Retenční schopnosti testovacích segmentů zelených střech

1. Úvod

Obr. 1. Klinikum II, Basel (Klára Nečadová, duben 2015)

Šikmé i ploché vegetační zastřešení si na českém trhu zatím nevybudovalo silnou pozici, i přes skutečnost, že tento typ zastřešení se začíná dostávat do povědomí nejen odborné, ale rovněž také laické veřejnosti. Vegetace na střeše významně přispívá ke zlepšení stavebně fyzikálního chování celé konstrukce objektu, pozitivně také ovlivňuje jeho blízké okolí (čištění vzduchu, regulace poletavých částic atd.) a dalším neméně důležitým účinkem je estetické a psychologické působení na obyvatele urbanistických celků [1]. Objekty se zelenými střechami lze lépe než jiné začlenit do krajiny a tím pak nenarušit její přirozený charakter. Se stále se zvyšujícím růstem populace je úzce spojen také nárůst nejen obydlí pro rodinné bydlení, ale také objektů průmyslových, administrativních a v dnešní době tolik oblíbených a rozsáhlých obchodních center. Na okrajích měst a vesnic vznikají rapidně se rozrůstající nové sídelní celky a industriální oblasti, které postupně ukrajují stále větší plochy z míst, kde dříve bývaly úrodné pole, lesy a louky. Zelené plochy se tak nahrazují vybetonovanými a vyasfaltovanými prostranstvími, které se potom snažíme zpětně oživit zelení. V zemích západní Evropy, především pak ve Švýcarsku a Německu, se rozhodli tuto problematiku řešit razantním způsobem. Panuje silné přesvědčení, že to, co bylo přírodě odebráno, by jí mělo být i náležitě vráceno. Výborným nástrojem pro splnění tohoto cíle se staly právě zelené střechy a v menší míře i zelené fasády, které ale v současné době jsou limitovány vysokou pořizovací a udržovací cenou. Ve vybraných kantonech ve Švýcarsku platí zákon [2], který nařizuje ozelenit každou novou a každou rekonstruovanou plochou střechu viz obrázek 1. Díky tomu dochází k rozsáhlému ozeleňování městských center a vytváření tak hodnotnějšího prostředí pro obyvatele měst. Dalším pozitivním dopadem je rovněž rozšiřování prostor pro život ostatních živých organismů.

Nejrozšířenějším moderním typem zelených střech ve Švýcarsku jsou střechy biodiverzní a vegetačně chudé. Vegetace na biodiverzních střechách je rozmanitá a bohatá a z většinové části charakterově odpovídá okolní vegetaci. V případě, že projektant navrhne vegetační souvrství složené z přírodní půdy resp. přírodní půdy obohacené substrátem, dále na ni bude použito osivo z rostlin rostoucích v blízkosti stavby, může se majitel objektu těšit ze zelené střechy, která bude téměř bezúdržbová a při správném návrhu dlouhodobě stálá. Takový druh zastřešení je rovněž přívětivý z hlediska pořizovacích nákladů avšak náročnější na správnou volbu návrhu a hodnocení vzhledem k okolnímu prostředí. Klíčový prvkem je tak správné pochopení a seznámení stavebníka se záměrem směřování a dlouhodobým rozvojem vegetačního souvrství. Díky takovéto zelené střeše potom lze hovořit o významném ekologickém přínosu takovéhoto zastřešení nejen pro stavbu, ale též pro celé blízké okolí.

Naopak v případě chudých vegetačních střech pokrývají rostliny povrch střechy pouze částečně s menším spolupůsobením se substrátovou složkou, a tím nemají srovnatelný přínos s rozvinutějšími formami bohatší vegetace. Monokultury takovýchto střech jsou současně mnohem náchylnější na krátkodobé i dlouhodobé významné klimatické změny. Zbylá plocha chudších variant tak může být tvořena například kamenivem, substrátem nebo samotnou zeminou. Nejen díky většímu oslunění povrchu nebiologických ploch není tato varianta z pohledu stavební fyziky účinná tak, jako střecha biodiverzní. Tyto plochy lze funkčně využít pro relaxaci a pobyt venku. Oba uvedené druhy vegetačního zastřešení by byly vhodným řešení i pro střechy na území ČR.

2. Obecná představa o zelené střeše

I když vegetační zastřešení přináší mnoho pozitivních vlastností, stále se jedná o typ zastřešení, které je ve světě rozšířené pouze ve vybraných zemích. Několikrát do roka se po celém světě pořádají konference s tématikou zabývající se ozeleňováním měst. Účastníci konference jsou většinou z oborů údržby a ochrany zeleně, správy veřejné zeleně, zahradní architekti, biologové, ale také stavební architekti a realizační firmy. Hlavními diskutovanými otázkami zůstává:

• jak přesvědčit investora o použití vegetačních prvků na stavbě
• jak kvantifikovat přínos zazeleněných částí, který by investora o investici přesvědčil
• jak rozšířit obecné povědomí u laické veřejnosti
• jak vylepšit komunikaci a spolupráci mezi jednotlivými výše zmíněnými obory, jež by vedla k návrhu mnohem sofistikovanějších děl
• jak vyčíslit hodnotu kvality života a životního prostředí

