Retence zelené střechy: Inovace a udržitelnost v městském prostředí

Zelená či vegetační střecha je v současné době velmi diskutovaným tématem s ohledem na řešení retenčních vlastností městských celků. Tento typ zastřešení se začíná dostávat do povědomí nejen odborné, ale rovněž také laické veřejnosti, i když si na českém trhu zatím nevybudovalo silnou pozici. 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. 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. V posledních letech se v oblasti architektury a stavebnictví stále více uplatňují udržitelné a ekologicky šetrné materiály.

Retenční zelené střechy jsou určené převážně k zadržování maximálního množství srážkové vody a zpomalení odtoku do kanalizace. Mají schopnost zadržovat vodu, což nám slouží jako nástroj pro hospodaření s dešťovou vodou. Speciálně ve městech, kde je většina ploch zpevněných výstavbou a zůstalo jen málo ploch pro infiltraci srážkové vody. Dále dovedou ochlazovat své prostředí. Tím, že se z nich vypařuje voda, dochází k přeměně vody na páru za spotřeby tepla, takže jde o skvělý nástroj do měst, kde moc zeleně není. Zelené střechy představují moderní přístup k využití střešních ploch, který spojuje estetiku, ekologii a funkčnost. Nabízejí nejen efektivní zadržování dešťové vody, ale také podporují biodiverzitu, snižují energetickou náročnost budov a umožňují i pěstování rostlin. Zelené střechy byly v České republice dlouho vnímány spíše jako estetická než funkční záležitost.

Klimatické změny a jejich působení na husté zástavby měst a jejich obyvatele však dávají zeleni na budovách nový rozměr. Nedostatečná kapacita kanalizace v době přívalových dešťů, znečištění ovzduší v důsledku zahušťování dopravy, hlučnost, ztráta biodiverzity nebo problém městských tepelných ostrovů jsou některé z výzev, pro které zelené střechy nabízejí řešení. Rozšiřování zeleně na budovách je celosvětovým trendem. Zelené střechy jsou již dlouho součástí udržitelného městského plánování. Jenže, dle dat ČHMÚ, se lze na dešťové úhrny dívat i z pozice periodicity, tedy jak často se daná srážka objevuje. V budoucnu to bude u průmyslových staveb určitě ošetřené i legislativně. Když už jsme v přírodě zabrali prostor, kde by se voda přirozeně vsakovala, je dobrý kompromis to přírodě vrátit skrz střechy, fasády a další prvky zelené infrastruktury.

Typy zelených střech a jejich specifika

S ohledem na parametry je nezbytné navrhnout takový typ zelené střechy, který by chováním a dlouhodobou stabilitou odpovídal lokálním parametrům. 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.

Čtěte také: Praktické rady pro renovaci

Extenzivní zelené střechy

Vezměme nejrozšířenější typ vegetační střechy, extenzivní. Vegetační pokryv tvoří hlavně xerofilní rostliny (suchomilné) rodu Sedum (rozchodník) a Sempervivum (netřesk). V letních měsících tyto rostliny spotřebují na výpar okolo 30 l vody na metr čtvereční. Suchomilná vegetace složená převážně ze sukulentů se výborně vyrovnává s nedostatkem a nepravidelným přísunem vláhy, skvěle snáší sucho, ale nesnáší nadměrné vlhko, a to především během zimy, tedy v období vegetačního klidu, když rostliny nerostou, a přebytečnou vodu nedokážou zpracovat. Správně provedené extenzivní vegetační souvrství zůstává během zimy sice stále vlhké, ale zároveň je dostatečně porézní. Ponechává si pouze tolik vláhy, aby kořeny rostlin neuhnívaly.

U extenzivní zelené střechy není rozdíl větší než použití klasické konvenční střechy. Střechy s tenčí vrstvou substrátu se nazývají extenzivní. Pro ně je vhodná mocnost 8 až 15 centimetrů substrátu. Projektanti naráží na únosnost budovy, proto se často na budovy snaží dát tenčí vrstvu substrátu - a v takové rostou právě skalničky, rozchodníky a netřesky, protože to jsou houževnaté rostliny, které vydrží dlouhá období sucha, ale zvládnou i dlouhodobé zamokření. Vyšší retence vody u extenzivní zelené střechy je tedy spojená s rizikem zaplevelení a zvýšenými nároky na údržbu při častějším odstraňování plevele.

