Klimatická odolnost budov proti nadměrnému teplu

Pro odolnost budov vůči příliš vysokým teplotám lze použít několik přístupů. Tyto možnosti se týkají návrhu budov (včetně využití IT technologií k optimalizaci tepelného komfortu) a obvodových plášťů budov (střecha, stropy, vnější stěny, dveře, okna – včetně solárních kontrolních skel, která snižují sluneční záření vstupující do obydlí – a základů).

Řešení pro navrhování budov zahrnují tradiční prvky, které se běžně vyskytují v oblastech s teplým podnebím, jako jsou:

• Poměr stran budovy: Poměr mezi vnitřním prostorem a vnějším povrchem budovy, který optimalizuje vnitřní rozptyl tepla a zároveň minimalizuje absorpci slunečního tepla.
• Architektonické prvky: Vlastnosti jako markýzy, převisy, okenní stínidla, sloupoví, bílé nebo lehce zbarvené vnější stěny a střechy odrážejí teplo.
• Solární orientace: Umístění budovy tak, aby se minimalizovalo denní vystavení přímému slunečnímu záření.

Hi-tech řešení mohou také hrát velmi důležitou roli. Patří mezi ně senzory, které monitorují tepelné podmínky, umožňují přesné nastavení klimatizace a větrání, stejně jako orientace stínících panelů v reálném čase na základě izolačních podmínek. Senzory a digitální zařízení pro tepelnou regulaci mohou být integrovány s opatřeními řízení na straně poptávky, což pomáhá snížit dopad poptávky po chlazení na špičkové zatížení během období napětí elektrického systému (viz také možnost přizpůsobení se změnám individuálního chování v odvětví energetiky). Slavným příkladem budovy, ve které byl použit kompletní balíček nejmodernějších řešení, je kancelářská budova The Edge v Amsterdamu, dokončená v roce 2014. Jeho obálka zahrnuje dynamická okna, automatické odstíny a ventilaci výtlaku. S 28 000 senzory monitorujícími pohyb, úroveň osvětlení, vlhkost a teplotu se budova může okamžitě přizpůsobit energetickým potřebám, jako je automatické vypnutí vytápění, klimatizace a osvětlení v nevyužitých prostorách. Kromě toho mohou zaměstnanci používat aplikaci pro nastavení teploty a úrovně osvětlení ve svém pracovním prostoru. Kromě toho je chlazení a vytápění optimalizováno přenosem tepla mezi budovou a vodonosnou vrstvou pod ní.

Technické vlastnosti obvodového pláště budovy jsou rozhodující pro jeho schopnost regulovat vnitřní teploty. Materiály použité v obálce a jejich hmotnost hrají klíčovou roli v tom, jak rychle jsou kompenzovány teplotní rozdíly mezi interiérem a exteriérem. Například tradiční silnostěnné budovy ve Středomoří vyžadují mnohem méně klimatizace než moderní konstrukce. Alternativně může použití materiálů s vysokou tepelnou odolností pomoci minimalizovat teplo vstupující do budovy. Tato možnost je zvláště zajímavá pro dovybavení stávající budovy izolačními vrstvami, které kompenzují špatné tepelné vlastnosti původních stavebních materiálů.

Také použití mechanického nebo přirozeného větrání nebo skladování chladu v materiálech s vysokou tepelnou hmotností, jako jsou dlaždice nebo kameny, snižuje potřebu klimatizace. Skladování v chladu může být spojeno s tepelným čerpadlem (případně na základě geotermálního systému, který využívá rozdílu mezi podzemní a povrchovou teplotou), aby se zvýšila flexibilita při nasazování studeného vzduchu. Úprava vnitřní vlhkosti může mít silný dopad na vnímané teploty a v konečném důsledku i na tepelný komfort obyvatel budovy.

