Zelené a modré střechy jako adaptační opatření v městské zástavbě z pohledu hospodaření se srážkovou vodou

1. Úvod

Obr. 1 Rozloha a podíl zastavěné plochy v Praze a Brně (zdroj: autor)

Obr. 2 Charakter zástavby Brna (zdroj: [2])

S růstem zastavěné plochy měst roste také podíl zpevněných nepropustných ploch, a tím se narušuje bilance vody v území u povrchových i podzemních vodních útvarů. Srážková voda místo toho, aby byla infiltrovaná půdou a pak dotovala zdroje podzemních vodních útvarů, je přepravována stokovýma sítěmi veřejné kanalizace do čistírny odpadních vod, kde je po úpravě vypouštěna do vodních toků. Tyto vodní toky po velkých srážkových událostech mohou mít omezenou kapacitu příjmu nejen z pohledu kvantity, ale také kvality. Proto ve městech s malou vodnatostí toku je takovéto vypouštěni problematické. Na území měst množství povrchových vod vzniklých odtokem srážkových vod závisí na podílu zastavěné plochy s nepropustným povrchem nebo nedostatku opatření na zabezpečení retence, resp. detence srážkových vod. Podle údajů Českého statistického úřadu [1] plocha nepřírodního charakteru (zastavěná plocha a nádvoří a ostatní plocha) činí cca 37 % od celkové rozlohy v Brně a 47 % v Praze (Obr. 1).

Zástavba Brna je, jak je to obvykle u měst, nejhustší v centru (tzv. městská zástavba) a méně hustá na okrajích města, na severu pak převládají lesní porosty, v jižní části zemědělská půda (Obr. 2).

2. Odtok sražkové vody ve městech

Většina měst měla původně jednotnou stokovou síť pro veřejné kanalizace, které se prozatím většinově zachovaly. V nových sídlištích je již budována oddělená kanalizace. Jednotný kanalizační systém znamená, že odpadní i splaškové vody se odvádějí společným potrubím, přičemž odpadní vody jsou vody odváděné v jakékoliv kombinaci z domácností, průmyslu a jiných provozů, včetně dešťových a nepředvídatelných balastních vod [9]. Při jeho přeplnění je potřeba systém odlehčit, a to často pomocí odlehčovacích komor (přímým vypouštěním směsi splaškové a odpadní vody do vodních toků bez čistění), což hrozí kontaminací podzemních i povrchových vodních útvarů [10]. Příkladem může být Brno, které má dosud v centru města jednotnou stokovou síť kanalizace a několik odlehčovacích komor. Kvůli malé vodnatosti řeky Svratky bylo vždy problematické zacházení se srážkovou vodou po velkých srážkových událostech. Také čistírna odpadních vod (ČOV) měla omezenou kapacitu. V rámci rekonstrukce ČOV v letech 2001–2004 byla vybudována nová nádrž na srážkovou vodu o objemu 10500 m³, která dočasné problém dešťové vody ze stok jednotné kanalizace vyřešila, ale v budoucnosti se problém přeplnění ČOV může vrátit znova.

Důvodem k vybudování vsakovacích zařízení pro infiltraci srážkové vody do horninového prostředí nebo zelené střechy na pozemku vlastníka nemovitosti může být to, že v místech, kde je kapacita ČOV nebo stoková síť omezena hydraulikou průtoku lineárního proudění, může nastat případ, kdy město nedovolí napojení na jednotné stokové sítě odváděných povrchových vod vzniklých odtokem srážkových vod. To znamená, že všechna srážková voda má být likvidována na pozemku vlastníka nemovitosti. Dalším důvodem může být cena stočného. Sice u nemovitosti určené k bydlení se stočné zatím neplatí, v budoucnosti to ale nelze vyloučit.

Kromě toho Vyhláška o obecných požadavcích na využívání území stanoví, že na stavebním pozemku musí být řešeno vsakování nebo odvádění srážkových vod, a to:

1. přednostně jejich vsakování, v případě jejich možného smísení se závadnými látkami umístění zařízení k jejich zachycení, není-li možné vsakování,
2. jejich zadržování a regulované odvádění oddílnou kanalizací k odvádění srážkových vod do vod povrchových, v případě jejich možného smísení se závadnými látkami umístění zařízení k jejich zachycení, nebo
3. není-li možné oddělené odvádění do vod povrchových, pak jejich regulované vypouštění do jednotné kanalizace [3].