Intenzivní a polointenzivní zelené střechy

Opakem extenzivních střech jsou střechy intenzivní, kde mocnost substrátu závisí na únosnosti budovy a na tom, jaké rostliny chce majitel objektu vysazovat. Často mezi nimi bývají i mělce kořenící stromy, například platan javorolistý nebo borovice kleč. Výška substrátu tam může být od 60 centimetrů po 1 metr. Tráva je pak typickým příkladem rostliny pro polointenzivní střechy, protože je náročná na mocnost substrátu, ale také na údržbu. V řadě publikací i ve standardech pro navrhování zelených střech najdete seznam rostlin vhodných na exponovaná stanoviště. Musejí snést celodenní osvětlené stanoviště a částečně malý úhrn srážek. Pro střechy polointenzivní a intenzivní se jedná prakticky o nutnost navrhovat dostatečnou hydroakumulaci.

Biodiverzní zelené střechy

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. Zelené střechy podporující biodiverzitu jsou navrhované s důrazem na velkou rozmanitost rostlinných a živočišných druhů. Na střechách je možné vytvořit náhradní plochy zeleně s proměnlivou vrstvou substrátu a různorodou vegetací, což vytváří příznivé prostředí pro životní cyklus mnoha druhů rostlin, živočichů a často i vzácných bezobratlých.

Biodiverzní zelené střechy představují repliku určitého stanoviště nebo několika stanovišť. Dochází na nich k tzv. přirozené kolonizaci a sukcesi. Rostlinné společenstvo na střeše se neustále mění (např. vyklíčením semen přivátých větrem, případně přinesených ptactvem). Při využití dalších přírodních prvků, například kamenitých polí nebo navršených hromádek kamení, tlejícího dřeva, slámy nebo ponecháním neposečené vegetace s odkvetlými stonky a semeny, lze vytvořit dobré podmínky pro život, přezimování i rozmnožování hmyzu a ptáků, podobné jako na jejich přirozených stanovištích. Dočasná dešťová jezírka pro ně mohou sloužit jako napajedla a plochu střechy přitom příjemně oživí a zpestří. Zelené střechy tak mohou významně přispět ke zvýšení biodiverzity a na rozdíl od mnoha ohrožených stanovišť na rostlém terénu poskytují živočichům často skutečně nerušené a bezpečné útočiště.

Čtěte také: Funkční střechy: BIVAK TOP

Experimentální ověřování retenčních schopností zelených střech

V článku jsou popsány experimentální varianty testovacích ploch zelených střech, které jsou aplikovány na testovacím objektu EnviHUT v brněnském výzkumném areálu AdMaS. 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. Sedlová střešní konstrukce má sklon 30° a je rozdělena do tří sekcí.

Každá skladba vegetačního souvrství reprezentuje nejen rozdílné stavebně-fyzikální charakteristiky, ale i rozdílné vlastnosti z pohledu biologického a botanického. První sekce má skladbu tvořenou z desek z recyklovaného PES o tloušťce 60 mm, jenž tvoří vegetačně-retenční vrstvu, dále buňkovým záchytným systémem, který je vyplněn drceným substrátem s výškou 80 mm a nakonec vegetací tvořenou rostlinami rozchodníků. 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. 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.

Takto provedené testované skladby 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 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 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.

Materiály a vrstvy zelených střech

Při zakládání střechy je nesmírně důležité, jaký substrát se použije. Nejvhodnější je substrát přímo určený na zelené střechy. Pokud o tom realizátoři zelené střechy nevědí a použijí běžnou zeminu, může to způsobovat velké problémy. Například v ní může být velký podíl jílových částic, které by tam rozhodně být neměly, protože ucpávají filtrační vrstvu. Při použití vhodného substrátu by se mělo rostlinám dařit dobře. Důležitá je i hydroakumulační vrstva pod substrátem a filtrační vrstvou. Určitě by v substrátu mělo být nízké procento jílových částic, které se za deštivého počasí vyplavují do filtrační vrstvy, což většinou bývá geotextilie o gramáži 100 g/m2.

Čtěte také: Prodej substrátů GREENDEK Frýdek-Místek

Drenážní fólie jsou klíčovou součástí skladby zelené střechy - zajišťují odvod přebytečné vody, zadržují vláhu pro vegetaci a chrání spodní vrstvy před zatížením. Liší se konstrukcí, materiálem, výškou nopů, pevností a schopností retence vody. Vyšší nopy (např. 20 mm a více) zajišťují větší drenážní kapacitu i akumulaci vody - vhodné pro intenzivní zelené střechy s vyšší vrstvou substrátu. Nejčastěji se používá polyetylen s vysokou hustotou (HDPE) - je pevný, odolný vůči tlaku i chemikáliím. Drenážní fólie s integrovanou filtrační vrstvou (geotextilie) šetří čas při instalaci a zabraňují ucpání nopového systému jemnými částicemi ze substrátu. Některé drenážní fólie mají speciální komory pro zadržování vody, která se postupně odpařuje nebo slouží rostlinám. Důležité je, aby byla do filtrační vrstvy použita geotextilie o gramáži max. 100 g/m2. Setkala jsem se i s použitím geotextilie o gramáži 300 g/m2, kde celý systém přestal fungovat a začal se ucpávat.

