Sluneční škola ve vesnici Kargyak

Projekt Solární škola pro Kargyak má zajistit vzdělání dětem z izolované himalájské vesnice, situované v nadmořské výšce 4 200 m.n.m. V rámci projektu byla navržena a realizována i energeticky nezávislá budova školy. K její výstavbě bylo použito takřka výhradně lokálně dostupných přírodních materiálů a veškeré práce se prováděly s přihlédnutím k ekologickým hlediskům, to znamená bez použití mechanizace, pouze za pomoci lidských a zvířecích sil. Škola byla předána do užívání v září 2008 a má za sebou první rok provozu včetně zimního období, kdy venkovní teploty v noci klesaly až na -40°C.

Cíle projektu
Projekt školy v Kargyaku vznikl jako reakce na vysokou míru negramotnosti v údolí Lung Nag, přesněji řečeno v odlehlé horské vesnici Kargyak a okolí, v oblasti Ladak a Zanskar ve státě Jammu a Kashmir v Indickém Himálaji. V obci není a nikdy nebyla škola ani neprobíhala souvislá školní výuka, negramotnost zde dosahuje až 90 %. Cílovou skupinou jsou především děti z vesnice Kargyak, ale škola slouží i dětem z okolních vesnic a dospělým. Donedávna byla situace ve vesnici taková, že pokud rodiče chtěli svým dětem zajistit základní vzdělání, museli je poslat do vzdálených internátních škol ve městech. Tyto děti se domů dostávaly jen o prázdninách nebo vůbec ne, po absolvování školy se  do vesnice zpravidla nevrátily, protože zde nenašly uplatnění a jejich rodinné a sociální vazby byly narušeny. Ve vesnici tedy nadále zůstávali jen lidé s minimálním vzděláním. Jelikož v horizontu deseti let plánuje indická vláda postavit přes vesnici silnici - jednu z hlavních budoucích komunikací přes hory - bude potřeba, aby lidé v oblasti měli alespoň základní vzdělání a byli schopni obstát v novém a cizím světě. Škola umožní místním dětem udržet kontakt s vlastní kulturou, rodinami a sousedy a vzhledem k dosaženému vzdělání jim pomůže i snáze najít kvalitní uplatnění, takže nebudou nadále odsouzeny jen k vykonávání podřadných prací.

Základní myšlenka projektu solární školy byla formulována již v rámci diplomové práce J. Tilingera. Na tuto práci navázalo doktorské studium na Katedře konstrukcí pozemních staveb Fakulty stavební ČVUT v Praze, kde v rámci doktorských aktivit byla pod vedením školitele doc. ing. Františka Kulhánka, CSc koncepce řešení podrobně rozpracována, byla připravena nezbytná technická dokumentace a následovala i realizace objektu školy.
 
Vesnice Kargyak se nachází ve srážkovém stínu v oblasti vysokohorské pouště, v nadmořské výšce 4200 m n. m. Vzdálenost vesnice od nejbližší silnice je tři  dny chůze. Většina obyvatel je závislá na pěstování základních plodin a chovu ovcí a jaků. Rodiny jsou ekonomicky i energeticky soběstačné, ale vegetační období je zde velmi krátké (maximálně 5 měsíců). Děti proto během léta, kdy je potřeba udělat maximum pro zajištění obživy rodiny, musejí pomáhat rodičům na polích. Výuku je tedy vhodné směřovat především do zimního období, které není náročné na každodenní povinnosti.

Dalším cílem projektu je ověření nových přístupů k výstavbě budov ve vysokohorských podmínkách a předání zkušeností místním pracovníkům tak, aby byli během několika let sami schopni realizovat stavby obdobného typu, vycházející z místních stavebních tradic a respektující tradiční architekturu, materiály a technologie, navíc však přinášející výrazně vyšší uživatelský komfort a sníženou energetickou náročnost.

Projekt směřuje i k osvojení zkušeností s řízením a správou školy - předpokládá se, že v období zhruba pěti let by místní samospráva měla být schopna školu bez jakékoliv další pomoci provozovat. Projekt přispívá i k propagaci staveb obdobného typu v této oblasti a ve škole získané vědomosti umožní místním obyvatelům i lépe chápat hodnoty přírodních zdrojů energie a jejich efektivního využití bez dosud se vyskytujícího plýtvání.

Budova školy je navíc využívána jako komunitní centrum a prostor pro zasedání místní rady. 

Solární skleník
Stavebním pracím předcházel průzkum klimatických podmínek, který potvrdil, že Kargyak je vhodné místo pro stavbu budovy využívající sluneční energii. Na podzim roku 2006 byl vystavěn pokusný solární skleník za účelem prověření spolupráce s vesničany a testu možnosti využití solární energie k vyhřívání skleníku. V neposlední řadě se jednalo i o ověření kvality místního stavebního materiálu a realizační test předpokládaných stavebních technologií. Jedním z důvodů výstavby skleníku byla i možnost  průběžného zajištění zdroje čerstvé zeleniny v zimním období.

