image 90196 25 v2
Galรฉria(13)

Zelenรฉ strechy ako sรบฤasลฅ energetickej efektรญvnosti budov

Partneri sekcie:

V sรบvislosti s budovami sa dnes ฤoraz ฤastejลกie hovorรญ o pouลพitรญ zelenรฝch striech, a to nielen v sรบvislosti s klimatickรฝmi zmenami. Tento ฤlรกnok mรก za cieฤพ pripomenรบลฅ ich rรดznorodรฉ prรญnosy, sumarizovaลฅ viacerรฉ vedeckรฉ ลกtรบdie zaoberajรบce sa vplyvom zelenรฝch striech na energetickรบ hospodรกrnosลฅ budov a pomenovaลฅ vhodnรฉ kritรฉriรก vรฝberu konkrรฉtneho rieลกenia zelenej strechy.

ilustracka SKGBC Malesice
ilustracka SKGBC Grubbenvorst
ilustracka SKGBC 1
ilustracka SKGBC 2
Obr 1
Obr 2
Obr 3
Obr 4a

Klimatickรฉ zmeny na Slovensku

V obdobรญ rokov 1961 aลพ 2010 narรกstla priemernรก teplota na Slovensku o 1,0 ยฐC. Predpokladรก sa, ลพe tento trend bude pokraฤovaลฅ s oteplenรญm o 2 aลพ 4 ยฐC do roku 2100. Nรกrast teploty sa pritom prejavuje (a aj v budรบcnosti sa bude prejavovaลฅ) viac v teplej ako studenej ฤasti roka. Zรกroveลˆ klesรก aj roฤnรฝ รบhrn zrรกลพok a do budรบcna treba poฤรญtaลฅ najmรค s predlลพovanรญm ฤasovรฝch รบsekov bez zrรกลพok, ktorรฉ sa budรบ striedaลฅ s extrรฉmnymi zrรกลพkami v krรกtkych obdobiach.

Tieto zmeny klรญmy nรกs nรบtia premรฝลกฤพaลฅ o tom, ako stavaลฅ a obnovovaลฅ budovy, aby svojim uลพรญvateฤพom poskytovali potrebnรบ ochranu, komfort a efektรญvnosลฅ aj v novรฝch podmienkach โ€“ inรฝmi slovami, nรบtia nรกs premรฝลกฤพaลฅ o adaptรกcii budov na klimatickรฉ zmeny [1].

Zรกkladnรก charakteristika zelenรฝch striech

ฤŒasto citovanou odpoveฤou na adaptรกciu budov sรบ okrem inรฉho zelenรฉ strechy. Podฤพa typu vegetรกcie sa zelenรฉ strechy delia na extenzรญvne a intenzรญvne (tab. 1; obr. 1). S tรฝm sรบvisia aj rozdielne moลพnosti funkฤnรฉho vyuลพitia strechy, potrebnรก hrรบbka substrรกtu, potreba umelรฉho zavlaลพovania a ฤalลกie parametre.

Zelenรฉ strechy vyuลพรญvajรบ ako substrรกt typicky zeminu, ale k dispozรญcii sรบ aj alternatรญvy, kde (ako naprรญklad v prรญpade systรฉmu Urbanspace [2]) plnรญ funkciu zadrลพiavania vody minerรกlna vlna.

Obr. 1 Extenzívna (vฤพavo) a intenzívna (vpravo) zelená strecha

Obr. 1 Extenzรญvna (vฤพavo) a intenzรญvna (vpravo) zelenรก strecha

Za najdรดleลพitejลกie prรญnosy zelenรฝch striech v mestskom prostredรญ sa zvyknรบ oznaฤovaลฅ:
โ€ข    absorpcia oxidu uhliฤitรฉho a vplyv na miestnu klรญmu odparovanรญm vlhkosti, viazanรญm prachu a ลกkodlivรญn zo vzduchu,
โ€ข    zvyลกovanie biodiverzity,
โ€ข    zadrลพanie zrรกลพkovej vody (30 โ€“ 90 % podฤพa typu vegetaฤnej strechy), znรญลพenie poplatkov za odvod zrรกลพkovej vody do kanalizรกcie,
โ€ข    znรญลพenie nรกkladov na vykurovanie a klimatizรกciu,
โ€ข    predฤบลพenie ลพivotnosti strechy โ€“ ochrana pred UV ลพiarenรญm a teplotnรฝmi extrรฉmami,
โ€ข    zvรฝลกenie akustickรฉho komfortu,
โ€ข    zvรฝลกenie hodnoty nehnuteฤพnosti.

