Za stále častěji používaným pojmem „Decentralizovaného hospodaření s dešťovou vodou“ se skrývá vsakování, využití dešťové vody a střešní zeleň. Zdá se, že v posledních letech si urbanisté a vodohospodáři stále více uvědomují význam posledního uvedeného pojmu. V posledních letech se stále více hovoří o využití zelených střech jako prostředku pro zadržování vody a ochranu životního prostředí. Přesto je důsledné využívání vodohospodářských předností zelených střech v praxi dosud spíše výjimkou. Důvodem je jistě i to, že retenční vlastnosti zelených střech jsou sice podle dřívějšího základního výzkumu nesporné, avšak jen těžko je lze přenést na konkrétní regionální podmínky. Zatím se tedy hovořilo především o „paušálním“ využití, aniž bychom je dokázali kvantifikovat a efektivně využít v projektu.
Zelené střechy jsou v současné době populární nejen v městských oblastech, ale i v menších sídlech. Jistě jste se s nimi již setkali. Zahrady, trávníky nebo jen nenáročné skalničky bující na plochých, ale i šikmých střechách. Někdy si jich vůbec nevšimneme, jindy jsou hlavním estetickým motivem domu. Obliba zelených střech postupně proniká ze zahraničí také k nám a vegetace se tak stává čím dál obvyklejší střešní krytinou.
Výhody zelených střech
Kromě pozitivní estetické funkce zelená střecha významně bojuje proti suchu. Plochy zeleně jsou ve městech vzácné a využitím střech můžeme jejich podíl výrazně zvýšit. Zelené střechy efektivně hospodaří s dešťovými srážkami - dokáží je zadržovat, prosperovat z nich a jejich výparem ochlazovat okolí. Zelené střechy, kromě mnoha jiných benefitů, dokážou totiž zadržovat a pozvolna odpařovat vodní srážky. Úspěšně tím pomáhají předcházet náhlým povodním, které jsou následkem přívalových dešťů. Rostliny a trávy jsou schopny zadržovat vodu a snižovat tak povrchový odtok. To pomáhá zlepšit kvalitu vody v blízkém okolí a snižuje riziko povodní. Díky své schopnosti ochlazovat okolí pomáhají nejen ovzduší v ulicích, ale jsou také ideálním podkladem pro solární panely. Ty se díky chladivé zelené střeše nepřehřívají a lépe fungují.
Další výhody zelených střech:
- Ochrana hydroizolace a prodloužení její životnosti.
- Zlepšení tepelné a zvukové izolace a mikroklimatu.
- Snížení prašnosti.
- Využití pro pobyt a relaxaci.
- Akumulace srážkové vody (až 30-99% za rok) a snížení odtokových špiček.
- Vytvoření ekologické vyrovnávací plochy a estetického architektonického prvku.
Typy zelených střech a jejich skladba
Vegetační střechy můžeme rozdělit na střechy intenzivní a extenzivní.
Čtěte také: Správný poměr cementu pro beton
Extenzivní zelená střecha
Extenzivní zelená střecha je levnější a jednodušší varianta. Jedná se o přírodní formu nenáročné vegetace, suchomilné rostliny, tj. rozchodníky, mechy, byliny a trávy. Vrstva nutná pro pěstování zeleně je zpravidla maximálně do 15 cm, typicky 8 - 15 cm. Může být téměř bezúdržbová a osázená jen netřesky a jinými nenáročnými sukulenty. Hmotnost takové střechy je nižší (běžně cca 80-170 kg/m2), nepředstavuje pro statiku domu zásadní zátěž. Lze ji použít pro ploché i šikmé střechy. Extenzivní zelená střecha potřebuje závlahu jen v počáteční fázi po založení.
Intenzivní zelená střecha
Robustní stavební konstrukce snesou intenzivní zelenou střechu. Na intenzivních střechách roste tráva, květiny a keře. Vrstva zeminy musí být vyšší, až 1 m. Pro intenzivní zelenou střechu je charakteristická vysoká vrstva substrátu (podle toho, jak intenzivní zeleň chcete na střeše pěstovat). Výběr rostlin pro osazení je široký, lze použít trvalky, keře, trávníky, stromy. Využití a ztvárnění je srovnatelné s okrasnými zahradami na terénu. Může sloužit i jako plnohodnotná okrasná či zeleninová zahrada. Schopnost akumulace dešťové vody je vyšší než u extenzivní střechy, což ale navyšuje zátěž stavby (cca 300 kg/m2 a více).
