Město a beton aneb jak udržitelně stavět z betonu v městském prostředí

Možnosti použití betonu jako stavebního materiálu a architektonického prvku pro současnou, ale především budoucí udržitelnou architekturu v městském prostředí jsou hlavním tématem článku. Světová města stále rostou a je zřejmé, že právě na jejich fungování, spotřebě zdrojů i kvalitě prostředí bude záviset budoucnost velké většiny z nás, ne-li celé planety. Jak tedy architekt, který citlivě vnímá problematiku udržitelnosti, na tento stavební materiál v současnosti nahlíží?

Škola designu v areálu Zollverein, Essen, Sanaa – převýšený vnitřní prostor s množstvím okenních otvorů, jejichž rozmístění sleduje průběh sil v železobetonových velmi subtilních stěnách (foto: Martin Čeněk)

Udržitelná architektura

Lidská činnost má prokazatelně negativní vliv na stav životního prostředí, stojí za znečišťováním, produkcí odpadu i vyčerpáváním zdrojů. Vystavěné prostředí v tomto procesu hraje významnou roli, jelikož budovy dle aktuálních dat spotřebovávají ve vyspělém světě zhruba 40 % veškeré energie, produkují okolo 40 % odpadu a jsou zdrojem skoro 40 % emisí CO2 [1].

Pro snížení dopadů lidské činnosti na životní prostředí je proto naprosto nezbytná změna našeho přístupu k navrhování staveb. Neznamená to, že lidstvo musí opustit technologický pokrok. Znamená to však změnu přístupu ke zdrojům, ke způsobu života i ke způsobu práce. Znamená to pečlivě zvažovat, jaké budou mít naše kroky dopad na budoucnost a zda je nezbytně nutné je činit, soustředit se na kvalitu, nikoli kvantitu a stálý požadavek růstu.

Jak tedy jako architekti máme navrhovat udržitelně?

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 základním důsledkem programových, formálních i funkčních voleb učiněných – nebo ignorovaných – již v architektonickém návrhu.

Zelené či ekologické stavění se stalo sice trendem, mnohdy ale více módním než skutečně promyšleným. Politické, ekonomické a marketingové tlaky (mimo jiné) způsobily, že pro veřejnost je udržitelné stavění často ztotožňováno výhradně s úsporou energie. Tento přístup je ale založen převážně na technické (ne-li technokratické) interpretaci a na snaze stavět na snadno kvantifikovatelných výsledcích. Udržitelnost stavění se v této podobě, soustředěné víceméně jen na úsporu energie, dostala i do českých stavebních norem.

Zásadní je však 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 kvalitní.

group-8 Created with Sketch.

Není žádná ekologická architektura, ani inteligentní architektura, nebo udržitelná architektura – je pouze dobrá architektura.“ [2]

Eduardo Souto de Moura

Nositel Pritzkerovy ceny

Je třeba mít na paměti, že vystavěné prostředí je odrazem našeho způsobu života, naší kultury, našich názorů. Neměli bychom architekturu dělit na udržitelnou a neudržitelnou. Jak již pochopili architekti např. ve Švýcarsku či v severských zemích, udržitelný přístup a dobrá, kvalitní, tedy též esteticky hodnotná a fungující architektura nejsou dvě samostatné disciplíny.

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.

group-8 Created with Sketch.

Udržitelnost je příležitost klást si staré otázky novým způsobem.“

Jérôme Villemard

Francouzský architekt, který toto prohlásil při své návštěvě Prahy v roce 2013.

Město a udržitelný rozvoj

Dle architekta a současného děkana Fakulty umění a architektury Technické univerzity v Liberci Osamu Okamury život ve městě je nebo může být daleko udržitelnější a ekologičtější než život na venkově. Město je velmi efektivní, nabízí provázanost a širokou řadu funkcí na malých vzdálenostech, menší závislost na dopravě, efektivní využití infrastruktury i lepší hospodaření s energiemi apod.