Vplyv zelenรฝch striech na energetickรบ hospodรกrnosลฅ budov

Otรกzku znรญลพenia nรกkladov na vykurovanie a klimatizรกciu v dรดsledku pouลพitia zelenej strechy skรบmajรบ viacerรฉ vedeckรฉ ลกtรบdie. Vo vลกeobecnosti moลพno povedaลฅ, ลพe zelenรก strecha na budove mรดลพe prispieลฅ k jej celkovej energetickej hospodรกrnosti dvomi spรดsobmi: zlepลกenรญm tepelnotechnickรฝch vlastnostรญ samotnej strechy a zmiernenรญm teplotnรฝch maxรญm a minรญm vzduchu v bezprostrednom okolรญ budovy.

Prรญspevok zelenej strechy k energetickej bilancii budovy ovplyvลˆuje niekoฤพko jej parametrov, medzi ktorรฉ patria:
โ€ข    tepelnoizolaฤnรฉ vlastnosti celรฉho systรฉmu zelenej strechy,
โ€ข    odparovanie vody zadrลพanej v skladbe zelenej strechy,
โ€ข    odrazivosลฅ slneฤnรฉho ลพiarenia, t. j. hodnota nazรฝvanรก albedo, povrchu strechy a index listovej plochy (LAI), ฤiลพe pomer plochy listov rastlรญn k ploche strechy,
โ€ข    tepelnรก zotrvaฤnosลฅ, ktorรก zรกvisรญ od objemovej hmotnosti samotnej zelenej strechy a jej schopnosti absorpcie vody.

Porovnanie zelenรฝch a beลพnรฝch striech

Pozrime sa na niekoฤพko ลกtรบdiรญ porovnรกvajรบcich vplyv zelenรฝch a beลพnรฝch striech na energetickรบ hospodรกrnosลฅ budov. Prvรก zo ลกtรบdiรญ [3] sa opiera o merania na vzorke obsahujรบcej tri rรดzne vyhotovenia zelenej strechy na bรกze uลพ spomรญnanรฉho systรฉmu Urbanspace a jednu referenฤnรบ beลพnรบ skladbu plochej strechy. Vzorka bola umiestnenรก v Mnรญchove poฤas jednรฉho kalendรกrneho roka (obr. 2).

Obr. 2 Vzorka Urbanspace v Mníchove

Obr. 2 Vzorka Urbanspace v Mnรญchove

Vรฝsledky meranรญ v grafoch na obr. 3 a 4 ukazujรบ, ลพe zelenรก strecha poฤas celรฉho roka vรฝznamne zniลพovala tepelnรฝ tok cez streลกnรบ konลกtrukciu a zรกroveลˆ ju charakterizovala priaznivejลกia teplota povrchu, priฤom markantnรฝ rozdiel vidieลฅ najmรค pri porovnanรญ maximรกlnych teplรดt. Vฤaka tomu v porovnanรญ s beลพnou streลกnou konลกtrukciou รบฤinne zniลพovala ochladzovanie interiรฉru poฤas zimy a jeho prehrievanie v lete.

Obr. 3 Porovnanie tepelného toku zelenej a beลพnej strechy

Obr. 3 Porovnanie tepelnรฉho toku zelenej a beลพnej strechy

Obr. 4 Porovnanie teploty povrchu zelenej a beลพnej strechy

Obr. 4 Porovnanie teploty povrchu zelenej a beลพnej strechy

Meranie z Toronta [4] sa zameralo najmรค na sledovanie teploty vonkajลกieho vzduchu (OUT), teploty vo vnรบtri streลกnej konลกtrukcie (MEM) a v interiรฉri (IN). Vรฝsledky ukazujรบ (graf na obr. 5), ลพe vฤaka vyลกลกej tepelnej zotrvaฤnosti zelenej strechy sa oneskoruje vrchol teploty vo vnรบtri strechy a teplotnรฉ maximum dosahuje pribliลพne iba polovicu รบrovne zodpovedajรบcej beลพnej streche. Vฤaka tomu zamedzuje zelenรก strecha prehrievanie interiรฉru, ฤรญm sa zniลพuje potreba chladenia a s tรฝm spojenรก spotreba energie.

