V posledních letech jsme čím dál častěji svědky postupných klimatických změn, které se v našich zeměpisných šířkách projevují hlavně střídáním velkých veder a následného sucha s přívalovými dešti. Zelené střechy, kromě mnoha jiných benefitů, dokážou totiž zadržovat a pozvolna odpařovat vodní srážky, čímž úspěšně pomáhají předcházet náhlým povodním. Aby však zelená střecha takto fungovala desítky let, musí mít správnou skladbu. Vegetační střechy jsou obecně uznávány jako opatření pro snižování rizika lokálních povodní nebo zabraňující přehřívání okolí budov, představují kompenzaci proti vlivům lidské výstavby na životní prostředí a jsou jedním z trendů v současné udržitelné architektuře.
Pro optimalizaci návrhu vhodné vegetační střechy je nezbytné rozumět jejich chování v reálných klimatických a konstrukčních podmínkách. Klíčovou roli v tomto ohledu hraje koeficient odtoku.
Co je koeficient odtoku a proč je důležitý?
Součinitel odtoku charakterizuje u vegetačního souvrství zelených střech schopnost odvádět srážkovou vodu. Je závislý na mocnosti, složení (skladbě) a sklonu vegetačního souvrství. Tabulkové součinitele odtoku se používají k dimenzování drenážní vrstvy a odvodnění zelené střechy. Součinitele odtoku se používají pro navržení drenážní vrstvy, odvodnění střechy (vpustí) a dimenze svodů a kanalizačního potrubí.
Koeficient odtoku C udává, jak velké procento vody ze střechy odtéká a kolik zůstává. Například při C = 0,7 odteče 70 % srážek. Pro dimenzování drenážní vrstvy a odvodnění střechy se podle tabulkového součinitele odtoku vypočítá celkový odtok dešťové vody ze střechy q [l/s/m2] = A x C x q/b, kde A je odvodňovaná plocha [m2], C součinitel odtoku, b výpočtová odtoková šířka - volná šířka u vpusti nebo žlabu [m] a q návrhový 15minutový déšť [l/s/m2].
Kromě toho existuje i součinitel dlouhodobého odtoku [ψ], který udává střední nebo průměrnou hodnotu odtoku v delším časovém horizontu, např. za rok. Součinitel ψ je určující pro výpočet množství srážkových vod odváděných do kanalizace. Pro výpočet drenážního výkonu se ale nepoužívá.
Čtěte také: aktuální normy pro tepelně izolační vlastnosti konstrukcí
Přesný výpočet odtoku zelené střechy však může být složitý a závisí na mnoha faktorech. 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. Dle ČSN 75 6760 má extenzivní střecha koeficient c = 0,7, což určuje 70 % odtoku. Dle německé normy FLL je součinitel 0,5.
Měření součinitele odtoku
Zjednodušeně, součinitel odtoku c se měří v kryté hale na zkušební lavici. Na lavici je realizováno vegetační souvrství, jež je následně maximálně nasyceno vodou. Souvrství se nechá 24 hodin „odkapat“, respektive nechá se vytéci přebytečná voda. Poté se aplikuje normový déšť. Dle FLL se aplikuje 0,03 l.s-1.m-2, což odpovídá 27 mm. Obdobnou hodnotu nalezneme pro naše území v ČSN 75 6760, v tabulce č. 10, pro střechy a plochy ohrožující budovu zaplavením.
Měření se provádí 24 hodin po maximálním nasycení vegetačního souvrství bez vegetačního krytu. Testovací plocha o rozměrech 5 x 1 m má sklon 2 %. Takto naměřené koeficienty platí pro střechy se sklonem do 5° (8,7 %). Pro střechy s vyšším sklonem je možné stanovit koeficient odtoku při 5°, 10° a 15°. Stanovuje se součinitel špičkového odtoku (Cpeak), který udává odtok během návrhového deště o dané intenzitě a trvání. Požadovaná vlhkost měřeného substrátu (skladby) je 25 ± 5 % hm. Velikost referenční plochy je 1,4 až 2,3 m2 (optimální je čtvercová plocha o rozměrech 1,5 x 1,5 m). Měření se provádí při sklonech 1° (1,7 %) a 5° (8,7 %) u plochých střech a 10° (17,6 %) a 20° (36,4 %) u šikmých střech. U extenzivních zelených střech se hodnotí vegetační souvrství včetně rozchodníkového koberce. V rámci měření se stanoví koeficient špičkového odtoku (Cpeak) i další koeficienty, které umožňují hodnocení změny odtoku v čase.
Odtokový součinitel lze pro plochu s přesně definovaným souvrstvím stanovit také na základě měření v akreditované zkušebně podle české technické normy ČSN EN 12056-3 při návrhovém dešti o intenzitě 0,03 l*s-1*m-2 po dobu 15 minut ze vzorce C=Q/(r*A).
