Zelené střechy a statika z pohledu realizátora zelených střech
Tento odborný článek se zaměřuje na problematiku zelených střech a jejich vztah ke statice staveb. Analyzuje různé typy zelených střech a jejich vliv na výšku vegetačního souvrství a celkové zatížení. Dále zmiňuje vliv zatížení větrem na zelené střechy zahrnující jak lehké skladby souvrství, tak i problematiku biosolárních střech – systémových řešení zelených střech s fotovoltaikou, kdy jsou nosiče FV přitíženy skladbou zelené střechy. Článek diskutuje o výzvách spojených s navrhováním a inženýrským řešením zelených střech s ohledem na jejich stabilitu a bezpečnost a dává doporučení pro spolupráci střešního zahradníka a statika z pohledu dlouholetého realizátora zelených střech.
Úvod
Statika je jedním ze základních předpokladů pro úspěšnou realizaci zelené střechy i zelené fasády. Propojení světů statiky a zeleně na budovách má mnoho souvislostí a tento článek, vycházející z příspěvku autora na konferenci Statika Staveb 2023, popisuje některé z nich. Zeleň na budovách je jedním z trendů současné výstavby a cílem článku je přispět k většímu porozumění stavařského a zahradnického oboru.
Nové regulativy EU a jejich vliv na zelené střechy
Jedním z faktorů rozvoje zelené infrastruktury, a tedy i zeleně na budovách, jsou evropské i české strategie a regulativy. Zelené střechy zmiňuje Strategie přizpůsobení se změně klimatu v podmínkách ČR (MŽP, 2021), Strategie biodiverzity 2030 (Evropská komise, 2020) nebo návrh Nařízení Evropského parlamentu a Rady o obnově přírody (Evropská komise, 2022). V kontextu snížení poplatku za srážkovou vodu zmiňuje zelené střechy aktualizace vyhlášky č. 244/2021 Sb. (MZe, 2021).
Zelené střechy jsou vzhledem k svým mnohačetným přínosům čím dál vyhledávanějším prvkem architektury, což se projevuje i na růstu tohoto odvětví v České republice (Obrázek 1).
Obrázek 1: Každoroční přírůstky nově založených zelených střech mají rostoucí tendenci (Zelené střechy ZeS, 2023)
Přínosy zelených střech
Zelené střechy přinášejí mnoho výhod pro budovu, její obyvatele i pro okolí. Prodlužují životnost hydroizolace střech, což snižuje náklady na její opravu v budoucnu. Zároveň efektivněji hospodaří se srážkovou vodou, což redukuje tlak na městskou kanalizační síť a minimalizuje riziko lokálních povodní. Nabízí mikroklimatické přínosy skrze zvýšení vlhkosti ovzduší a snížení prašnosti. Izolují budovy proti horku a spolu s dalšími prvky zelené infrastruktury jsou klíčové pro regulaci teploty v okolí budov ve městech. Kromě toho zelené střechy snižují hlučnost, rozšiřují užitnou plochu budovy a zvyšují tak tržní hodnotu nemovitosti. Zvyšují biodiverzitu a propojují prvky zelené infrastruktury.
Korelace mocnosti vegetačního souvrství, výšky rostlin a hmotnosti skladby
V závislosti na vzrůstu vegetace a jejích nárocích na údržbu se zpravidla zelené střechy dělí na extenzivní, polointenzivní (jednoduché intenzivní) a intenzivní. Ačkoli jsou výjimky, pro které to neplatí, zjednodušeně je možné říct, že výška rostlin na zelené střeše koresponduje s potřebnou výškou vegetačního souvrství, kterou rostliny pro svůj růst vyžadují. Rozchodníky jsou poměrně nenáročné a nízké rostliny a vyžadují malou vrstvu substrátu. Stromy jsou naopak vysokého vzrůstu a vyžadují velkou hloubku pro kořenění. Logicky potom vyplývá, že čím vyšší souvrství, tím vyšší bude i jeho hmotnost. Obrázek 2 ukazuje potřebnou mocnost vegetačního souvrství pro různé druhy rostlin.