Městské prostředí nabízí různorodost, historický kontext, hustotu, ale i přírodní prostředí. Architekt musí v městském prostředí umět dobře zohlednit všechny historické vrstvy a kontext místa a obratně se orientovat ve složitosti všech návazností a vzájemných vlivů nové stavby a okolního
– často již zastavěného – prostředí.

Náš svět je navíc místem s rapidně postupující urbanizací. Podle údajů OSN 54 % světové populace dnes žije v městských oblastech a očekává se růst tohoto poměru na 66 % do roku 2050. Městská populace Země vzrostla rychle ze 746 milionů v roce 1950 na 3,9 miliardy v roce 2014 a očekává se, že překročí 6 miliard kolem roku 2045 [4].

Jako architekti musíme tedy přijmout tuto výzvu a soustředit se na to, jak učinit naše města ještě efektivnější a udržitelnější, méně zatěžující životní prostředí, přitom ale nabízející kvalitu života, prostředí pro práci i dostatek energie pro stále větší počet obyvatel. A to bez toho, abychom kompromitovali stávající kvality městského prostředí a jeho historický vývoj.

Město a beton

Město a beton – na první pohled nejen pro laiky jakési synonymum zla. Když se mluví o rozvoji města a výstavbě v něm v negativním duchu, vždy se zmiňuje, že zabetonujeme krajinu, že všude bude víc betonu. Laici si nejspíše při sousloví město a beton představí panelová sídliště, tedy soubory až nelidsky velkých staveb, které pro řadu lidí ztělesňují uniformitu, šeď, nekvalitní architekturu… První pohled však může klamat.

Mimochodem zateplování panelových domů, aby byly veselejší, barevnější, méně šedé (a samozřejmě též energeticky úspornější), které zcela maže původní jasnou a logickou estetiku betonových prefabrikovaných panelů a konstrukčních soustav, snižuje kvalitu a hodnotu těchto staveb, kterou jsme se bohužel ještě nenaučili docenit. Skladba prefabrikovaných panelů dávala těmto stavbám tektonickou čitelnost a, přes veškerá negativa průmyslové prefabrikace socialistického stavebnictví a plánování, též jistou kvalitu. Samotné panely byly vyráběny v řadě zajímavých úprav a za použití různých betonových směsí. Energetická úspornost panelových domů mohla a měla být řešena jiným způsobem než plošným zateplováním obvodových plášťů, měla být řešena komplexněji. Například tak, jako se to podařilo ve Francii architektonickému ateliéru Lacaton & Vassal, který spolu s ateliéry Fréderic Druot Architecture a Christophe Hutin Architecture v letošním roce získal za konverzi bytových domů v Bordeaux nejprestižnější evropskou cenu za architekturu – Mies van der Rohe Award.

Beton jako materiál udržitelné architektury

Beton jakožto stavební materiál má dlouhou historii sahající přinejmenším do antického Říma. Jednou z nejznámějších betonových staveb v městském prostředí, která přetrvala dva tisíce let až do dnešních dnů a je stále zdrojem obdivu, je římský Pantheon, jenž velmi důvtipně a efektivně využívá vlastností betonu a lze na něm snadno demon­strovat hlavní výhody stavění z betonu. Tedy velkou univerzálnost jeho použití, konstrukční možnosti a trvanlivost.

group-8 Created with Sketch.

Beton díky své vysoké akumulační schopnosti dovede vytvářet dobré vnitřní prostředí staveb.

