní komunity, což vedlo k vývoji modulárního konstrukčního systému.

Osobní projekt byl v Austrálii komercializován v roce 2017, ve stejný rok, kdy Kamila oslovila první české společnosti s nabídkou spolupráce. Rok poté byly v Austrálii postaveny první dva referenční domy, jejichž konstrukce byla navržena a vyrobena v České republice.

V roce 2021 se do projektu zapojila Kamilina sestra Pavla, která se rozhodla značku a produkt představit i na českém a později evropském trhu. V současné době je konstrukční systém ecokit dostupný na většině území Ameriky, Evropy a Austrálie.

K vizi společnosti Kamila Novotná uvádí: „Digitalizace a automatizace jsou klíčem k úspěchu ecokitu. Využíváme nástroje, jako jsou BIM a počítačem řízené výrobní systémy, které zefektivňují proces návrhu a výroby, a tím zvyšujeme výkonnost. Stavební technologie jsou v Austrálii oproti Evropě pozadu, a tak jsem se rozhodla znalosti načerpané v České republice přenést za oceán, a díky tomu se ecokit stal průkopníkem směrem k udržitelné budoucnosti ve stavebnictví.”

SPOLUPRÁCE S UCEEB

Jelikož je oběma zakladatelkám blízký přístup „Mysli globálně, jednej lokálně“, sestavily sestry tým ecokit z expertů z celého světa, nákup materiálů a výrobu se snaží řešit v maximální možné míře v blízkosti stavby.

Spoluzakladatelka Pavla Novotná popisuje hledání vhodného partnera pro výrazný posun ve vývoji produktu: „Narazily jsme na limity vlastního týmu a poměrně dlouho jsme v Austrálii hledaly partnery, kteří by nám pomohli posunout náš produkt na vyšší úroveň. Většina oslovených organizací to po několika měsících vzdala s tím, že produkt vylepšit dle našich představ nelze. Nakonec jsme vhodného partnera našly blíž, než jsme čekaly.“ Ke spolupráci s UCEEB ČVUT doplňuje: „Věděly jsme, že náš tým je schopen generovat smysluplná inovativní řešení uplatnitelná na trhu, chyběly nám ale hlubší znalosti dané problematiky. UCEEB ČVUT se zabývá navrhováním dřevostaveb a spoluprací odborníků z jednotlivých fakult na ČVUT je schopen řešit multidisciplinární projekty. Kooperace náš tým obohatila o znalostní potenciál, zkušenosti a vědecké poznatky, které jsme tak marně hledaly za oceánem.“

Oba týmy spolupracují od roku 2022 v rámci výzkumného projektu na inovaci konstrukčního systému ecokit, jenž prošel komplexní analýzou nosné konstrukce systému se zaměřením na variabilitu geometrie domu, revizí skladeb konstrukcí stěn, střechy a stropu a jejich tepelnětechnických parametrů. Primárním cílem je vytvořit konstrukci, která splňuje standard pasivního domu s důrazem na vysokou prefabrikaci, nízkou uhlíkovou stopu, recyklovatelnost a snížení jak výrobních, tak i provozních nákladů. Zohledněny jsou i právní předpisy a normativní dokumenty.

EXPERIMENTÁLNÍ BUDOVA

Konstrukční systém ecokit byl vyprojektován tak, aby byl dostatečně lehký a jednoduchý pro stavbu svépomocí (případně s možností najmutí nekvalifikované pracovní síly stavební firmou), bez potřeby použití těžké techniky, z materiálů z obnovitelných zdrojů. Veškeré díly byly navrženy tak, aby mohly být dodány ve formátu malých komponentů a šetřily tak místo jak při skladování, tak i při přepravě.

Martin Hataj, hlavní řešitel výzkumného projektu za UCEEB ČVUT, přibližuje detaily ecokit systému: „Z hlediska konstrukce se jedná o stavebnicový systém. Hlavním prvkem je skládaný nosný portálový rám. Jednotlivé rámy jsou tvořeny několika menšími překližkovými díly, které jsou vzájemně pospojovány na staveništi pomocí mechanických spojovacích prostředků. Prostorové ztužení rámů je zajištěno opláštěním z překližkových desek a vytvořením tuhé stropní i střešní roviny. Nosná konstrukce je z výroby vyplněna tepelnou izolací, zatímco do dutin vzniklých montáží jednotlivých dílů je izolace vkládána/foukána na stavbě.“

Nosnou konstrukci tvoří řada paralelních portálových rámů opakujících se po celé délce budovy, osová vzdálenost jednotlivých rámů je variabilní s možnostmi 1 200, 2 400 nebo 3 600 milimetrů. Délka domu je tak variabilní, zatímco šířka je vždy 6 metrů.

Dřevěná konstrukce je z obou stran chráněna inteligentními membránami. Ta vnější, difúzní, je vybavena neporézní funkční membránou technologie TEEE a odděluje konstrukční systém fasády, která může být tvořena moderní plechovou krytinou, tradiční omítkou či dřevěným obkladem.

Z vnitřní strany je konstrukce chráněna vlhkostně variabilní neprodyšnou pásovinou s parobrzdným účinkem. Jedná se o klimaticky řízenou membránu: v zimě izoluje proti vlhkosti, v létě její propustnější molekulární struktura umožňuje spolehlivé vysychání. Tato inteligentní membrána odděluje konstrukci domu od instalační předstěny skrývající veškeré rozvody.