Střechy jsou rovněž důležitými povrchy pro výměnu tepla a jejich konstrukce (např. bílé střechy, zelené střechy) může pomoci výrazně snížit energetické potřeby budovy. Například přítomnost stromů zvyšuje průtok vzduchu, snižuje dopad slunečního záření a také pomáhá působit proti efektu městských tepelných ostrovů. Při provádění opatření pro zvládání extrémního tepla je ve skutečnosti důležité zvážit dopad stavebních materiálů a stavebních stylů na mikroklima městských oblastí. Výzkum v oblasti zmírňování tepla ve městech podporuje používání reflexních povrchů, které působí proti negativním účinkům extrémního tepla. Povrchová odrazivost je klíčovým parametrem pro pochopení, modelování a úpravu energetické bilance městského povrchu, pro chlazení měst a zlepšení venkovní tepelné pohody (Fox et al., 2018). Řešení pro snížení efektu městských tepelných ostrovů při současném zlepšení vnitřních podmínek prostřednictvím obvodového pláště budovy lze přistupovat dvěma způsoby: zvýšení slunečního odrazu a zlepšení odpařování a transpirace. Solární odrazivost (albedo) exteriérů budov a městské dlažby může pomoci zmírnit efekt tepelného ostrova. Toho lze dosáhnout použitím studených barevných povlaků a reflexních povlaků, jako jsou retroreflexní materiály. Rostoucí odpařování a transpirace mohou být navíc usnadněny zelenými plochami a stromy, jako jsou vertikální zeleně, zelené fasády a zelené střechy.

Další informace o využívání zelené infrastruktury ke zlepšení obyvatelnosti měst v podmínkách změny klimatu lze nalézt v možnosti přizpůsobení se změně klimatu – ADAPT – městské zelené a modré infrastruktuře.

Zvláštní pozornost by měla být věnována historickým budovám, neboť mnohá z popsaných opatření nemusí být použitelná z důvodu stávajících právních a správních předpisů zaměřených na zachování původních použitých materiálů a stavebních technik. Je třeba určit, naplánovat a provést různé konkrétní zásahy, přičemž je třeba pečlivě zohlednit charakteristiky historických budov a jejich kulturní význam. Důrazně se doporučuje konzultovat s odborníky v oblasti památkové péče a stavebního inženýrství s cílem vypracovat plán chlazení na míru pro konkrétní budovy. Řešení prověřování z hlediska klimatického dopadu, která zachovávají historický význam budov při zachování jejich architektonické a kulturní hodnoty, jsou však již k dispozici. Některé příklady uvádí projekt RIBuild.

Směrnice o energetické náročnosti budov umožňuje členským státům přizpůsobit minimální požadavky na energetickou náročnost obytných budov (čl. 5 odst. 2) i jiných než obytných budov (čl. 9 odst. 6a).

Charakteristiky budovy, včetně způsobu, jakým zabraňuje nadměrnému vnitřnímu vytápění, jsou obvykle soukromou smluvní záležitostí mezi stavitelem a kupujícími budovy. Účast zúčastněných stran může být relevantní v případě velkých veřejných budov, pokud jsou náklady na navrhovaný návrh výrazně vyšší než náklady na standardní budovu, což může vyvolat obavy ohledně dopadu na veřejné rozpočty a/nebo ohledně schopnosti navrhovatele nalézt pro projekt odpovídající financování. Mezi uvedenými možnostmi je vytvoření zelených ploch kolem budov pro zastínění předmětem standardního schvalovacího procesu. Vyžaduje také konzultaci s místními komunitami, aby bylo možné posoudit, zda upřednostňují toto řešení před alternativním využitím prostoru. Pro renovaci historických budov je zapotřebí zapojení organizací a orgánů kulturního dědictví, zejména pokud je třeba dodržovat zvláštní povolovací postupy.

Hlavními překážkami při navrhování budov odolných vůči změně klimatu jsou hospodářské a kulturní překážky. Některé z navrhovaných možností (kvalitnější materiál pro obvodové pláště budov, zelené střechy, automatizované zastínění oken) jsou dražší a obtížněji proveditelné a udržovatelné než standardní stavební postupy. Z kulturního hlediska mohou architekti vnímat svou kreativitu sníženou složitostí některých z těchto řešení. Navrhování budovy s naprostou svobodnou volbou tvarů a materiálů, přičemž se při péči o vnitřní tepelný komfort spoléhá na klimatizaci, je lákavou perspektivou, která snižuje technické problémy, náklady na výstavbu a zvyšuje estetický rozsah možností návrhu. To je obzvláště důležité u velkých stavebních jednotek, jako jsou mrakodrapy, nákupní střediska, kampusy atd. Význam této překážky bude v nadcházejících letech pravděpodobně klesat, neboť řešení zajišťující odolnost vůči změně klimatu dosáhnou technologické vyspělosti a technologické inovace sníží jejich náklady. Neexistuje však žádná záruka, že flexibilita při projektování budov, kterou v současné době nabízí klimatizace, bude těmito řešeními někdy vyrovnána.