Beton je v dnešním stavebnictví prakticky všudypřítomný, byť ve velké většině případů zůstává neviditelným, skrytý jen“ jako konstrukce stavby. S trochou nadsázky se dá říct, že bez betonu se neobejde ani dřevostavba, či dům ze slámy. V očích mnoha architektů i ekologicky smýšlejících lidí však beton představuje extrémně neekologický, nešetrný, neúsporný a neobnovitelný stavební materiál, na jehož výrobu je vkládáno velké množství energie. Na výrobu jedné tuny páleného cementu, z níž lze vyrobit přibližně 3 až 4 m3 betonu, je potřeba zhruba 3,6 GJ/​​t energie [5]. S ohledem na obrovský objem světové produkce betonu se skutečně jedná o jeden z nejvýznamnějších zdrojů CO2 vypouštěného do ovzduší (okolo 8 % celkových světových emisí) [6]. Tento pohled na beton jako energeticky náročný a neekologický materiál je ale do značné míry zjednodušený. Beton je díky svým vlastnostem a možnostem využití především velmi ekonomický a snadno dostupný kdekoli na světě. To z něj ale pochopitelně hned nečiní materiál jednoznačně udržitelný, ekologický a použitelný bez rozmyslu.

Spotřeba betonu ve světě stále roste a je přímo úměrná průmyslovému a ekonomickému rozvoji jednotlivých zemí. V Číně je dnes celková roční spotřeba cementu okolo 1,8 t na obyvatele (celkem zhruba 2,4 miliard t, údaj k roku 2017) [7], přičemž na výrobu betonu se využívá cca 85 až 90 % tohoto objemu, zbytek je pro výrobu malt, omítek, lepidel a dalších speciálních materiálů. Produkce cementu stále roste a jen obtížně dokáže plně pokrýt poptávku [8]. Pro srovnání: v roce 2017 byla spotřeba cementu v ČR 380 kg na jednoho obyvatele. [9]

Abychom o betonu mohli mluvit jako o udržitelném materiálu, je třeba dobře znát jeho vlastnosti a pracovat s nimi pečlivě, s dobrou přípravou a znalostí jeho výhod a nedostatků. Především je třeba volit jej jako stavební materiál tam, kde je důležitá právě trvanlivost. Dále jsou to fyzikální vlastnosti betonu, resp. železobetonu, které umožňují efektivně realizovat stavby, které by byly z jiných materiálů prakticky neproveditelné.

Beton díky své vysoké akumulační schopnosti, pokud se s ní správně pracuje, dovede vytvářet dobré vnitřní prostředí staveb. A se současnými možnostmi výroby betonu lze používat v architektuře i takové betonové směsi, které jsou tepelněizolační. Anebo naopak konstrukce extrémně lehké, tenké a přitom velmi pevné a s ohledem na objem spotřebovaných zdrojů tak ve výsledku šetrné. Výroba betonu je sice energeticky náročná, ale jeho spotřeba pro moderní vysokopevnostní konstrukce je – v porovnání s jinými materiály – relativně malá.

Pokud od staveb z betonu žádáme flexibilitu, musí být vtělena do architektonického konceptu tak, aby byly změny využití možné bez změn konstrukce.

Ale beton je díky tomu, že má velkou estetickou variabilitu, haptickou kvalitu srovnatelnou s čistě přírodními materiály, i díky tvárnosti a plasticitě materiálem, který může – a měl by – být i materiálem pohledovým. Právě stavby z pohledového betonu jsou tím, co nás, architekty, zajímá především.

Možnosti práce s estetikou betonu odvislé od použitého plniva, probarvení, způsobu bednění, povrchových úprav, způsobu přípravy i aplikace nabízí v architektuře neuvěřitelnou škálu estetické kvality. Od povrchu, v němž se zrcadlí drsnost a hrubost kameniva, či prostého bednění z nehoblovaných prken či jiného zajímavého materiálu (třeba slaměných balíků) přes pečlivě hutněné zcela hladké betony s kompozicí otisků bednicích desek po možnosti ručního opracování, ať už třeba tryskáním, nebo tradičními ručními metodami obdobnými opracování kamene. Takto ručně pemrlováním upravený beton najdeme např. na pražských mostech z první poloviny 20. století.

Použití betonu jako pohledového materiálu, který není nutné ničím zakrývat, je dnes již daleko snazší a ekonomičtější díky izolačním betonovým směsím, příp. díky možnostem prefabrikace umožňujícím snáz, levněji a s menší spotřebou materiálu stavět vícevrstvé železobetonové konstrukce.

