Realizacje z wykorzystaniem dachów retencyjnych należą w Polsce do rzadkości, jednak w Niemczech i USA zdobywają coraz większą popularność.
Roślinność jest niezbędnym elementem kształtowania przestrzeni, coraz częściej także staramy się zazieleniać miejsca niedostępne, takie jak dachy i ściany. Płynące z niej korzyści są nie do przecenienia, jednak musimy również pamiętać, że pielęgnacja zieleni w ogóle, a na dachu bądź w formie wertykalnej w sposób szczególny, łączy się z kosztami, które będziemy ponosili stale w przyszłości.
Jednym z kluczowych kosztów pielęgnacji ogrodów jest koszt podlewania. Zaopatrzenie w wodę staje się coraz trudniejsze ze względu na rosnące ceny czystej wody, która jest ponadto towarem deficytowym. Obniża się poziom wody podskórnej, ponieważ uszczelnione powierzchnie miast nie oddają wody do gruntu, odprowadzając ją maksymalnie szybko do rzek, a uregulowane rzeki nie zatrzymują z kolei odpowiedniej ilości wody dla zaopatrzenia mieszkańców. W przestrzeni miejskiej należy zatem gromadzić wodę opadową w celu jej zagospodarowania, m.in. do podlewania roślinności.
Fot. 1 Dach zielony ekstensywny (fot. autor)
Rozwój miast spowodował konieczność zadbania o powierzchnię biologicznie czynną. Zgodnie z par. 3 pkt 22 rozporządzenia Ministra Infrastruktury z dnia 12 marca 2009 r. (Dz.U. z 2009 r. Nr 56, poz. 461) przez powierzchnię biologicznie czynną należy rozumieć teren z nawierzchnią ziemną urządzoną w sposób zapewniający naturalną wegetację, a także 50% powierzchni tarasów i stropodachów z taką nawierzchnią, nie mniejszą jednak niż 10 m , oraz wodę powierzchniową na tym terenie. Dachy płaskie, tarasy, stropy garaży podziemnych, których lawinowo przybywa w miastach są zatem doskonałym miejscem do zakładania ogrodów. Mogą one mieć również formę dachów bagiennych lub dachów retencyjnych służących magazynowaniu wody opadowej, której nadmiar można wykorzystać do zaopatrzenia w wodę roślinności (podlewanie) bądź systemu kanalizacji budynku (woda szara).
Powstanie nowego obiektu budowlanego w znacznym stopniu wpływa na bilans wodny okolicy. Z jednej strony próbujemy pozbyć się wody z terenów uszczelnionych, takich jak dachy, chodniki i drogi, z drugiej zaś musimy zadbać o wodę do podlewania ogrodów, ścian zielonych lub dachów zielonych. Przy przemyślanym gospodarowaniu wodą jest szansa, aby zgromadzić całą wodę opadową na terenie działki, co pozwala zaoszczędzić między innymi na kosztach opłat za wodę opadową podprowadzaną do kanalizacji oraz na kosztach wody wykorzystywanej do podlewania. Taki samowystarczalny układ jest możliwy dopiero przy zastosowaniu zbiornika wody na terenie działki bądź… na dachu.
Dachy zielone spełniają ważną funkcję w gospodarowaniu wodą opadową przez opóźnianie jej spływu do kanalizacji, odciążając tym samym systemy kanalizacji miejskiej. W czasie suszy dachy ekstensywne mają minimalne zapotrzebowanie wody, natomiast woda deszczowa i roztopowa przepływająca przez dach w okresie dużych opadów może być gromadzona do ponownego wykorzystania. Jakość gromadzonej wody zależy od zawartości fosforanów, a ta z kolei zależy od podłoża na dachu, czyli substratu dachowego i roślin. Możliwe jest stosowanie substratów absorbujących fosforany, dzięki czemu woda będzie zabezpieczona przed zakwitaniem.
Fot. 2 Moduły HydroVentiv® gromadzące wodę (źródło: www.vegetalid.com)
Dachy retencyjne
Dachy retencyjne są formą zbiornika retencyjnego wody umiejscowionego na dachu, tarasie lub stropie. Nazywane są czasami dachami błękitnymi. Ich rola nie ogranicza się przy tym tylko do gospodarki wodnej, ponieważ dzięki parowaniu wydatnie służą schładzaniu budynków, będąc doskonałym klimatyzatorem, tzw. pasywnym solarem.
