Přihlásit | Registrovat
Bezplatnou registrací v programu DEKPARTNER lze získat přístup k rozšířené technické podpoře.
Aplikace
O vegetačních střehcách se hovoří v souvislosti s jejich využitím pro snížení vlivu přívalových dešťů, pro zvýšení retence území, pro zlepšení životního prostředí měst, pro odlehčení kanalizační sítě nebo pro snížení vlivu tepelných ostrovů velkých měst. Pro optimalizaci návrhu vhodné vegetační střechy je nezbytné rozumět jejich chování v reálných klimatických a konstrukčních podmínkách. V experimentálním centru DERIC je proto nyní zadáno řešení několika úkolů týkajících se vlastností vegetačních střech. Současné poznání o vegetačních střechách ve společnosti DEK bude publikováno ve čtyřech samostatných dílech. První z nich je věnován retenčním vlastnostem.
Vegetační střechy se v poslední době staly jedním z nejdiskutovanějších témat ve stavebnictví. Hovoří se o jejich využití pro snížení vlivu přívalových dešťů, pro zvýšení retence území, pro zlepšení životního prostředí měst, pro odlehčení kanalizační sítě nebo pro snížení vlivu tepelných ostrovů velkých měst. Pro optimalizaci návrhu vhodné vegetační střechy je nezbytné rozumět jejich chování v reálných klimatických a konstrukčních podmínkách. V experimentálním centru DERIC je proto nyní zadáno řešení několika úkolů týkajících se vlastností vegetačních střech. Současné poznání o vegetačních střechách ve společnosti DEK bude publikováno ve čtyřech samostatných dílech, ve kterých se postupně zaměříme na:
Snaha o odlehčení kanalizační sítě a doplnění stavu podzemních vod vedla ke vzniku legislativních pravidel pro povolování staveb dle vyhlášky č. 501/2006 Sb. [3], Stavebního [3] a Vodního zákona [2]. U staveb, jejich změn nebo při změnách jejich užívání se nařizuje řešit nakládání s dešťovými vodami přednostně vsakem nebo retencí. S těmito požadavky úzce souvisí také zvýšený zájem o vegetační střechy, které lze, díky jejich retenčním vlastnostem, zahrnout do komplexního návrhu řešení nakládání s dešťovou vodou.
V praxi se retenční schopnost vegetačních střech vyjadřuje mírou odtoku vody ze střechy. Zavedl se součinitel odtoku C, který definuje, jaký poměr vody k definovanému dešti z dané plochy odteče. Součinitel odtoku C je definován vztahem (1).
(1)
Součinitel odtoku C se následně využívá pro stanovení odtoku Qr ze střechy dle [7], viz vztah (2).
(2)
kde:
i [
].. intenzita deště;
] ………... půdorysný průmět odvodňované plochy nebo účinná plocha střechy podle [8];V literaturách se do výpočtů používají různá značení a hodnoty součinitelů odtoku, stanovené pro potřeby konkrétní aplikace:
C [-] ………… součinitel odtoku dle [7] pro návrh vnitřní kanalizace;Pro navrhování vnitřní kanalizace dle [7] jsou hodnoty intenzity deště, v závislosti na požadované spolehlivosti odvodu vody ze střechy, uvedeny na Obr. 1.
Obr. 1 - Intenzity deště pro dimenzování potrubí vnitřní kanalizace dle [7]
Pro navrhování vsakovacích zařízení srážkových vod se dle [5] používá místo intenzity deště i [
] návrhový úhrn srážek hd [mm] pro různé doby trvání. Příklad pro Brno je uveden na Obr. 2.
Obr. 2 - Příklad návrhových úhrnů srážek pro Brno s dobou trvání 5 -120 min (horní tabulka) a 4 až 72 h (spodní tabulka) dle [5]
Množství zadržené resp. odtékající vody ze střechy závisí nejen na skladbě střechy, ale významně také na charakteru deště, geografické poloze, atd. Orientační hodnoty součinitele odtoku C jsou definovány např. v normě pro návrh vnitřního odvodnění [7], viz Obr. 3.