3. Přírodě blízké hospodaření s dešťovými vodami

Existuje velké množství opatření, které přispívají k přirozené infiltraci srážkové vody v upraveném terénu, bud‘ v zemědělské krajině nebo ve městech. Hlavním cílem je zachování bilance vody v území a eliminace rizika záplav, což je v souladu se zákonem o uzemním plánování v části udržitelného rozvoje území (vytvářet na území podmínky pro snižování nebezpečí ekologických a přírodních katastrof a pro odstraňování jejich důsledků, a to přírodě blízkým způsobem). Přírodě blízké hospodaření s dešťovými vodami (HDV) zahrnuje způsoby zadržení dešťových vod v místě vzniku. Ve městech jsou to propustné povrchy, vsakovací průlehy, kanály a potůčky, infiltrační pruhy, podzemní vsakovací zařízení, příkopy, vsakovací záhony, retenční a detenční nádrže s regulovaným odtokem, resp. infiltrací do přirozeného horninového, nebo uměle vytvořeného prostředí, zelené střechy. Kromě zelených střech dnes existují jiné retenční nebo detenční střechy, a to modré a hnědé.

4. Zelené střechy

Zelené střechy jsou vícevrstvé systémy, které pokrývají střechu budovy vegetací. Instaluji se na plochých a šikmých střechách.

Dnes zelené střechy zajišťují celou řádu funkcí: regulace vnitřní teploty vzduchu, regulace vlhkosti v okolí střechy, ochrana souvrství střechy, zejména hydroizolační vrstvy před slunečním zářením, zlepšení kvality vzduchu v okolí díky spotřebě rostlinami oxidu uhličitého a produkci kyslíku, retence, detence s regulovaným odtokem, prvky pro obnovu biodiverzity, prodloužení fázového přestupu tepla konstrukce pro tepelné izolace s následnou úsporou energií, hlukový útlum prostředí, snižování teploty prostředí a likvidace tepelných ostrovů v urbanizovaném území. To všechno naplňuje sociální, environmentální a ekonomický účinek zelených střech na obyvatele.

Zelené střechy se nejčastěji dělí na dva typy:

• extenzivní – jedno nebo vícevrstvá konstrukce s tloušťkou substrátu 50–100 mm, na které jsou vysazeny převážně suchomilné rostliny a rozchodníky, bez zavlažování (nebo se zavlažováním pouze v době založení vegetace) a nepochozí. Cílem je vytvořit odolný systém pro retenci srážkové vody při nízkých nákladech na údržbu.
• intenzivní – vícevrstvý systém se substrátem mocným nejméně 200 mm s možností vytvářet výraznější povrch střechy. Na intenzivní střeše se vyskytuje celá řada rostlin, včetně kvetoucích a víceletých. Střecha vyžaduje pravidelnou údržbu a zavlažování a je synonymem „střešní zahrady“.

Tloušťky jednotlivých vrstev závisejí na typu střechy. Roční retence srážkové vody činí 50 % u extenzivních střech, až 80 % u intenzivních.

Retence je zajištěna hlavně díky skladbě vegetační vrstvy a vegetaci, která spotřebuje vodu. Voda se nejen vypařuje z plochy substrátu, ale také z listů rostlin, čímž se obnovuje kapacita pro další zachycení srážkové vody. Pro retenci je důležitá skladba celé vegetační vrstvy.

5. Instalace zelených střech v Brně

Po průzkumu území města Brna pomocí ortofotomap v roce 2017 bylo zjištěno, že celkový počet zelených střech činí 233 s celkovou plochou cca 113 000 m². V Brně převládají střechy s extenzivním vegetačním souvrstvím (77 %), které nepotřebuji náročnou údržbu a ve většině případu i zalévání. Podíl intenzivních střech je pak 23 %.

Nejčastěji jsou zelené střechy aplikovány na rodinných domech (35 %), sem patří také střechy na částečné zapuštěných do svahů garáží.

Z důvodů estetických nebo nemožnosti napojit se na dešťovou kanalizaci a vybudovat podzemní retenční nádrž se zelené střechy časem stávají více populárním řešením u rodinných domu s plochou střechou.