Skladba zelené střechy
Aby zelená střecha fungovala desítky let, musí mít správnou skladbu. Vegetační souvrství jsou vrstvy nad hydroizolací. Skladba zelené střechy obvykle zahrnuje:
- Hydroizolace: Velmi důležitá součást skladby, jelikož tato vrstva je ochranou před zatékáním do střechy a přitom je prakticky stále vystavena působení vody, kterou zelená střecha zadržuje. Hydroizolace, resp. kořenovzdorná fólie musí být odolná proti prorůstání kořenů (viz německá směrnice FLL), musí být vyvedena cca 15 cm nad povrch substrátu, zafixována k atice a chráněna proti mechanickému poškození a UV záření.
- Ochranná a vodoakumulační textilie: Chrání hydroizolaci a napomáhá zadržování vody.
- Drenážní a filtrační vrstva: Drenážní vrstva odvádí přebytečnou dešťovou vodu do odvodňovacího zařízení, čímž chrání rostliny před přemokřením a zajišťuje bezpečný provoz celého střešního souvrství. Často se používá speciální nopková fólie s vyššími nopky (20, ale lépe 60 mm). Filtrační vrstva bývá tvořena geotextilií a má za úkol zabránit zanášení hydroakumulační a drenážní vrstvy nečistotami z vegetačního substrátu.
- Substrát: Vegetační substrát je různý pro různé druhy ozelenění. Měl by být schopen zadržet dostatečné množství vody, ale zároveň musí být propustný, aby se na povrchu nedělaly louže. Zároveň by neměl být příliš těžký.
- Vegetace: Konkrétní rostliny, trávy a jiné vegetace, které jsou schopny zadržovat vodu a snižovat povrchový odtok.
Hydroizolace musí být provedena celoplošně, tj. i v oblasti bez přímé vegetace (např. pod štěrkovým okrajovým pásem, dlažbou apod.). Při návrhu drenážních a hydroakumulačních vrstev je třeba myslet na druh ozelenění (jaké bude mít nároky na vodu) a také na sklon střechy.
Retenční vlastnosti a odtokové koeficienty
Různé výzkumné ústavy a firmy prováděly nebo nechaly provádět více či méně nákladná šetření a pokusy ohledně retenčních vlastností zelených střech. Intenzita těchto výzkumů byla různá - od prostého stanovení maximální vodní kapacity substrátu až po měření v terénu trvající několik let, přičemž účelem bylo zjištění celoročního množství zadržené vody a koeficientů špičkového odtoku. Použití různých skladeb zelených střech, resp. Jednotlivé výzkumné záměry byly více či méně koordinovány a vzájemně sladěny. Jednotlivé pokusy přitom představovaly momentální chování určitého typu zelené střechy na určitém místě. Každá z prací je příspěvkem k realistickému zobrazení retenčních vlastností zelených střech.
Čtěte také: Míchání betonu: Postup
Co se zjednodušeně odehrává ve struktuře zelené střechy při srážkách? Podle materiálu a skladby vsakují jednotlivé vrstvy zelené střechy dešťovou vodu více či méně, až dosáhnou maximálního nasycení. Plní se tedy jakýsi „zelený střešní zásobník“. Přitom je třeba věnovat hlavní pozornost systému vrstev zelené střechy jako celku a nesoustředit se pouze na jednotlivé segmenty. Již během deště a bezprostředně po něm se velká část vody vypařuje a vrací se do ovzduší. K tomu dochází neustále u vody, která ulpívá na povrchu rostlin a substrátu (evaporace) a dále dochází u rostlin podle ročního období, povětrnostních podmínek a druhu vegetace k asimilačním procesům, kdy rostliny přijímají vodu kořeny a v různém množství ji opět uvolňují do ovzduší (transpirace). Míra odpařování se liší podle druhu vegetace; u rozchodníků druhu Sedum je velmi nízká, u trávníků a stromů velmi vysoká. Pro odtokovou charakteristiku zelené střechy to znamená, že k odtoku vody ze střechy dochází teprve po nasycení celé struktury vodou a překročení míry odpařování při trvajících srážkách.
Schopnost zadržování vody je nejvyšší u bezspádových střech. 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.
