Levitee Solar Bench

Betonový mobiliář Levitee

Univerzitní centrum energeticky efektivních budov ČVUT vyvinulo designovou sadu betonového městského mobiliáře „Levitee“ s možností instalace inteligentních technologií. Veřejnosti byla novinka prvně představena ve dnech 5. až 6. června 2019 na brněnském veletrhu Urbis Smart City Fair. Demonstrační vzorky laviček s inteligentními technologiemi byly umístěny na předem vybraná místa po Praze v průběhu prosince roku 2019.

Obr. 1: První představení nového mobiliáře z betonu v červnu 2019 na brněnském veletrhu Urbis Smart City Fair.

Mobiliář byl navržen jako sada tvořená konzolovou lavičkou a doplňky, které by měly přinést širokou variabilitu při umísťování do veřejného prostoru. Jeho řešení navazuje na vývoj započatý již v roce 2015 a vychází z rešerší prováděných mezi výrobci i koncovými uživateli.

Obr. 2a, 2b: Příklad variabilních verzí lavičky stejného bez inteligentních technologií.

„Náš tým byl přítomen při vývoji prototypu první chytré lavičky v ČR s názvem „CapaSitty“, která byla prezentována i na světové výstavě EXPO 2015 v italském Miláně. Po jejím skončení se v tuzemsku s chytrými lavičkami obrazně řečeno roztrhl pytel. Postupně však začal převažovat spíše negativní názor veřejnosti. Na základě komunikace s výrobci i uživateli byly určeny jako hlavní důvody vysoká pořizovací cena, nedostatečná variabilita vlivem omezené orientace fotovoltaického panelu, nevhodný a rušivý vzhled. Proto se náš tým rozhodl pokračovat a vyvinout novou lavičku oproštěnou od předchozích řešení, která by mohla fungovat a lákat k odpočinku i jako obyčejná lavička bez instalace inteligentních technologií, ale zároveň by umožňovala jejich snadnou a variabilní montáž a nepůsobila rušivě na své okolí,“ říká vedoucí projektu Tomáš Vlach. Lavička „Levitee“ kromě pohodlného krátkodobého odpočinku může uživateli nabídnout některé inteligentní funkce, jako nabít prostřednictvím USB konektoru telefon či jiné zařízení, poskytnout uživatelům bezplatné připojení mobilních zařízení k Wi-Fi a ještě měřit kvalitu ovzduší pomocí různých čidel dodávaných podle přání koncového zákazníka, takže se skvěle hodí do konceptu Smart City. Inteligentní technologie je možné díky jejich poměrně snadné přístupnosti a umístění mělce pod povrch do základu lavičky do ucelených boxů přidávat či ubírat dle potřeby zákazníka i po umístění mobiliáře do terénu. Navíc mohou lavičky běžet nezávisle bez napojení na elektrickou síť, protože lavička si při omezené funkcionalitě vystačí s vlastním fotovoltaickým panelem a samostatným bateriovým boxem, kam ukládá energii do zásoby pro pokrytí provozní potřeby ve chvílích, kdy nesvítí slunce. V případě namontování více čidel a dalších prvků s vyšším odběrem elektřiny je možné lavičku připojit k síti, aby s panelem fungovala jako hybridní systém, je nutné však toto plánovat již při jejím samotném umísťování.

Obr. 3: Pohled na připravený demonstrační vzorek lavičky v laboratořích, příprava inteligentních prvků lavičky před jejím osazením.

Obr. 4: Pohled na uhlíkové kompozitní výztuže použité pro vyztužení vrchní viditelné části lavičky, verze lavičky bez inteligentních technologií.

Důraz byl při vývoji kladen na design, který by měl působit zajímavě a přitom na sebe křiklavě neupozorňovat, protože cílem tvůrců je, aby lavička nenásilně zapadla do okolí. Řešení bylo konzultováno s různými zástupci, například i s oddělením památkové péče. Tým ČVUT UCEEB proto na výrobu prezentovaného prototypu a demonstračních vzorků připravil originální rámovou formu a směs vysokohodnotného betonu. Místo klasických ocelových výztuží použili technické textilie z uhlíkových vláken prosycených polymerní matricí. Podkladní část lavičky umístěna pod povrch terénu byla navržena se značným podílem recyklovaného materiálu, a to z důvodu i přes malý objem materiálu dosáhnout a prezentovat snahu a možnosti úspory primárních zdrojů surovin. Originální a složité tvarování uhlíkových výztuží kvůli malé tloušťce lavičky pouhých cca 40 mm bylo laboratorně odzkoušeno a je autorsky chráněno, stejně jako podoba lavičky. Tyto pevnější a odolnější materiály nepodléhají korozi a i díky tomu tloušťka betonu mohla být podstatně menší. Díky materiálu a originálnímu tvarování je tak lavička mnohem lehčí a tím pádem snáze transportovatelná, než kdyby byla vyrobena z běžného betonu s tradiční výztuží, přesto stále dostatečně objemná tak, aby jí případní nenechavci nemohli snadno posouvat, ničit.

Obr. 5: Detailní pohled na tvarování uhlíkové výztuže v oblasti zalomení lavičky.

