Zelené stěny v interiéru a jejich dopad na mikroklima
Příspěvek pojednává o možnostech využití zelených stěn a jejich dopadu na životní prostředí, mikroklimatické podmínky a celkový vjem na pocitové pohodlí v interiéru. Zelené stěny, neboli vertikální zahrady jsou žádaným architektonickým prvkem prostorů ať už vnějšího či vnitřního, pro svou estetickou hodnotu a významné schopnosti příznivě ovlivňovat prostředí, ve kterém žijeme. Vertikální zahrady jsou schopny zlepšit akustické parametry prostoru, regulovat vlhkost a teplotu vnitřního prostředí a zachycovat prach. Zelená stěna funguje také jako velmi efektivní tepelný a zvukový izolační systém. Jakákoliv větší zelená plocha zásadně zvyšuje kvalitu mikroklimatu, a tedy i života lidí.
1. Úvod
Vliv lidské činnosti má negativní dopady na životní prostředí, a proto je třeba hledat řešení, jak udržet nebo zvýšit tempo našeho rozvoje, ale zároveň snížit tlak na životní prostředí. Pomoci mohou zelené stěny obecně označované jako svislé plochy pokryté vegetací. Jejich historie sahá až 600 let př.n.l. do dob asyrské kultury, kde byly první visuté zahrady zaznamenány na stavbách Babylonu v Mezopotamii [1].
Uvádí se, že použití zelených stěn je spojeno s různými environmentálními, sociálními a ekonomickými přínosy, které optimalizují venkovní i vnitřní prostředí. Zelené stěny mohou být účinným řešením, jak snížit teploty na povrchu stěn v horkých letních dnech a zabránit tepelným ztrátám v zimním období, a tak mít příznivý vliv na množství energie potřebné k udržení správné teploty v interiéru. Hlavní omezení použití zelených stěn je dáno vyššími náklady na instalaci a údržbu vegetace na stěnách. Proto je třeba v budoucnu vyvinout nové, ekonomičtější systémy zelených stěn. Vzhledem k tomu všemu lze konstatovat, že systémy zelených stěn mají potenciál stát se dobrými řešeními nejen pro zlepšení energetické účinnosti budov, ale také pro vytvoření udržitelnějších městských oblastí [2] [3] [4] [5].
2. Experiment
V rámci tohoto projektu byl proveden experiment, kde byla navržena, zrealizována a následně studována zelená stěna v interiéru. Studován byl její vliv na změnu mikroklimatu a pohodlí v místnosti.
Experiment byl proveden v učebně v Ústavu technologie stavebních hmot a dílců na Fakultě stavební Vysokého učení technického v Brně. Záměrně byla vybrána učebna D204 s okny orientovanými na jihozápad a jihovýchod. V této místnosti byly již dříve nezávislým měřením zjištěny nízké úrovně relativní vlhkosti, vysoké koncentrace CO2, zhoršené světelné podmínky a problémy s akustikou (konkrétně doba dozvuku). Tyto negativní podmínky mají neblahý vliv jak na studenty, tak na pedagogy, a významně tak snižují kvalitu studijních podmínek. Měřena byla zároveň také identická místnost D306, která se nachází přímo nad naší experimentální místností, jakožto referenční prostředí kvůli srovnání výsledků a ověření vlivu zelených ploch. V místnosti D204 o rozměrech 10 × 8 m byla zrealizována zelená stěna o rozměru 4 × 2,5 m a další tři menší zelené plochy o rozměru 1 × 1 m.
Obr. 1: Učebna D204 před instalací zelených ploch
Hlavní vertikální zahrada byla osazena rostlinami druhu Chamadorea, Anthurium pink, Aglaonema cutlass, Scandens, Maranta tricolor, Monstera deliciosa Calathea lancifolia, Calathea zebrina, Monstera deliciosa, Nephrolepis exaltata Green Lady, substrát byl zvolen rašelinovo hlinitého typu, který je vhodný pro všechny použité druhy rostlin. Zavlažování těchto zelených prvků bylo prováděno manuálně pomocí zavlažovacího systému. Zelená stěna včetně dalších zelených prvků byla nasvícena LED lampami od 8:00 do 18:00 hod.