Obr. 3 - Součinitele odtoku C pro vegetační střechy, dle [7]
Obr. 4 - Součinitel odtoku pro vegetační střechy, dle [5]
V publikaci [13] je uvedena souhrnná tabulka, viz Obr. 5, ve které jsou porovnány hodnoty součinitele odtoku z vegetační střechy podle související německé, rakouské a české normy [7] a podle směrnice pro zelené střechy [11]. Tabulka rozlišuje mezi špičkovými a průměrnými (ročními) hodnotami a dále dělí hodnoty podle sklonu střechy a mocnosti vegetačního souvrství.
Obr. 5 - Součinitelé odtoku srážkové vody C a ψ dle [13]
V tabulkách jsou uvedeny jak empirické, tak experimentálně zjištěné hodnoty součinitele odtoku C a ψ.
V současnosti neexistuje v České republice normová metodika pro stanovení součinitele odtoku z vegetačních střech, proto se v praxi, pro stanovení součinitele odtoku C konkrétní skladby vegetační střechy, využívá německé metodiky FLL [11]. Tato metodika zkoušení je založena na laboratorním testu, při kterém je vzorek, po předchozím nasycení skladby a oddrenážování trvajícím 24 hod, vystaven simulovanému dešti o intenzitě 300 
, což odpovídá intenzitě 0,03 po dobu 15 min.
Hodnoty uvedené v tabulce na Obr. 5 jsou stanoveny za jiných okrajových podmínek a pro jiné aplikace a nelze je tudíž bez uvážení mezi sebou porovnávat.
Více než krátkodobé vystavení vegetační střechy laboratornímu dešti je důležité pochopit reálné chování vegetačních střech při různých typech dešťů, protože právě intenzita a délka trvání deště, časový sled dešťů a další klimatické podmínky hrají klíčovou roli ve výsledných retenčních vlastnostech střechy v daném okamžiku.
Abychom lépe pochopili skutečné chování vegetačních střech, provádíme v experimentálním centru DERIC v Brně dlouhodobé monitorování retenčních (odtokových) parametrů různých typů vegetačních střech v reálných podmínkách. DERIC podrobněji představíme ve čtvrtém díle tohoto seriálu. Měříme odděleně množství vody, které odtéká po povrchu skladby a po hydroizolaci, viz Obr. 6. Díky tomu umíme lépe odvodit množství vody, které vegetační souvrství zachytí, zadrží anebo odpaří.
Obr. 6 - Schéma odvodnění modelů střech
Přestože ve všech literaturách lze nalézt jednočíselnou charakteristiku dané skladby na příkladu šikmé extenzivní střechy vysvětlíme, jak může být používání jednotné hodnoty součinitele C napříč různými aplikacemi nesprávné.
Z dlouhodobých měření již víme, že při mírném dešti je z velké části voda zadržena v substrátu, kde je využita rostlinami, nebo se odpaří. V takových případech se může pohybovat součinitel C i okolo hodnoty 0,15. Jinak se však skladba chová při intenzivním dešti, nebo při opakovaných deštích během deštivého období. Poté, co dojde k nasycení vegetační vrstvy vodou, se výrazně zvýší její odtok. Pro názornost je na Obr. 7 vidět vývoj odtoku vody na šikmé střeše během tří deštivých dnů. Modře odtok z vegetační střechy, oranžově odtok ze střechy bez vegetačního souvrství. Pokud bychom posbírali veškerou odtékající vodu na konci druhého dne z obou střech a vypočítali součinitel C, tak bychom dospěli k výsledku C = 0,55. Pokud bychom to samé udělali čtvrtý den, tak by nám součinitel C narostl již na hodnotu 0,8. Celkový průběh součinitele C je vidět na Obr. 8. Z tohoto průběhu součinitele C, resp. retenčních schopností vegetační střechy je jasné, že předpokládat jedinou hodnotu součinitele C je velmi nepřesné. Je také klíčové určit dobu, za kterou bude tento součinitel stanoven. Maximální hodnoty budou naprosto odlišné od průměru z definovaného období.
Obr. 7 - Vývoj součtových odtoku během tří deštivých dní v období 7.–11. 9. 2019
Obr. 8 - Vývoj součinitele odtoku C za dobu tří deštivých dní v období 7. – 11. 9. 2019
Jak by v tomto případě odpovídaly naměřené hodnoty hodnotám uváděným v ČSN [7] a FLL [11] je vidět na Obr. 9. Je zjevné, že při dlouhodobějším dešti jsou hodnoty naměřené pro laboratorní krátkodobý test dle FLL [11] podhodnocené.
