Vývoj a realizace fasádního pláště nové budovy Národní technické knihovny

První představu o podobě fasádního pláště budovy Národní technické knihovny podal soutěžní návrh, a to z hlediska architektonického i technického řešení.

Budova byla od počátku koncipována s ambicemi vytvořit estetické dílo s využitím dostupných technických možností pro podporu rozumného energetického provozu budovy.

Základní představou architektonického řešení byl plynulý, uzavřený tvar zaobleného čtverce s hladkými skleněnými plochami v kontrastu průhledného parteru jako veřejného prostoru typu pasáže a soustředěné, průsvitné nadzemní části veřejné knihovny. Provozní uspořádání je propsáno do vzhledu budovy.

Z hlediska technického řešení původní koncept spočíval ve dvojité kompaktní energetické fasádě s celoplošně zabudovanými stínicími prvky a s minimalizovaným poměrem plochy fasády a kubatury objektu. Spojitý zakulacený tvar obvodové dutiny fasády by umožňoval automaticky řízený horizontální transport ohřátého vzduchu (nucený pohyb pomocí axiálních ventilátorů) z osluněné strany na stíněnou stranu s cílem minimalizace tepelných ztrát objektu. Zároveň bylo uvažováno s odsáváním předehřátého vzduchu z vrcholu dutiny pro ohřev čerstvého vzduchu v rekuperačním systému VZT. V letním období by z dutiny fasáda odváděla tepelnou zátěž pomocí slunečních čidel a regulačních klapek.

Materiálové řešení soutěžního návrhu bylo postaveno na využití pro tyto účely netradičního profilovaného skla typu „Copilit“, u nás známého pouze z realizací průmyslových staveb. Sestava jednotlivých dílů v zaobleném tvaru pláště zajišťovala dojem prakticky hladkého povrchu bez nežádoucích segmentů a hran. Jednalo se o vnější a vnitřní celoprosklené vrstvy pláště s průchozí mezerou v nadzemních podlažích knihovny. V případě parteru byl navržen segmentový povrch z velkoformátových skleněných ploch ve strukturálním provedení dílů.

 

 

 

Zahájení projektových prací bylo spojeno s množstvím kritických pohledů právě na koncept řešení obvodového pláště, zejména s ohledem na nákladné provozování budovy spojené se zajištěním vnitřního klimatu.

 

Zásadní dopad do konečné podoby fasády měly úpravy vnitřních dispozic spojené s minimalizací energetických nároků na chlazení. Jednalo se zejména o přesun malých místností individuálních studoven od fasády do středu dispozice k velkému atriu se zajištěným denním osvětlením a volnou kubaturou vzduchu s přirozeným pohybem do vrchlíku prosklené střechy atria. Skupinové studovny situované u fasád byly navrženy s polostěnami s propojením do volných výběrů. Místnosti s nároky na nucenou úpravu vzduchu byly soustředěny u instalačních šachet. Uvedené změny půdorysných schémat následně umožnily úpravu systému chlazení s použitím aktivace betonového jádra BKT, tj. zabudování rozvodů chladu a tepla přímo do železobetonových konstrukcí bez použití podhledů.

Další zásadní omezení potřeby chladu a nucené ventilace způsobila redukce prosklené plochy fasády k ploše plné parapetní v optimálním poměru cca 1:1. Původní koncept celoprosklené copilitové vnitřní fasády s problematickými tmelenými spárami byl upraven na tepelně vyhovující sloupkový systém lehkého obvodového pláště s proměnnou výškou zateplených parapetů. Systém nuceného chlazení byl experimentálně doplněn o kombinovaný způsob přirozeného větrání s požadavkem na pravidelné rozmístění ventilačních klapek – výklopných oken, motoricky ovládaných z centrálního velínu a s možností plynulého krokového otevření. Pohyb veškerých oken byl navržen s monitoringem polohy otevřeno–zavřeno. Údaj o aktuální poloze je zpracován za účelem regulace chodu vzduchotechnických jednotek.

 

 

Energetická náročnost provozu budovy byla uvedenými zásahy snížena, potřeba původního konceptu energetické fasády nebyla potvrzena, neboť technická funkce dvojité fasády byla značně redukována.