Dosud nevyjasněná byla retence vody a rozměr odtokového koeficientu v závislosti na sklonu 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. 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. Ve dřívějších vydáních byl pro zelené střechy bez rozdílu používán odtokový koeficient y = 0,3. Z důvodu stupňujících se požadavků v praxi a také stále častěji praktikovaného odděleného poplatku za odvod zvlášť splaškové a zvlášť dešťové vody v obcích začala pracovní skupina FLL přepracovávat směrnice FLL, přičemž jsou stejnou měrou zohledňovány nejnovější poznatky výzkumu jako i základní hodnoty zavedené normou DIN 1986.
Zelená střecha má při nasycení vodou stejnou odtokovou charakteristiku jako střecha holá. Pravdou je, že ani v tomto případě neodtéká přebytečná voda v takové míře, v jaké prší shora, neboť odtok je podstatně zpomalen a bržděn strukturou zelené střechy. Podstatně jiné je chování u intenzivních zelených střech, kde se počítá se zadržováním vody v drenážní vrstvě. Z výše uvedených důvodů je třeba odtokový koeficient u různých typů zelených střech v ročním měřítku rozlišovat. Vysoká retence vody v létě, menší v zimě. To však neznamená, že by retenční výkon byl v zimních, resp. chladnějších obdobích zanedbatelný. V takových ročních obdobích bývá obvykle množství srážek nižší a především se nevyskytují mimořádně intenzívní (přívalové) deště.
Čtěte také: Kolik stojí cihla?
Abychom pro jistotu vyhověli i „nejhoršímu případu“, používaly se při pokusech mnohdy „výpočtové deště“ dle DIN 1986. Lze tak sice stanovit koeficient špičkového odtoku pro určitý typ zelené střechy, ale otázkou je, zda odpovídá skutečné situaci v praxi. Tyto pokusy se zpravidla provádějí u zcela nasycené skladby, na kterou ještě dále dopadá silný déšť o vydatnosti 300 l/ha x s po dobu 15 minut. Vyvstává otázka, nakolik je případ přívalového deště o síle 300 l/s x ha, dopadajícího na zcela nasycenou zelenou střechu reálný. KOLB (1999a) diskutoval otázku intenzity výpočtových srážek a dospěl k maximální intenzitě 200 l/s x ha.
V mnoha německých obcích platí pro objekty se zelenou střechou zvýhodněná sazba poplatku za odvod dešťové vody do kanalizace. Často k tomu stačí paušálně stanovený odtokový koeficient, bez ohledu na výšku vrstvy, vlastnosti systému nebo průkazní povinnost. Množství odváděné vody a následného poplatku lze díky vegetační střeše radikálně snížit.
Součinitel špičkového a dlouhodobého odtoku C a Ψ
Součinitel špičkového odtoku C udává schopnost povrchu střechy odvádět srážkovou vodu o dané intenzitě a trvání. Je směrodatný pro návrh odvodnění střechy, dimenzi svodů a kanalizačního potrubí. Kromě toho existuje i součinitel dlouhodobého odtoku [psí], 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. Pozor! 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.
Regionální podmínky a simulace zadržování vody
Jak lze nyní využít poznatky z teoretického modelu a výsledky regionálního výzkumu retenčních vlastností zelených střech v praxi? Existují různé přístupy a metody. Například lze pro výpočet maximálních odtokových špiček stále zjednodušeně používat koeficient špičkového odtoku vynásobený určitou intenzitou srážek. Vynásobíme-li tento výsledek velikostí plochy, dostaneme maximální množství vody za sekundu, které teoreticky odtéká z celkové plochy střechy. Tento jednoduchý početní vzorec však nebere v úvahu ani sklon střechy a regionální podmínky, ani specifické rozdělení a intenzitu srážek. Jestliže například zelená střecha v Hamburgu zadrží asi 60% z ročního úhrnu 820 mm srážek (LIESECKE 1999), nelze počítat se stejnou hodnotou u stejné zelené střechy v Berlíně.