Obrázek 2: Závislost typu vegetace na mocnosti vegetačního souvrství (Zelené střechy ZeS, 2019)
Vliv střešního substrátu na hmotnost souvrství
Střešní substrát představuje nejdůležitější vrstvu pro růst rostlin a zároveň je z celé skladby vegetačního souvrství nejtěžší. Z hlediska nosnosti střešní konstrukce se vždy uvažuje hmotnost celého souvrství (vč. substrátu) ve vodou nasyceném stavu. Střešní substráty existují mnoha druhů od lokálních i zahraničních výrobců a jejich parametry jsou dány Standardy pro zelené střechy (Zelené střechy ZeS, 2019). Parametry jako objemová hmotnost se však od sebe mohou velmi lišit. U střešních substrátů je také třeba uvažovat se slehnutím, které se opět může v závislosti na zvoleném materiálu lišit a pohybuje se obvykle v rozpětí 10–25 %. Uvažuje-li se tedy, že výsledná mocnost vrstvy substrátu má být 8 cm, je třeba kalkulovat výšku 8 cm + 10–25 % slehnutí, tedy 8,8–10 cm substrátu v kyprém stavu. Tabulka 1 ukazuje, jak se může lišit hmotnost vegetačního souvrství v nasyceném stavu v závislosti na použitém střešním substrátu.
Do hmotnosti zelené střechy pak vstupuje i hmotnost kačírkových obsypů, která je zpravidla vyšší než hmotnost střešních substrátů. To nemusí představovat problém u atik, pod kterými jsou obvodové stěny, ale může to hrát roli v místech větších rozponů nebo v místech umístění technologií, kde jsou větší kačírkové plochy.
| Vrstva | Výška vrstvy [mm] | Substrát [kg] | ||
|---|---|---|---|---|
| AgroCS | BBCom | Optigrün | ||
| Vegetace – řízky rozchodníků | (100) | 10 | 10 | 10 |
| Extenzivní střešní substrát (+ 10% slehnutí) | 80 (+10 %) | 101,2 (92+9,2) | 112,2 (102+10,2) | 127,6 (116+11,6) |
| Filtrační textilie 100 g/m² | 1 | 1 | 1 | 1 |
| Drenážní a hydroakumulační nopová fólie | 20 | 6 (5+1) | 6 (5+1) | 6 (5+1) |
| Ochranná textilie 300 g/m² | 3 | 3 | 3 | 3 |
| CELKEM | 104 (204) | 121,2 | 132,2 | 147,6 |
Tíha vegetace v maximálním vzrůstu
Do hmotnosti souvrství je třeba zahrnovat i hmotnost samotných rostlin, a to v maximálním vzrůstu. Nízká nebo řídká vegetace s malou listovou plochou má malou hmotnost, dřeviny naproti tomu mohou dorůst velkých rozměrů a také hmoty. Pro výpočet tíhy vegetace je možné použít hodnoty z německé směrnice pro zelené střechy FLL, viz Tabulka 2.
| Tíha vegetace ve vzrostlém stavu dle FLL (2018) | kN/m² |
|---|---|
| Extenzivní vegetace | |
| Mechy – Rozchodníky | 0,10 |
| Mechy – Rozchodníky – Byliny | 0,10 |
| Rozchodníky – Byliny – Trávy | 0,10 |
| Trávy – Byliny | 0,10 |
| Jednoduchá intenzivní vegetace | |
| Trávy – Byliny (Luční vegetace) | 0,15 |
| Divoké trvalky – Dřeviny | 0,10 |
| Dřeviny – Trvalky | 0,15 |
| Dřeviny do výšky 150 cm | 0,20 |
| Intenzivní vegetace | |
| Trávník | 0,05 |
| Nízké trvalky a dřeviny | 0,10 |
| Trvalky a keře do výšky 150 cm | 0,20 |
| Keře do výšky 3 m | 0,30 |
| Velké keře do výšky 6 m * | 0,40 |
| Malé stromy do výšky 10 m * | 0,60 |
| Stromy do výšky 15 m * | 1,50 |
| Hodnoty označené * je třeba uvažovat v ploše půdorysného průmětu koruny dřeviny ve vzrostlém stavu. | |
Vzrůst vegetace je do určité míry možné ovlivnit i péčí a údržbou spočívající v řezu nebo tvarování vegetace.