Obr. 9 - Vývoj součinitele odtoku C během tří deštivých dnů ve vztahu k doporučeným metodikám [7] a [11]
Jednou z příčin nižších hodnot součinitele Cs zjištěných dle laboratorní metodiky FLL je fakt, že tato metodika je určená pro hledání špičkového odtoku pro dimenzování vnitřní kanalizace, a tudíž započítává do výpočtu součinitele Cs pouze objem vody, který odteče ze skladby střechy během simulovaného deště, ale nezahrnuje objem vody, který odtéká ze střechy po konci zkoušky. Vezmeme-li v úvahu i toto množství, bude součinitel odtoku C vyšší.
Na Obr. 10. je znázorněn odtok vody z ploché střechy během a po dešti, který trval 7 hodin a napršelo téměř 20 mm srážek. Před deštěm byla střecha částečně nasycena vodou z předchozího deště. Z grafu je patrné, že množství vody, která odteče ze střechy po konci srážky, není úplně zanedbatelné. Pokud bychom chtěli stanovit součinitel odtoku pro tento konkrétní případ, vycházel by 0,54 při započtení pouze odtoku do konce srážky a 0,61, pokud bychom uvažovali i množství odteklé vody po konci srážky.
Obr. 10 - Vývoj odtoku z ploché vegetační střechy S8 (růžová) a střechy bez vegetačního souvrství (černá)
V dlouhodobějším horizontu se průměrná hodnota C snižuje díky mírnými krátkodobými dešťům, při kterých se voda vsákne do vegetačního souvrství a ze střechy odtéká pouze malá část vody. Tato vlastnost je patrná z Obr. 11, kde je vidět průběh z měření součinitele C během období září až prosinec roku 2019. Proto i metodika FLL uvádí orientační hodnoty pro stanovení ročního (dlouhodobého) součinitele odtoku C (dle [11] se značí a). Na Obr. 12 je patrné, že pro sledovanou skladbu šikmé vegetační střechy mají změřené hodnoty dobrou shodu s hodnotami ročního součinitele odtoku a dle FLL [11].
Obr. 11 - Průběh součinitele C při dlouhodobém měření od září do prosince 2019
Obr. 12 - Průběh součinitele C ( a) při dlouhodobém měření od září do prosince 2019
Z výše umístěných grafů je zřejmé, že se retenční vlastnosti v průběhu deštivého období mění. Na Obr. 13 je zeleně vybarvena oblast, která odpovídá retenčním schopnostem střechy během deštivého období. Z toho průběhu lze odvodit, že po určitém stavu nasycení skladby vodou již není schopna střecha akumulovat žádné srážky a veškerá voda téměř plynule odtéká.
Obr. 13 - Průběh odtoku vody ze střechy a retenční vlastnosti šikmé vegetační střechy během deštivého období
Dlouhodobé měření in-situ poskytuje asi přesnější výsledky, nežli laboratorní experimenty, protože odpovídá reálnému chování vegetačních střech. Na druhou stranu má oproti laboratornímu měření nevýhodu v opakovatelnosti a v možnosti dosažení návrhových intenzit srážek, které se vyskytují pouze jednou za několik let. Proto je vhodné tyto metody vzájemně kombinovat.
V experimentálním centru DERIC dlouhodobě monitorujeme a analyzujeme rozdíly mezi různými typy skladeb plochých a šikmých střech, jejichž koncepční řešení je vidět na Obr. 14.
|
|
Skladba S1 – šikmá extenzivní střecha
|
|
|
Skladba S2 – šikmá extenzivní střecha
|
|
|
Skladba S6 - plochá intenzivní střecha
|
|
|
Skladba S7 - plochá extenzivní střecha
|
|
|
Skladba S8 - plochá extenzivní střecha
|
Obr. 14 - Koncepční řešení měřených skladeb
Při porovnání vývoje součinitele C u skladeb na šikmých střechách na Obr. 15 a plochých střechách, viz Obr. 16, lze pozorovat rozdílné chování mezi různými skladbami. Přestože skladba typu S2, ve které byly použity desky z recyklovaných materiálů, dosahuje mírně horších parametrů, jsou výsledky velmi pozitivní a lze hledat v použití těchto recyklovaných materiálů veliký potenciál do budoucna.