Na druhé straně, zejména u menších jednotek, jako jsou rodinné domy nebo malé středně velké obytné čtvrti, může být odolnost vůči změně klimatu velmi podnětnou konstrukční výzvou. V EU existuje řada iniciativ, které provádějí ekologická řešení pro obytné budovy a územní plánování, včetně ekologizace městské krajiny, osvětových kampaní a finančních pobídek. Příklady finančních pobídek lze nalézt mimo jiné v Rotterdamu (dotace na přizpůsobení se změně klimatu), v Hamburku (strategie Hamburku pro zelené střechy) a v Itálii (zelený bonus).  

Prověřování z hlediska klimatického dopadu ve stávajících budovách, zejména v budovách kulturního dědictví, navíc představuje specifické výzvy kvůli předpisům a paradigmatům ochrany. Úkolem je najít rovnováhu mezi přizpůsobením se změně klimatu a zachováním autenticity a integrity těchto historických památek.

Náklady se liší v závislosti na použitém řešení a místě, kde jsou realizovány, vzhledem k různé vyspělosti průmyslu a místním stavebním charakteristikám. Podle případové studie strategie pro zelené střechy v Hamburku jsou zelené střechy investicí s jasnou budoucí návratností. Náklady na nejrozsáhlejší zelené střechy se pohybují v rozmezí 40-45 € / m2, zatímco intenzivní zelené střechy mohou stát asi 58 € / m2.

Bílé střechy jsou výrazně levnější. Ceny izolace stěn a střech se značně liší podle izolačního materiálu, ale obvykle se pohybují mezi 40 a 100 EUR za metr čtvereční. Ceny solárních brýlí jsou srovnatelné nebo nepatrně vyšší než u standardních izolačních brýlí běžně instalovaných v oknech evropských domácností. Balení kompletní nabídky nejmodernějších řešení pro ochranu klimatu do budovy může být nákladné a je snazší to udělat od začátku tím, že navrhnete novou budovu za tímto účelem. Extrémně energeticky úsporné a tepelně komfortní 39 673 m2 kancelářských prostor (plus 11 558 m2 vnitřních parkovacích míst) v budově The Edge vyžadovalo investici ve výši 74 milionů EUR (celkové náklady na budovy).

Tyto náklady musí být zváženy oproti příznivým dopadům na domácnosti, podniky a rozpočty veřejné správy, pokud jde o úspory energie, které mohou být u nejmodernějších řešení velmi významné a dokonce vést k téměř nulové čisté spotřebě energie. Nárůst zelených ploch v městském kontextu přináší také řadu vedlejších přínosů, pokud jde o zlepšení zdraví, městské biologické rozmanitosti, sociálních interakcí a estetických zlepšení.

Na regulační úrovni mohou být výše uvedená technická řešení začleněna do stavebních předpisů. Pokud to ještě není prosazováno, doporučuje se regulační krok tímto směrem pro země EU s teplým klimatem.

Revidovaná směrnice o energetické náročnosti budov (EU/2024/1275) zvyšuje požadavky na energetickou náročnost nových budov. Vyžaduje, aby všechny nové obytné a jiné než obytné budovy byly budovami s nulovými emisemi od 1. ledna 2028 u budov ve vlastnictví veřejných subjektů a od 1. ledna 2030 u všech ostatních nových budov, s možností zvláštních výjimek. Podle revidované směrnice nemá budova s nulovými emisemi žádné emise uhlíku z fosilních paliv na místě a má velmi vysokou energetickou náročnost .  Ačkoli se tyto požadavky přímo nezaměřují na přizpůsobení se vysokým teplotám, budou vyžadovat rozsáhlé uplatňování zde popsaných opatření.

Doba realizace se liší v závislosti na typu zásahu, od několika hodin na instalaci záclon a odstínů až po několik měsíců nebo dokonce let, aby bylo možné navrhnout a postavit budovu od nuly odolnou vůči klimatu.

Životnost se liší podle typu zásahu, od několika let až po zbytkovou životnost budovy.