Menší zelené prvky A až C byly osázeny odlišnými druhy rostlin a byly užity jiné typy substrátu. Pro zelenou plochu A byl použit substrát Seramis, jílový granulát s vysokou nasákavostí. Na této ploše byly použity tyto druhy rostlin: Asplenium nidus, Chamadorea, Anthurium red, Aglaonema maria, Calathea lancifolia, Aglaonema silver, Aglaonema jubilee compacta, Aglaonema anymanee, Croton, Ananas, Chlorophythum, Maranta tricolor, Calathea zebrina, Calathea makoyana, Ficus benjamin, Calathea rose. Na zelenou plochu B byla použita směs substrátu Seramisu a Zeoponicu na bázi zeolitu a byly použity tyto druhy rostlin: Asplenium nidus, Chamadorea, Anthurium red, Aglaonema maria, Calathea lancifolia, Aglaonema silver, Aglaonema cuttles, Aglaonema jubilee compacta, Aglaonema white lance, Spathiphilum, Croton, Imperial red, Maranta tricolor, Calathea zebrina, Ficus benjamin. Pro poslední zelenou plochu C byla jako substrát použita zemina a byla osázena následujícími druhy rostlin: Asplenium nidus, Asplenium osaka, Anthurium pink, Aglaonema butterfly, Aglaonema cutlass, Spathiphylum, Croton, Ananas, Calathea sanders, Calathea pinstride, Calathea white star.
Obr. 2: Učebna D204 po instalaci vertikálních zahrad
Cílem experimentu bylo zjištění vlivu vertikálních zahrad na negativní faktory a dopad na mikroklima, akustické vlastnosti místnosti a obsah CO2 v učebně.
3. Metodika
Experimentální učebna D204 a obdobná referenční učebna bez vybavení (D306) byly monitorovány v průběhu jednoho akademického roku. V rámci experimentu byly sledovány tyto parametry: akustické vlastnosti – doba dozvuku, koncentrace oxidu uhličitého, koncentrace kyslíku, teplota, relativní vlhkost a množství prachových částic. Dále byl proveden průzkum mezi osobami, které se v učebnách pohybují, pomocí dotazníku. Účelem tohoto dotazníku bylo zjištění vnímání změny mikroklimatu a sledování pohodlí v prostorách před instalací a po instalaci zelených ploch.
Obr. 3: Zelené plochy A, B, C
K měření parametrů našich sledovaných vlastností byl použit přístroj Almemo AHLBORN, ze kterého byly parametry ukládány do databáze v pravidelných intervalech. Doba dozvuku byla stanovena pomocí přístroje Brüel Kjaer, Investigator TM typ 2260.
4. Závěr
Cílem tohoto experimentu bylo navrhnout, zrealizovat a následně studovat vliv zelených stěn v interiéru. Sledován byl především jejich vliv na změnu mikroklimatu, akustiku a pohodlí v místnosti.
Na základě dlohodobého měření bylo prokázáno, že vertikálni zahrada spolu s menšími zelenými prvky mají velmi pozitivní vliv na prostorovou akustiku místností. Největší pokles doby dozvuku byl pozorován v pásmu 125–2000 Hz, což je jedna z nejdůležitějších oblastí pro zřetelné porozumění řeči. Doba dozvuku se při 2000 Hz snížila z 2,1 s na 1,5 s, při 1000 Hz se snížila z 2,2 s na 1,5 s a při 125 Hz z 3,5 s na 2,5 s. Toto významné zlepšení akustiky bylo zaznamenáno také v našem dotazníku, kde bylo potvrzeno u více než 90 % dotazovaných. Maximální koncentrace CO2 byla snížena v experimentální učebně přibližně na 1500 až 2000 ppm, přičemž v referenční místnosti maxima překračovala 3000 ppm. Vysoká koncentrace CO2 má za následek únavu a snížení pozornosti a také sníženou psychickou pohodu osob pohybujících se v místnosti. Poměrné snížení maximálních hodnot těchto koncentrací až o 50 % bylo v místnosti velmi citelné. Nízké koncentrace kyslíku zvyšují psychickou únavu, snižují soustředěnost a pozornost osob v místnosti. Z dlouhodobého měření bylo zjištěno, že množství kyslíku není nijak zásadně ovlivňeno těmito zelenými prvky a koncentrace O2 byla většinou okolo 21 %.
Dalším zajímavým výsledkem je, že zelené stěny pomáhají k termoregulaci teploty v místnosti. V letním obdobím snižovaly teploty průměrně o 3 °C, v extrémních případech až o 10 °C a v zimním období teploty zvyšovaly přibližně o 1 až 2 °C.
Vlivem zavlažování a přirozeného odpařování vodních par z experimentálních instalací byla zvýšena také relativní vlhkost. Ta se před instalací pohybovala často okolo 30 %, přičemž dochází k nadměrnému vysušování sliznic. Hodnoty relativní vlhkosti se zvýšily na 35–60 %. Dle naší ankety relativní vlhkost nad 50 % většina osob vjemově považuje za vlhké prostředí, které není komfortní, tudíž ideální relativní vlhkost v interiéru se pohybuje v rozmezí 35–50 %.
Jediným negativním výsledkem při tomto dlouhodobém experimentu byl mírně zvýšený obsah prachových částic ve vzduchu, přičemž dochází k usazování prachových částic na částech rostlin. V anketě však tento jev nikdo vjemově nezaznamenal.