Dále lze jednoznačně konstatovat, že rostoucí tloušťka substrátu má pozitivní vliv na retenční vlastnosti střechy, jak je vidět na Obr. 17. Větších tlouštěk substrátu se používá především při požadavku na intenzivní střechy. Při použití travní vegetace je ale nutné počítat s velmi intenzivní údržbou. Bez pravidelné zálivky nejsou schopny správně fungovat (více o požadované údržbě bude v dílu Údržba vegetačních střech). Z dnešního pohledu, kdy je maximální snaha vodou šetřit, je použití travních systémů v našich klimatických podmínkách diskutabilní a ekologicky smysluplné pouze v případě, kdy se na zalévání využívá šedé nebo zachycené vody. Využívání pitné vody z vodovodního řadu nebo čerpané spodní vody je v rozporu s globální snahou o snížení sucha krajiny.
Obr. 15 - Průběh součinitele C u šikmých střech, při měření od září do prosince 2019
Obr. 16 - Průběh součinitele C u plochých střech, při měření od září do prosince 2019
Obr. 17 - Součtový odtok vody z plochých střech za období březen až červenec 2020 (nejvyšší, černě znázorněný, průběh odtoku ze střechy bez vegetace)
V předchozí kapitole bylo popsáno, jak významně jsou retenční vlastnosti vegetačních střech závislé na mnoha faktorech. Mezi ty klíčové patří vlastní skladba střechy, klimatické poměry, geografické podmínky a sklon střechy. Kvůli velikému rozpětí hodnot součinitele C je nezbytně nutné znát předmět posouzení. Projektant musí vždy pro daný druh výpočtu zvolit takovou hodnotu součinitele C, která pro danou aplikaci zaručí spolehlivé splnění posuzovaného požadavku.
Například statik posuzující zatížení nosné konstrukce střechy musí předpokládat nejhorší stav, který odpovídá maximálnímu možnému nasycení skladby vodou. Při výpočtu vnitřní kanalizace je také nutné vycházet z hodnot součinitelů odtoku odpovídající extrémním úhrnům srážek. Jak při hodnocení statiky nebo odvodnění objektu je nutné také brát v úvahu montážní stavy při realizaci stavby, kdy ke zhotovení vegetačního souvrství, nebo jeho části, může dojít až po určité době. Tyto stavy je nutné důkladně zvážit především při využívání vysokých mocností vegetačních souvrství střech. Přecenění nebo podcenění reálných akumulačních vlastností vegetačních střech by mohlo vést k závažným důsledkům.
Naopak při environmentálním hodnocení přínosu vegetačních střech anebo snížení zátěže kanalizační sítě je vhodné vycházet z dlouhodobějších hodnot odtoků vody, které se významně liší od těch extrémních.
Při výpočtu klimatického namáhání konstrukcí budov, jako jsou vítr, sníh, dešťové srážky, nelze nikdy zcela pokrýt absolutní, teoreticky možná maximální namáhání, nebo by takové stanovení bylo značně nehospodárné. Proto se v praxi pro konkrétní účely využívá stanovení namáhání s určitou pravděpodobností návratu, např. 5, 10 nebo 50 roků, ve které je již zahrnuto jisté požadované posouzení spolehlivosti návrhu. Znamená to tedy, že ani návrhové hodnoty nejsou ty maximální, které se mohou během užívání stavby vyskytnout. Projektant pak musí zhodnotit rizika překročení návrhových hodnot a zajistit taková opatření, aby minimalizoval následky nebo na ně alespoň předem upozornil. Příkladem je dimenzování retenčních a vsakovacích zařízení dle normy [5], podle které se počítá s periodicitou (návratností) návrhových srážek p=0,2 (0,1) rok-1. To znamená, že se v návrhu počítá s překročením návrhových srážek jednou za 5 (10) roků, a tedy několikrát během předpokládaného užívání stavby.