Města Hannover a Krauchenwies mají přibližně stejné hodnoty ročních srážkových úhrnů, cca 630 mm. Přesto zadrží extenzívní zelená střecha s tloušťkou 10 cm ve městě Krauchenwies více dešťové vody než v Hannoveru. Nejedná se o nevysvětlitelný fenomén, vysvětlení je následující: Přestože roční srážkové úhrny jsou podobné, je regionální rozdělení, četnost a síla srážek natolik rozdílná, že se „zelené střešní zásobníky“ také různým způsobem plní a vyprazdňují. Jestliže jsou navíc u pokusných ploch třeba jen nepatrné rozdíly ve sklonu, druhu vegetace a materiálu, nelze je již vůbec srovnávat. U získaných regionálních výsledků je tedy přinejmenším nutné diskutovat jejich přenositelnost na jiná místa z důvodu srovnatelnosti místních podmínek.
Nadace partnerství poskytla graf z roku 2020, který ukazuje, jak konkrétní extenzivní zelená střecha dokázala srážky zadržet. Z grafu měření dvou konkrétních extenzivních střech je patrné, že „přetoky“ jsou závislé na ročním období. V létě ani z intenzivních srážek neodteče více než 50% (substrát je vyschlý a dost vody pojme).
Možnost výpočtu a detailní odpovědi na položené otázky nabízí simulační počítačový program „RWS“, který před nedávnem popsal MANN (2000a a 2000b) a MANN et al (2000). U počítačové simulace „RWS“ (RWS je zkratka pro „RegenWasserSpeicher“ = překl.: zásobárna dešťové vody) je možné zohlednit regionální podmínky, druh zelené střechy (skladbu vrstev), sklon střechy, velikost plochy a místní údaje o množství srážek. Po zadání potřebných údajů o zelené střeše a srážkách v tzv. formátu MD provede počítač simulaci akumulačních a odpařovacích procesů na základě reálných srážkových dat a vypočítá roční odtoková množství, dlouholetý odtokový průměr a maximální špičkové odtoky v sestupném pořadí a rovněž pravděpodobnost jejich výskytu. Výpočet hodnot se provádí jednak pro zadanou velikost plochy, jednak pro plochu jednoho hektaru. Takto přesné znázornění retenčních vlastností určitého typu zelené střechy, které odpovídá realitě, umožnilo sledování místních srážkových dat v pětiminutových intervalech po dobu několika let (nejméně 5-10 let).
V předchozím odstavci se hovořilo o nejistotě přenositelnosti různých výsledků pokusů při různých regionálních podmínkách. Pomocí uvedeného počítačového programu je možné dosáhnout zajímavých výsledků. Provedeme-li simulaci pro určitý typ zelené střechy, při které zůstávají základní data ozelenění stejná (v tomto případě: výška 10 cm, třívrstvá skladba systému Optigrün se směsí „rozchodníky-trávy-byliny“, sklon střechy 2%, 650 m2) a mění se pouze zadávané průměrné hodnoty srážek, dostaneme následující znázornění:
| Lokalita | Roční srážkový úhrn | Retence vody extenzivní zelené střechy (10 cm) |
|---|---|---|
| Hannover | 630 mm | 70 % |
| Berlín | --- | 73 % |
| Lahr | --- | 81 % |
| Leutkirch | --- | 49 % |
| Bevertalsperre | --- | 43 % |
Jestliže v Hannoveru zadrží popsaná extenzívní zelená střecha 70 % celkového množství srážkové vody za rok, bude účinnost stejného typu zelené střechy v Berlíně ještě vyšší. Množství zadržené vody zde činí 73 %. Pro Lahr, který leží ve velmi suché oblasti, lze dokonce počítat s retencí vody ve výši 81 %. Oproti tomu např. pro Leutkirch a oblast Bevertalsperre činí průměrné množství zadržené vody „pouze“ 49%, resp. 43% z ročního srážkového úhrnu. V různých srážkových oblastech „reaguje“ zelená střecha ve své funkci zásobárny dešťové vody různě.
Srovnatelné výpočty pomocí počítačové simulace se zohledněním místních srážkových poměrů lze využít především v obcích, které počítají s úsporou na poplatcích za odvádění dešťové vody do kanalizace pro objekty se zelenou střechou. V závislosti na regionálním retenčním výkonu zelených střech by měly být poplatky odstupňovány. To se týká i norem pro schvalování finanční podpory na zřizování zelených střech. Například spolková země Severní Porýní - Vestfálsko (NRW 1999) stanovuje v „Oběžníku č.4 - Dlouhodobá iniciativa v ekologickém vodním hospodářství“ podmínku, že pro získání finanční podpory musí zelená střecha vykazovat odtokový koeficient y < 0,3n. Jestliže nahlédneme v takovém případě do směrnice FLL (1995), která - jak již bylo řečeno - nezohledňuje regionální poměry, zjistíme, že odtokového koeficientu y < 0,3 dosáhneme již u extenzívní zelené střechy s tloušťkou vrstvy 10 cm. Rovněž je třeba při stanovení maximálních odtokových špiček u projektované zelené střechy zohlednit regionální přírodní srážkové poměry.