Teplotní data naměřená v realizovaném skleníku prokázala vhodnost koncepčního i konstrukčního řešení skleníku i při teplotách hluboko pod bodem mrazu. Při vnější teplotě -27°C teplota ve skleníku neklesla pod -2° C a i ve velmi chladných dnech zůstávala průměrná teplota interiéru skleníku nad bodem mrazu. Fungování skleníku je od ukončení jeho výstavby nepřetržité a bezporuchové.

Architektonické a konstrukční řešení objektu školy
Škola byla od samého počátku koncipována jako energeticky nezávislý objekt, to znamená budova, která ke svému provozu potřebuje minimální množství energie a navíc si tuto energii zajišťuje sama a nepoužívá žádných externích energetických zdrojů.

Dispozičně je škola řešena jako přízemní částečně podsklepený objekt se třemi třídami, chodbou, zádveřím a sociálním zařízením. Princip vytápění budovy je založen na využití extrémní intenzity sluneční radiace, cirkulaci vzduchu ve vnitřních prostorách a vysoké tepelné akumulaci samotné konstrukce budovy.

Konstrukce budovy solární školy je navržena tak, aby využila energie přímého slunečního záření. Zajištění tepelné pohody vnitřních prostor budovy školy pomocí sluneční radiace je možné především díky tomu, že se vesnice nachází v nadmořské výšce 4200 m n. m. Atmosféra je zde mimořádně čistá a dlouhodobý průměr slunečních dnů v roce je více než 300 ( údaj je převzat z dat  meteorologické stanice LeDeG v Lehu).

Prostor školy je vyhříván slunečním zářením procházejícím prosklenou jižní fasádou. Dále je využívána  přirozená cirkulace vzduchu ve vnitřních prostorách - teplotu interiéru lze v průběhu dne regulovat pomoci ventilačních průduchů. Celý sytém vytápění a větrání nemá žádné aktivní prvky ani jiná technická zařízení a jednoduchým způsobem využívá ke svému provozu  samotížné cirkulace. 

Sluneční energie kromě vytápění budovy zajišťuje také  zásobování  školy elektřinou, která je využívána pro svícení (okruh 12 a 230 V) a také pro napájení nejrůznějších elektrických spotřebičů (samozřejmě včetně výpočetní techniky). Na střeše budovy jsou umístěny solární panely, které poskytují na místní poměry úctyhodný špičkový výkon 800 W, který bez problémů pokrývá energetické nároky školy. Jedinou nevýhodou tohoto řešení  je nedostatečné dobíjení akumulátorových baterií v noci a za občasných nepříznivých klimatických podmínek bez dostatku slunečního záření během dne. Z těchto důvodů byla v létě 2009 u objektu instalována malá větrná elektrárna o špičkovém výkonu 400 W, která zajistí zásobení energetického systému i za výše uvedených nepříznivých podmínek.

Základní hmota objektu je tvořena dvěma kvádry. Jižní stěna je zkosená a z 86 % prosklená. Objekt je založen na základových pasech z kamenného zdiva. Svislé nosné konstrukce budovy  tvoří obvodová stěna z lomového kamene, v interiéru jsou svislé nosné konstrukce redukovány na dřevěné sloupy; příčky jsou vyzděny z nepálených cihel.

Obvodový plášť budovy je tvořen nosnou částí z řádkového kamenného zdiva a vnitřní akumulační částí z nepálených cihel. V prostoru mezi těmito dvěma vrstvami zdiva je vložena izolační vrstva ze slámy.

Střešní konstrukce je modifikovanou tradiční konstrukcí zastřešení, skladbu tvoří stropní trámy (kulatina - topol a vrba), proutí a sláma. Hydroizolace střechy je zajištěna vrstvou jílu, provedenou s nezbytným spádem horního povrchu a je chráněna proti vysychání vrstvou zeminy.

Stavební kámen byl lámán a opracováván přímo v místě stavby, nepálené cihly (1 kus cca 25  kg) byly vyráběny na blízkém jílovišti metodou optimalizovanou pro místní podmínky. Výrobě nepálených cihel předcházel podrobný průzkum místních materiálových zdrojů (jílovišť) a prověření jejich materiálového složení, včetně experimentálního ověření mechanických vlastností vzorků cihel, provedeného v laboratořích Stavební fakulty ČVUT v Praze. Transport cihel na stavbu byl zajištěn pomocí koní, oslů a jaků. Převážná část stavebního materiálu byla dostupná přímo ve vesnici (kámen, sláma a jíl pro výrobu nepálených cihel) nebo v jejím nejbližším okolí (maximální vzdálenost zdroje surovin od staveniště nepřesáhla hodnotu jednoho kilometru), ostatní materiál (dřevo, sklo) byl dovezen pomocí koní anebo dopraven lidskými silami v zimě po zamrzlé řece - tímto způsobem byly například ze vzdálenosti 50  kilometrů dopravovány sloupy a stropní trámy. Veškeré stavební práce byly prováděny ručně, bez použití jakékoli mechanizace.

