Wpływ typu dachu zielonego na poprawę parametrów termicznych stropu

Dachy zielone nie tylko łączą w sobie walory użytkowe i dekoracyjne, ale również pozwalają na lepsze zagospodarowanie terenu.

Dachy zielone

Zalety dachów zielonych i ich wpływ na środowisko

Wykonanie pokrycia dachu w formie dachu zielonego ma niebagatelne zalety techniczno-ekonomiczne [1]:

• zabezpiecza warstwy hydroizolacji przed znacznymi wahaniami temperatury, jak również przed działaniem czynników atmosferycznych, takich jak mróz czy promieniowanie UV,
• poprawia trwałość warstw pokrycia,
• chroni pokrycie dachowe przed uszkodzeniami mechanicznymi wynikającymi zarówno z działania warunków atmosferycznych (grad, śnieg), jak i człowieka,
• stanowi dodatkową ochronę akustyczną i termiczną, zarówno w zimie, jak i latem,
• poprawia odporność ogniową stropodachu,
• zmniejsza ilość wody opadowej odprowadzanej do kanalizacji.

Ale dach zielony to również - a może przede wszystkim - rozwiązanie mające wiele zalet z punktu widzenia ekologii oraz poprawy mikroklimatu [2, 3] (RYS. 1):

• utrzymanie i odzyskanie powierzchni biologicznie czynnej,
• poprawa wyglądu miasta,
• poprawa warunków pracy i zamieszkania poprzez stworzenie dodatkowych miejsc rekreacji,
• umożliwienie dodatkowego obcowania z naturą,
• przeciwdziałanie negatywnym skutkom zmian klimatu,
• redukcja zjawiska miejskiej wyspy ciepła,
• lepszy bilans wodny - opóźnienie odpływu wód opadowych,
• redukcja zanieczyszczenie powietrza.

Dachy pokryte roślinnością są zdecydowanie chłodniejsze niż dachy i stropodachy z konwencjonalnym pokryciem. Dzieje się tak za sprawą:

• zwiększonego współczynnika odbicia promieniowania słonecznego (albedo; na poziomie 0,15-0,40),
• dzięki zjawiskom ewapotranspiracji, czyli parowania z powierzchni roślin (transpiracji) i gruntu (ewaporacji),
• zacienienia - zasłonięcia powierzchni dachu roślinnością, która blokuje dopływ promieniowania słonecznego [3].

Rys. 1. Schemat oddziaływania dachów zielonych na klimat; rys.: [3]

Jak wykazały badania prowadzone w Stanach Zjednoczonych Ameryki Północnej [4], latem temperatura dachu zazielenionego jest niższa średnio o 19°C w ciągu dnia oraz o 8°C nocą niż powierzchnia dachu standardowego, zaś gradient temperatury między tymi powierzchniami może sięgać nawet 40°C.

Z kolei temperatura pomieszczeń poniżej dachu zielonego w ciągu dnia jest średnio o 2°C niższa, a w nocy o 0,3°C wyższa. Znajdująca się na powierzchni stropodachów roślinność przyczynia się do odfiltrowania w procesie tzw. suchej depozycji niektórych zanieczyszczeń powietrza.

Czytaj też: Dachy zielone i ich wpływ na klimat miasta >>>

Dach zielony o powierzchni ok. 100 m² może w ciągu roku odfiltrować nawet 18 kg zawieszonego w powietrzu pyłu, co odpowiada produkcji pyłu przez 15 samochodów osobowych w tym samym czasie [3]. Nasadzona roślinność pozwala również opóźnić spływ wody opadowej z dachu.

Możliwości retencyjne dachu zielonego, uzależnione od miąższości substratu, zagęszczenia roślinności, nachylenia dachu, jak również częstości występowania i intensywności opadów, mogą być nawet trzy-, czterokrotnie wyższe niż dachu standardowego, co pozwala na ograniczenie ryzyka powodzi i podtopień, zredukowanie zanieczyszczeń wody, jak również (dzięki zwiększonej ewapotranspiracji) zmniejszenie kontrastów termicznych [5].

Budowa dachu zielonego

Konstrukcja dachu zielonego może być wykonana w tzw. układzie tradycyjnym (warstwa hydroizolacji znajduje się powyżej warstwy izolacji cieplnej) lub też układzie odwróconym (izolacja termiczna znajduje się nad hydroizolacją) [6].