Obr. 5 Priebeh teplôt (vonkajší vzduch, strešná konštrukcia, interiér) pri meraní na beลพnej (vฤพavo) a na zelenej streche (vpravo)

Obr. 5 Priebeh teplรดt (vonkajลกรญ vzduch, streลกnรก konลกtrukcia, interiรฉr) pri meranรญ na beลพnej (vฤพavo) a na zelenej streche (vpravo)

ฤŽalลกia zo ลกtรบdiรญ [5] prezentuje vรฝsledky poฤรญtaฤovej simulรกcie spotreby zemnรฉho plynu na vykurovanie a elektrickej energie na chladenie a sรบvisiacich nรกkladov v budovรกch na bรฝvanie a administratรญvu v ลกtyroch rรดznych klimatickรฝch oblastiach USA v zรกvislosti od pouลพitej skladby strechy.

Porovnanie zelenej strechy s klasickou strechou s hodnotou albedo na รบrovni 0,3 (graf na obr. 6) ukazuje podstatnรฉ znรญลพenie spotreby aj nรกkladov na energie na vykurovanie aj chladenie vฤaka lepลกรญm tepelnoizolaฤnรฝm vlastnostiam zelenej strechy a vyลกลกej tepelnej zotrvaฤnosti. ฤŒiastoฤnou vรฝnimkou sรบ budovy oboch typov vo Phoenixe, teda v horรบcom a suchom podnebรญ, kde prรกve z dรดvodu vyลกลกej tepelnej zotrvaฤnosti rastie spotreba energie na chladenie.

Obr. 6 Spotreba energie v budove, kde zelená strecha nahrádza beลพnú strechu s albedo = 0,3.

Obr. 6 Spotreba energie v budove, kde zelenรก strecha nahrรกdza beลพnรบ strechu s albedo = 0,3.

To je vลกak kompenzovanรฉ posunom potreby chladenia do neskorลกรญch ฤastรญ dลˆa, ฤรญm sa zniลพuje odber elektriny v ลกpiฤke, vฤaka ฤomu sa zniลพujรบ aj celkovรฉ energetickรฉ nรกklady. V tejto alternatรญve sa ukazuje aj to, ลพe prรญnos zelenej strechy sa podstatne zvyลกuje s hrรบbkou substrรกtu, teda s jej tepelnoizolaฤnรฝmi vlastnosลฅami a tepelnou zotrvaฤnosลฅou, a je takmer nezรกvislรฝ od indexu listovej plochy.

V druhej alternatรญve (graf na obr. 7) nahrรกdza zelenรก strecha beลพnรบ strechu s veฤพmisvetlรฝm povrchom a hodnotou albedo aลพ 0,65. V takomto prรญpade sa pri pouลพitรญ zelenej strechy s indexom listovej plochy 2,0 zniลพuje spotreba energie v piatich z รดsmich budov.

Obr. 7 Spotreba energie v budove; zelená strecha nahrádza beลพnú strechu s albedo = 0,65; index listovej plochy zelenej strechy je 2,0 (vฤพavo) a 5,0 (vpravo).

Obr. 7 Spotreba energie v budove; zelená strecha nahrádza beลพnú strechu s albedo = 0,65; index listovej plochy zelenej strechy je 2,0 (vฤพavo) a 5,0 (vpravo).

Obr. 7 Spotreba energie v budove; zelenรก strecha nahrรกdza beลพnรบ strechu s albedo = 0,65; index listovej plochy zelenej strechy je 2,0 (hore) a 5,0 (dole).

Znรญลพenie nรกkladov na energie vลกak najmรค vzhฤพadom na ลกtruktรบru ceny elektrickej energie nastรกva iba v prรญpade bytovรฝch domov (vyลกลกia potreba vykurovania ako chladenia) v chladnejลกรญch oblastiach s vรคฤลกรญm mnoลพstvom zrรกลพok (NYC a Portland). Pri zvรฝลกenรญ indexu listovej plochy na 5,0 vลกak รบspora energie aj nรกkladov na energie vznikรก pri vลกetkรฝch budovรกch okrem dvoch.

