Izolacja dachów zielonych

Tematyka artykułu obejmuje głównie zagadnienia konstrukcyjno-materiałowe oraz cieplne dachów zielonych opracowane na podstawie informacji prezentowanych przez innych autorów. Wyboru materiałów dokonano taki sposób, by w maksymalnym stopniu wyeksponować walory techniczne i ekologiczne materiałów z tworzyw sztucznych lub kompozytów bitumicznych z ich udziałem, bowiem materiały te kreują aktualnie nowoczesność w tego rodzaju budownictwie.

Ożywienie monotonnego pejzażu aglomeracji wielkomiejskich za pomocą dachów zielonych znajduje coraz więcej zwolenników na Zachodzie. Tymczasem w Polsce zagadnienie to jest przyjmowane z dużą rezerwą i traktuje się je raczej jako „ciekawostkę budowlaną”. Mimo to zdarzają się jednak u nas przykłady stosowania tej technologii, a korzyści z jej eksploatacji wyglądają obiecująco, zarówno pod względem techniczno-ekonomicznym jak ekologiczno-urbanistycznym. Do korzyści techniczno-ekonomicznych ze stosowania dachów zielonych zaliczyć należy dodatkową, znakomitą ochronę cieplną i akustyczną, ochronę przed oddziaływaniem skrajnych temperatur, ochronę przed promieniowaniem ultrafioletowym oraz pożytki z odciążenia urządzeń komunalnych od nadmiernego spływu wody w czasie intensywnych opadów.

Pod względem ekologicznym korzyści są ewidentne i wynikają chociażby z poprawy klimatu, wchłaniania kurzu i nadmiaru dwutlenku węgla (ruch samochodowy), regulacji wilgotności, uzyskiwania sztucznych siedlisk dla flory i fauny. Pod względem urbanistycznym uwzględnić należy takie profity jak rekompensata za utracone parki i zieleń miejską, ożywienie przyrody na terenach utraconych ze względu na zabudowę, podniesienie wartości użyteczności publicznej domów mieszkalnych, obiektów przemysłowych i z „ogródkami” na dachach.

Dachy zielone w układzie odwróconym

Obecnie zielone dachy powstają w technologii dachu odwróconego i stanowią jego szczególne rozwiązanie. Od zwykłego dachu odwróconego różnią się jedynie warstwą zewnętrzną, która w tym przypadku musi być uprawna [1].

W konstrukcji dachu odwróconego izolacja przeciwwodna lokalizowana jest poniżej izolacji termicznej, co skutecznie zmniejsza ryzyko uszkodzenia jej pod wpływem zróżnicowanych czynników zewnętrznych (niskie i wysokie temperatury, działanie tlenu i promieniowanie ultrafioletowe oraz oddziaływania mechaniczne na przykład praca konstrukcji dachu pod wpływem różnic w rozszerzalności termicznej i wiatru), które w poważnym stopniu wpływają na jej niezawodność oraz trwałość eksploatacyjną [2].

Przykład konstrukcji dachu zielonego odwróconego przedstawiono na rysunku 1. Podkładem dla przyszłych warstw dachu zielonego najczęściej jest płyta żelbetowa, która oprócz ciężaru własnego powinna przenosić obciążenie wynikające z ciężaru wszystkich warstw, obciążenie wiatrem oraz śniegiem, a także obciążenia użytkowe wynikające z późniejszej eksploatacji [2].

W konstrukcji dachu zielonego odwróconego podkład pod warstwę hydroizolacji powinien być równy, czysty i pozbawiony ostrych krawędzi. W tym celu układa się warstwę szlichty wyrównawczej, która stanowi ponadto warstwę poślizgową zapobiegającą przenoszeniu się ruchów podłoża na warstwę izolacji, a tym samym przeciwdziała jej uszkodzeniu. Na tak przygotowane podłoże układana jest warstwa hydroizolacji. Na szczególną uwagę w bogatej ofercie materiałów przeznaczonych do wykonywania izolacji przeciwwodnej dachów zielonych zasługują kompozyty bitumiczne modyfikowane polimerami, jednowarstwowe folie z PCW i EPDM (kauczuk etylenowo-propylenowy).