Dachy retencyjne, gromadząc całą wodę opadową, odciążają sieci kanalizacyjne, co zapobiega podtopieniom i powodziom. Założeniem jest ujemny bilans wodny między opadem a parowaniem, to znaczy więcej wody jest odparowane niż dostarczane. Można na nich gromadzić również nadmiar wody spływającej z uszczelnionych powierzchni na wszystkich dachach, tarasach bądź stropach budynku. Zgromadzona woda może zostać przeznaczona do podlewania roślin bądź spłukiwania toalet (tak zwana woda szara), przy czym ze względu na założoną możliwość jej ponownego wykorzystania ważna jest nie tylko ilość gromadzonej wody, ale także jej jakość i skład chemiczny.
Dachy retencyjne budowane są w różny sposób.
Rys. 1 Dach z drenażem magazynującym (rys. autor)
Dach zielony z drenażem magazynującym
Dachy zielone w naturalny sposób gromadzą wodę, która wykorzystywana jest przez rośliny. Woda gromadzona jest zwykle w warstwach substratu dachowego. Ilość gromadzonej wody zależna jest zatem od grubości warstw glebowych na dachu. Dachy zielone można wykonywać z zastosowaniem warstw drenażowych gromadzących wodę, tj. specjalnych tłoczonych folii lub elementów z tworzyw sztucznych, jak też z zastosowaniem drenażu z kruszyw mineralnych (rys. 1).
Rys. 2 Dach bagienny
Dachy bagienne
Dachy bagienne są środowiskiem roślin łąkowych i bagiennych, które posiadają bardzo dużą zdolność transpiracji (800–1600 mm/m2/rok). Stają się one naturalnym klimatyzatorem na dachu, regulują mikroklimat wokół i wewnątrz budynku. Dachy bagienne, podobnie jak dachy retencyjne, gromadzą całą wodę opadową i odciążają sieci kanalizacyjne, zapobiegając podtopieniom i powodziom.
Dachy bagienne budowane są z wykorzystaniem substratów. Wykorzystanie substratów pozwala na poszerzenie zastosowań dachu bagiennego do budowania trzcinowych oczyszczalni ścieków na dachu. Takie rozwiązania są coraz częściej stosowane w Niemczech i USA.
Fot. 3 Dach bagienny (fot. M. Gąsiorowski)
Dachy z roślinnością pływającą
Dachy z roślinnością pływającą charakteryzują się relatywnie niską wagą. Ich zaletą jest odporność na zmienny poziom lustra wody, co jest korzystne w projektowaniu zbiorników retencyjnych. Zastosowana roślinność jest dostarczana na dach w postaci gotowych zazielenionych mat. Jednym z uznanych producentów takich mat jest niemiecka firma BGS, w której ofercie znajdziemy maty Repotex.
Rys. 3 Dach z roślinnością pływającą
Zbiornik wody na dachu pozbawiony roślinności
Gromadzona woda w zbiorniku może służyć również celom rekreacyjnym, na przykład jako basen.
Dach multifunkcjonalny
Dach, który jest połączeniem dachu zielonego i dachu retencyjnego, to dach multifunkcjonalny. Woda spływająca i wypływająca z dachu zielonego gromadzona jest na dachu retencyjnym, zazwyczaj bagiennym. Takie rozwiązanie można zastosować na każdym dachu zielonym zarówno ekstensywnym, jak i intensywnym. Korzyścią ekologiczną jest tworzenie naturalnych poideł dla ptaków i zwierząt, których są pozbawiane.
Fot. 4 Pływająca mata Repotex (źródło: www.especmic.co.jp)
Wymagania konstrukcyjne
Gromadzenie wody na dachu, tarasie bądź stropie może się wydawać pomysłem bardzo ryzykownym. Realizacje z wykorzystaniem dachów retencyjnych należą w Polsce do rzadkości, jednak w Niemczech i USA zdobywają coraz większą popularność. Flagowym przykładem realizacji z wykorzystaniem dachów retencyjnych jest kompleksowe zagospodarowanie placu Poczdamskiego w Berlinie.
