V júli 2022 bola zaznamenaná na meracej stanici na Mauna Loa (Hawai) v Tichom oceáne úroveň oxidu uhličitého na úrovni 419,88 ppm. Merania skleníkového plynu prebiehajú na tomto mieste už od 50. rokov minulého storočia a čísla hovoria jednoznačne. Trend koncentrácie CO2 je kontinuálne na vzostupe a hlavnou príčinou veľkého množstvo skleníkových plynov v atmosfére (nielen CO2, ale aj metán, vodná para a iné) je antropogénna činnosť, teda ľudská činnosť. To potvrdilo už mnoho vedeckých štúdií.
Ak sa pozrieme do blízkej minulosti, na obdobie od roku 1700 po súčasnosť, z grafu vidíme, že úroveň oxidu uhličitého pred rokom 1958 (započaté prvé merania skleníkového plynu Charlesom Davidom Keelingom) nikdy nepresiahla hodnotu 300 ppm. A ak nazrieme do ešte hlbšej minulosti, zistíme to isté. Ako to vieme? Skúmanie ľadovcov je ako cestovanie v čase, ako návrat do minulosti. Podrobnou analýzou vzoriek ľadu, získaných z jadrových vrtov v oblasti Arktídy a Antarktídy bola zistená úroveň oxidu uhličitého, ktorá panovala na našej planéte v minulosti. Nám ľudom sa však za posledných približne 60 rokov podarilo dostať jej úroveň až na takmer 420 ppm. Táto krivka je vo svete známa ako Keeling´s curve alebo Keelingova krivka po slovensky.
Obr. 1 Trend koncentrácie oxidu uhličitého od roku 1958 po súčasnosť [1]
Prečo je vlastne problémom oxid uhličitý a ďalšie skleníkové plyny? Skleníkové plyny samé o sebe nie sú problémom, bežne sa predsa vyskytujú v atmosfére. Všetci dobre vieme, že rastliny vďaka elegantnému procesu známemu ako fotosyntéza viažu vplyvom slnečného žiarenia oxid uhličitý, pričom produkujú kyslík. Komplikácie však nastávajú, keď sa oxid uhličitý hromadí v atmosfére, a to práve vďaka ľudskej činnosti (spaľovanie fosílnych palív – produkcia tepla, elektrickej energie, automobily a podobne). Skleníkové plyny v atmosfére zachytávajú slnečné žiarenie, absorbujú ho, čím dochádza k vzostupu teploty vzduchu – tento efekt sa označuje skleníkovým efektom. To je dôvod, prečo potrebujeme extrémne redukovať emisie skleníkových plynov z našej každodennej činnosti. Musíme si však uvedomiť, že aj okamžitým zastavením produkcie skleníkových plynov problém s globálnym otepľovaním nevymizne ihneď. Prečo? Všetky procesy majú svoju zotrvačnosť, niektoré kratšiu, iné naopak dlhodobú. Dôležité však je, že sme sa na cestu redukcie skleníkových plynov vydali, min. my ako Európska únia, vrátane ďalších krajín. Beriem na vedomie, že napr. EÚ nie je tým hlavným producentom skleníkových plynov (cca 9 – 10 % podiel na celosvetovej produkcii) a že niektoré krajiny (veľkí znečisťovatelia) odmietajú túto cestu, ktorej cieľom je výrazne redukovať tvorbu skleníkových plynov, avšak niekto začať musí a ja verím, že sa postupne zapoja ďalšie a ďalšie krajiny. História nás predsa učí. Spomeňme si na legendárnu vetu amerického astronauta Neila Armstronga z misie Apollo 11, ktorú povedal hneď potom, ako sa dotkol povrchu mesiaca 20. júla 1969: „Je to malý krok pre človeka, ale veľký skok pre ľudstvo“.