W Polsce w przypadku hydroizolacji zdecydowanie dominują rolowe bitumiczne materiały hydroizolacyjne, czyli papy. W papach termozgrzewalnych, stanowiących materiały nowej generacji, najczęściej wykorzystuje się welon szklany, tkaninę poliestrową oraz szklaną. Nie wchłaniają one wilgoci i są odporne na gnicie. Czasami włókninę poliestrową łączy się z welonem z włókien szklanych, co przejawia się zwiększeniem odporności i kurczliwości pap. Właściwą izolację przeciwwodną stanowi bitumiczna masa powłokowa – im grubsza, tym szczelniejsza papa. Dodanie do masy powłokowej polimeru APP (ataktycznego polipropylenu) lub SBS (kopolimeru blokowego styren-butadien-styren) zapewnia papie większą elastyczność w szerokim zakresie temperatur oraz dobrą przyczepność do podłoża (zwłaszcza dodatek SBS).

Warstwa izolacji przeciwwodnej układana jest w postaci dwóch warstw papy polimerobitumicznej. Jako pierwszą warstwę izolacji przeciwwodnej stosuje się papy elastomerowo-bitumiczne z wkładką nośną z włókna poliestrowego. Drugą warstwę również stanowi papa elastomerowo-bitumiczna, z podwójną wkładką z włókna poliestrowego i taśmy miedzianej. Obie papy często wyposażone są w środki hamujące wzrost korzeni [2].

Ze względu na ekstremalne warunki atmosferyczne i czynniki mechaniczne wymagania stawiane izolacji termicznej w dachach zielonych (wykonanych w systemie odwróconym) są bardzo wysokie. Dzięki swojej budowie płyty ze styropianu ekstrudowanego (PN EN 13164:2001) spełniają wszystkie wymagania stawiane niezawodnej izolacji termicznej w dachach w systemie odwróconym. Duża liczba drobnych i zamkniętych porów sprawia, że jest to materiał lekki, odporny na działanie wilgoci i kwasów humusowych zawartych w gruncie oraz ma pomijalnie niską nasiąkliwość. Ponadto materiał odznacza się niezmiennymi w czasie parametrami izolacyjności termicznej, stabilnością wymiarów, łatwością obróbki i wysoką wytrzymałością mechaniczną (odpowiednia wytrzymałość na ściskanie). Niektóre z płyt posiadają na powierzchniach rowki zapewniające sprawniejsze odprowadzenie wód opadowych i skroplin skondensowanej wilgoci do systemu odwadniającego dach.

Na warstwie izolacji termicznej konieczne jest ułożenie tkaniny z włókna sztucznego (geowłókniny, flizeliny), oddzielającej żwir od płyt izolacji termicznej. Tkanina ta powinna oczyszczać wodę opadową, przesiąkającą pod i między płytami izolacji termicznej, aby nie uległy zanieczyszczeniu oraz umożliwiać dyfuzję pary wodnej przy jej wysychaniu. Świetnie nadają się do tego geotkaniny z włókien polipropylenowych. Na izolacji termicznej niedopuszczalne jest układanie warstw paroszczelnych (na przykład folii polietylenowej).

Warstwa drenażowa jest konieczna zwłaszcza w przypadku dachów o niewielkim nachyleniu połaci. Jej zadaniem jest gromadzenie wody i odprowadzanie jej nadmiaru z podłoża do specjalnie wykonanego systemu odpływów. Może również tworzyć przestrzeń dla korzeni rosnących roślin. Często wykonywana jest ze żwirów, grysów naturalnych, sztucznych lub pochodzących z recyklingu. Generalnie uziarnienie zależy od grubości warstwy drenującej i wegetacyjnej. Ponieważ rozwiązanie to znacznie obciąża konstrukcję dachu pewną alternatywę stanowią płyty drenażowe z rowkami odprowadzającymi wodę, maty i kształtki z tworzyw sztucznych [1].

Kolejną warstwą jest warstwa filtracyjna, która ma zapobiegać zanieczyszczaniu warstw znajdujących się poniżej, a jednocześnie zapewniać dużą przepuszczalność wody. Materiał na nią musi cechować się wysokimi parametrami mechanicznymi, dużą odpornością na działanie mikroorganizmów i roztworu glebowego oraz musi być przenikalny dla korzeni roślin. Wymogi te spełniają głównie włókniny z tworzyw sztucznych i flizeliny. Warstwę wegetacyjną często nazywa się podłożem. Jej podstawową funkcją jest odprowadzenie nadmiaru wody do warstw położonych niżej przy jednoczesnym okresowym jej magazynowaniu, na przykład w okresie suszy. Ponadto powinna zapewniać roślinom niezbędną ilość powietrza i składników odżywczych, w tym soli mineralnych, aby możliwa była prawidłowa wegetacja roślin.