Aby beton mohl takto fungovat, je však potřeba pracovat s ním vždy vhodným způsobem nejen z hlediska estetického, ale v rámci celého komplexního a především integrálního procesu návrhu. Jen tak může vzniknout kvalitní udržitelná architektura.

Příklady

Izolační lehčený beton, který je jediným materiálem tvořícím jak konstrukci stavby, tak i její povrch, a to jak v interiéru, tak v exteriéru, použili např. berlínští architekti Zanderroth architekten u své realizace bytového domu v proluce na Choriner Strasse 39 ve středu Berlína. Tento sedmipodlažní dům využívá hmotu izolačního betonu k tomu, aby jasně ukázal tektoniku a čitelnou artikulaci stavby. Dům působí jako monochromatický monolit, který dobře zapadá do svého okolí, současně ale není žádnou bojácnou výplní. Použitý beton dodává stavbě příjemnou texturu a detail, způsob bednění pak podtrhuje vertikální členění stavby. Betonový objekt je doplněn výraznými prosklenými plochami v dřevěných rámech, které jsou osazeny na vnitřním líci masivních zdí, čímž podtrhují hmotnost této stavby. (obr. 2)

Bytový dům na Choriner Strasse 39 v Berlíně, Zanderroth architekten: celkový pohled na stavbu v kontextu okolních historických domů, masivní stěny z pohledového tepelněizolačního betonu (foto: Martin Čeněk)
Bytový dům na Choriner Strasse 39 v Berlíně, Zanderroth architekten: detail osazení oken v betonové obvodové stěně (foto: Martin Čeněk)

Stejní architekti na dalších realizacích bytových domů v Berlíně pracují s betonem i jinými způsoby. Bytový dům na nároží Schönholzer Strasse, který je realizován jako železobetonový skelet, pracuje s expresivní a mírně dekorativní betonovou stuhou“, která obepíná fasády a propojuje všechna podlaží. Je tvořena prefabrikovanými panely s až ornamentálním otiskem bednění. (obr. 3)

Bytový dům na Schönholzer Strasse v Berlíně, Zanderroth architekten – na fasádě je použit motiv stuhy“ z prefabrikovaných betonových panelů s dekorativním otiskem bednění (foto: Martin Čeněk)

U bytového komplexu BigYard na Zelter Strasse v berlínském Prenzlauer Bergu je použita klasická sendvičová skladba, kde je fasáda opatřena hladkými betonovými panely prostřídanými s velkorysými plochami neotvíravého prosklení v líci a dřevěnými větracími klapkami, které dávají fasádě hloubku. (obr. 4)

Soubor bytových domů BigYard na Zelter Strasse v Berlíně, Zanderroth architekten – železobetonová zateplená konstrukce s pohledovými fasádními prefabrikovanými panely a rastrem neotvíravých oken v líci fasády (foto: Martin Čeněk)

Lehčený tepelněizolační beton je materiálem používaným i řadou švýcarských architektů. Ostatně švýcarská architektura je vyhlášená přístupem pokorným, pravdivým a promyšleným k materiálům i kontextu. Takovým příkladem je třeba rodinný dům v městečku Flasch od architektonické kanceláře Bearth Deplazes. (obr. 5)

Rodinný dům ve švýcarské obci Flasch, Bearth Deplazes – nepravidelný tvar domu reaguje na tvar pozemku a orientaci ke světovým stranám, stavba je provedena z lehčeného izolačního betonu (foto: Martin Čeněk)

V Curychu pak lze obdivovat celou řadu bytových i veřejných staveb zajímavým způsobem využívajícím pohledový beton. Jednou z veřejných staveb, jejíž monumentalita je podtržena právě použitým materiálem, je např. nová přístavba k historické budově Švýcarského národního muzea, jejímiž autory jsou architekti Christ & Gantenbein. Stěny stavby jsou z izolačního betonu tloušťky 800 mm, který splňuje přísné požadavky švýcarského pasivního standardu (Minergie‑P). Beton zde má mnoho podob – od hrubé tmavé fasády s viditelným kamenivem až po leštěné betonové podlahy v interiéru. (obr. 6)