Tepelná izolace a trvalá zatížitelnost
Zvláště u těžších skladeb vegetačního souvrství je nutné vzít v potaz tvarovou stálost a trvalou zatížitelnost tepelné izolace. Vlivem tlaku zelené střechy nesmí docházet k deformaci tepelné izolace. Rovněž nesmí docházet k nadměrnému zatlačování nopů drenážní a hydroakumulační nopové fólie do hydroizolace, resp. tepelné izolace. U těžších skladeb je možné tomu ve vegetačním souvrství předcházet použitím speciálně tvarovaných nopových fólií s větší dosedací plochou a zesílením ochranné textilie. Ve střešním plášti pak je vhodné použít materiály s větší pevností a trvalou zatížitelností.
Zatížení větrem a jeho vliv
Důležitou kategorií zatížení je zatížení zelené střechy větrem. Povrch zelené střechy musí odolat větrné erozi a nemusí zde tak platit, že čím je souvrství lehčí, tím lépe. Lehké souvrství nemusí ani stačit k dostatečnému přitížení nekotvené hydroizolace. Těžší materiály ve větrných podmínkách vykazují lepší vlastnosti a takové střechy budou i méně náročné na údržbu.
Biosolární zelené střechy a odolnost vůči větru
Zatížení větrem je pak dále velmi důležité u tzv. biosolárních střech, kde je fotovoltaika uložena na vyvýšených nosičích, které jsou přitíženy vegetačním souvrstvím. Nosiče se tak nemusejí kotvit do střechy, čímž nevznikají rizikové detaily z hlediska zatékání, a střecha je zatížena rovnoměrně. Jako obvykle je třeba z hlediska statiky kalkulovat s nejméně výhodným stavem, což u těchto instalací znamená vzít v potaz dvě hodnoty: nejlehčí stav kvůli stabilizaci proti účinkům větru a nejtěžší stav kvůli maximálnímu dovolenému zatížení střechy.
Obrázek 3: Biosolární zelená střecha na RD Zdiby, kdy jsou nosiče fotovoltaiky přitíženy plošně vegetačním souvrstvím (GreenVille service s.r.o., 2023)
Statické souvislosti šikmých zelených střech
Šikmé zelené střechy mohou být dobrou volbou do tradiční zástavby s požadavkem na tvar střechy (Obrázek 4), a stejně tak mohou sloužit jako pohledové plochy střešní zeleně z úrovně parteru. Od 15° sklonu je třeba ve vegetačním souvrství používat zádržný systém proti sesuvu, který se volí podle tvaru střechy. Volba zádržného systému má vliv na to, jak se v šikmé střeše roznáší zatížení, a je zcela zásadní už v rané fázi projektu vybrat odpovídající způsob zajištění zelené střechy. Obrázek 5, Obrázek 6 a Obrázek 7 ukazují způsoby zajištění vegetačního souvrství na šikmé zelené střeše, kterým je třeba uzpůsobit konstrukci.
Obrázek 4: Šikmá zelená střecha na RD v historické obci Střílky (GreenVille service s.r.o., 2019)
Obrázek 5a: Opřený zádržný systém – sedlová střecha (Zelené střechy ZeS, 2019)
Obrázek 5b: Opřený zádržný systém – pultová střecha (Zelené střechy ZeS, 2019)
Obrázek 6a: Zavěšený zádržný systém – sedlová střecha (Zelené střechy ZeS, 2019)
Obrázek 6b: Zavěšený zádržný systém – pultová střecha (Zelené střechy ZeS, 2019)
Obrázek 7a: Plošný zádržný systém – sedlová střecha (Zelené střechy ZeS, 2019)
Obrázek 7b: Plošný zádržný systém – pultová střecha (Zelené střechy ZeS, 2019)
Vhodné je do šikmých střech zvážit hydroizolaci, která neklouže, např. asfaltové pásy nebo některé EPDM fólie. Taková hydroizolace zajistí nejen snadnější montáž, ale i větší tření a menší klouzání vrstev vegetačního souvrství po hydroizolaci.