Inovativní systém umožnil dokončit hrubou stavbu experimentální budovy o zastavěné ploše 36 m2 a dvou podlažích v čase jednoho týdne. Výstavba byla realizována svépomocí čtyřmi pracovníky, kteří neměli předchozí zkušenosti s výstavbou dřevostaveb. Obešla se navíc bez použití těžké techniky.

V souhrnu stavební systém ecokit nabízí oproti tradičním stavebním metodám řadu výhod. Jeho dostupnost, optimalizované využití materiálů, efektivní stavební proces a přizpůsobivost z něj činí přesvědčivou volbu pro majitele domů, kteří hledají udržitelné a efektivní řešení bydlení. Kombinací uživatelsky přívětivého designu s ekologicky uvědomělými zásadami přetváří ecokit oblast bydlení a dláždí cestu k udržitelnější budoucnosti stavebnictví.

DIGITALIZACE A AUTOMATIZACE NÁVRHU BUDOV

Digitalizace a automatizace designu způsobila revoluci ve stavebním průmyslu a nabízí bezprecedentní příležitosti pro efektivitu, přesnost a inovace. Konstrukční systém ecokit integruje nástroje digitálního navrhování s automatizovanými procesy pro zefektivnění celého životního cyklu výstavby budovy od konceptualizace až po dokončení.

Jádrem úsilí o digitalizaci a automatizaci ve stavebnictví je Building Information Modeling (BIM). BIM umožňuje vytvoření komplexní digitální reprezentace budovy zahrnující její geometrii, komponenty a výkonnostní atributy. Díky BIM umožňuje i systém ecokit pokročilé možnosti spolupráce architektům, inženýrům, ostatním profesím, ale i investorům samotným napříč celým projektem a životním cyklem budovy.

Zakladatelka Kamila Novotná k hlavním výhodám implementace BIMu do firemních procesů uvádí: „Návrh konstrukčního systému, který BIM od začátku adoptuje, přináší řadu výhod. Za prvé zlepšuje komunikaci a koordinaci mezi zúčastněnými stranami projektu. Sdílený digitální model slouží jako centralizovaná platforma pro všechny informace související s projektem, usnadňuje efektivní spolupráci a minimalizuje chyby nebo nedorozumění. Změny nebo úpravy provedené v jednom aspektu návrhu jsou automaticky aktualizovány v celém modelu, což zajišťuje konzistenci a přesnost, které nám před implementací BIMu chyběly a stály mnoho času při opravách chyb.“

BIM navíc umožňuje optimalizaci budovy již ve fázi plánování. Prostřednictvím pokročilých simulačních a analytických nástrojů je možné při návrhu posoudit faktory, jako jsou energetická náročnost, tepelný komfort a strukturální integrita. Tento přístup založený na datech umožňuje informované rozhodování a identifikaci potenciálních vylepšení před zahájením výstavby. Optimalizací designu v digitální sféře maximalizuje systém ecokit celkový výkon budovy, což má za následek zvýšenou udržitelnost a hospodárnost.

Dalším aspektem digitalizace a automatizace je využití prefabrikace a modulárních stavebních technik. Využitím digitálních návrhových dat lze komponenty přesně vyrábět v kontrolovaném prostředí za použití automatizovaných procesů, což zajišťuje konzistenci a kontrolu kvality. Tento přístup snižuje závislost na tradičních stavebních metodách výstavby „na místě“ a minimalizuje možnost lidské chyby. Prefabrikace přenáší velkou část montáže do příznivých podmínek výrobních hal a zkracuje tak dobu výstavby, snižuje rizika spojená s vlivem počasí a tím ve finále snižuje náklady.

Digitalizace a automatizace designu v systému ecokit zasahuje i do optimalizace využití materiálu. Využitím pokročilých algoritmů a optimalizačních technik systém maximalizuje efektivitu využití materiálu, minimalizuje odpad a snižuje tak dopad na životní prostředí. Tento digitální přístup umožňuje přesné výpočty při objednávání materiálů, eliminuje zbytečné přebytky a podporuje udržitelné stavební postupy.

Jakub Diviš, který se v rámci UCEEB ČVUT věnuje aplikaci environmentálně efektivním materiálům ve stavebnictví a udržitelné výstavbě a mimo jiné zastřešuje celý projekt z hlediska digitalizace, shrnuje přínos podobných inovativních projektů pro celé odvětví: „Digitalizace a automatizace designu v systému ecokit je příkladem transformačního potenciálu technologie ve stavebnictví. Přijetím těchto vylepšení dosahuje ecokit vyšší úrovně přesnosti, účinnosti a tím i udržitelnosti. Využití BIM, prefabrikace a automatizovaných procesů umožňuje bezproblémovou spolupráci, optimalizovaný výkon a zkrácení časových plánů projektů. Systém ecokit díky inovativním řešením drží krok s neustále se vyvíjejícím stavebním průmyslem a posouvá tak tento sektor k vyšší míře digitalizace a automatizace.“

PODĚKOVÁNÍ

Tato práce vznikla v rámci projektu „Prefabrikovaný recyklovatelný rámový stavební systém na bázi dřeva“ FW04020216, financovaného se státní podporou Technologické agentury ČR a Ministerstva průmyslu a obchodu v rámci Programu TREND.