Dostavba Švýcarského národního muzea v Curychu, Christ & Gantenbein – monumentální veřejná budova se stěnami z masivního tepelněizolačního betonu tloušťky 800 mm, jako plnivo byl použit místní vulkanický tuf, který betonu dává typickou barvu (foto: Martin Čeněk)

Japonské architektonické studio Sanaa, nositel nejprestižnějšího světového architektonického ocenění Pritzker Prize za rok 2010, u svých evropských realizací používá beton odlišným způsobem. Rolex Learning Centre v univerzitním kampusu v Lausanne pracuje s další typickou vlastností betonu – plasticitou – a tedy s formou stavby, která by byla z jiného materiálu obtížně dosažitelná. Krajina podlahy se zvedá a opět klesá a je kopírována shodně zvlněnou střechou, to vše na celkem 22 000 m2. Svět mezi oběma trojrozměrně zvlněnými deskami se vyznačuje velmi specifickou atmosférou, vizuální propojeností a transparentností. Říci, že vnitřní prostor zde plyne, zdaleka není klišé – není totiž prakticky vůbec členěn stěnami. Pro konstrukci zvlněné podlahové desky byla využita kombinace železobetonových skořepin o tloušťce 600 mm odlévaných do 1 400  různě tvarovaných forem bednění s klenutými oblouky z předepjatého železobetonu. Střešní deska je pak konstruována z oceli a dřeva a celá stavba je jedním dilatačním celkem. (obr. 7)

Rolex Learning Center, Lausanne, Sanaa: zvlněná krajina železobetonové skořepinové podlahy se zvedá nad terén a vytváří pod budovou veřejný prostor (foto: Martin Čeněk)
Rolex Learning Center, Lausanne, Sanaa: vnitřní, doslova plynoucí prostor stavby beze stěn (foto: Martin Čeněk)

I realizace stejných architektů v severoněmeckém Essenu, ve městě, které v nedávné době zažilo nový rozvoj po útlumu těžby uhlí, je inovativní. Tento projekt je skvělým příkladem spolupráce interdisciplinárního týmu odborníků a ukázkou integrálního přístupu k navrhování. Celobetonová pohledová krychle školy designu v areálu Zollverein je odlita z betonu s tzv. aktivovaným jádrem, tedy betonu, v němž je zalito potrubí pro topné médium, odevzdávající teplo do vysoce akumulační hmoty materiálu. Hrana krychle měří 35 m. Typickým znakem této inovativní stavby je velmi malá tloušťka stěn, což byl architektonický záměr, o který architekti velmi usilovali. Stěny jsou jednoduché, bez tepelné izolace a mají tloušťku pouhých 300 mm. Vylehčené stropní desky mají tloušťku 450 mm při rozponu bezmála 15 m. Jako zdroj pro vytápění bylo využito zbytkového tepla z podloží, z hloubky okolo 1 000 m, z bývalých uhelných dolů, které byly po uzavření zaplaveny vodou. Jedná se o velmi levný zdroj tepla, který není zdrojem prakticky žádných emisí CO2. Podobné systémy využívání zbytkového tepla z průmyslu či jiných zdrojů, které teplo při svém provozu produkují jako odpad, by jistě byly využitelné i v jiných případech v městském prostředí. (obr. 8)

Škola designu v areálu Zollverein, Essen, Sanaa – celkový pohled na betonovou krychli o hraně 35 m, kterou tvoří konstrukce z monolitického železobetonu s aktivovaným jádrem o tloušťce stěn pouhých 300 mm (foto: Martin Čeněk)

Závěr

Budoucnost architektury z betonu můžeme vidět nejenom v dalším výzkumu týkajícím se betonových směsí, ať už směrem k lepším konstrukčním vlastnostem, nebo k tepelněizolační schopnosti materiálu. 3D tisk celých staveb z betonu již není žádnou utopickou vizí. Rovněž rozvoj parametrického navrhování z betonu je oblastí, která dále umožňuje zefektivnit stavění z tohoto materiálu. Obě cesty navíc přináší další, nové, estetické možnosti.