Jak bylo výše uvedeno, kvůli originálnímu tvarování a netradiční výztuži byla na samotném korpusu lavičky provedena řada laboratorních zkoušek. Základní zkouškou bylo stanovení mechanické únosnosti lavičky. Byla tak ověřena bezpečnost lavičky a hraniční (nikoliv uživatelská) únosnost lavičky. Zatěžování bylo aplikováno řízenou deformací s rychlostí 2 mm/min. Zatěžování bylo aplikováno na roznášecí ocelový profil umístěný při kraji lavičky tak, aby zatěžování bylo aplikováno rovnoměrně liniově na celý profil lavičky. Na obou horních stranách ocelového profilu byly umístěny senzory pro určení deformace. Jejich zprůměrováním dostáváme přesnou hodnotu průhybu na konzolovém zalomeném nosníku. Lavička byla volně uložena na podlaze a nebylo nijak bráněno deformaci v patě, čímž byla ověřena pro jistotu i stabilita. Maximální únosnost lavičky vyšla po přepočtu necelých 12 kN na metr běžný lavičky, což je po jednoduchém přepočtu necelých 1,2 tuny na metr běžný lavičky, a to v nejhorším místě, tedy při kraji lavičky.

Obr 6a, 6b: Pohled na provedenou zatěžovací zkoušku u vzorku lavičky, detailní pohled na porušení v rohu, lavička však zůstala celistvá a tedy bezpečná.

Jako směrodatnou a zajímavou zkouškou se ukázalo doložit také naměřené povrchové teploty betonu a panelu na přímém slunci. Přirozené světlé barvy s teplotou úzce související bylo dosaženo i díky tomu, že byla vyvinuta vlastní nová směs vysokohodnotného světlého betonu s redukcí mikrosiliky na minimum, protože mikrosilika výrazně zesiluje šedivý odstín betonu. Beton světlé barvy není tolik náchylný na ohřívání od slunce a měl by umožňovat i pohodlné sezení během nejteplejších letních dní. Dále bylo otázkou, jaké povrchové teploty bude vykazovat fotovoltaický panel. Povrchová teplota betonu vycházela v pořádku, v tolerancích dle příslušné legislativy. Dospělý člověk totiž rozezná nebezpečí, ale například u dítěte se může stát, že se o panel rukama opře, tak aby nedošlo k popálení. Proto bylo zvoleno laboratorní testování lavičky na přímém slunci, kdy byla termokamerou zjišťována povrchová teplota lavičky za různých situací. Lavička byla umístěna uprostřed léta na nejslunnější místo v závětří na pozemku UCEEB, kde se sluníčko opravdu tzv. opírá do budovy, a byly sledovány povrchové teploty.

Obr 7a, 7b: Pohled snímky z termokamery za bezvětří u jižní fasády při teplotách přes 30°C.

České vysoké učení technické v Praze patří k největším a nejstarším technickým vysokým školám v Evropě. V současné době má ČVUT osm fakult (stavební, strojní, elektrotechnická, jaderná a fyzikálně inženýrská, architektury, dopravní, biomedicínského inženýrství, informačních technologií) a studuje na něm přes 16 000 studentů. Pro akademický rok 2018/19 nabízí ČVUT svým studentům 169 studijních programů a v rámci nich 480 studijních oborů. ČVUT vychovává moderní odborníky, vědce a manažery se znalostí cizích jazyků, kteří jsou dynamičtí, flexibilní a dokáží se rychle přizpůsobovat požadavkům trhu. ČVUT v Praze je v současné době na následujících pozicích podle žebříčku QS World University Rankings, který hodnotil více než 4 700 univerzit po celém světě. V celosvětovém žebříčku QS World University Rankings je ČVUT mezi 531. – 540. místem a na 9. pozici v regionálním hodnocení pro Evropu a Asii. V rámci hodnocení pro „Civil and Structural Engineering“ je ČVUT mezi 151. – 200. místem, v oblasti „Mechanical, Aeronautical and Manuf. Engineering“ na 201. – 250. místě, „Computer Science and Information Systems“ na 251. – 300. místě, „Electrical and Electronic Engineering“ na 201. – 250. pozici. V oblasti „Mathematics“ na 301. – 350 místě, „Physics and Astronomy“ na 201. až 250. místě, „Natural Sciences“ jsou na 283. příčce, „Architecture/Built Environment“ na 150. až 200. místě a v oblasti „Engineering and Technology“ je ČVUT v Praze na 256. místě. Více informací najdete na www.cvut.cz. Univerzitní centrum energeticky efektivních budov je samostatným vysokoškolským ústavem ČVUT v Praze. Sdružuje fakulty stavební, strojní, elektrotechnickou a biomedicínského inženýrství s cílem přirozeně sladit výzkumné aktivity zabývající se trvale udržitelnou výstavbou a úspěšně uvádět jejich výsledky do praxe. UCEEB je odezvou na jednu z nejvýznamnějších současných priorit Evropské unie zaměřenou na optimalizaci energetických úspor v budovách. Centrum vzniklo díky podpoře Operačního programu „Výzkum a vývoj pro inovace“ MŠMT, který je financován EU a státním rozpočtem České republiky. Více na www.uceeb.cz.