Rys. 2. Układ warstw dachu zielonego odwróconego. Objaśnienia: 1 -warstwa wegetacyjna, 2 - warstwa filtrująca, 3 - warstwa filtracyjna, 4 -warstwa ochronna, 5 - termoizolacja, 6 - warstwa odporna na przenikanie korzeni, 7 - hydroizolacja, 8 - konstrukcja nośna; rys.: BASF

Przy projektowaniu układu warstw należy uwzględnić zjawiska cieplno-wilgotnościowe, w tym przede wszystkim możliwość wystąpienia kondensacji pary wodnej.

Przewagą dachu o odwróconym układzie warstw jest to, że hydroizolacja, umieszczona poniżej warstw izolacji termicznej pracuje w temperaturze zbliżonej do temperatury wewnętrznej.

Wśród warstw konstrukcyjno-funkcjonalnych dachu zielonego (RYS. 2) należy wymienić: hydroizolację, warstwę chroniącą przed przerastaniem korzeni, warstwę ochronną, termoizolację, warstwy: rozdzielającą, drenażową, filtrującą, wegetacyjną. Ze względu na rodzaj zastosowanej roślinności dachy zielone można podzielić na trzy rodzaje: ekstensywne, intensywne niskie (półintensywne) oraz intensywne wysokie.

Dachy zielone w obiektach modernizowanych

Przedmiot i metoda badań

Rys. 3. Stropodach pełny przed termomodernizacją; U = 0,36 W/(m2·K). Objaśnienia: 1 - papa asfaltowa gr. 0,8 cm, 2 - płyta EPS gr. 10 cm, 3 - paroizolacja, 4 - strop żelbetowy gr. 15 cm; rys. archiwa autorów

Rys. 4. Stropodach pełny docieplony: U = 0,14 W/(m2·K). Objaśnienia: 1 - papa asfaltowa gr. 0,8 cm, 2 - płyta EPS gr. 20 cm, 3 - płyta EPS gr. 10 cm, 4 - paroizolacja, 5 - strop żelbetowy gr. 15 cm; rys. archiwa autorów

Analizie porównawczej poddano pięć wariantów konstrukcji dachu płaskiego, różnicując układ kolejnych warstw, grubość termoizolacji oraz rodzaj warstwy uszczelniającej. Poszczególne warianty zamodelowano w programie komputerowym ArCADia TERMOCAD 7.0 w celu odczytania wartości wskaźników cieplno-wilgotnościowych dla każdego z nich.

Pierwsze dwa warianty (RYS. 3 i RYS. 4) przedstawiają strukturę standardowego dachu płaskiego o tradycyjnym układzie warstw, różniące się grubością termoizolacji, a tym samym wartością wskaźnika przenikania ciepła.

Kolejne trzy modele prezentują konstrukcję dachu odwróconego, których współczynnik przenikania ciepła U jest równy lub niższy od dopuszczalnego.

• Wariant trzeci (RYS. 5) przedstawia renowację konwencjonalnego dachu płaskiego z zastosowaniem konstrukcji stropodachu PLUS.
  To rozwiązanie sprawdza się szczególnie w przypadkach, kiedy istniejące ocieplenie stropodachu nie zapewnia odpowiedniej termoizolacji, a stan istniejącej konstrukcji umożliwia nadbudowę kolejnych warstw dachu.
• Warianty czwarty (RYS. 6) oraz piąty (RYS. 7) dotyczą dachu zielonego o odwróconym układzie warstw.
  W każdym z nich zastosowano rozwiązanie dachu DUO, którego konstrukcja jest dostosowana do szczególnie wysokich wymagań odnośnie do współczynnika przenikania ciepła. Ze względu na zagrożenie kondensacji pary wodnej nie jest jednak wskazane projektowanie więcej niż jednej warstwy termoizolacji bez warstwy rozdzielającej.

Rys. 5. Stropodach odwrócony PLUS: U = 0,15 W/(m2·K). Objaśnienia: 1 - żwir gr. 5 cm, 2 - geowłóknina, 3 - płyta XPS gr. 20 cm, 4 - papa asfaltowa gr. 0,8 cm, 5 - płyta EPS gr. 10 cm, 6 - paroizolacja, 7 - strop żelbetowy gr. 15 cm; rys. archiwa autorów

Rys. 6. Dach zielony DUO I: U = 0,13 W/(m2·K). Objaśnienia: 1 -substrat ogrodniczy gr. 10 cm, 2 - geowłóknina, 3 - keramzyt gr. 5 cm, 4 - płyta XPS gr. 20 cm, 5 - samoprzylepna membrana bitumiczna gr. 1,5 cm 6 - płyta XPS gr. 12 cm, 7 - paroizolacja, 8 - strop żelbetowy gr. 15 cm; rys. archiwa autorów