Prvou je bytovรฝ dom vo Phoenixe, kde lepลกia odrazivosลฅ svetlej strechy vedie k niลพลกej potrebe energie na chladenie. Druhou budovou je bytovรฝ dom v New Yorku, kde sa vฤaka vysokej cene elektrickej energie zvyลกujรบ celkovรฉ energetickรฉ nรกklady budovy. Treba poznamenaลฅ, ลพe z dlhodobรฉho hฤพadiska moลพno takรฉto vรฝsledky udrลพaลฅ iba za predpokladu pravidelnej รบdrลพby a ฤistenia svetlej strechy, aby sa hodnota albedo nezhorลกovala vplyvom zneฤistenia.

Autori tejto ลกtรบdie dospeli k zรกveru, ลพe z hฤพadiska spotreby energie sรบ zelenรฉ strechy najvhodnejลกie v chladnejลกรญch oblastiach a na budovรกch, ktorรฉ sรบ vykurovanรฉ aj v noci. Index listovej plochy je dรดleลพitรฝm faktorom pri pouลพitรญ zelenej strechy na budovรกch, v ktorรฝch energetickej spotrebe dominuje chladenie. Tepelnรก zotrvaฤnosลฅ je zasa zรกsadnรก v prรญpade, ลพe cena energie je diferencovanรก podฤพa ฤasu odberu (tzv. peak pricing).

Napokon spomeลˆme ลกtรบdiu [6], ktorรก poฤรญta potrebu energie na vykurovanie a chladenie pri pouลพitรญ zelenej strechy na budovรกch v rรดznych klimatickรฝch oblastiach Eurรณpy (tab. 2). Na budove โ€“ rodinnom dome โ€“ v La Rochelle na francรบzskom pobreลพรญ Atlantickรฉho oceรกnu sa vฤaka zelenej streche zniลพuje prehrievanie interiรฉru a potreba energie o 6 %.

V teplรฝch klimatickรฝch pรกsmach (Atรฉny) sa pouลพitรญm zelenej strechy mierne zvyลกuje potreba energie na vykurovanie, ktorรก je vลกak mnohonรกsobne kompenzovanรก znรญลพenรญm potreby energie na chladenie. Naopak, v studenom klimatickom pรกsme (ล tokholm) zelenรก strecha vรฝrazne zniลพuje potrebu energie na vykurovanie (8,5 %).

Zhrnutie vรฝsledkov a ich pouลพitie v praxi

Citovanรฉ ลกtรบdie sa zhodujรบ v tom, ลพe zelenรฉ strechy takmer vo vลกetkรฝch klimatickรฝch podmienkach zniลพujรบ tepelnรฝ tok cez strechu vฤaka zlepลกenรฝm tepelnoizolaฤnรฝm vlastnostiam a tepelnej zotrvaฤnosti akumulovanej vody, ฤรญm priaznivo ovplyvลˆujรบ energetickรบ bilanciu budovy poฤas letnรฝch, ale aj zimnรฝch dnรญ.

Poฤas slneฤnรฝch zimnรฝch dnรญ strรกcajรบ zelenรฉ strechy svoju vรฝhodu z dรดvodu ochladzovania strechy odparovanรญm vody. Vplyv hodnoty albedo a indexu listovej plochy sa prejavuje podฤพa ลกtรบdiรญ iba v ลกpecifickรฝch prรญpadoch โ€“ vรคฤลกina zo ลกtรบdiรญ tieto faktory buฤ ignorovala, alebo povaลพovala za nepodstatnรฉ.

Je potrebnรฉ poznamenaลฅ, ลพe ลพiadna z citovanรฝch ลกtรบdiรญ neanalyzovala vplyv zelenรฝch striech na energetickรบ bilanciu budovy zmierลˆovanรญm efektu tepelnรฉho ostrova. Je pritom znรกme, ลพe zeleลˆ zmierลˆuje teplotnรฉ extrรฉmy ovzduลกia v zastavanom prostredรญ, ฤรญm sa zniลพuje teplotnรฝ rozdiel medzi interiรฉrom a exteriรฉrom, a teda aj potreba energie na vykurovanie a chladenie. ลฝiaฤพ, zatiaฤพ sa nรกm nepodarilo identifikovaลฅ ลกtรบdiu, ktorรก by tento efekt kvantifikovala.