Průběh výstavby školy
V létě 2006 Občanské sdružení Surya, které bylo založeno pro realizace projektu solární školy v Karyaku, uzavřelo s vesničany dohodu o stavbě školy. V témže roce  začala provizorní výuka v pronajatých prostorech, která od jara roku 2007 pokračuje nepřetržitě.

V únoru roku 2007 byly z vesnice Ičar do Kargyaku dopraveny  po zamrzlé řece stropní trámy pro konstrukci zastřešení školy. Zároveň byla ve stejné době ověřena funkčnost skleníku, zkompletována data o sledovaných teplotách a upřesněno množství dětí, které budou školu navštěvovat.

Na jaře 2007 se pokračovalo s dopravou stavebního nářadí, stavebního dřeva a zásob pro pracovníky žijící ve vesnici. Samotní vesničané mají v projektu přesně zakotvené smluvní povinnosti. Stavební aktivity začaly zemními pracemi na vybraném pozemku nad vesnicí, na jaře a v průběhu léta 2007 byly ručně provedeny výkopy v rozsahu cca 1200 m3 kamenité zeminy a připraveny základy, dále byly vystavěny tři opěrné zdi z lomového kamene o celkové délce 120 metrů a vyhloubeny a vybudovány základy stavby. Rovněž bylo optimalizovaným tradičním postupem vyrobeno 1000 kusů nepálených cihel za použití forem o velikosti 20 x 20 x 40 cm. Tyto cihly byly na podzim roku 2007 dopraveny na staveniště.

V roce 2008 se pokračovalo ve stavebních pracích. Stavební sezóna byla zahájena v červnu a pracovalo se až do konce září. V tomto období na stavbě pracovalo 29 nepálských a 9 indických dělníků. Kromě toho se ale v průběhu dvou posledních let na stavbě vystřídalo přibližně 80 dobrovolníků z České republiky, ale i jiných zemí světa (např. Švýcarsko, Polsko, Francie, USA). Místní obyvatelé pracovali při přepravě stavebního materiálu získávaného ze zdrojů v blízkém okolí, výrobě cihel, lámání a dopravě kamene určeného pro dlažby a krytí atik. Dále zajistili dodání pro ně dostupných místních surovin používaných při přípravě stavebních materiálů.

Zkušenosti získané  při konstrukci a výstavbě skleníku se uplatnily i při výstavbě školy, která byla dokončena v září  2008 a od té doby prošla víceméně bezproblémově zatěžkávací zimní zkouškou. I při mrazivých zimních nocích bývá ve třídách nad ránem 12°C a během dne, za příznivých slunečných podmínek, teplota stoupá na příjemných 18 až 23 stupňů.

Závěr
Budova solární školy v Kargyaku po roce prokazuje reálnost záměru vybudovat ve vysokohorském prostředí energeticky nezávislý objekt s minimálními požadavky na spotřebu energie.  Objekt byl vybudován s použitím tradičních místních materiálů a technologií a s respektem k tradiční architektuře.

Solární energie zajišťuje v potřebném rozsahu vytápění budovy i elektřinu pro provoz pro vybavení školy. V případě extrémních klimatických podmínek se využívá i proud z nově instalované větrné elektrárny, případně se v ranních hodinách škola krátkodobě dotápí místními plechovými kamny, spalujícími sušený jačí trus.

Vnitřní prostředí školy je výrazně lepší než prostředí v tradičních obydlích místních obyvatel, kde se k vaření a vytápění používá plechových kamen a k zápalu i kerosin. V důsledku jeho nedokonalého spalování a nedostatečného větrání jsou místnosti obvykle velmi zakouřené, nehledě na nepříznivý vliv spalování kerosinu na životní prostředí.

Nově vzniklá budova školy by měla sloužit jako prototyp pro další podobné stavby v této oblasti a takovýto typ budov lze realizovat i v klimaticky podobných oblastech - základní předpokladem je vysoký počet slunečných dnů a malé množství dešťových srážek. Analogický princip  stavění lze použít i pro obytné budovy, přičemž je možná záměna stávajících materiálů za obdobné materiály  s odpovídajícími technickými vlastnostmi.

 Poznatky získané při realizaci stavby mohou místní obyvatelé aplikovat i při rekonstrukci či výstavbě nových domů. Mimochodem, solární skleník již posloužil jako model pro podobné stavby v několika dalších vesnicích.

Občanské sdružení Surya realizovalo celou stavbu ze sponzorských darů a dobrovolných příspěvků. Stejným způsobem v současné době financuje i provoz školy, včetně jejího vybavení, školních pomůcek a platů místních  i českých učitelů.

Solární škola v Kargyaku je v současné době jediná škola v regionu, která umožňuje bezproblémový celoroční provoz. Je velmi intenzivně využívána nejenom pro výchovu dětí, ale i pro základní vzdělávání dospělých obyvatel Kargyaku a jeho širokého okolí.