Na tyto otázky je velmi těžké najít správnou a jednoznačnou odpověď, protože každá země má svá specifika a požadavky, rozdílné klimatické prostředí a jiné. Na mezinárodní konferenci 1^st European Urban Green Infrastructure Conference, která se konala letos v listopadu ve Vídni, jsme po společné debatě mezi zúčastněnými došli k těmto obecně uplatnitelným závěrům:

• malým i velkým projektům by se měla věnovat stejná vážnost a neměly by se mezi nimi dělat rozdíly (zeleň jak na rodinných domech, tak i na velkých developerských projektech přispívá ke zkvalitňování životního prostředí)
• vegetační prvky na stavbách – zelené střechy, zelené fasády atd. nejsou automaticky ekologické (důraz je kladen na využívání místních materiálních i energetických zdrojů, snižování nákladů na údržbu na minimum)
• nedílnou součástí prosazení zelených střech a zelených fasád je politická podpora a lobby ze strany státotvorně činných orgánů (zákony, vyhlášky, nařízení vlády a jiné právní normy), které si na počátku celého procesu rozvoje vegetačních částí staveb vynutí ukázkovou aplikaci v širším měřítku
• sdílení povědomí o existujících zrealizovaných projektech (osvěta)
• propojení a zdokonalení komunikace mezi jednotlivými odvětvími zainteresovanými do projektu a neméně důležitá zpětná vazba (stavební architekt, zahradní architekt, projektant, investor, realizátor, biolog, botanik, uživatel stavby atd.)

REKLAMA
ISOVER vydal zcela novou publikaci Vegetační střechy, která pomůže s rozhodnutím při výběru vhodného řešení zelené střechy s minerální vlnou. Kromě tradičních skladeb plochých střech jsou zde řešeny i zelené střechy šikmé, střešní jezírka, nebo střechy s relaxační zónou. Publikace je určena nejenom projektantům, ale i široké veřejnosti.

3. Experimentální měření na objektu EnviHUT

V rámci doktorského výzkumu je v areálu Admas budován environmentální objekt EnviHUT (www.envihut.com), k jehož vybudování jsou používány zejména přírodní či recyklované materiály. Tyto materiály jsou z převážné většiny dodány z lokálních nebo blízkých zdrojů. Objekt má demonstrovat možná stavební řešení pro obalové konstrukce. Pro provozní chod stavby budou využívány pouze obnovitelné zdroje energie (solární energie, větrná energie atd.). EnviHUT je koncipována jako soběstačná mobilní jednotka, kterou lze například využít jako víkendový rekreační objekt (obrázek 3). Více informací o půdorysném a stavebním řešení, vnitřních instalací a zásobování energií je uvedeno na webových stránkách testovacího objektu – http://envihut.com/.

Obr. 2. Schéma zastřešení

Sedlová střešní konstrukce má sklon 30° a je rozdělena do tří sekcí – naznačeno na obrázku 2. První sekce má skladbu tvořenou z desek z recyklovaného PES o tloušťce 60 mm [3] [4], jenž tvoří vegetačně-retenční vrstvu, dále buňkovým záchytným systémem, který je vyplněn drceným substrátem s výškou 80 mm a nakonec vegetací tvořenou rostlinami rozchodníků. Tento systém reprezentuje střechu vegetačně chudou.

Prostřední segment je založen na švýcarském konceptu a zastupuje střechu biodiverzní neboli vegetačně bohatou. Tato skladba je podporována vegetačně-retenční vrstvou z desek z recyklovaného PES o tl. 40 nebo 60 mm, na které je umístěn záchytný systém z deskového materiálu a výztužné sítě. Na tuto vrstva je navršena přírodní zemina z výkopku o síle 180 mm. Pro urychlení růstu vegetace byly použity travní koberce doplněné o osivo z okolně rostoucích rostlin (vlčí mák, heřmánek atd.).

Poslední část reprezentuje islandský koncept provádění šikmých zelených střech. Na vegetačně-retenční vrstvu různých mocností jsou pokládány travní koberce, mezi které je doplněná výztužná síť a rostlá zemina, přičemž první dva koberce jsou kladeny kořeny nahoru a poslední koberec, který tvoří povrch konstrukce, je kladen kořeny dolů. Takto navržená a provedená vrstva tvoří velmi odolný a stálý systém, který je schopen odolávat extrémním klimatickým vlivům. Každý segment je doplněn o vlhkostní čidla do zeminy a dále čidla teplotní, které jsou umístěny nad povrchem. Orientace střešních roviny je sever (SSV) – jih (JJZ).