Na základě výsledků hodnocení osob, které se v místnosti pohybovaly, bylo zjištěno, že zelené prvky mají zásadní vliv na psychickou pohodu, pozitivně ovlivňují mikroklimatické podmínky, významně vylepšily akustické vlastnosti učebny a v neposlední řadě vylepšily celkovou estetiku prostoru.
Udržitelnost: ekonomický faktor a faktor zelených stěn
Experimentální zelená stěna byla sestavena z podkladní desky, systémových květináčů s integrovaným zavlažovacím systémem, zavlažovací autonomní řídicí jednotky a s úsporným osvětlením s časovačem. Na 1 m2 připadá cca 25 rostlin, s tím, že je doporučeno ročně obnovit přibližně 10 % zeleně. Odhadovaná životnost takové stěny je minimálně 10 až 15 let, přičemž závisí především na zvolených materiálech a péči o dané rostliny. Náklady na realizaci zelené stěny jsou uvedeny v Tabulce 1.
| Prvek | Cena za 1 m2 |
|---|---|
| Podklad (OSB deska) | 272 Kč |
| Modulární systém s květináči a zavlažováním | 7 455 Kč |
| Spojovací materiál + potrubí pro zavlažování | 452 Kč |
| Substrát | 185 Kč |
| Rostliny (25 ks – závisí na druhu použitých rostlin) | 2 500 Kč |
| Celkem | 10 865 Kč* |
| *cena se může lišit především typem a značkou dodavatele květináčového systému | |
Na zelenou stěnu plochy 2,5 m bylo použito světlo s výkonem 35 W, přičemž doba svícení je 8 hodin denně (dle potřeby použitých rostlin a světelných podmínek místnosti), spotřeba energie autonomní řídicí jednotky je zanedbatelná. Zálivka se provádí většinou jednou týdně cca do 5 l/1 m2. Při dodržování doporučení výměny 10 % rostlin ročně vychází obnova na 1 m2 přibližně 3 rostliny. Provozní náklady jsou uvedeny v Tabulce 2.
| Provozní náklady | Na 1 m2/měsíc |
|---|---|
| Energie na svícení + autonomní jednotka (3,6 kWh) | 21 Kč |
| Užitková voda na zavlažování (15 l) | 1,5 Kč |
| Obnova rostlin (3 rostliny/rok) | 25 Kč |
| Celkem | 47,5 Kč |
Z popisu výše uvedených tabulek lze říci, že pořizovací náklady jsou stěžejní, jelikož provozní náklady jsou výrazně nižší. Realizační náklady lze výrazně snížit výběrem levnějšího dodavatele modulárního květináčového systému nebo si jej vyrobit svépomocí. Nevýhodou může být nefunkčnost a složitější zavlažovací systém.
5. Literatura
- SIEVEKING, ALBERT FORBES. The praise of gardens; an epitome of the literature of the garden-art. [s.l.]: London, J. M. Dent & co., 1899.
- CHEN, Hong, Ryozo OOKA, Hong HUANG a Takashi TSUCHIYA. Study on mitigation measures for outdoor thermal environment on present urban blocks in Tokyo using coupled simulation. Building and Environment. 2009, 44(11), 2290-2299. ISSN 0360-1323, https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2009.03.012
- HOYANO, Akira. Climatological uses of plants for solar control and the effects on the thermal environment of a building. Energy and Buildings. 1988, 11(1), 181-199. ISSN 0378-7788. https://doi.org/10.1016/0378-7788(88)90035-7
- MALYS, Laurent, Marjorie MUSY a Christian INARD. A hydrothermal model to assess the impact of green walls on urban microclimate and building energy consumption. Building and Environment. 2014, 73, 187-197. ISSN 0360-1323. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2013.12.012
- YAN, F., J. SHEN, W. ZHANG, L. YE a X. LIN. A review of the application of green walls in the acoustic field. Building Acoustics. 2022, 29(2), 295-313. https://doi.org/10.1177/1351010X221096789
Poděkování
Tento experiment byl realizován za finanční podpory z prostředků státního rozpočtu prostřednictvím Ministerstva průmyslu a obchodu v rámci projektu FAST-S-22-8024 „Studium vnitřního prostředí budov s ohledem na účinnost živých zelených prvků aplikovaných na stavební konstrukce“.
This post discusses the possibilities of using green walls and their impact on the living environment, micro-climatic conditions and the overall perception of comfort in the interior. Green walls, or vertical gardens, are a desired architectural element of spaces, whether external or internal, for their aesthetic value and significant ability to favorably influence the environment in which we live. Vertical gardens improve acoustics, humidify, freshen and cool the air, capture dust and clean the air. The green wall also functions as a very effective heat and sound insulation system. Any larger green area fundamentally increases the quality of the microclimate, and therefore also people's lives.