Obr. 2 Trend koncentrácie oxidu uhličitého od roku 1700 po súčasnosť [1]
Obr. 3 Trend koncentrácie oxidu uhličitého od začiatku nášho letopočtu až po súčasnosť [1]
Dôsledky globálneho otepľovania pozorujeme celosvetovo už dlhodobo, či už v rastúcom počte tornád, postupným úbytkom horských ľadovcov, ulamovaním a topením sa pevninových ľadovcov v oblastiach Arktídy a Antarktídy, postupným rozmrazovaním permafrostu (trvalo zamrznutá zem), ktorý v sebe uchováva gigantické množstvá metánu, o ktorom dobre vieme, že je oveľa nebezpečnejším skleníkovým plynom ako je oxid uhličitý. Sme svedkami extrémnych vĺn horúčav, sucha a na mnohých miestach aj nedostatku vody.
Obr. 4 Ilustračné znázornenie skleníkového efektu [2]
Prítomnosť zelene na strechách budov
V súčasnosti je zeleň prítomná na strechách budov vďaka realizácii tzv. intenzívnych resp. extenzívnych vegetačných striech. Hlavný rozdiel spočíva v hrúbke substrátu a v použitej zeleni. Vegetačná strecha má viacero funkcií, ako napr. ochrana hydroizolačnej vrstvy pred degradačnými účinkami slnečného žiarenia a pred nadmerným mechanickým namáhaním vplyvom teplotných rozdielov (leto/zima, slnečné žiarenie), ďalej znižuje povrchovú teplotu strešného plášťa, čím minimálne prispieva k vzostupy teploty okolitého vzduchu (v porovnaní so strechami bez vegetačnej vrstvy). Pri náhlych a intenzívnych dažďových zrážkach plní vegetačná strecha aj retenčnú funkciu, t. z., že odvod vody zo strechy napr. do mestskej kanalizácie je spomalený, čím sa minimalizuje riziko zahltenia prepravnej kapacity kanalizačnej siete. Tu je potrebné si pripomenúť, že tento efekt je možné očakávať hlavne v prípade intenzívnej vegetačnej strechy, ktorá disponuje väčšou vrstvou substrátu v porovnaní s extenzívnou vegetačnou strechou. Zeleň do určitej miery „filtruje“ vzduch, viaže oxid uhličitý a produkuje kyslík. Miera produkcie kyslíka je závislá od veľkosti listovej plochy – tzv. index listovej plochy (LAI). Čim je jeho hodnota vyššia, tým je miera produkcie kyslíka danou zeleňou väčšia. Ak sa teda pozrieme na nasledujúcu tabuľku (Tab. 1), je zrejmé, že realizácia trávnika (LAI = 6 m2) resp. trávin (LAI = 50-100 m2) na streche budovy má z tohto hľadiska väčší prínos, ako strecha s rozchodníkovým porastom. Tento fakt je podľa môjho názoru veľmi dôležitý, ak nie najdôležitejší v prípade, že chceme hovoriť o efektívnosti prínosov z realizácie vegetačnej strechy. Osobne vnímam hlavný význam a vplyv vegetačnej strechy predovšetkým pre okolie, ako pre budovu samotnú, ak chceme hovoriť o procese adaptácie na zmenu klímy. Prečo? Či už pôjde o extenzívnu alebo intenzívnu vegetačnú strechu, obidva typy výrazne redukujú tepelné sálanie z povrchu strechy, nakoľko znižujú jej povrchovú teplotu. Strechy takýchto budov tak minimálne prispievajú k ohrievaniu okolitého už aj tak dosť teplého vzduchu počas letných dní. Je zrejmé, že v tomto prípade budú efektívnejšie intenzívne vegetačné strechy. Ďalším pozitívom je zadržiavanie vody po dažďových zrážkach a následne zvlhčovanie okolitého vzduchu. Aj v tomto prípade budú efektívnejšie intenzívne vegetačné strechy, ktoré majú spomínanú retenčnú schopnosť vyššiu v porovnaní s extenzívnymi vegetačnými strechami. Spomínaný už bol tzv. index listovej zelene, takže ak chceme hovoriť o filtrácii vzduchu od prachových nečistôt, o viazaní oxidu uhličitého a tvorbe kyslíka, tak potom majú intenzívne vegetačné strechy väčší potenciál.
