Zelené střechy se stávají stále důležitějším prvkem moderní architektury a urbanismu. Nejenže přispívají k estetice a zlepšení mikroklimatu, ale hrají klíčovou roli v decentralizovaném hospodaření s dešťovou vodou. Tento článek se zaměřuje na odtokové parametry technických vrstev zelených střech, zejména s ohledem na inovativní využití textilního recyklátu.
Význam zelených střech a hospodaření s dešťovou vodou
Zelené 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. Dnes nacházejí široké uplatnění, což je správné - vezmeme-li v úvahu rozvoj sídel a to, že denně zástavba budovami a komunikacemi pohltí stovky hektarů zelených ploch. Zeleň je v našich hustě obydlených městech vzácná a ceny pozemků dosahují závratné výše.
Projektanti a investoři přitom mohou využít mnoha pozitivních účinků zelených střech, které byly prokázány četnými výzkumy:
- Zvýšená ochrana před chladem v zimě a vedrem v létě.
- Delší životnost hydroizolace, kterou vegetační souvrství chrání před extrémními teplotami a klimatickými vlivy.
- Lepší zvuková izolace a snížení odrazu zvuku.
- Zlepšení mikroklimatu v důsledku odpařování vody.
- Snížení prašnosti a filtrace škodlivin z ovzduší.
- Možnost dalšího využití ploch zeleně pro pobyt lidí a relaxaci.
- Zadržování srážkové vody (podle regionu a typu zelené střechy je možné zadržet 30 až 99% z celkového množství srážkové vody za rok).
- Minimalizace odtokových špiček při silných srážkách.
- Vytvoření ekologické vyrovnávací plochy v souladu se zákonem o ochraně přírody.
- Zlepšení prostředí pro práci a bydlení člověka.
- Velkoplošně využitelný estetický prvek v urbanismu a architektuře.
- Ochrana přes elektrosmogem.
- Nabízí se i možnost snížení poplatku za odvádění dešťové vody do kanalizace.
Za stále častěji používaným pojmem „Decentralizované hospodaření s dešťovou vodou“ se skrývá "Vsakování", "Využití dešťové vody" a "Střešní zeleň". 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.
Legislativní a normativní prostředí
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: Správná montáž betonových žlabů
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. Zde je prostor pro rozšíření zákona např. ve smyslu § 13 německého Spolkového zákona pro ochranu přírody.
Zákon č. 254/2001 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) ukládá stavebníkům povinnost zajistit vsakování nebo zadržování a odvádění povrchových vod vzniklých dopadem atmosférických srážek na stavby. § 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.
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. Příloha č. 16 k vyhlášce č. 428/2001 Sb. obsahuje vzorec pro výpočet množství srážkových vod odváděných do kanalizace.
Čtěte také: Betonové odvodňovací žlaby – instalace a tipy
Výpočet odtokového součinitele
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). 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.
Technické normy a standardy
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 (TNV 95 9011, ČSN 75 6760, ČSN 73 0540, ČSN EN 13948, ČSN EN 1991-1-1) 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. 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.
Odtokový součinitel zelených střech
Odtokový součinitel 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.
Součinitel odtoku C obecně charakterizuje schopnost odvádět srážkovou vodu, např. 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].
Čtěte také: Tipy pro výběr nízkého odtokového žlabu
Přesnější odtokový součinitel pro konkrétní vegetační souvrství lze stanovit na základě měření ve zkušebně. Ve směrnici FLL (2018) je popsána metoda stanovení koeficientu odtoku C při intenzitě srážek 27 mm za 15 min (27 l/m2). 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.
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 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). 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“.
Výpočet množství srážkových vod odváděných do kanalizace dle vyhlášky č. 428/2001 Sb.
Vyhláška č. 428/2001 Sb. stanovuje způsob výpočtu množství srážkových vod odvedených do kanalizace. Pro účely tohoto výpočtu jsou definovány různé plochy zelených střech s ohledem na mocnost souvrství a jejich schopnost zadržovat srážkové vody:
| Typ plochy | Mocnost souvrství | Odtokový součinitel (v případě odtoku do kanalizace) |
|---|---|---|
| Plocha B | od 5 cm do 10 cm | 0,5 |
| Plocha D | od 11 cm do 30 cm | 0,3 |
| Plocha E | od 31 cm | 0,1 |
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). 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.