Požadavky investora dále směřovaly k ověření několika variant materiálového a konstrukčního řešení fasády, a to zejména z potřeby kontroly finančních nákladů. Za spolupráce architekta a stavebního inženýra byly ověřeny možnosti fasády jednoduché betonové s vlivem na zásadní změnu konstrukce budovy. Dále byla ověřena možnost použití lehké zdvojené fasády se zabudovanými žaluziemi. Pro řešení dvojitých fasád byly vyhodnoceny různé typy materiálů, např.: kalená, ohýbaná skla, plechové pláště, kovové sítě, obalové membrány, polykarbonátové desky apod.

Oprávněnost existence druhé fasády byla z důvodu nezbytnosti zachování hladké spojité křivky povrchu a ve vazbě na nově navrženou konstrukci vnitřní sloupkové fasády architektem obhájena a investorem akceptována. Jako nejvýhodnější materiálové řešení pro druhou fasádu byla potvrzena konstrukce z profilovaného skla. Technická funkce fasády byla redukována a to zejména pro potřebu zakrytí roštové lávky pro servis vnějších žaluzií a mytí fasády.

 

 

 

 

Vnitřní část fasády byla projektována ze sloupkového fasádního systému s šířkou sloupků (průběžných po celé výšce objektu) 50 mm a rastrem modulu 1250 mm. Rozmístění struktury sloupků bylo zvoleno přesně s ohledem na modulovou osnovu skeletu (převažující rozměr 15x15 m) a osy železobetonových stěnových konstrukcí. Konstrukce byla navržena pro montáž na místě.

Základním provozním předpokladem pro zajištění nízkonákladového režimu vnitřního klimatu bylo omezení plochy prosklených částí fasády na cca 50–70 % celkové plochy s výškově proměnnými parapety a rovinným průběžným nadpražím dle vnitřních dispozičních možností. Dále bylo zajištěno plně automatické stínění sta procent prosklených ploch – v nadzemních částech pomocí vnějších horizontálních žaluzií v dutině fasády, v parteru vnitřními látkovými roletami v kombinaci s protislunečními skly, minimalizujícími tepelné zisky (předepsané parametry izolačních dvojskel: světelná propustnost LT = 50–70 %, vnější reflexe LR = 10–13 %, celková energetická prostupnost SF = 27–37 %, stínicí koeficient SC = 0,3–0,35, koeficient prostupu tepla U = 1,4 W/m²K). Obdobným způsobem bylo řešeno zastínění prosklené střechy atria.

Vnější plášť, vytvářející sjednocující obálku s hladkou křivkou povrchu, byl navržen ze sestavy tvarovek profilovaného skla, bodově kotvených na vysazenou ocelovou konstrukci se zabudovanými pochozími lávkami z pororoštů. Pro bodově kotvené zakalené sklo základního průřezu 262x60x7 mm byl předepsán atest HEAT SOAK.

 

 

 

Řešení dvojité fasády bylo dále ovlivněno navrženým systémem zařízení odvodu tepla a kouře (ZOTK) a experimentálním systémem přirozeného větrání zejména v části fasády související se shromažďovacími, veřejnými prostorami knihovny.

Koncepce ZOTK spočívala v umožnění nasávání vzduchu z dutiny fasády 3. NP, dále z dveřních otvorů v 1. NP a v odtahu kouře stavebně řešenými šachtami a otvory v proskleném zastřešení hlavního atria. Systém přirozeného odvětrání vyžadoval rozmístění nasávacích motoricky ovládaných oken v pravidelných vzdálenostech v každém podlaží. Řešení obou konceptů bylo umožněno nasáváním z dutiny dvojité fasády, která byla dodatečně propojena do venkovního prostředí. Nasávání a odtah vzduchu z paty a vrcholu předsazené fasády byly doplněny mezerami mezi jednotlivými skleněnými profily v šířce 30 mm, v části administrativy byly mezery z důvodu průhledu a přirozeného větrání zvětšeny na 240 mm. Celkový počet motoricky ovládaných prvků fasády pro ZOTK byl navržen v počtu 74 ks, pro přirozené větrání 174 ks.

V části administrativy byla uplatněna rovněž koncepce přirozeného větrání, ale v kombinaci s motorickými a manuálně ovládanými šachovnicově rozmístěnými okny.

 

 

 

Celoplošně navržený systém mlhového vysokotlakého zařízení pro omezení šíření požáru (SHZ) umožnil dle konceptu Požárně-bezpečnostního řešení zrušení veškerých požárních konstrukcí nebo předělů negativně ovlivňujících vzhled i cenu konstrukce.