| Lokalita | Typ střechy | Sklon | Tloušťka | Maximální špičkový odtok (l/s x ha) |
|---|---|---|---|---|
| Marsberg | Plochá třívrstvá extenzivní | 1° | 15 cm | 28 |
| Heilbronn | Plochá třívrstvá extenzivní | 1° | 15 cm | 59 |
| Heilbronn | Šikmá extenzivní | 15° | 15 cm | 105 |
| Frankfurt (fóliová) | Fóliová střecha | 2° | --- | 54 |
| Frankfurt (zelená) | Extenzivní zelená střecha | 2° | 15 cm | 22 |
Tabulka 2 znázorňuje porovnání špičkového odtoku u dvou různých extenzívních zelených střech ve městech Heilbronn a Marsberg (v obou místech činí roční srážkový úhrn cca 720 mm a retence vody cca 70 %): Jestliže 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.
Rovněž můžeme popřít již uvedený předsudek, že vodou nasycená zelená střecha se při silném dešti chová stejně jako střecha holá. Srovnávací počítačová simulace holé fóliové střechy a extenzívní zelené střechy s tloušťkou 15 cm (obě se sklonem 2%) ukázala následující: Fóliová střecha má při reálných srážkových poměrech ve Frankfurtu (roční srážkový úhrn cca 580 mm) maximální špičkový odtok 54 l/s x ha, zelená střecha naproti tomu vykazuje ve stejném období maximální odtok nejvýše 22 l/s x ha.
Další problém, se kterým se v praxi často setkáváme, je předem stanovené maximální množství vody, které je dovoleno ze střechy odvádět do vsakovací jámy, resp. kanalizace. U aktuálního projektu v Berlíně byl v technické zprávě stanoven požadavek, aby z celé střešní plochy při daném sklonu a výšce substrátu odtékalo maximálně 83 l/s srážkové vody. Jiným příkladem z oblasti Stuttgartu je výpočet hodnoty pomocí vzorce „plocha x výpočtový déšť x odtokový koeficient“. Provedená kontrolní simulace RWS tuto hodnotu potvrdila. Stejná střecha by však v oblasti chudé na srážky (např. Kaiserstuhl) nebo bohaté na srážky (např. Allgäu) vykázala lepší, resp. horší výsledky.
Střechy s hydrofilní minerální vlnou mají i v nejúspornější variantě (50 mm Isover FLORA + 30 mm substrát) velmi dobrou vodní kapacitu, minimálně 51 litrů na m2. Toto množství odpovídá velmi silnému dešti v délce trvání 2 hodiny (za ideálního stavu, kdy je střecha zcela vyschlá). Střechy s hydrofilní vlnou malého rozsahu (do 50 m2) obvykle nepotřebují speciální drenážní prvky, protože hydrofilní vlna odvádí vodu v celém svém objemu, pokud je ve střeše alespoň minimální sklon. Pokud je rozsah střechy větší nebo je její tvar komplikovanější, vegetační souvrství musí být doplněno o plošnou drenáž, obvykle z nopové fólie.
„Zelené střechy“ získávají v důsledku decentralizovaného ekologického hospodaření s dešťovou vodou stále více na významu. Mnohé pokusy prováděné v celém Německu poskytují základní data, sloužící k pochopení retenčního výkonu zelených střech. Přesto u většiny prováděných výzkumů chybí aplikace výsledků na regionální klimatické podmínky. Tuto možnost nabízí počítačový simulační program, jehož oblasti využití jsou předmětem diskuze. Otázky ročního množství zadržené vody a maximálních odtokových špiček lze zodpovědět pro konkrétní objekty. Dalším vývojem simulačního programu RWS je propojení a poskytování dat počítačovému programu pro dimenzování vsakovacích jam. Tak budou propojeny dvě důležité součásti ekologického hospodaření s dešťovou vodou a bude možný jejich přesný propočet.
tags: #kolik #vody #zadrzi #zelena #strecha