Obr. 3. Západní pohled na experimentální objekt EnviHUT – Brno Admas (Selník, Bečkovský, 2016)

Obr. 4. Testovací pole řízené retence s označením polí (Klára Nečadová, 26. 02. 2016)

Obr. 5. Intenzita odtoku simulovaného deště měřená na zkušebním elementu D tj. islandského konceptu při sklonu 15° a 30°

Takto provedené testované skladby (obrázek 4) [5] vykazují odlišné vlastnosti a proměnný charakter chování v závislosti na sledovaném sklonu, což potvrzuje provedený pokus měření retence jednotlivých střešních ploch ze dne 23.–26. 11. 2015 za podzimních teplot od 1,5 do 2,8 °C. Pro měření byly stanoveny dva základní měřené sklony – 15° a 30°. Vyšší 30° sklon je považován za rozumný kompromis pro následné umístění fotovoltaických panelů, které budou v budoucnu instalovány na hlavní měřenou plochu. Pokus byl proveden na třech druzích zelených střech popisovaných výše a jedné střeše tvořené starší pálenou střešní krytinou. Odtok je v případě pálené krytina (model A dle obr. 4) okamžitý při obou sklonech. V případě skladby, jejíž povrch tvoří rozchodníky (model B), došlo k maximálnímu odtoku v osmé minutě a celkové procento zadrženého objemu po hodině měření je 6,1% při 15° a 7,5% při 30°. V případě zelené střechy, která je tvořena vrstvou rostlé zeminy a travním kobercem (model C dle obr. 4) na sklonu 15°, došlo k maximálnímu odtoku v desáté minutě a celkový zadržený objem vody po hodině měření 10,3 %. U posledního vzorku, kde je skladba tvořena travními drny a zeminou (model D) došlo k maximálnímu odtoku v deváté minutě a celkové procento zadržené vody je 18,8% při 15°. Z tohoto měření vyplývá, že díky změně charakteru skladby zelené střechy dochází i k dílčí změně retenčních schopností. Významnější efekt demonstrovaný na obrázku 5 má sklon střechy do 20 minuty od počátku simulovaného deště. Díky tomu lze navrhnout optimální řešení pro různé druhy klimatických oblastí a konstrukčních možností, tak jak vyžadují specifické podmínky jednotlivých ekosystémů[6]. Při zmíněném polohování testovacích ploch nebyl měněn typ vegetačně-retenční vrstvy [7].

4. Závěr

Problematika zabudování vegetační prvků do objektu je v České republice zatím ve fázi rozvoje. Pro šikmé střechy je zelená střecha stále nepopulárním zavrhovaným řešením, přestože existuje řada přístupů jak takovéto zastřešení ve vhodné oblasti instalovat. Tým testovacího objektu EnviHUT je přesvědčen o nezbytnosti zavedení ať již ploché nebo případně šikmé varianty vegetačního zastřešení, a to minimálně do urbanistických plánů výstavby velkých aglomeračních celků, které se potýkají s nedostatkem veřejné zelené infrastruktury. Pozitivní přínos na lokální a blízké ekosystémy je jediným řešením šetrné ekologické trvale udržitelné výstavby ve zmíněných urbanistických celcích. Benefit zelených střech a vegetačních fasád přispívá nejen ke zlepšení životního prostředí, ale též při správném návrhu může snížit spotřebu energií celých uličních bloků. Tento pozitivní efekt by však vyžadoval plošné rozšíření vegetačních střech v dané lokalitě. V případě lokální osamocené instalace chudé extenzivní střešní varianty bude mít vegetační vrstva přínos pouze pro stavebníka, ale současně bude tento přínos těžko ekonomicky vyčíslitelný.

Poděkování

This paper has been worked out under the project No. LO1408 “AdMaS UP – Advanced Materials, Structures and Technologies”, supported by Ministry of Education, Youth and Sports under the “National Sustainability Programme I”.

Literatura

1. Minke, G. Zelené střechy. 1. vyd. Ostrava: HEL, 2001. 92 s., ISBN 80-86167-17-8
2. Zákon č. 730.100 Bau und Planungsgesetz (PBG), § 72. 17.11.1999, Wirksam seit 1. 1. 2001
3. Selník, P.; Nečadová, K.; Mohapl, M.; Bedlivá, H., Designing and Testing of the Recycled Vegetative-Retention Layer of the Vegetative Upper Skin of the Pitched Roof. Building Concepts – Energy Savings & Environment Friendly Technologies, Switzerland, 2015
4. testing material is produced by recycling company Retex a.s. by AirLaid technology from PES – development of material in progress – http://www.retex.cz/stavebnictvi/ z 15. 9. 2015
5. Selník, P.; Nečadová, K. Analysis of the Icelandic Modified Pitched Green Roof. AMR – Advanced Materials Research, 2014, vol. 2014(1041), no. 253–256, p. 253–256. ISSN: 1662-8985.
6. Pokorný J. Hospodaření s vodou v krajině – funkce ekosystémů, Univerzita J. E. Purkyně v Ústí nad Labem, Fakulta životního prostředí, Ústí nad Labem, 2014, pp. 19–31. Electronical ISBN 978-80-7414-886-6
7. Selník, P.; Nečadová, K.; Mohapl, M.; Bedlivá, H. Designing and Testing of the Recycled Vegetative-Retention Layer of the Vegetative Upper Skin of the Pitched Roof. Applied Mechanics and Materials, 2016, vol. 824, no. 824. 67, p. 67–76. ISSN: 1662-7482.