Dachy przyszłości

Zasady renowacji budynków

Według tego dokumentu kluczowymi zasadami renowacji budynków są m.in.:

• efektywność energetyczna przede wszystkim jako horyzontalna zasada przewodnia zarządzania kwestiami klimatu i energii w Europie, która ma doprowadzić do ograniczenia produkcji energii do niezbędnego minimum,
• obniżenie emisyjności ze szczególnym uwzględnieniem emisyjności transportu oraz ogrzewania i chłodzenia,
• myślenie w kategoriach cyklu życia i obiegu zamkniętego, na przykład poprzez przekształcenie części sektora budowlanego w pochłaniacze dwutlenku węgla, m.in. dzięki zastosowaniu zielonej infrastruktury,
• wysokie standardy zdrowotne i środowiskowe, czyli zapewnienie wysokiej jakości powietrza i odpowiedniej gospodarki wodnej, zapobieganie klęskom żywiołowym oraz ochrona przed zagrożeniami związanymi z klimatem.

Uwzględnienie tych zasad sprawia, że renowacja budynków powinna być nie tylko gruntowna, lecz także kompleksowa i obejmować nie tylko takie aspekty jak odnowienie elewacji czy termomodernizacja budynku, lecz również zabezpieczenie przed zawilgoceniem [2] oraz rozwiązania konstrukcyjno-materiałowe dachów, czyli tzw. piątej elewacji [3].

Dach chłodny

Najprostszym zabiegiem, jaki może wpłynąć na obniżenie emisyjności budynku jak również poprawić mikroklimat, jest zastosowanie pokrycia dachowego o wysokiej refleksyjności, czyli tzw. dachu chłodnego.

W istniejących budynkach pokrycia dachowe wykonane są zazwyczaj z materiałów w ciemnych kolorach (w przypadku dachów płaskich najczęściej czarne), a zatem absorbujących znaczną część padającego na nie promieniowania słonecznego. Związane z tym zjawisko nagrzewania się dachów może powodować nie tylko szybszą degradację pokrycia dachowego, lecz także wzrost zużycia energii na potrzeby klimatyzacji oraz potęgować zjawisko tzw. miejskich wysp ciepła (rys. 1) polegające na wzroście średniej temperatury od 1 do 5°C w porównaniu z sąsiadującymi obszarami wiejskimi [5].

Materiały wykorzystywane do wykonywania pokryć dachowych charakteryzują dwie cechy fizyczne: współczynnik odbicia promieniowania słonecznego (określany również jako refleksyjność lub albedo), czyli stosunek promieniowania słonecznego odbitego do sumy energii słonecznej padającej na powierzchnię dachu, oraz emisja termiczna, czyli zdolność do odprowadzania zaabsorbowanej energii cieplnej [5]. Materiały do wykonywania dachów chłodnych wg Cool Roof Rating Council (Rady ds. Klasyfikowania Dachów Chłodnych) powinny charakteryzować się współczynnikiem odbicia promieniowania słonecznego (albedo) nie mniejszym niż 0,70 oraz emisją termiczną minimum 0,75 [7].

Obok oszczędności energii stosowanie dachów chłodnych wpływa również na obniżenie emisji gazów cieplarnianych, takich jak dwutlenek węgla (CO₂). Zastosowanie jasnej powłoki dachowej na typowym budynku na obszarze aglomeracji miejskiej pozwoliłoby zredukować emisję CO₂ nawet o 1000 kg/rok, co mogłoby zmniejszyć emisję gazów cieplarnianych w skali światowej nawet o 44 miliardy ton [8].

Dachy zielone

Podobny wpływ na mikroklimat, zużycie energii oraz ograniczenie emisyjności mają elementy biotyczne (czyli porośnięte zielenią) w postaci dachów zielonych. Pozwalają one ponadto – co jest istotne szczególnie dla budynków zlokalizowanych w pozbawionych naturalnej zieleni zabudowaniach miejskich – zwiększyć powierzchnię biologicznie czynną i zachować ciągłość zieleni [9].