Rys. 7. Dach zielony DUO II: U = 0,13 W/(m2·K). Objaśnienia: 1 - substrat ogrodniczy gr. 10 cm, 2 - geowłóknina, 3 - keramzyt gr. 5 cm, 4 - płyta XPS gr. 20 cm, 5 - bitumiczna izolacja grubowarstwowa gr. 0,5 cm, 6 - płyta XPS gr. 12 cm, 7 - paroizolacja, 8 – strop żelbetowy gr. 15 cm; rys. archiwa autorów

Wyniki badań

W każdym z wariantów przyjęto następujące warunki cieplno-wilgotnościowe:

• temperatura zewnętrzna maksymalna: 40°C (wilgotność 70%),
• temperatura zewnętrzna minimalna: –20°C (wilgotność 100%),
• temperatura wewnętrzna: 20°C (wilgotność 55%).

Wykres przedstawiony na RYS. 8 prezentuje temperaturę warstwy uszczelniającej dla poszczególnych układów warstw stropodachu.

Rys. 8. Temperatura warstwy uszczelniającej; rys. archiwa autorów

W pierwszej kolejności należy zauważyć, iż grubość zastosowanej izolacji w przypadku stropodachu pełnego nie ma wpływu na temperaturę warstwy uszczelniającej - oba przedstawione warianty prezentują zbliżone wartości.

Warianty drugi i trzeci dotyczą renowacji dachu z wariantu pierwszego w celu obniżenia wartości współczynnika przenikania ciepła. Mimo że każdy z nich został dostosowany w tym zakresie, to ze względu na żywotność przegrody lepiej sprawdzi się stropodach odwrócony - dla stropodachu pełnego roczny gradient temperatury wynosi ok. 60°C, natomiast dla stropodachu odwróconego ok. 26°C.

Podsumowanie

Stale zaostrzane przepisy dotyczące efektywności energetycznej przegród zakładają coraz niższe wartości współczynnika przenikania ciepła, co częstokroć wymusza zastosowanie kilku warstw termoizolacji.

System DUO umożliwia budowę stropodachu zielonego, którego współczynnik przenikania ciepła może być niższy od wymagań minimalnych.

Zastosowanie odwróconego układu warstw pozwala ponadto obniżyć temperaturę warstwy uszczelniającej o ponad 56%. W ten sposób ryzyko szkód związanych z krótko- i długookresowymi znacznymi wahaniami temperatury jest znacznie niższe, a dzięki warstwie termoizolacyjnej uszczelnienie jest dodatkowo chronione przed promieniowaniem UV czy uszkodzeniami mechanicznymi.

Warto również zauważyć, że w przypadku stropodachów DUO oraz PLUS temperatura warstw uszczelniających nigdy nie spadła poniżej zera, co należy postrzegać za istotną zaletę tych rozwiązań.

Dachy zielone przyczyniają się także do ograniczania emisji gazów cieplarnianych. Obok pochłaniania dwutlenku węgla w procesie fotosyntezy wpływają również, analogicznie do tzw. dachów chłodnych [7], na mikroklimat wewnętrzny przez obniżenie temperatury w budynku oraz pozwalają ograniczyć zużycie energii na potrzeby klimatyzacji.

Literatura

1. M. Rokiel, "Hydroizolacje w budownictwie. Wybrane zagadnienia w praktyce”, Dom Wydawniczy MEDIUM, Warszawa 2009.
2. DAFA DZ 1.01, "Wytyczne do projektowania, wykonywania i pielęgnacji dachów zielonych - wytyczne dla dachów zielonych”, DAFA, 2015.
3. J.P. Walawender, "Wpływ dachów zielonych na warunki klimatyczne w mieście", portal Zielona Infrastruktura (http://zielonainfrastruktura.pl), 2015, dostęp: 03.12.2017.
4. C. Rosenzweig, S. Gaffin, L. Parshall, "Green Roofs in the New York Metropolitan Re-gion: Research Report", Columbia University Center for Climate Systems Research and NASA Goddard Institute for Space Studies, New York 2006.
5. J.P. Walawender, "Miejska wyspa ciepła - negatywne skutki urbanizacji oraz możliwości przeciwdziałania (na przykładzie Krakowa)", serwis internetowy Zielona Infrastruktura (http://zielonainfrastruktura.pl), 2015, dostęp: 03.12.2017.
6. B. Monczyński, "ABC dachów odwróconych", "Inżynier Budownictwa" 10/2017, s. 44-48.
7. B. Monczyński, B. Ksit, "Komu w Polsce są potrzebne chłodne dachy", "Inżynier Budownictwa" 2/2017, s. 96-100.

[dachy, stropodachy, stropy, dach zielony, dachy zielone, konstrukcja dachu, dach płaski, stropodach, stropodach zielony]