Retenční vlastnosti zelených střech a vliv sklonu
Schopnost zadržování vody je nejvyšší u bezspádových střech. 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). V novějších výzkumech (KOLB (1999), MANN (2000)) bylo prokázáno, že sklon střechy má na retenci vody jen malý vliv. Odtoková charakteristika zelené střechy znamená, že k odtoku vody ze střechy dochází teprve po nasycení celé struktury vodou a překročení míry odpařování při trvajících srážkách. I 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.
Měření odtokových parametrů a nový textilní recyklát
Článek popisuje provedená měření materiálů zelených střech, které zásadním způsobem ovlivňují výsledné odtokové parametry celé skladby vegetační konstrukce. Český výrobní průmysl poskytuje ke druhotnému zpracování řadu pokročilých materiálů, které lze zpracovávat díky moderním recyklačním technologiím. S nutností snižování výrobní energetické náročnosti v oblasti stavebního průmyslu nachází stále více materiálů své ekologické substituenty. Zejména v oblasti vegetačních konstrukcí je tento trend velmi patrný, protože jsou tyto konstrukce hlavními reklamními ambasadory šetrné výstavby pro trvale udržitelný rozvoj stavebního průmyslu.
Řada výrobců používaných materiálů ve skladbách zelených střech a fasád hledá v posledních letech alternativní recyklované výrobky zejména na bázi plastových hmot. Tento proces byl nejprve aplikován na separačních, filtračních a ochranných vrstvách skladby zelené střechy. Řada výrobců nahradila používané geotextílie a filtrační fólie z prvovýroby za recyklovanou variantu materiálů. Hlavní klíčové prvky skladby zelené střechy jako retenční, drenážní či akumulační prvky nacházejí své substituenty již poměrně nesnadno (výjimkou jsou někteří výrobci nopových fólií zaměření na západoevropský trh).
Vývoj recyklovaného polyesterového deskového materiálu
Alternativním výrobkem pro retenční vrstvy zelené střechy je recyklovaný polyesterový deskový materiál vzájemně spojený tavitelnými vlákny. Cílený recyklovaný materiál má na současném trhu doplnit sortiment výrobků pro zelenou střechu a přinést alternativní aplikační technologie. Recyklovaná polyesterová deska slouží ve skladbě jako retenční materiál s vegetační funkcí a současně též jako primární mechanická ochrana při aplikaci substrátu. Retenční vrstvy nemají v současné době jasně specifikované hranice zejména proto, že neexistuje v současné době účelová legislativa pro tuto konstrukci. Cílovou aplikací je zelená střecha s menším počtem aplikačních vrstev, tak aby bylo možné jednoduše řešit oblasti prostupů, okrajů a rohů. Hlavní oblastí použití je extenzivní střecha s cílovou výškou substrátu do 10 cm, minoritně pak semiintenzivní varianta s výškou substrátu do 30 cm.
Zkoumaná deska je tvořena třemi různými variantami polyesteru - recyklovaná drť, recyklovaná a pojivová vlákna. Poměr zastoupení a přesný popis vlastností jednotlivých segmentů jsou předmětem výrobního tajemství. Byly vyrobeny testovací sady tloušťky 20 a 30 mm, které předpokládají nejlepší možnou kombinaci pro účely stavebního trhu.
Metodika a výsledky měření
Testovaná sestava experimentální zelené střechy se skládá z podpůrné stolice s nastavitelným sklonem testované roviny s vanou pro měřenou skladbu. Rozsah stolice umožňuje testovat střechy až do sklonu 25°. Testovací vana je čtvercového rozměru o celkové ploše 1,44 m2 s volnou odtokovou hranou na spodní straně v úrovni dna, tak aby byl zajištěn volný odtok bez bariéry. Jako srovnávací měření je ilustrováno měření dle německých standardů organizace Forschungsgesellschaft Landschaftsentwicklung Landschaftsbau e.V. (zkráceně FLL) pro testování skladeb zelených střech dle 15minutového deště, který je nejběžnější formou současné podoby srovnávání materiálů zelených střech. Během zavlažovaných 15 minut je cílovým množstvím 27 mm srážek (tedy 27 l na 1 m2). Odtokové vody jsou z volné odtokové hrany svedeny do záchytné nádrže, která je kontinuálně vážena každých 5 sekund po dobu nejméně 2 hodin pro správné zachycení chování retenční charakteristiky. Celé měření je umístěno v laboratořích VUT Brno, tak aby bylo zabráněno vlivu působení větru, změny teplot a zejména snížení rozdílu výparu mezi jednotlivými měřeními.