Biochar jako inovativní prvek

Jednou z inovativních technologií, která nachází uplatnění při návrhu a budování zelených střech, je použití biocharu. Biochar je uhlíkový materiál vyráběný z biomasy, jako jsou dřevěné zbytky, rostlinný materiál apod. Proces výroby biocharu zahrnuje termickou degradaci biomasy v bezkyslíkovém prostředí, což se nazývá pyrolýza. Během pyrolýzy se organický materiál rozkládá za vzniku uhlíkových zbytků, které tvoří biochar.

Použití biocharu v architektuře při návrhu a budování zelených střech přináší i širší ekologické výhody. Výroba biocharu může přispět k snížení emisí skleníkových plynů, protože při pyrolýze biomasy dochází k zachycování uhlíku a jeho dlouhodobému uchování v biocharu. Použití biocharu při návrhu a budování zelených střech představuje inovativní přístup ke zlepšování výkonu a udržitelnosti těchto stavebních prvků. Lehčí půda s větší retencí vody díky biocharu přináší výhody pro rostliny, životní prostředí a udržitelnost.

Výhody biocharu:

• Lehčí půda: Biochar má nízkou hustotu a lze ho přidávat do substrátu pro zelené střechy, čímž snižuje jejich celkovou hmotnost. To je zejména výhodné u střech, kde je omezená nosnost konstrukce.
• Zvýšená retence vody: Biochar má schopnost absorbovat a udržovat vodu. Přidáním biocharu do substrátu pro zelené střechy se zlepšuje schopnost půdy udržovat vlhkost. To je zásadní pro zelené střechy, které mají často omezený přístup k vodě.
• Zlepšená půdní struktura: Biochar má pozitivní vliv na fyzikální vlastnosti půdy. Přidáním biocharu se zlepšuje propustnost půdy pro vodu a vzduch, což podporuje růst kořenů rostlin. Biochar také zvyšuje schopnost půdy udržovat živiny a zlepšuje jejich dostupnost pro rostliny.

Funkce a přínosy zelených střech

Vegetační střechu můžeme vnímat mnoha způsoby. Jedná se o uzavřený cyklus, při kterém se vypařená voda vrací zpět do své zdrojové krajiny srážkami nebo svými jinými podobami. Přes svůj název má malý koloběh vody na svědomí většinu srážek dopadajících do krajiny. Následně ubývají srážky a narušuje se tepelný i vodní režim krajiny. Ostatně je to situace, kterou vnímáme poslední roky nejen ve městech, ale i v krajině mimo města. Problematika by se zdála být vyřešena - vegetační střechy snižují odtok vody do kanalizace, vodu zadržují a následně ji odparem vrací do malého koloběhu vody. Návrat vody do malého koloběhu vody je možný, pokud souvrství vegetační střechy vodu obsahuje. S tím se pojí dva protichůdné parametry vegetační střechy - hydroakumulace a drenážní schopnost.

Často do vyvažování těchto parametrů vstupuje zatížení od souvrství. Dalo by se říci, že nejlepší řešení je takové, které zadrží nejvíce vody, dostatečně ji odvádí a přitom váží málo. Přírodní zákony nám ovšem neumožňují si vybírat jen ty lepší parametry, ale pouze celý jejich soubor, který je málokdy optimální. Dostatek vody ve vegetačních střechách ovšem neovlivňuje jen malý koloběh vody - voda přímo ovlivňuje kondici rostlin a ochlazovací efekt. Pokud budeme uvažovat menší strom, který za hodinu vypaří okolo 10 litrů vody, získáme od něj chladicí výkon přibližně 7 kW, odpovídající dvěma běžným klimatizačním jednotkám používaným v pokojích hotelů apod. Klimatizační jednotky v honbě za zpříjemňováním vnitřního prostředí budovy přesouvají tepelný diskomfort mimo budovu, kde jej vnímáme při návratu domů. Menší strom může spotřebovat ke chlazení okolo 200 litrů vody (dále je pak nutné počítat i vodu pro biologické pochody). V případě běžného umístění stromů, na terénu, si poradí sami. Kdežto na střeše je nezbytné, aby souvrství dokázalo takovéto množství vody akumulovat, případně jej musíme uměle doplňovat.