Vliv legislativy a norem na koeficient odtoku
Důležitým předpokladem pro podporu zelených střech je legislativní a normativní prostředí. V České republice jsou na rozdíl od některých jiných evropských zemí zelené střechy v legislativě zmiňovány pouze okrajově, ale české zákony vytvářejí vesměs otevřené prostředí pro jejich širší uplatnění.
Čtěte také: Aplikace koeficientu filtrace štěrku
Technické normy
Mimo legislativu jako takovou je pro zelené střechy důležité také normativní prostředí. Technické normy definují pojmy, určují kvalitativní požadavky na materiály a výrobky, stanovují postupy pro výpočet vlastností materiálů nebo pracovní postupy. Výše zmíněné technické normy se zelených střech dotýkají jen okrajově, vlastní normu zelené střechy v ČR zatím nemají.
Kvalitativní ukotvení tedy zatím zeleným střechám poskytují české Standardy pro navrhování, provádění a údržbu - Vegetační souvrství zelených střech vydané odbornou sekcí Zelené střechy při Svazu zakládání a údržby zeleně. Standardy ustalují terminologii zelených střech, stručně popisují jejich funkce a působení na budovu i na okolí, dělí zelené střechy podle několika kritérií a uvádějí požadavky na střešní konstrukce u různých druhů střech. Dále standardy definují požadavky na jednotlivé vrstvy ve vegetačním souvrství zelených střech: kořenovzdorná, ochranná, drenážní, hydroakumulační, filtrační a vegetační vrstva. Vegetaci je věnována samostatná kapitola obsahující doporučení ohledně druhů, stanovištních podmínek nebo způsobu založení vegetace. Standardy ucelenou formou odpovídají na otázku, co lze označit jako funkční zelenou střechu, a dávají tak odborný základ pro systémovou podporu zelených střech.
České standardy byly při svém vývoji inspirovány podobnými dokumenty z jiných evropských zemí. Nejznámějším z nich je mezinárodní odbornou veřejností uznávaná směrnice FLL, která tvoří v Německu vedle dalších technických norem závazný standard pro navrhování, realizaci a údržbu zelených střech. Ve Švýcarsku představuje právní rámec pro zelené střechy norma SIA 312, v Rakousku je to zejména norma Ö-NORM B 2501, ve Velké Británii pak GRO Code.
Ve Standardech jsou uvedeny tabulkové hodnoty podle ČSN 75 6760 Vnitřní kanalizace (2014) i hodnoty ze zahraničních norem DIN 1986-100, ÖNORM B 2501 i FLL 2018.
Aktuální hodnoty odtokových koeficientů pro zelené střechy udává německá „Směrnice FLL pro projektování, provádění a údržbu zelených střech“ německé Společnosti pro výzkum, rozvoj a krajinářskou tvorbu ( „FLL-Richtlinie für die Planung, Ausführung und Pflege Dachbegrünungen“ od „Forschungsgesellschaft Landschaftsentwicklung Landschaftsbau FLL“) z roku 1995; tyto hodnoty v současné době procházejí aktualizací. Hodnoty odtokového koeficientu nezávislé na systému se vztahují na různé konstrukční výšky vrstev a sklony střechy. Pracovní skupina FLL vycházela při zpracování „Směrnice FLL pro projektování, provádění a údržbu zelených střech“ (FLL 1990, 1995) z předpokladu, že u střech s vyšším sklonem (od 5°) je vyšší povrchový odtok a tím i vyšší odtokový koeficient (y = 0,7) (LIESECKE 1995, 1998). V novějších výzkumech (KOLB (1999), MANN (2000)) bylo prokázáno, že sklon střechy má na retenci vody jen malý vliv. Nové poznatky budou v budoucnu zohledněny ve „Směrnicích pro zelené střechy FLL“ včetně rozlišení mezi „špičkovým“ a „ročním“ odtokovým koeficientem (srov. KOLB 1995b). U uvedených hodnot se na jedné straně jedná o špičkové odtokové koeficienty při určité definované srážkové situace a na druhé straně o procentuální roční množství zadržené vody, stanovené jako průměr za několik let. Z posledního jmenovaného pojmu se odvozuje takzvaný „roční odtokový koeficient“.
Čtěte také: Průvodce izolačním koeficientem rámu okna
Norma DIN 1986 „Odvodnění budov a pozemků“ (vydání z března 1995), která v části 2 uvádí základní údaje pro „Stanovení jmenovitých průřezů odvodňovacího a větracího potrubí“ se na rozdíl od dřívějších verzí vztahuje k odtokovým koeficientům dle aktuální směrnice FLL; to znamená další vývoj směrem ke zohlednění poznatků výzkumu.