Wprowadzenie dachów zielonych do przestrzeni miasta wpływa na poprawę mikroklimatu na trzy sposoby:

• redukuje zjawisko miejskiej wyspy ciepła,
• redukuje zanieczyszczenie powietrza,
• opóźnia odpływ wód opadowych [10].

Dachy pokryte roślinnością są (szczególnie w przypadku budynków poddawanych renowacji) rozwiązaniem trudniejszym do zastosowania niż dachy chłodne, jednak nagrzewają się one w zdecydowanie mniejszym stopniu niż dachy i stropodachy z konwencjonalnym pokryciem. Wynika to nie tylko ze zwiększonego albedo (na poziomie 0,15–0,40), lecz także ze zjawiska ewapotranspiracji – czyli parowania z powierzchni roślin (transpiracja) i gruntu (ewaporacja) – oraz zacienienia (zasłonięcia powierzchni dachu roślinnością) blokującego dopływ promieniowania słonecznego [10].

O ile w przypadku dachów bitumicznych roczna amplituda temperatury wynosi ok. 100°C, to dla dachu zazielenionego wynosi ona 40–50°C. Latem powierzchnia takiego dachu może być chłodniejsza o ok. 20°C w ciągu dnia i o niemal 10°C w nocy niż powierzchnia dachu standardowego [5, 11].

Dachy biotyczne przyczyniają się również do ograniczania emisji gazów cieplarnianych. Obok pochłaniania dwutlenku węgla w procesie fotosyntezy wpływają również, analogicznie do dachów chłodnych, na mikroklimat wewnętrzny – na obniżenie temperatury w budynku oraz na ograniczenie zużycia energii na potrzeby klimatyzacji. Znajdująca się na powierzchni stropodachów roślinność przyczynia się ponadto do odfiltrowania w procesie tzw. suchej depozycji wybranych zanieczyszczeń powietrza.

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 [10].

Nasadzona roślinność pozwala również opóźnić spływ wody opadowej z dachu (rys. 2).

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. Pozwala to na ograniczenie ryzyka powodzi i podtopień, zredukowanie zanieczyszczeń wody, jak również (dzięki zwiększonej ewapotranspiracji) zmniejszenie kontrastów termicznych [10].

Dach retencyjny

Rozwiązaniem pozwalającym na zwiększoną retencję wód opadowych (szczególnie w kontekście projektu ustawy o inwestycjach w zakresie przeciwdziałania skutkom suszy [12], będącej pakietem działań służących zatrzymywaniu i gromadzeniu wody, wprowadzającej m.in. zmiany w opłacie za zmniejszenie naturalnej retencji terenu poprzez jego zabudowę, czyli tzw. podatku od deszczu) jest zastosowanie dachu retencyjnego (określanego czasem mianem dachu błękitnego). Jest to układ samowystarczalny, który (co w przypadku budynków istniejących może okazać się szczególnie trudne w realizacji) wymaga jednak zastosowania specjalnego zbiornika na wodę [13].

Założeniem działania dachu retencyjnego jest ujemny bilans wodny między opadami (można w nim uwzględnić wodę dostarczaną z innych powierzchni, np. pozostałych uszczelnionych dachów czy tarasów) a parowaniem. Oznacza to, że ilość wody dostarczanej nie powinna być większa od tej, jaka jest w stanie odparować.

Z drugiej strony zwiększone parowanie (w stosunku do dachów zielonych) stanowi jednak zaletę dachów retencyjnych. Dzięki niemu działają one jak tzw. pasywny solar, dodatkowo przyczyniając się do obniżenia temperatury powietrza.

W zależności od ilości i rodzaju znajdującej się na dachu roślinności dachy retencyjne kształtowane są na cztery różne sposoby, jako:

• dachy zielone z drenażem magazynującym,
• dachy bagienne,
• dachy z roślinnością pływającą,
• dachowe zbiorniki wody pozbawione roślinności [13].

Dachy zielone z drenażem magazynującym konstruowane są zazwyczaj w taki sposób, że woda opadowa gromadzona jest w warstwach substratu. Można także zastosować specjalnie tłoczone folie lub elementy z tworzyw sztucznych, których zadaniem jest magazynowanie wody, lub też warstw drenujących z kruszyw mineralnych. Ilość gromadzonej wody uzależniona jest od grubości warstw glebowych. Woda ta jest najczęściej wykorzystywana przez rosnące na dachu rośliny.