Do budoucna bude také zásadní pracovat na zlepšování možností recyklace betonu, neboť likvidace stavby s minimálním dopadem na životní prostředí je zásadním požadavkem na udržitelnou architekturu, a tedy naši úspěšnou budoucnost.

Potřebný je ale především komplexní přístup ve fázi plánování stavby vyznačující se integrálním navrhováním se zapojením širokého spektra odborných znalostí a holistickým uvažováním o stavbě ve všech fázích jejího návrhu.

Literatura:

[1] UNEP. 2018 Global Status Report [online]. CIB Report Publication. Rotterdam, 2018. Str. 9. Dostupný z: https://wedocs.unep.org/bitstream/handle/20.500.11822/27140/Global_Status_2018. pdf?sequence=1&isAllowed=y

[2] SOUTO DE MOURA, E. Přednáška na Holcim Foru 2011 [online]. 2011. Dostupný z: http://www.dezeen.com/2011/03/29/key-projects-by-eduardo-souto-de-moura/

[3] VILLEMARD, J. Headquarters of the CFE/Rubelles-what makes it sustainable. In: Konference IDEA („Interior Design and Eco Architecture”), Praha, 10. – 11. 6. 2013.

[4] UN. World’s Population Increasingly Urban with more than Half Living in Urban Areas. [online]. 2014. Dostupné z: http://www.un.org/en/development/desa/news/population/world-urbanizationprospects-2014.html

[5] PECK, M. eds. Modern Concrete Construcition Manual: Structural Design, Material Properties, Sustainability. Mnichov: Institut für internationale Architektur-Dokumentation, 2014. Str. 13.

[6] LEHNE, J., PRESTON, F. Making Concrete Change: Innovation in Low-carbon Cement and Concrete [online]. Chatham House – The Royal Institute of International Affairs, 2018. Dostupné z: https://www.chathamhouse.org/sites/default/files/publications/2018 – 06 – 13-makingconcrete-change-cement-lehne-preston-final.pdf

[7] U.S. Geological Survey. Minerals Commodity Summaries 2019 [online]. Report. 2019. Str. 43. Dostupné z: https://www.usgs.gov/centers/nmic/mineral-commodity-summaries

[8] EDWARDS, P. Global Cement Top 100 Report 2017 – 2018. global cement [online]. 4. 12. 2017. Dostupné z: http://www.globalcement.com/magazine/articles/1054-global-cement-top-100-report-2017 – 2018

[9] Svaz výrobců cementu. Údaje za rok 2017. svcement.cz [online]. Dostupné z: https://www.svcement.cz/data/data-2017/

Ing. arch. Martin Čeněk, Ph.D.

Je absolventem magisterského a doktorského studia na Fakultě architektury ČVUT v Praze, v letech 2006 až 2008 pracoval jako architekt v kancelářích GAP architetti asssociati a Archea associati v Římě. Od roku 2008 má vlastní architektonickou praxi v Praze, na akademické půdě se kromě ateliérové výuky věnuje zejména udržitelné architektuře. V letech 2011 až 2013 byl hlavním architektem týmu ČVUT v mezinárodní univerzitní soutěži Solar Decathlon 2013.

The city and concrete or how to build sustainably from concrete in urban environment

The main topic of the article is presentation of possibilities of utilizing concrete as a construction material not only for the current, but first of all for the future sustainable architecture in urban environment. The world cities have been growing and it becomes obvious that the future of most of us – if not all the planet – depends on how the cities will work, how they will consume resources and the quality of the environment. So how does an architect who sensitively perceives sustainability view this building material today?