Legislativa v ČR
- Zákon č. 183/2006 Sb., o územním plánování a stavebním řádu (stavební zákon)
Základním nástrojem státní správy pro rozvoj území a výstavbu je územní plánování, které je upraveno tímto zákonem. Územní plánování zajišťuje předpoklady pro udržitelný rozvoj území soustavným a komplexním řešením účelného využití a prostorového uspořádání území s cílem dosažení obecně prospěšného souladu veřejných a soukromých zájmů na rozvoji území. Zelené střechy jsou jedním z trendů v současné udržitelné architektuře.
- Zákon č. 114/1992 Sb., o ochraně přírody a krajiny
Tento zákon má za cíl mimo jiné přispět k udržení a obnově přírodní rovnováhy v krajině, k ochraně rozmanitostí forem života, přírodních hodnot a krás a k šetrnému hospodaření s přírodními zdroji. Ve smyslu tohoto zákona není pochyb o přínosech, které zelené střechy mají pro přírodu a krajinu. Nicméně § 9 zákona zmiňuje pravomoc orgánu ochrany přírody uložit kompenzační opatření v případě ekologické újmy pouze ve formě náhradní výsadby a odvodů, a tato ekologická kompenzace se týká pouze kácení dřevin. Zde je prostor pro rozšíření zákona.
- Zákon č. 150/2010 Sb., o vodách (vodní zákon)
Zelené střechy mají velký význam z hlediska zadržování srážkové vody přímo v místě dopadu a část této vody jsou schopny odpařovat zpětně do atmosféry. V tomto ohledu hraje klíčovou roli tzv. vodní zákon, který v § 5, odst. 3) stanovuje, že při provádění staveb nebo jejich změn jsou stavebníci povinni zajistit vsakování nebo zadržování a odvádění srážkových vod v souladu se stavebním zákonem. § 102 stejného zákona dokonce připouští možnost úhrady výdajů na opatření ve veřejném zájmu.
- Vyhláška č. 269/2009 Sb., kterou se mění vyhláška č. 501/2006 Sb., o obecných požadavcích na využívání území
Dalším zásadním předpisem pro zelené střechy rozvíjející výše zmíněný „vodní zákon“ je vyhláška č. 269/2009 Sb., která blíže definuje nakládání se srážkovou vodou na území. Z hlediska malého vodního cyklu by znění tohoto zákona mělo být komplexnější, mohlo by rozlišovat mezi zasakováním na povrchu a pod povrchem a dávat přednost zasakování na povrchu, aby se umožnil zpětný odpar vody do ovzduší.
- Zákon č. 274/2001 Sb., o vodovodech a kanalizacích, a vyhláška č. 428/2001 Sb.
V ČR definuje dále nakládání se srážkovou vodou zákon č. 274/2001 Sb., o vodovodech a kanalizacích pro veřejnou potřebu, a prováděcí vyhláška č. 428/2001 Sb. Zákon ukládá (až na několik výjimek) všem majitelům nemovitostí, ve kterých je prováděna podnikatelská činnost, povinnost, platit za odvod srážkové vody do kanalizace. § 31 prováděcí vyhlášky č. 428/2001 Sb. stanovuje způsob výpočtu množství srážkových vod odvedených do kanalizace, kdy podle přílohy č. 16 novely prováděcí vyhlášky se od 1. 4. 2022 budou počítat nižší odtokové součinitele pro zelené střechy. Povinnost hrazení stočného poplatku za odvod srážkové vody se podle § 20, odst. 4) nevztahuje na plochy nemovitostí určených k trvalému bydlení.
Připravované změny legislativy a součinitel odtoku
Připravuje se také změna vyhlášky k zákonu o vodovodech a kanalizacích, která zvýhodní budovy se zelenými střechami. Změnu vyhlášky iniciovala aliance Šance pro budovy a podpořilo ji Ministerstvo životního prostředí. Dosud totiž neexistovala jasná pravidla a případné slevy na srážkovném závisely na dohodě vlastníka budovy s provozovatelem kanalizace. Bytové domy mají prozatím z poplatku výjimku.
Účinnost přílohy č. 16 týkající se srážkovného Ministerstvo zemědělství navrhuje od 1. 9. 2022. Důležité bude rovněž vytvořit metodický návod pro obce k zavedení pravidel šetrného hospodaření s vodou. Od příštího roku budou pro zelené střechy stanoveny nižší odtokové součinitele, tudíž půjde na srážkovném výrazně ušetřit.