Typ vegetace

• Extenzivní
• Intenzivní

Plocha

• < 50 m²
• 51–100 m²
• 101–200 m²
• 200–500 m²
• 500–1000 m²
• 1000–2000 m²
• > 2000 m²

Typ budovy

• Administrativa
• Bytové domy
• Dopravní stavby
• Experimentální/výstavní stavby
• Stavby občanské vybavenosti
• Parkoviště a garáže
• Rodinné domy
• Stavby technické vybavenosti
• Výrobní stavby

Obr. 2 Zelené střechy v Brně: A – podíl střech s extenzivní a intenzivní vegetací, B – výskyt zelených střech různých ploch, C – výskyt zelených střech na různých typech budov (zdroj: [4])

6. Hnědé střechy

Hnědé střechy se často považují za nový typ zelených střech kvůli podobě jejich skladeb a vlastností. Poměr zadržování dešťové vody je proto systémově srovnatelný jako u zelených střech. Zásadním rozdílem je však poměr biodiverzity, kterou každá z těchto střech zajišťuje. Povrch substrátu hnědé střechy je totiž ponechán zcela nebo téměř bez vegetace za účelem postupného přirozeného ozelenění lokálními druhy rostlin. Zásadní vlastností takovéto biodiverzní střechy je maximální imitace terénu. Proto při její instalaci se používají prvky jako vodní plochy, kmeny stromů, písek, kameny a proměnlivá tloušťka substrátu.

Obr. 3 Hnědá střecha (zdroj: [5])

7. Modré střechy

Štěrkové střechy se v anglojazyčné literatuře vyskytují pod názvem modré střechy (Blue Roofs). Jsou to systémy řízeného odtoku srážkové vody ze střechy a jsou určeny k retenci srážkových vod stejně jako zelené střechy. Jsou ale efektivní jen na střechách plochých mírným sklonem okolo 2 %.

Hlavní funkcí modré střechy je zadržování dešťové vody a zpomalení jejího odtoku. Modré střechy zadržují vodu buď dočasně s následujícím vypouštěním do jiného opatření na zadržení, nebo zpomalení odtoku srážkové vody z území nebo pro účely jejího použití v budově (např. splachování WC) a na pozemku (zalévání trávníku). Zadržená voda může být také částečné vypařená. Na rozdíl od zelených střech často nejsou esteticky výrazným prvkem, nepodporují biodiverzitu a nezlepšují kvalitu vzduchu nad povrchem, kromě případů kombinace modrých a zelených střech.

Voda na střeše může být sbírána na povrchu se štěrkovou balastní vrstvou nebo bez ní, ve speciálních kontejnerech se štěrkem nebo ve speciálních retenčních plastových blocích s možností instalace nad nimi vegetačního souvrství (modrá zelená střecha) (Obr. 4). Balastní střecha je nejjednodušším řešením modré střechy. Voda se zadržuje v mezerách vrstvy štěrku a do určité míry i nad ní. Také se voda může sbírat na střeše přímo na hydroizolaci bez balastní vrstvy.

Obr. 4 Typy modrých střech 1 – balastní, 2 – s plastovými bloky (modrá zelená střecha) 3 – s terasou nad vodoakumulační vrstvou, 4 – kontejnerový systém (zdroj: [6])

Skladby modrých střech a pořadí vrstev (klasické nebo inverzní) se liší podle výrobce a způsobu vodoakumulace. Výrobci zatím neuvádějí míru retence nebo detence modrých střech.

Obr. 5 Modrá střecha pilotního projektu v New Yorku 1 – rozdělení na 4 zóny, 2 – střešní vpusť, 3 – kontrolní překážky, 4 – kontejnerový systém (zdroj: [7])

8. Způsob akumulace vody

Jak je vidět z praxe u zelených střech, voda se nejčastěji zadržuje ve speciálních vrstvách jako substrát nebo retenční vrstva z různých vláknitých či tvarových materiálů. Vyskytují se i tzv. meandrové (profilované plastové) panely, které současně slouží jako drenážní vrstva pro zpomalení odtoku, a to díky speciálnímu profilu, který prodlužuje cestu vody do vpustí. To může být objasněno tím, že u zelených střech je potřeba nejenom srážkovou vodu zachytit, ale také ji tam zadržet na nějakou dobu pro rostliny v případě sucha, a to ve vrstvě nebo materiálu dosažitelném pro kořínky. U modrých střech se doposud nepoužívaly vrstvy z vláknitých materiálů, ale častěji ze sypkých, například štěrku nebo plastových vodoakumulačních desek s vysokým profilem. Další možností je aplikace bloků, kde převládá způsob sbírání vody v kontejnerech. V případě, že zelena střecha má plastové bloky pod vegetačním souvrstvím, hovoří se primárně o zelené střeše se zvýšenou retenční schopností.