Napokon sa ลพiada zdรดrazniลฅ, ลพe priaznivรฝ efekt zelenรฝch striech na energetickรบ hospodรกrnosลฅ budovy je iba jednรฝm z ich prรญnosov. Zlepลกenie kvality ovzduลกia, akustickej pohody, ale aj vizuรกlneho vnemu sรบ faktory irelevantnรฉ z hฤพadiska prevรกdzkovรฝch nรกkladov budovy, ale veฤพmi dรดleลพitรฉ pre uลพรญvateฤพov budovy a ostatnรฝch obyvateฤพov mesta.

Ako teda vybraลฅ zelenรบ strechu

Bez ohฤพadu na ostatnรฉ efekty je veฤพkรฝm plusom a ฤasto aj podmienkou โ€“ z hฤพadiska nรกrokov na statiku strechy a celej stavby โ€“ nรญzka objemovรก hmotnosลฅ systรฉmu zelenej strechy. Z hฤพadiska prevรกdzky hrajรบ zasa รบlohu nรญzke nรกroky na รบdrลพbu, ฤiลพe na umelรฉ zavlaลพovanie a inรบ starostlivosลฅ o vegetaฤnรบ ฤasลฅ zelenej strechy. Z tohto pohฤพadu dostรกvajรบ ฤasto prednosลฅ prรกve extenzรญvne zelenรฉ strechy.

Ak chceme dosiahnuลฅ maximรกlny efekt v podobe znรญลพenia nรกkladov na energie, mali by sme sa pri vรฝbere konkrรฉtnej zelenej strechy zameraลฅ na jej tepelnoizolaฤnรฉ vlastnosti a schopnosลฅ absorpcie a retencie vody, ktorรก najefektรญvnejลกie zaisลฅuje funkciu tepelnej zotrvaฤnosti.

Z tohto pohฤพadu je poteลกiteฤพnรฉ, ลพe na trhu uลพ existujรบ systรฉmy zelenรฝch striech, ktorรฉ majรบ hrรบbku menej ako 120 mm a hmotnosลฅ iba 15 aลพ 20 kg/m2 a sรบ pritom schopnรฉ zadrลพaลฅ 17 aลพ 60 l vody na m2 svojej plochy. Takรฉto rieลกenie je teda vhodnรฉ aj na vรคฤลกinu existujรบcich stavieb a poskytuje moลพnosลฅ inลกtalovaลฅ zelenรบ strechu aj na novostavby bez neprimeranรฉho zvyลกovania nรกrokov na statiku stavby.

Kritรฉriรก vรฝberu zelenej strechy

โ€ข    nรญzka objemovรก hmotnosลฅ
โ€ข    bezรบdrลพbovosลฅ
โ€ข    vysokรก schopnosลฅ absorpcie a retencie vody
โ€ข    tepelnoizolaฤnรฉ vlastnosti


Literatรบra
1.    Pecho, J. โ€“ Aฤ, A.: Vplyv klimatickรฝch zmien na bรฝvanie a uลพรญvanie budov. SKGBC, 2016.
2.    http://www.knaufinsulation.sk/urbanscape.
3.    Knauf Insulation: Validation of the Urbanscape Performance Evaluation Tool. 2011.
4.    Castleton, H. F. โ€“ Stovin, V. โ€“ Beck, S. B. M. โ€“ Davison, J. B.: Green roofs; building energy savings and the potential for retrofit. Energy and Buildings 42, 2010.
5.    Sailor, D. J. โ€“ Elley, T. B. โ€“ Gibson, M.: Exploring the Building Energy Impacts of Green Roof Design Decisions – A Modeling Study of Buildings in 4 Distinct Climates.
6.    Jaffal, I. โ€“ Ouldboukhitine, S.-E. โ€“ Belarbi, R.: A comprehensive study of the impact of green roofs on building energy performance. Renewable Energy 43. 2012.

Text: Peter Robl
Foto a obrรกzky: archรญv autora a SKGBC

Autor je podpredsedom predstavenstva Slovenskej rady pre zelenรฉ budovy a Public Affairs Manager Knauf Insulation Slovensko.

ฤŒlรกnok bol uverejnenรฝ v ฤasopise TZB Haustechnik 1/2017.