Obr. 5 Mestské tepelné ostrovy – problémy a možné riešenia [3]
Ako projektant technických zariadení budov a vysokoškolský učiteľ pre navrhovanie trvalo udržateľných budov však vnímam, či už v prípade návrhu a realizácie extenzívnej alebo intenzívnej vegetačnej strechy, jeden, dva až tri nedostatky alebo citlivejšie povedané, jednu, dve až tri nevýhody. Aké to sú?
1. V prípade existujúcich budov je uvažovanie o realizácii vegetačnej strechy skôr v rovine realizácie extenzívnej vegetačnej strechy, a to kvôli statickej únosnosti nosnej konštrukcie strechy. Samozrejme, statické posúdenie nosnej konštrukcie je nevyhnutné aj v prípade uvažovania nad realizáciou menšej vrstvy substrátu (extenzívna strecha). Avšak prínosy extenzívnej strechy pre okolie nie sú až také, ako v prípade intenzívnej vegetačnej strechy (bolo vysvetlené v texte vyššie). Okrem statického hľadiska, je potrebné si uvedomiť existujúcu infraštruktúru na povrchu existujúcej strechy, čo môže komplikovať riešenie a realizáciu.
Tab. 1 Prehľad číselných údajov indexu listovej plochy [4]
2. Strecha je v mnohých prípadoch priestorom, ktorý sa využíva pre umiestnenie technologických zariadení akými sú napr. vzduchotechnické jednotky, chillery a podobne. To samozrejme zmenšuje plochu strechy, ktorá môže byť využitá práve pre realizáciu vegetačnej strechy, či už extenzívnej alebo intenzívnej. Okrem toho, v okolí takýchto zariadení sú manipulačné plochy, rôzne prístupové chodníky, čo teda zmenšuje tzv. index zazelenania strechy.
Obr. 7 Príklad intenzívnej vegetačnej strechy a s aktívnym využitím [6]
3. Ak je plánované aktívne využívanie priestoru plochej strechy ako terasy, opäť sa znižuje index zazelenania takejto „pôdorysne veľkej“ plochy a navyše priestor, ktorý má byť využívaný na oddych, posedenie nie je vôbec chránený pred účinkami slnečného žiarenia počas horúcich letných dní. Riešenie v podobe inštalácie veľkopriemerových slnečníkov tieň síce vytvorí, ale zeleň priestoru nedodá a teda ani nezlepší komfort návštevníkom.
Obr. 8 Príklad extenzívnej vegetačnej strechy s umiestnenou vzduchotechnickej jednotkou vrátane VZT distribučných rozvodov [7]
Tieto tri vyššie spomínané dôvody ma priviedli na myšlienku ako inak dostať zeleň:
- na strechy budov,
- na strechy existujúcich budov,
- na strechy s množstvom technologických zariadení,
- na strechy aktívne využívané ako terasy pre posedenie a relax.
Alternatívne riešenie je založené na inštalácií ľahkej oceľovej konštrukcie, kde zvislé prvky tvoria nosné stĺpy, na ktorých je uložená horizontálna sieť z oceľových lán (odľahčenie celej konštrukcie) vytvárajúca priestor pre popínavé rastliny. Takáto konštrukcia by predstavovala akýsi prírodný slnečník, ktorý by:
- chránil návštevníkov terás pred slnečným žiarením, zlepšoval kvalitu vzduchu a komfort priestoru pod ním,
- prekrýval technologické zariadenia (vzduchotechnické jednotky, chillery…), čím by sa zvýšil index zazelenania strechy,
- použitím popínavých rastlín (vďaka vyššiemu indexu listovej plochy) zlepšil filtráciu vzduchu, a tak na jednej strane zachytával viac oxidu uhličitého a na strane druhej produkoval viac kyslíka.