Příloha č. 16 k vyhlášce č. 428/2001 Sb. obsahuje vzorec pro výpočet množství srážkových vod odváděných do kanalizace. Zde jsou uvedeny plochy s různými odtokovými součiniteli:
| Popis plochy | Odtokový součinitel C |
|---|---|
| Plocha B - půdorysná plocha vegetační střechy s mocností souvrství od 5 cm do 10 cm, umožňující částečné zadržování srážkových vod: v případě možnosti odtoku do kanalizace | 0,5 |
| Plocha D - půdorysná plocha vegetační střechy s mocností souvrství od 11 do 30 cm, umožňující částečné zadržování srážkových vod: v případě možnosti odtoku do kanalizace | 0,3 |
| Plocha E - půdorysná plocha vegetační střechy s mocností souvrství od 31 cm umožňující částečné zadržování srážkových vod: v případě možnosti odtoku do kanalizace | 0,1 |
Mocnost souvrství vegetační střechy se měří od horní hrany kořenovzdorné vrstvy (zpravidla hydroizolace) a v případě střechy s obrácenou skladbou vrstev od horní hrany tepelné izolace po povrch vegetačního souvrství kolmo ke sklonu střechy. Mocnost souvrství nebo aplikace souvrství, jehož odtokový součinitel se stanovuje podle věty první této poznámky, se prokazuje projektovou dokumentací nebo zprávou technického dozoru investora nebo jeho zápisem ve stavebním deníku.
Hydroakumulace a drenáž: Protichůdné parametry
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. Proto nejen pro extenzivní vegetační střechy je nutné navrhovat dostatečnou hydroakumulaci, pro střechy polointenzivní a intenzivní se jedná prakticky o nutnost.
Proto se jeví jako nejjednodušší cesta sečíst hydroakumulační vlastnosti jednotlivých vrstev vegetační střechy a máme celkovou hodnotu hydroakumulace. Nejen že tyto hodnoty nejsou vždy deklarovány, ale často si součet hydroakumulací vrstev odporuje s údaji dodavatelů systémů, dokonce někdy součet převyšuje dvojnásobek deklarované hodnoty dodavatelem. Dalším problémem jsou deklarované hodnoty hydroakumulace materiálů, které se měří laboratorně a v různých zemích, a výsledek tedy neodpovídá hodnotám pro běžný reálný stav v ČR. Proto je vhodné kombinovat různé materiály napříč trhem a reflektovat požadavky rostlin na dostatek vláhy.
Drenážní vrstva odvádí přebytečnou dešťovou vodu do odvodňovacího zařízení. Chrání tím rostliny před přemokřením a zajišťuje bezpečný provoz celého střešního souvrství. Pro dimenzování drenážní vrstvy a výpočet odvodnění je klíčový odvod vody při přívalovém dešti. Není vhodné, aby se dešťová voda hromadila na povrchu střechy, ani aby po ní tekla. Dešťovka se musí rychle vsáknout do vegetační a hydroakumulační vrstvy.
Celistvé informace jsme už sepsali v článku Skladba zelené střechy - jen rozchodníkový koberec nestačí. Vnitřní kanalizaci doporučujeme navrhovat s dimenzemi na maximální možný odtok se součinitelem C = 1,0, dle ČSN 75 6760 - Vnitřní kanalizace, stejně jako pro střechy, jejichž hydroizolace je krytinou.
Míra pokrytí nákladů čistě na vegetační střechu z dotace NZÚ je závislá na typu vegetační střechy. Například z hlediska náročnosti na péči se vegetační střechy dělí na extenzivní, polointenzivní a intenzivní, s čímž také souvisí i volba druhu rostlin a způsobu realizace a výsadby. Tloušťka vegetační vrstvy - substrátu musí být tl. min. 100 mm. Zajištění závlahy intenzivní zelené střechy musí být z jiných zdrojů, než z veřejné vodovodní sítě (např. z akumulační nádrže).
Vliv sklonu střechy a dalších faktorů
Závěrem je důležité si uvědomit, že čím větší je sklon střechy, tím menší je potřeba plošných odvodňovacích prvků. Zároveň však roste potřeba drenážních panelů se zpomalovači odtoku vodu. U ploché (1°) třívrstvé zelené střechy o tloušťce 15 cm v Marsbergu je třeba počítat s odtokem maximálně 28 l/s x ha při simulovaném období 10 let, je naproti tomu špičkový odtok vody v Heilbronnu vyšší a činí 59 l/s x ha. Extenzívní zelená střecha o tloušťce 15 cm na šikmé střeše (15°) může přitom v Heilbronnu dosáhnout odtoku 105 l/s x ha.
Obor vegetačních střech provází lidstvo již od starověku. Dnešní moderní doba přináší nové výzvy k poznání, které není vhodné ignorovat. Především v oblasti hydroakumulace panují mnohé polopravdy a jejich účelové vykládání dle situace. Je nutné porovnávat jablka s jablky, a nikoliv hrušky a jablka, když se to právě hodí. Skladby by měly vždy být posuzovány a hodnoceny jako celek pro lokální podmínky České republiky.
tags: #koeficient #odtoku #zelena #strecha