Shrnutí a závěr
Zeleň na budovách a statika jsou spojité nádoby a čím více budou tyto profese spolupracovat, tím lepší budou výsledky při ozeleňování budov. Statický posudek by měl být vždy jedním z podkladů pro zahradního architekta nebo střešního zahradníka. Měl by být snadno čitelný co do uvažovaných hodnot zatížení pro jednotlivé skladby tak, aby i když v průběhu projektu dojde ke změně záměru investora, změně parametrů materiálů výrobce nebo k jiným změnám, tvořil posudek pevnou hranici pro tíhu navrhované skladby. Orientační hodnoty pro doporučené minimální uvažované zatížení vegetačním souvrstvím nabízí Tabulka 3. Jedná se o hodnoty minimální. Vzhledem k postupující klimatické krizi je třeba počítat s tím, že aby byla vegetační souvrství udržitelná do budoucna a rostliny v nich stále prosperovaly, budou muset být pravděpodobně mocnosti substrátů vyšší, než jaké fungovaly historicky. Rovněž vzhledem k neustálému tlaku na využití střech je třeba uvažovat rezervy na umístění prvků jako fotovoltaika, tepelná čerpadla, vířivky a jiné.
| Charakter vegetace | Doporučené uvažované minimální stálé zatížení vegetačním souvrstvím v nasyceném stavu [kN/m²] |
|---|---|
| Extenzivní | 1,5–2 |
| Polointenzivní | 2–2,5 |
| Intenzivní | 3,5–4 |
Prostor pro další spolupráci statiků a zahradníků se nabízí v oblasti působení větru na vzrostlou vegetaci na střeše, kotvení systémů pro zelené fasády a působení větru na zelené fasády anebo přístupy jako modrozelené střechy zadržující na střeše větší množství vody.
Reference
- Evropská komise. (2020). EU Biodiversity Strategy for 2030. Brusel: Evropská komise.
- Evropská komise. (2022). REGULATION OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL on nature restoration. Brusel: Evropská komise.
- FLL. (2018). Green Roof Guidelines - Guidelines for the Planning, Construction and Maintenance of Green Roofs. Bonn: FLL - Landscape Development and Landscaping Research Society e.V.
- GreenVille service s.r.o. (2019). Šikmá zelená střecha RD Střílky. Brno: www.greenville.cz.
- GreenVille service s.r.o. (2023). Biosolární zelená střecha RD Zdiby. Praha: www.greenville.cz.
- MZe. (2021). Vyhláška č. 244/2021 Sb., Vyhláška, kterou se mění vyhláška č. 428/2001 Sb., kterou se provádí zákon č. 274/2001 Sb., o vodovodech a kanalizacích pro veřejnou potřebu a o změně některých zákonů (zákon o vodovodech a kanalizacích), ve znění pozdějších před. Praha: Ministerstvo zemědělství.
- MŽP. (2021). Strategie přizpůsobení se změně klimatu v podmínkách ČR. Praha: Ministerstvo životního prostředí ČR.
- Zelené střechy ZeS. (2019). Standardy pro navrhování, provádění a údržbu zelených střech. Brno: Odborná sekce Zelené střechy při SZÚZ.
- Zelené střechy ZeS. (27. duben 2023). Odborná sekce Zelené střechy při SZÚZ. Načteno z Zelených střech přibývá stále rychleji. Trendem je kombinace s fotovoltaikou.:
https://www.zelenestrechy.info/zprava-o-trhu-zelenych-strech-za-rok-2022
This expert article focuses on the issue of green roofs and their relationship to the statics of buildings. It analyses the different types of green roofs and their effect on the height of the vegetation layer and the overall load. It also mentions the effect of wind loading on green roofs, including both lightweight compositions of layers, as well as the issue of biosolar roofs - system solutions of green roofs with photovoltaics, where the PV carriers are loaded by the green roof composition. The paper discusses the challenges associated with the design and engineering of green roofs with respect to their stability and safety, and makes recommendations for the collaboration of the roof gardener and structural engineer from the perspective of a long-time green roof implementer.