Warstwę wegetacyjną stanowić mogą wszelkiego rodzaju substraty. Najczęściej są to mieszanki ziemi z humusem i rozdrobnionym materiałem pochodzenia mineralnego, na przykład żwiru, grysu kamiennego, dolomitu, pumeksu, kory i tuf wulkanicznych.

W celu wykonania warstwy wegetacyjnej zastosować można płyty i maty wegetacyjne. Pierwsze z nich produkuje się z tworzywa sztucznego, najczęściej modyfikowanego poliuretanu o profilowanej powierzchni. Natomiast maty wytwarza się z włókien kokosowych lub wełny mineralnej nasyconych dodatkowo nasionami i substratem glebowym [1, 3]. Ze względu na duży ciężar własny lub energochłonność procesu ich produkcji pewną alternatywą dla tradycyjnych materiałów (żwiru, grysu), stanowią materiały produkowane na bazie gruzu ceglanego, dachówkowego oraz z porowatych materiałów ceramicznych w postaci granulatu o zróżnicowanych frakcjach (łupki porowate, glińce, pumeksy).

Dachy zielone w układzie klasycznym

Zarówno w przypadku dachów o konstrukcji tradycyjnej jak i odwróconej, poszczególne warstwy dachu zielonego oraz zastosowane materiały są prawie identyczne. Jedyną różnicę stanowi kolejność ułożenia poszczególnych warstw. W klasycznym układzie dachu zielonego izolacja termiczna umieszczona jest pod hydroizolacją – odwrotnie niż w układzie odwróconym. Dlatego też niezbędna jest ochrona termoizolacji przed wilgocią z dołu, czyli zastosowanie paroizolacji.

W tym celu najlepiej zastosować papę polimerobitumiczną z wkładką składającą się z włókna szklanego oraz odporną na korozję taśmę aluminiową. Przed ułożeniem paroizolacji konieczne jest zagruntowanie podłoża impregnatem na bazie asfaltu. Przykładowy układ warstw w dachu zielonym w technologii tradycyjnej przedstawia rysunek 2.

Roślinność dachów zielonych

Na dobór odpowiednich roślin wpływ ma szereg czynników, takich jak: lokalne warunki klimatyczne (temperatura, ukształtowanie terenu, ilość opadów, siła wiatru) i indywidualne upodobania klienta. Najważniejszym czynnikiem jest jednak grubość podłoża, a co za tym idzie – dopuszczalne obciążenie dachu. Właśnie ze względu na grubość podłoża dachy zielone można podzielić na [1] ekstensywne, intensywne o roślinności niskiej oraz intensywne o roślinności wysokiej.

W przypadku zazielenienia ekstensywnego grubość warstwy wegetacyjnej nie powinna przekraczać 10 cm, natomiast grubość warstwy drenażowej powinna wynosić 6÷9 cm. Warunki te umożliwiają uprawę roślin o wysokości do 20 cm, czyli roślin o najmniejszych wymaganiach wegetacyjnych, do których można zaliczyć przede wszystkim mchy, porosty, trawy i rośliny skalne. W przypadku zazielenienia intensywnego o roślinności niskiej grubość podłoża powinna wynosić do 25 cm, a wysokość roślin nie może być wyższa niż 50 cm. Zieleń stanowią wówczas trawy, niektóre byliny oraz niskie krzewy. Grubość warstwy wegetacyjnej w konstrukcji dachu intensywnego z roślinnością wysoką przekracza 50 cm. Wysokość roślin ograniczona jest do 200 cm, a grubość warstwy drenażowej wynosi 10÷30 cm. Ponadto zaleca się, by większe krzewy oraz pojedyncze drzewa mocować za pomocą lin do elementów stałych, zabezpieczając je przed wywróceniem w czasie silniejszych wiatrów. Dach o zazielenieniu intensywnym wymaga systematycznych pracochłonnych zabiegów pielęgnacyjnych, takich jak podlewanie w okresie długotrwałej suszy, usuwanie chwastów, przycinanie nadmiernie wybujałych odrostów. Również zazielenienie ekstensywne wymaga od czasu do czasu pielęgnacji, lecz jest ona ograniczona w tym przypadku do minimum.