Na dachach bagiennych sadzi się najczęściej rośliny łąkowe i bagienne, których cechą charakterystyczną jest bardzo dobra zdolność transpiracji (800–1600 mm/m²/rok). Buduje się je z użyciem substratów, co pozwala na poszerzenie ich zastosowania i budowanie trzcinowych oczyszczalni ścieków.

Flora na dachy z roślinnością pływającą dostarczana jest w formie gotowych zazielenionych mat. Zaletą tego rozwiązania jest relatywnie niska waga oraz odporność na zmienny poziom lustra wody.

Umiejscowione nad najwyższą kondygnacją zbiorniki wody, pozbawione roślinności, mogą służyć celom rekreacyjnym, na przykład jako basen dla mieszkańców.

Wykonanie dachu retencyjnego wymaga przeprowadzenia tzw. bilansu wodnego, który uwzględnia takie parametry, jak wielkość opadu i parowania, zużycie wody, bilans powierzchni czy współczynnik spływu [13]. Musi on też jednak spełniać pozostałe wymagania stawiane tego typu konstrukcjom.

Szczególnie istotne jest prawidłowe zaprojektowanie i wykonanie warstw hydroizolacyjnych, które muszą sprostać takim obciążeniom jak przy budowie basenu. Hydroizolacja nie może ponadto wpływać na jakość i skład chemiczny wody. Niezależnie od sprawnie funkcjonującej izolacji wodochronnej należy przewidzieć możliwość awaryjnego odprowadzenia nadmiaru wody oraz wykonać systemy oczyszczania i napowietrzania na wypadek jej gromadzenia się na dachu.

Literatura

1. Komisja Europejska, „Fala renowacji na potrzeby Europy – ekologizacja budynków, tworzenie miejsc pracy, poprawa jakości życia”, Bruksela 2020.
2. B. Monczyński, „Nie ma termomodernizacji bez hydroizolacji”, „IZOLACJE” 11/12/2020, s. 72–75.
3. B. Monczyński, „Dachy na nowe czasy, czyli jak pokrycie dachowe wpływa na klimat”, „IZOLACJE” 2/2020, s. 58–67.
4. Strona internetowa http://presse.karlsruhe.de
5. M. Van Tijen, R. Cohen, „Dachy chłodne – sposób na obniżenie zużycia energii w budynkach”, „IZOLACJE” 1/2009, s. 44–45.
6. Strona internetowa https://commons.wikimedia.org/wiki//Category:Urban_heat_islands#/media/File:Urban_heat_island.svg
7. K. Zieliński, M. Monczyńska, B. Monczyński, „Chłodne dachy – wpływ albedo pokrycia dachowego na zużycie energii niezbędnej do eksploatacji budynku”, [w:] XII Polska Konferencja Naukowo-Techniczna „Fizyka budowli w Teorii i Praktyce”, 2009, s. 401–406.
8. H. Akbari, S. Menon., A. Rosenfeld, „Global cooling: Increasing world-wide urban albedos to offset CO2”, „Climatic Change”, 3–4(94)/2009, s. 275–286.
9. J. Marchwiński, K. Zielonko-Jung, „Współczesna architektura proekologiczna”, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2012.
10. J.P. Walawender, „Wpływ dachów zielonych na warunki klimatyczne w mieście”, portal Zielona Infrastruktura, 2015, http://zielonainfrastruktura.pl.
11. C. Rosenzweig, S. Gaffin, L. Parshall, S. Gaffi, K. Acks, D. Beattie, D. Braman et al., „Green Roofs in the New York Metropolitan Region: Research Report”, New York 2006.
12. „Projekt ustawy z dnia 12 sierpnia 2020 o inwestycjach w zakresie przeciwdziałania skutkom suszy”, Rządowe Centrum Legislacji 2020, https://legislacja.rcl.gov.pl/projekt/12337151/katalog/12709767#12709767.
13. P. Kożuchowski, „Dachy zielone bagienne i retencyjne jako magazyn wody opadowej”, „Inżynier Budownictwa” 4/2016, s. 86–91.