Jak již bylo zmíněno v kapitole 1.2, v současnosti neexistuje v České republice normová metodika pro stanovení součinitele odtoku vegetačních střech, proto se v praxi, pro stanovení součinitele odtoku C konkrétní skladby vegetační střechy, využívá německé metodiky FLL [11]. Obvykle se používá laboratorní hodnocení pro 15 minutový déšť. Tato metodika může být vhodná např. pro dimenzování kanalizační sítě, protože hledá extrémní odtok ze střechy. Pro dimenzování retenčních a vsakovacích zařízení však tato zkouška není vhodná, protože po ukončení zkoušky dochází ještě několik hodin, až dnů, k pomalejšímu odtoku, poměrně velkého množství vody, která se v laboratorním testu již nesleduje. Pro vnitřní kanalizaci tyto menší odtoky jsou nezajímavé, ale pro vsakovací zařízení s relativně pomalým odtokem mohou být tyto odtoky zásadní.
Míra spolehlivosti sytému je definována návrhovými normami, ale je vždy vhodné tyto skutečnosti konzultovat s investorem, který jako laik, nemusí vůbec počítat s tím, že mu může každých pět let přetéci na zahradu retenční nádrž. Možná by, při této znalosti okrajových podmínek návrhu, raději investoval více peněz do větší akumulační nebo vsakovací nádrže.
Stanovení správného množství vody odtékající vnitřní kanalizací nebo stanovení množství přitékající vody do vsakovacího zařízení je náročný úkol a je vždy nutné tyto činnosti spojit do uceleného koncepčního návrhu celého systému nakládání s dešťovou vodou. To se týká také i případného drenážního systému pro snížení namáhání spodní stavby vodou. V praxi jsme se setkali s případem nevhodně navrženého odvodnění drenážního systému do nevhodně navrženého vsakovacího zařízení. Při vydatných srážkách došlo postupně k naplnění vsakovacího zařízení, zpětnému zaplavení drenážního systému, který má paradoxně vodu odvádět, k zaplavení propustných a drenážních vrstev po obvodu objektu a pod objektem a následně ke vzdutí podlah tlakem vody, včetně rozvodů v nich umístěných, viz Obr. 18.
Každý projektant musí přítomnost vsakovacích zařízení zohlednit také při posouzení stability objektu nebo návrhu hydroizolačních opatření stavby.
V posledních několika letech vzniká na půdě České hydroizolační společnosti (ČHIS) ucelený soubor směrnic, které reflektují na aktuální přístup k využívání a nakládání s vodou. Mezi ty nejkomplexnější patří směrnice pro navrhování hydroizolací [10] a drenážních systémů budov [9].
Obr. 18 - Deformace vrstev podlahy vztlakem vody proniklé do zásypu stavební jámy
Výsledky provedených měření potvrzují předpoklad, že v dlouhodobějších deštivých obdobích se pozitivní přínos retence vegetační střechy snižuje. V posledních letech, až na rok 2020, který byl nadprůměrně deštivý, jsou však dlouhodobá deštivá období spíše výjimkou a přínos vegetačních střech je zcela jednoznačný. Toto tvrzení je vyčíslené např. na Obr. 17, kde je patrný výrazný rozdíl v odtocích vody ze střechy, která nemá vegetační souvrství (černá barva) a střechy s vegetačním souvrstvím (barevné průběhy).
Výsledky z měření také potvrzují předpoklad výrazného pozitivního přínosu v letních obdobích s náhlými krátkodobými přívalovými dešti, kdy je schopna vyschlá skladba střechy krátkodobě naakumulovat velké množství vody, které se následně odpaří nebo s významným zpožděním odteče ze střechy. Právě toto zpoždění odtoku vody umožní plynulejší odvedení vody do kanalizace nebo vsakovacích zařízení.
Na druhou stranu je také nutné schopnosti vegetačních střech nepřeceňovat, aby nevhodné vstupní parametry retence nezpůsobily podcenění návrhu navazujících částí staveb, jako jsou např. retenční nebo vsakovací zařízení.
Promítnutí získaných poznatků do zásad pro návrh vegetačních střech a jejich využití v komplexním systému nakládání s dešťovou vodou zveřejníme v následujícím dílu.
Literatura a podklady
[1] KLOBUSOVSKÝ, Petr a ŽÁK, Antonín. Retenční schopnost vegetačních střech. V: Dektime. Praha, 2012, 3, 4-15. ISSN 1802-4009.
