Globálne otepľovanie = zvýšené používanie klimatizácie
Globálne priemerné teploty v posledných dvoch desaťročiach neustále rastú v dôsledku globálneho otepľovania. Klimatické zmeny zvyšujú frekvenciu a intenzitu horúčav, čo vedie k vyššiemu dopytu po energii na klimatizáciu. To zasa spôsobuje zvýšené emisie skleníkových plynov a ďalších znečisťujúcich látok.
Vzniká tak začarovaný kruh – krátkodobé prispôsobenie sa vyšším teplotám, ako napríklad zvýšené používanie klimatizácie, ešte viac podporuje globálne otepľovanie a zhoršuje kvalitu ovzdušia. Keďže vysoké letné teploty spôsobujú množstvo environmentálnych a zdravotných problémov, ich zníženie sa stalo prioritou pre mnohé veľké metropolitné oblasti v Severnej Amerike.
Evapotranspirácia znižuje teplotu vzduchu
V prírodnej krajine umožňuje vegetácia proces evapotranspirácie, pri ktorom listy a pôda premieňajú prichádzajúcu solárnu energiu na latentné teplo odparovaním vody. Tento proces zabraňuje premene energie na citeľné teplo, čím sa znižuje teplota vzduchu. Vegetácia zároveň poskytuje tieň, čím ďalej znižuje povrchovú teplotu.
Na druhej strane v husto zastavaných mestských oblastiach strechy, steny, cesty a chodníky absorbujú slnečnú energiu a premieňajú ju na citeľné teplo, čo spôsobuje nárast ich povrchovej teploty a okolitého vzduchu. V mestách s vysokou hustotou budov tento jav vedie k umelému zvýšeniu teploty, čo je známe ako efekt mestského tepelného ostrova.
Riešenie poskytuje zeleň na streche
Zvýšenie množstva vegetácie v mestách by pomohlo znížiť celkovú teplotu a zmierniť tento efekt. Bohužiaľ, v husto zastavaných oblastiach je dostupnosť zelených plôch obmedzená z dôvodu vysokých cien pozemkov.
Zelené strechy, známe aj ako strešné záhrady, sú strechy pokryté vegetáciou. Tieto systémy nielenže esteticky oživujú nevyužité strešné priestory v mestách, ale prinášajú aj množstvo ďalších výhod. Môžu znížiť energetickú spotrebu budov na klimatizáciu a tým aj emisie skleníkových plynov vďaka tieneniu, evapotranspirácii a zlepšeným izolačným vlastnostiam.
Izolačnú hodnotu zelenej strechy poskytujú rastliny aj substrát. Napríklad 200 mm vrstva substrátu a 200 – 400 mm hrubá vrstva trávy má kombinovanú izolačnú hodnotu ekvivalentnú 150 mm minerálnej vlny (RSI 0,14 m²K/W alebo R 0,79 h·ft²·°F/Btu). Pod zelenou strechou boli vnútorné teploty (bez klimatizácie) v rozmedzí 3 – 4 °C nižšie ako vonkajšie teploty pri vonkajších teplotách 25 – 30 °C.
Extenzívna zelená strecha s trávnatým porastom na 150 mm substráte znížila tok tepla cez strechu o viac ako 75 % počas jari a leta v Ottawe. Zároveň membrána pod zelenou strechou len zriedka prekročila teplotu 30 °C, zatiaľ čo na bežnej streche dosahovala v lete viac ako 60 °C. Merania na intenzívnej zelenej streche v Singapure potvrdili podobné ochladzujúce účinky.
Tepelný ostrov
V letných mesiacoch sa strechy môžu extrémne prehrievať, čo prispieva k efektu mestského tepelného ostrova. Existuje niekoľko možností, ako modifikovať mestské povrchy na zmiernenie tohto efektu – mestská zeleň, zelené strechy a biele (reflexné) strechy.
Nedostatok vegetácie bol identifikovaný ako najvýznamnejší faktor prispievajúci k efektu mestského tepelného ostrova.
Vzhľadom na obmedzený priestor na parky a zeleň v mnohých severoamerických mestách sa umiestnenie vegetácie na inak nevyužité strechy budov javí ako atraktívne riešenie na zmiernenie efektu mestského tepelného ostrova.