Barierą dla rozwoju dachów retencyjnych z pewnością jest małe doświadczenie firm projektowych i wykonawczych oraz stosunkowo wysoki wstępny koszt takiej inwestycji. Na rynku europejskim przybywa producentów i dostawców materiałów do ich wykonania. Z całą pewnością dach retencyjny będzie prawidłowo funkcjonował, jeśli zostanie dobrze zaprojektowany i wykonany.
Konstrukcja pod dach retencyjny musi przewidywać możliwość przeniesienia założonego obciążenia. Woda jest materiałem stosunkowo lekkim – 1 m3 wody waży zaledwie 1000 kg. W przypadku dachów bezsubstratowych przy zakładanej wysokości lustra wody 40 cm obciążenie wodą wyniesie 400 kg/m2. Obciążenie to będzie się rozkładało równomiernie na dachu, co ułatwia prace projektowe. W przypadku dachów z drenażem magazynującym i dachów bagiennych należy dodać obciążenie kruszywem i substratem.
Rys. 4 Zbiornik wody bez roślinności
Dach musi być izolowany termicznie, aby nie dopuścić do wychładzania budowli. Termoizolacja musi być chroniona przed wodą, a zatem musi zostać zainstalowana pod hydroizolacją.
Dach retencyjny powinien być absolutnie szczelny i odporny na warunki atmosferyczne. Hydroizolacja dachu jest kluczowym zagadnieniem. Aby ją prawidłowo wykonać, należy się zastosować do wytycznych FLL oraz DAFA. Dach retencyjny można porównać do basenu i niewiele hydroizolacji jest przygotowanych do takich wymagań. Można do nich zaliczyć membrany PCV, TPO, HDPE, EPDM. Istotną kwestią jest również dobranie hydroizolacji pod kątem odporności na przebicie przez korzenie roślin (PN-EN 13948). Materiały te nie mogą wpływać na jakość i skład chemiczny wody, dlatego materiały bitumiczne nie są zalecane. Zgodnie z wytycznymi DAFA należy koniecznie przeprowadzić próbę szczelności dachu, na przykład próbę wodną (DAFA 9.4.10). Korzystne jest dzielenie dachu na niezależne sekcje ze względu na możliwość łatwej konserwacji i ewentualnych napraw (DAFA 9.4.8).
Spadki na dachu retencyjnym nie są konieczne, jednak niewielki spadek pomoże odprowadzić wodę na przykład w trakcie konserwacji. Konieczne jest obniżenie wpustów, aby z dachu mogła spłynąć cała woda.
W przypadku stosowania drenażu konieczne jest zabezpieczenie hydroizolacji warstwą ochronną rozpraszającą nacisk drenażu. Wysokość drenażu musi być tak dobrana, aby między drenażem a warstwą substratu pozostawała przestrzeń powietrza, konieczne jest zatem ułożenie warstw filtracyjnych oddzielających substrat od drenażu. Drenaż może być wykonany z grysów lub żwirów mineralnych (minerały mrozoodporne, neutralne chemicznie i niewpływające na odczyn wody), przy czym maksymalna wysokość drenażu nie jest ograniczona. Przy zastosowaniu takiego drenażu należy pamiętać o jego mniejszej pojemności wodnej i dużej wadze. Można stosować drenaże w postaci mat tłoczonych z tworzyw sztucznych lub skrzynek rozsączających z tworzywa. Zaletą takich materiałów jest bardzo duża pojemność wodna i niska waga, niestety wadą są ograniczenia wysokościowe oraz cena.
Odprowadzenia wody muszą być przewidziane i obliczone dla przewidywanego dopływu wody. Odbiorniki w postaci wpustów muszą być dublowane przez wpusty rezerwowe dla każdej sekcji. Wpusty powinny mieć nadstawki, których wysokość będzie wyznaczała maksymalny poziom wody na dachu, a nadstawki muszą posiadać filtry zabezpieczające przed wpływaniem zanieczyszczeń do kanalizacji.
Fot. 5 Dach multifunkcjonalny (fot. M. Gąsiorowski)
Ciągi komunikacyjne muszą umożliwiać bezpieczne wejście na dach oraz zapewnić dojście do kluczowych miejsc i urządzeń na dachu.