 

 

 

Pro realizaci vnitřní části fasády byl dodavatelem zvolen systém Schüco v souladu s předpokladem projektu. Vnější opláštění realizoval dodavatel tvarovkami systému Lamberts vč. v Německu a posléze v české zkušebně atestovaného způsobu bodového kotvení.

Postup montáže byl dodavatelem zvolen a realizován v modulovém systému v kombinaci s dodatečnou montáží na místě v rozsahu pásů pro kotvení konzol druhé fasády. Montáž fasády probíhala současně s realizací monolitických konstrukcí horních podlaží. Vytyčení fasády nebylo možné na celé hrubé konstrukci, detaily kotvení obou fasád byly tímto omezením značně ovlivněny.

Pro odsouhlasení konečné podoby realizace pláště byl dodavatelem zhotoven vzorek fasády o rozměrech cca 5x3,5 m. Na vzorku bylo ověřeno navrhované provedení některých technických detailů, barevnost vnitřního pláště vč. vysazených konstrukcí a typ tvarovaného skla vč. velikosti mezer. Vzhledem k architektem zvolenému tmavému odstínu (antracit) byly s ohledem na zvýšenou tepelnou jímavost konstrukcí a rizika ohřevu dutiny fasády dodatečně zvětšeny mezery mezi tvarovkami ze 30 mm na 60 mm. V části administrativy naopak došlo z estetických důvodů k zúžení mezer z 240 mm na 180 mm.

V souvislosti s řešením parteru, kde projekt předpokládal polostrukturální zasklení po celém obvodu, nutno konstatovat, že detail hladkého povrchu bez kotevních lišt nebylo možno realizovat na základě výsledku tepelně-technického výpočtu s odkazem na striktní dodržení normových požadavků státní zakázky. V této souvislosti uvádím paradox nemožnosti dodržení podstatného architektonického detailu s minimálním negativním dopadem do celkových tepelných ztrát objektu a na druhé straně dosažení příznivé klasifikační hodnoty energetické náročnosti objektu, zařazeného do kategorie úsporných budov (SEN 61 %, STN 69 %).

 

 

 

 

Vlastní provozování objektu ukáže přednosti a nedostatky navržených a realizovaných konstrukcí. V souvislosti s funkcí přirozeného větrání (uvažováno zejména pro noční větrání a přechodná období jaro, podzim) bude nutno vyladit způsob ovládání motoricky otvíravých oken vč. velikosti jejich zdvihu na základě dlouhodobého pozorování chování budovy.

Mytí fasády bude probíhat ze stabilních lávek v dutině dvojité fasády a z mobilních plošin z terénu po obvodu objektu.

Automatizované stínění budovy je plánováno programově kompatibilní se systémem integrovaného řízení budovy. Způsob a potřeby ovládání z centrálního velínu budou ověřeny dle skutečných potřeb vnitřního klimatu a provozu budovy.

 

● Investor: Státní technická knihovna, Ing. Martin Svoboda,

● Generální projektant: Helika, a. s., Ing. Přemysl Zeman, Ing. Petr Jileček, Ing. Karel Vácha, Ing. Marek Veselý,

● Architekt: Projektil Architekti, s. r. o., Mgr. akad. arch. Roman Brychta, Ing. Ondřej Hofmeister,

● Koncept VZT a RTCH: PBA Internacional Prague, s. r. o., Ing. Jan Žemlička,

● Spolupráce na projektu pláště: Sipral, a. s., Ing. Jiří Najman, Josef Tuhý + ABP, a. s. Praha, Ing. Aleš Kopřiva, Ing. Ivan Píša,

● Koncept požárně-bezpečnostního řešení a ZOTK: REPO, Ing. Vladimír Reichel,

● Generální dodavatel: Sekyra Group, a. s., Ing. Leoš Anderle, Ing. David Tomanec, poradce Ing. Pavel Kotas,

● Dodavatel stavby: sdružení Metrostav, a. s., Ing. Karel Hrdlovics, Ing. Václav Hána + OHL ŽS, a. s., Ing. Pavel Vohánka, Miroslav Zukerstein,

● Dodavatel fasády: Altech, s. r. o., Václav Kohout, Michal Vitmajer, Přemysl Nový,

● Stínění fasády: Metalplast CZ, s. r. o., Ing. Ivan Vrabec,

● Ovládání oken: FK Servis, František Kregl.