Pozadie štúdie
Mesto Toronto bolo vybrané pre túto štúdiu, pretože je najväčším mestom v Kanade (s populáciou približne 2,5 milióna obyvateľov) a predstavuje typické mestské centrum. Národný výskumný ústav vybavil extenzívnu zelenú strechu na komunitnom centre v Toronte meracími prístrojmi s cieľom kvantifikovať jej tepelnú výkonnosť a schopnosť zadržiavať dažďovú vodu.
Tento článok sa zameriava na chladiaci potenciál zelených striech a prezentuje podporujúce údaje z terénnych meraní a výsledky simulácií tejto spoločnej štúdie.
Monitorovanie v teréne: Tepelný výkon extenzívnej zelenej strechy
Experimentálna štúdia
Komunitné centrum Eastview Neighbourhood Community Centre sa nachádza medzi nízko podlažnými obytnými a komerčnými budovami v Toronte. Zelená strecha bola inštalovaná na streche telocvične, ktorá má nízky sklon a priemyselný strešný systém.
Strešná plocha s rozlohou 460 m² bola rozdelená pozdĺžne na dve časti, pričom na každej bol nainštalovaný odlišný systém extenzívnej zelenej strechy. Kvôli obmedzenej nosnosti strechy boli vybrané ľahké extenzívne systémy. Strecha priľahlej strojovne slúžila ako referenčná plocha na porovnanie.
Charakteristika testovaných striech
Telocvičňa a referenčná strecha strojovne boli zložené zo stupňovitej oceľovej konštrukcie, sadrokartónovej dosky, parozábrany, tepelnej izolácie, vláknitej dosky a modifikovanej bitúmenovej membrány.
- Zelená strecha G obsahovala kompozitnú polotuhú polymérovú drenážnu a filtračnú rohož a koreňovú kotviacu podložku. Substrát mal hrúbku 100 mm a obsahoval malé svetlé granule.
- Zelená strecha S mala drenážne panely z expandovaného polystyrénu, geotextilný filtračný materiál a substrát s hrúbkou 75 mm, ktorý obsahoval pórovité keramické granule tmavej farby.
Monitorovanie a merania
Na troch strešných sekciách sa merali teplotné profily, tepelný tok cez strešný systém, vlhkosť pôdy, mikroklimatické podmienky vytvorené vegetáciou a dažďový odtok.
- Na streche bola nainštalovaná meteorologická stanica na zaznamenávanie:
- Teploty vzduchu
- Relatívnej vlhkosti
- Úhrnu zrážok
- Intenzity solárneho žiarenia
- Koncentrácie oxidu uhličitého v atmosfére
Senzory boli pripojené k systému na zber dát, ktorý umožňoval diaľkové monitorovanie cez modem.
Výsledky a zistenia
Monitorovanie dvoch prevádzkovaných rozsiahlych zelených striech v Toronte ukázalo, že zelené strechy sú účinné pri znižovaní tepelného zisku v lete, čím poskytujú ochladzujúci efekt pre budovy. Aj keď vegetácia bola počas prvého roka minimálna, tieto zelené strechy s 75 mm až 100 mm ľahkého rastového substrátu znížili tok tepla cez strechu o 70% až 90% v lete a 10% až 30% v zime, čím znížili energetickú spotrebu na klimatizáciu budovy.
Taktiež znížili maximálnu teplotu strešnej membrány v lete o viac než 20°C a denné výkyvy teploty strešnej membrány o približne 30°C. Tieto zníženia pomôžu znižovať opotrebovanie a tepelné stresy spojené s teplotnými výkyvmi, čím pozitívne prispievajú k trvácnosti membrány.
Simulačné štúdie pomocou Mesoscale Compressible Community Model ukázali, že zavlažovanie mesta znížilo teploty na nízkej úrovni v mestských oblastiach o 1°C.
Pridanie zavlažovaných zelených striech v centre mesta zvýšilo ochladenie na 2°C a rozšírilo oblasť ochladenia o 1°C na väčšiu geografickú plochu. Simulácia ukázala, že so zodpovedajúcou vlhkosťou pre evapotranspiráciu môžu zelené strechy zohrávať kľúčovú úlohu pri znižovaní efektu mestského tepelného ostrova.