Měřenými materiály pro účely porovnání materiálové charakteristiky intenzity odtoku zkoumaného materiálu byl substrát českého producenta o objemové hmotnosti 1020 kgm3 o instalované výšce 100 mm; skladba pro extenzivní souvrství tvořená z geotextílie 300 g‧m−2, nopové fólie o výšce nopu 25 mm a filtrační fólie 105 g‧m−2; desky z hydrofilní minerální vlny 50 mm s objemovou hmotností 80 kgm3. Všechny materiály a sestavy kromě měření substrátu byly měřeny při zatížení 80 kg‧m−2. Toto zatížení bylo realizováno ze dvou hlavních důvodů, a sice z důvodu přiblížení skutečného chování celé sestavy zejména pak drenážních a retenčních vrstev. Druhým důvodem je sjednocení formy měření rozdílných typů povrchů - transport srážek do funkčních materiálů pod vrstvami substrátu je klíčový pro srovnávací měření jednotlivých variant.
Na základě hodnocení intenzity odtoku lze nový materiál nejvíce připodobnit chování substrátu. S tímto cílem byl také uvedený materiál vyvíjen. Během celého cyklu měření nedošlo v substrátu, minerální vlně ani v textilním materiálu k překročení nebo vyrovnání hodnoty přítoku 0,03 l‧s−1. Tyto materiály dle testu prokazatelně snižují maximální intenzitu odtoku během celého trvání testu. U systémové skladby s nopovou fólií lze naopak vysledovat zvýšení maximálního odtoku ze sestavy, které je spojeno s procesem smočení suchých textilních vrstev a vyplnění zásobních nopů.
Retenční schopnost hydrofilní minerální vlny je téměř absolutní - první odtoková aktivita nastává téměř po 2/3 celkového trvání standardizovaného deště a je řádově minimální oproti dalším materiálům testu. Z hlediska zádržné funkce se jedná o ideální materiál, který ale kvůli své vysoké kapilární schopnosti udržovat srážkové vody v celém svém výškovém profilu způsobuje úhyn kořenového systému suchomilných rostlin, které se na extenzivní střechy obvykle vysazují. Právě vysoká zádržná schopnost limituje použití tohoto materiálu v extenzivních skladbách. Srážková voda není ve zkoumané vrstvě zachycena v celém výškovém profilu desky. Po rozebrání sestavy byla retenční textilní vrstva rozebrána a jednotlivé vrstvy 20mm desek byly samostatně zváženy. Na základě měření bylo zjištěno následné rozložení zachycení srážek: horní deska zachytila 30 % z celkových 9 litrů v celé sestavě, spodní zbývajících 70 %, tj. 6,3 l. Současně je ale toto celkové množství zachycených srážek trojnásobně vyšší než u sestavy s nopovou fólii.
Z těchto výsledků vyplývá, že nově vyvíjený textilní polyesterový recyklát má odlišné vlastnosti chování z pohledu dynamiky intenzity průtoku i z hlediska retenční zádržné funkce. Z testovaných materiálů má charakter intenzity odtoku srovnatelný s běžně užívanou mocností substrátu, ve kterém cílová skladba vegetace nejlépe prospívá. Materiál svou vláknitou strukturou umožňuje prorůstání kořenů, proto v kombinaci s retenčními vlastnostmi je možné uvažovat o snížení aplikované vrstvy substrátu na nižší úroveň 3 cm. Cílem takovéto skladby je přísně extenzivní střecha pro sušší oblasti s celkovou nízkou hmotností.
Novinky v materiálech a vývoji zelených střech
Nové pokročilé polyesterové materiály přinášejí na trh zelených střech nejen novou alternativu současných výrobků, ale také umožňují vývoj nových skladeb a nových aplikací zelených střech. Zejména nové systémové skladby pro kontinentální charakter klimatu jsou na současném stavebním trhu minoritní, přestože použití materiálů pro podpůrné konstrukce zelených střech v České republice z tohoto hlediska většina aplikací vyžaduje. Nekritické přejímání stávajících řešení způsobuje negativní vnímání některých materiálů na českém trhu.
Ukázkovým příkladem je chybné použití minerální vlny na extenzivních střechách s malou vrstvou substrátu, která vlivem vysoké zádržnosti srážek způsobuje degradaci vegetačního pokryvu. Řada odborníků pak srovnává deskové materiály podobného vzhledu a predikuje jim na základě zkušenosti srovnatelné negativní vlastnosti. Tento přístup však není podložen znalostí skutečného chování. Z uvedeného měření v tomto článku vyplývá odlišné chování textilních materiálů oproti skladbám s minerální vatou ale i s nopovou folií.
tags: #odtokovy #koeficient #zelena #strecha #optigreen #informace