Konieczne jest doprowadzenie wody miejskiej lub z własnego ujęcia na dach pomimo założenia, że zbiornik napełniany jest wodą opadową, ze względu na zapewnienie możliwości sprawdzenia szczelności dachu próbą wodną oraz w przypadku wykorzystania nasadzeń pływających, które wymagają stałej obecności wody.
Nasadzenia można wykonać jako środowisko szuwarowe (dach bagienny) lub nasadzenia pływające w postaci gotowych mat z roślinami. Roślinność szuwarowa będzie wymagała wysypania na dnie substratu, który umożliwi korzenienie się roślin. Substrat taki jest specjalną mieszaniną kruszyw i torfów.
System oczyszczania wody doprowadzanej na dach jest niezbędny z powodu konieczności stałego zapewnienia stabilnej jakości wody. W wodzie zbieranej z innych dachów lub nawierzchni znajdować się mogą duże elementy, takie jak liście, gałązki, nasiona, oraz drobne, takie jak pyły, kurz. Metodę oczyszczania należy przewidzieć indywidualnie z zastosowaniem filtrów, osadników, oczyszczalni piaskowych.
System napowietrzania wody stojącej jest konieczny, ponieważ poprawia jej jakość przez natlenienie.
Pobieranie wody z dachu zapewniają pompy zanurzone w wodzie. Stacja musi być zabezpieczona przez filtr zatrzymujący zanieczyszczenia. Do stacji pomp musi być zapewnione dojście techniczne.
Źródło: Dekadowy Biuletyn Agrometeorologiczny 2001–2 i Biuletyn Państwowej Służby Hydrologiczno-Meteorologicznej 2003–2007, Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej, Warszawa
Bilans wodny
Przed przystąpieniem do budowy dachu retencyjnego należy zgromadzić podstawowe dane dotyczące bilansu wodnego dla planowanego obiektu i jego lokalizacji.
Opad – potrzebne będą sumy opadów miesięcznych w skali roku dla danego regionu. Średni opad roczny w Polsce wynosi 600 litrów/m2, przy czym należy pamiętać o znaczącym zróżnicowaniu w zależności położenia geograficznego, np. roczny opad dla Warszawy wynosi 519 litrów/m2, natomiast w Krakowie już 663 litry/m2.
Parowanie – oszacowanie ilości wody odparowywanej ze zbiornika jest trudne, ponieważ na dachu wystąpią skrajne warunki niewystępujące w przyrodzie. Na parowanie będą miały wpływ m.in.: forma zazielenienia zbiornika, ekspozycja, głębokość zbiornika, siła wiatru na danej wysokości. Różne źródła podają, że parowanie wyniesie od 800 do 1600 litrów/m2, a zatem średnio 1200 litrów/m2.
Zużycie wody – ilość wody musimy określić według bilansu zapotrzebowania dla danego zastosowania. W przypadku pobierania wody do podlewania na podstawie rozporządzenia Ministra Infrastruktury z dnia 14 stycznia 2002 r. w sprawie określenia przeciętnych norm zużycia wody przyjmuje się dla ogródków przydomowych 2,5 litra/m2 na dobę przez 15 dni miesięcznie w okresie pięciu miesięcy (od 15 kwietnia do 15 września). Zakładane zapotrzebowanie wyniesie 187,5 litrów wody na 1 m2 podlewanej powierzchni pomnożone przez wielkość podlewanej powierzchni.
Bilans powierzchni – w bilansie należy ująć powierzchnię zbiornika retencyjnego, powierzchnię pozostałych uszczelnionych zlewni, powierzchnię ogrodu lub dachu zielonego do podlewania, uwzględniając współczynniki spływu dla tych powierzchni.
Współczynnik spływu – aby efektywnie zagospodarować powierzchnię działki, musimy przewidzieć, ile wody możemy pozyskać z różnych typów nawierzchni. Pomocne będzie posłużenie się współczynnikiem spływu, który określa procent wody odpływającej w stosunku do opadu. Różne nawierzchnie mają różny współczynnik spływu. W tabeli wyżej podano przykładowe współczynniki spływu.