Kombinace s fotovoltaikou

Pokud se investor chce chovat ekologicky i ekonomicky, nemusí si nutně vybrat buď zelenou střechu, nebo fotovoltaické panely. Oba přístupy k využití střechy lze výhodně kombinovat, čímž je možné docílit ještě větších přínosů, než kdyby byly technologie použity zvlášť. Účinnost fotovoltaiky v letním období při teplotách nad 25°C obvykle klesá, chladivý efekt vegetace působí proto pozitivně. Pro biosolární zelené střechy přichází v úvahu pouze nízká vegetace extenzivního typu. Malá výška vegetace je důležitá proto, aby rostliny nezastiňovaly spodní část panelů. Ve stínu pod panely není ideální prostředí pro sukulenty, které vyžadují slunnou polohu. Uplatní se zde jiná vegetace, především některé suchomilné trávy a byliny. Na jedné střeše tak při kombinaci s fotovoltaikou mohou vzniknout odlišná stanoviště nejen pro rostliny, ale i pro hmyz a živočichy. Technika tedy může v tomto případě prospět i biodiverzitě.

Pěstební zelené střechy

Zelené střechy je možné využít k rostlinné, zahradnické nebo zemědělské výrobě, soukromé nebo komerční. Představují možnost pěstování plodin v hustě zastavěném městském prostředí. V tomto případě není nejdůležitější ekonomický přínos, ale přínos spíše ekologický a sociální. Pěstební zelené střechy představují velký potenciál zejména pro školy či sousedské komunity a sociální zařízení. Střešní farmy se hodí i pro střechy supermarketů či restaurací a hotelů, které tak mohou využít čerstvých plodin z vlastní produkce. Na pěstební zelené střeše, stejně tak jako na intenzivní střešní zahradě, je vždy také nutné pamatovat na dostatečné množství vody pro zavlažování a mít k dispozici vhodný zdroj. Počítat s vodou z vodovodního řádu není vzhledem k její ceně a možnému nedostatku příliš prozíravé.

Kořenové čistírny šedé vody

Vhodným řešením retenční zelené střechy může být její kombinace, respektive rozšíření na střešní kořenovou čistírnu šedé vody. V takovém případě se zde uplatní mokřadní rostliny, které dostatek nebo i nadbytek vláhy a živin uvítají. Přečištěnou šedou vodu je pak možné jímat a dále využít, např. pro závlahu jiných ploch, ať už na střechách nebo v okolí budovy.

Inteligentní retenční střechy

Teprve s využitím chytrých technologií, jako jsou senzory a propojené řídicí systémy, se však ze zelené střechy stává skutečný nástroj klimatické adaptace. Inteligentní retenční střecha propojuje ekologii s digitalizací - a otevírá nové možnosti pro architekty i urbanisty. Zelené střechy se osvědčily jako prostředek ke zlepšení městského mikroklimatu - izolují budovy, ochlazují své okolí a podporují biodiverzitu. S narůstajícími extrémními výkyvy počasí způsobenými klimatickými změnami však roste poptávka po řešeních, která nabízejí víc než jen pasivní zazelenění. Řešením je inteligentní retenční střecha. Princip je jednoduchý, ale účinný: dešťová voda není odváděna, ale zůstává uložena na střeše - v zásobníku pod vegetační vrstvou, odkud je využívána k zavlažování rostlin během suchých období. Díky senzorům a cloudovému řídicímu systému je možné řídit její využití podle aktuálních potřeb: například pro zavlažování v horkých dnech nebo pro preventivní odlehčení systému před očekávanými přívalovými dešti.

Systémy jako Wavin PolderRoof ukazují, jak může digitální řízení revolučně změnit hospodaření s dešťovou vodou. Senzory měří výšku hladiny a teplotu vody, chytré odtokové ventily reagují na základě předpovědí počasí. Střecha se tak stává aktivní součástí městského vodního cyklu - a zároveň funguje jako vyrovnávací nádrž pro přetížené kanalizační sítě. Průběžná zálivka navíc zvyšuje odpařovací kapacitu rostlin, čímž zvyšuje chladicí účinek střechy. Pro architekty a designéry nabízejí chytré retenční střechy nové možnosti pro tvorbu prostoru. Zelené dvory, střešní zahrady nebo kombinace se solárními panely už nemusí být jen estetickým prvkem - stávají se funkční součástí městského klimatu. Projekty jako obytný dům 450 Warren v Brooklynu ukazují, že inteligentní hospodaření s vodou může zároveň vytvářet kvalitní společenské prostory - spojující pohodlí, energetickou účinnost a zelenou infrastrukturu.

tags: #retence #zelene #strechy

Oblíbené příspěvky:

• Jak lepit dlažbu na dřevo
• Termostatická baterie Hansgrohe Ecostat S
• Jak bílé cihlové obklady promění váš interiér
• Přečtěte si o složení dřevovláknitých desek
• Jak zateplit strop koupelny zevnitř