Modré střechy jsou poměrně novou technologií. Česká legislativa ani české normy zatím tento pojem neuvádějí. Pro modrou střechu nejsou určeny ani součinitele odtoku. Zelené střechy jsou naopak známy zmenšením odtoku dešťové vody a též elementárně zakotveny v současných stavebních normách. Díky tomu je možná i jejich finanční podpora instalace (například Nová zelená úsporám nebo Zeleň střechám města Brna). Nedostatkem je však to, že norma ČSN 75 6760 Vnitřní kanalizace [8] uvádí pouze 3 možné součinitele odtoku bez zásadního ohledu na tloušťku vrstvy substrátu či zapojení technických vrstev. Při tom již dávno existují retenční materiály, které jsou schopny zadržovat vodu lépe než substrát, a proto i při menších tloušťkách substrátu se dá dosáhnout snížení součinitele odtoku (při menších dešťových událostech podíl vsáknuté vody dosáhne až 100 %), než je uvedeno v normě.

Pro jednotlivé druhy střech – zelené, hnědé a modré – se doporučuje vycházet z ověřeného výpočtu a aplikovaného výzkumu na základě správné hydrologie návrhového deště, hydraulického výpočtu retence, resp. detence a správného návrhu následujících hydrotechnických objektů pro retenci, resp. detenci s regulovaným odvedením odtoku srážkových povrchových vod.

9. Závěr

Největší efektivitu vzhledem ke schopnosti zadržet špičkový odtok srážkové vody do kanalizační sítě mají retenční střechy v intravilánu. Retenční střechy mohou být v tomto případě aplikovány buď na stávajících objektech při rekonstrukci střechy nebo na nových objektech. Při tom nosnost střešní konstrukce je často pro možnost instalace zelené střechy rozhodujícím faktorem. Zpravidla pro případ rekonstrukce jsou vhodné pouze extenzivní střechy s tenkou vrstvou substrátu. Zatímco v ustálené husté zástavbě centra města je realizace přírodě blízkých opatření velmi problematické hlavně kvůli nedostatku místa, pak v nově zastavěných částech města zelené střechy v kombinaci s jinými způsoby udržitelného hospodaření s dešťovými vodami by mohly výrazně snížit odtok dešťové vody do kanalizační sítě. Tím pádem lze značně zmenšit jejich negativní působení na bilanci vody v dané lokalitě a zachovat její přírodní charakter v souladu s principy udržitelného rozvoje území.

10. Poděkování

Článek byl vytvořen v rámci řešení projektu FAST-J-19-6081 Studium vlivu sklonu na odtokové faktory skladeb retenčních střech a FAST-S-19-6045 Studium fyzikálních procesů v kritických detailech obalových konstrukcí budov s téměř nulovou potřebou energie.

11. Použité zdroje

1. Praha, Vybrané údaje za obec: Veřejná databáze, vše u území. Český statistický úřad [online]. [cit. 2018-11-20]. Dostupné z: https://vdb.czso.cz/vdbvo2/faces/cs/index.jsf?page=profil-uzemi&uzemiprofil=31588&u__VUZEMI__43__554782#
2. DOBROVOLNÝ, Petr a Jan GELETIČ. Klima měst a ve střední Evropě a globální změna klimatu [online]. In: . 2015 [cit. 2018-11-20]. Dostupné z: http://docplayer.cz/30399616-Klima-mest-a-ve-stredni-evrope-a-globalni-zmena-klimatu-urban-climate-in-central-european-cities-and-global-climate-change.html
3. Vyhláška č. 501/2006 Sb. Vyhláška o obecných požadavcích na využívání území. 2006.
4. REBROVA, Tatiana, David BEČKOVSKÝ a Petr SELNÍK, 2017 IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 95 [online]. Dostupné z: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1755-1315/95/4/042040/pdf
5. Biodiverse Roof Systems. In: ABG [online]. [cit. 2018-10-27]. Dostupné z:
   http://www.abg-geosynthetics.com/products/biodiverse-roof-systems.html
6. Blue Roof Assembly Options. In: American Hydrotech [online]. [cit. 2018-10-27]. Dostupné z: https://www.hydrotechusa.com/assemblies/roofing/blue-roofs
7. New York City Green Infrastructure Plan. In: The Official Website of the City of New York [online]. 2012 [cit. 2018-10-27]. Dostupné z: https://www1.nyc.gov/assets/dep/downloads/pdf/water/stormwater/green-infrastructure/gi-annual-report-2012.pdf
8. ČSN 75 6760. Vnitřní kanalizace
9. ČSN EN 752. Odvodňovací systémy vně budov.
10. Směrnice 2000/60/ES – rámec pro činnost Společenství v oblasti vodní politiky