Modelowanie optymalnego rozwiązania jest trudnym zadaniem matematycznym, którego celem jest zabezpieczenie odpowiedniej ilości wody oraz ustalenie bezpiecznej technologii i wysokości lustra wody. Ponadto należy uwzględnić możliwość wystąpienia anomalii pogodowych w postaci deszczu nawalnego. Woda zgromadzona na dachu będzie obciążeniem dla konstrukcji, należy to przewidzieć i przygotować możliwość łatwej kontroli poziomu wody. W przypadku jej nadmiernego gromadzenia lub przewidywanych długotrwałych opadów można opróżnić zbiornik przez zwiększone podlewanie lub kontrolowany upust wody z dachu. Zawsze jednak muszą być pozostawione otwarte odpływy awaryjne na maksymalnej wysokości.
Obecnie powstaje w Polsce pierwszy dach multifunkcjonalnyłączący dach bagienny i dach zielony ekstensywny. Dach zostanie założony na nowo powstającym zespole szkół pod Warszawą. Konieczność zastosowania takiego rozwiązania narzucił brak możliwości odprowadzenia wody opadowej do kanalizacji. Mamy nadzieję, że za kilka lat będzie można ten obiekt podziwiać i stawiać za wzór następnym.
Przykład bilansu wody dla dachu retencyjnego
Przykładowy bilans powierzchni (zbiornik retencyjny 1000 m2 + powierzchnia pozostałych dachów 1000 m2 + powierzchnia chodników 1000 m2) – powierzchnia ogrodu do podlewania 500 m2
Dopływ = opad w postaci wody deszczowej i śniegu na powierzchni zbiornika retencyjnego + opad w postaci wody deszczowej (bez śniegu) z innych powierzchni uszczelnionych.
– Powierzchnia zbiornika retencyjnego – 1000 m2 x średni opad roczny w Warszawie 519 l/m2 = 519 000 litrów
– Powierzchnia dachów płaskich – 1000 m2 x średni opad roczny w Warszawie 519 l/m2 x współczynnik spływu 0,8 = 415 200 litrów
– Powierzchnia chodników – 1000 m2 x średni opad roczny w Warszawie 519 l/m2 x współczynnik spływu 0,8 = 311 400 litrów
Razem dopływ = 519 000 + 415 200 + 311 400 = 1 245 600 litrów wody w ciągu roku
Odpływ = parowanie (transpiracja i ewaporacja) + zużycie wody
Zapotrzebowanie wody do podlewania roślinności wymaga indywidualnego oszacowania, ponieważ zależy od struktury i rodzaju nasadzeń oraz indywidualnych wymagań roślin. Na podstawie wspomnianego już rozporządzenia Ministra Infrastruktury z dnia 14 stycznia 2002 r. – 2,5 litra na dobę przez 15 dni miesięcznie w okresie 5 miesięcy (15 kwietnia – 15 września). A zatem podawana ilość wody wyniesie (2,5 litra x 15 dni podlewania x 5 miesięcy) 187,5 litrów wody. Przy porównaniu danych, biorąc pod uwagę liczbę dni suchych w ciągu roku, trzeba stwierdzić, że liczba ta jest mocno zaniżona i nie pozwala na właściwą pielęgnację roślin. Opierając się na danych opublikowanych na portalu „portalenergia”, przyjęto ilość wody do podlewania na poziomie 5 litrów/m2 x 90 dni w roku = 450 litrów na m2 rocznie. Uśredniając te dane, przyjmiemy dla naszego ogrodu 300 litrów rocznie na metr kwadratowy.
– Powierzchnia zbiornika retencyjnego – 1000 m2 x średnie parowanie 1 200 litrów/m2 = 1 200 000 litrów
– Powierzchnia ogrodu – 500 m2 x 300 litrów/m2 = 150 000 litrów
Razem parowanie i zużycie = 1 200 000 + 150 000 = 1 350 000 litrów wody w ciągu roku
Podsumowanie – bilans wodny jest ujemny – niedobór wody wynosi 104 400 litrów w ciągu roku
(Dopływ 1 245 600 – odpływ 1 350 000 = – 104 400)
Aby uzyskać bilans dodatni przy założonym zużyciu, można:
– zmniejszyć parowanie ze zbiornika retencyjnego przez zmniejszenie jego powierzchni na rzecz zwiększenia jego głębokości;
– zastosować roślinność pływającą, co znacznie ograniczy parowanie wody z dachu;
– zwiększyć ilość wody pompowanej na dach; niestety nie zawsze jest to możliwe przy określonym bilansie powierzchni.
Paweł Kożuchowski
Laboratorium Dachów Zielonych