Obr. 9 Príklad využitia plochej strechy ako terasy avšak bez tienenia a s minimálnou prítomnosťou zelene [8]
Obr. 10 Príklad využitia plochej strechy ako terasy avšak bez tienenia a s minimálnou prítomnosťou zelene. Tmavé povrchy stien budú navyše výrazne absorbovať slnečné žiarené, čo povedie k vysokej povrchovej teplote, ktorá následne bude sálať teplo na okolie a samozrejme aj návštevníkov terasy – tepelný diskomfort [9]
Súčasťou tohto prírodného slnečníka by boli prvky pre zachytávanie dažďovej vody, ktorá by sa akumulovala v nádržiach priamo na streche a ktorá by sa následne využívala na zavlažovania popínaných rastlín. Zemina by bola uložená v drevených boxoch, alebo boxoch z recyklovaného materiálu, pričom tieto by boli rozmiestnené po ploche strechy tak, aby minimálne zaťažovali vodorovné nosné prvky (stropná nosná doska). Súčasťou boxov bude zavlažovacie potrubie, ktoré sa pripojí na nádrže s dažďovou vodou. Nádrž na vodu by nebola iba jedna, ale skôr viac a objemovo menších, aby bola zabezpečená s nimi ľahšia manipulácia, údržba a menšie lokálne zaťaženie strechy. Dažďová voda bude zachytávaná pomocou záchytnej fólie, ktorá sa zavesí na oceľovú konštrukciu, pod popínavé rastliny, čím nedôjde k zmenšeniu indexu zazelenania strechy. Zachytená dažďová voda sa odvedie plastovým potrubím do zbernej nádrže na dažďovú vodu. V mieste odtoku vody zo záchytnej fólie bude umiestnený mechanický filter, obsahujúci sito na hrubé nečistoty (lístie z popínavých rastlín). V prípade, že by sa filter upchal, dažďová voda sa preleje cez okraj záchytnej fólie na plochú strechu budovy, kde sa bezpečne odvedie do strešného vpustu. Zberná nádrž na dažďovú vodu obsahuje aj bezpečnostný prepad, ktorý obdobne vodu odvedie z nádrže na plochú strechu, ktorá má svoj odvodňovací systém. Počas zimnej sezóny sa nádrže vypustia, zavesené záchytné fólie demontujú (zrolujú, ostanú stále uchytené na konštrukcii), aby nedošlo k ich poškodeniu od vrstvy snehu (zaťaženie fólie). Popínavé rastliny by tvorili tienenie pre rôzne technologické zariadenia (vzduchotechnika, chillery…), čo by do určitej miery mohlo zlepšiť efektívnosť ich prevádzky.
Obr. 11 Príklad využitia plochej strechy ako terasy s inštaláciou slnečníkov avšak bez živej zelene [10]
Samozrejme nesmieme zabúdať na údržbu, resp. starostlivosť o navrhovanú zeleň. Tak ako budova samotná a jej systémy technických zariadení potrebujú pravidelnú kontrolu a servis, podobne je potrebné pristupovať aj k starostlivosti o zeleň (popínavé rastliny), vo väčšine prípadov o akúkoľvek zeleň. Na jednej strane sa vytvára tak priestor na aplikáciu nových technológií (IoT a podobne), ktoré budú sledovať rôzne parametre (aktuálnu teplotu vzduchu a pôdy, vlhkosť vzduchu a pôdy, úroveň hladiny dažďovej vody v záchytných nádržiach na dažďovú vodu, ďalej predpoveď počasia na nasledujúce dni), a tak nastavovať plán starostlivosti o zeleň (napr. zavlažovanie v závislosti od očakávaných dažďových zrážok – predpoveď počasia) a na strane druhej sa generujú úplne nové pracovné miesta, s novou funkciou, odbornými predpokladmi a podobne (nový typ záhradníka).
Obr. 12 Grafická schéma plochej strechy bez zelene, vystavená účinkom slnečného žiarenia
Obr. 13 Grafická schéma navrhovanej konštrukcie prírodného slnečníka
Zostavil som tím odborníkov a spoločne sme podali projekt pod názvom „Transformácia existujúcich budov na trvalo udržateľné budovy – ekologický potenciál plochých striech“ na grantovú agentúru VEGA, so začiatkom riešenia január 2023. Veríme, že projekt bude finančne podporený, aby sme už čoskoro mohli priniesť prvé výsledky z výskumu.
Ing. Martin Kováč, PhD., Technická univerzita v Košiciach, Ústav pozemného staviteľstva, Oddelenie technických zariadení budov, Vysokoškolská 4, Košice, email: martin.kovac@tuke.sk