Nowoczesne rozwiązania materiałowe pozwalają wykonywać dachy zielone o bardzo zróżnicowanych spadkach połaci. W przypadku połaci o spadku do 2% zaleca się rozwiązania wielowarstwowe z cienką warstwą filtrującą i drenującą.

Przy spadkach od 5 do 17% z uwagi na zwiększony odpływ powierzchniowy wód należy stosować grubszą warstwę wegetacyjną. Przy spadkach powyżej 17% zaleca się stosowanie zazielenienia wyłącznie ekstensywnego. Bardzo często stosowane są specjalne zasobniki wody, zabezpieczające warstwę wegetacyjną przed obsunięciem. Substrat glebowy układa się bezpośrednio na zasobniku wody bez włókniny filtrującej, a dla uzyskania dodatkowej ochrony substratu roślinnego układany jest ruszt z łat drewnianych [3].

Współczynnik przenikania ciepła określonego wg PN-EN ISO 6946:1999 nie może być większy niż Umax < 0,30 W/m2•K (według Rozporządzenia Ministra Infrastruktury z dnia 12.04.2002 w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie – Dziennik Ustaw nr 75 z dnia 15.06.2002, poz. 690). Ponieważ woda deszczowa w przypadku dachu zielonego w konstrukcji odwróconej może podciekać pod izolację termiczną należy, fakt ten uwzględnić w obliczeniach cieplno-wilgotnościowych. Średnia strata ciepła w wyniku opadów deszczu na skutek podciekania polega na skorygowaniu współczynnika przenikania ciepła Umax. Jego wartość dla dachów w systemie odwróconym nie powinna wówczas przekraczać 0,25 W/m2•K.

Na rysunku 3 przedstawiono przykładową konstrukcję dachu zielonego w systemie odwróconym, dla której wykonano obliczenia cieplno-wilgotnościowe, przyjmując do obliczeń następujące założenia:

– budynek mieszkalny w zabudowie jednorodzinnej w pierwszej strefie klimatycznej– wilgotność względna wewnątrz pomieszczenia ϕi = 55%, a na zewnątrz ϕe = 85%
– temperaturę powietrza wewnętrznego ti = 20°C, a powietrza zewnętrznego te = –16°C
– kierunek strumienia cieplnego: w górę, a więc opór przejmowania ciepła na wewnętrznej powierzchni Rsi = 0,10 m2•K/W, a na zewnętrznej Rse = 0,04 m2•K/W

Tabela 1 przedstawia własności fizyczne materiałów przyjętych do obliczeń cieplno-wilgotnościowych w uproszczonej konstrukcji dachu zielonego w systemie odwróconym.

Podczas projektowania przegrody zewnętrznej domu jednorodzinnego należy sprawdzić, czy są spełnione następujące wymagania:

U ≤ Umax,(1)

ϑi > ts (2)
gdzie: U oznacza współczynnik przenikania ciepła przegrody, Umax – największe dopuszczalne wartości współczynnika przenikania ciepła przegrody, ϑi – temperatura wewnętrznej powierzchni przegrody, ts – punkt rosy przegrody.
Obliczenia współczynnika przenikania ciepła U przegrody, temperatury wewnętrznej powierzchni przegrody ?i oraz punktu rosy ts dla założeń podanych wcześniej wykonane zostały zgodnie z PN-EN ISO 6946:1999. Ponieważ wartość współczynnika przenikania ciepła U przegrody wynosi 0,22 W/m2•K, a więc jest mniejsza od Umax = 0,25, W/m2•K. warunki (1, 2) dla tak przyjętych założeń są spełnione. Natomiast temperatura wewnętrznej powierzchni przegrody ?i = 18,68°C jest większa od temperatury punktu rosy ts = 10,50°C, z czego wynika, że nie nastąpi kondensacja pary wodnej na powierzchni wewnętrznej przyjętego układu przegrody. Kondensacja pary wodnej nie nastąpi również wewnątrz przegrody, ponieważ linie ciśnienia pary wodnej nasyconej i ciśnienia rzeczywistego nie przecinają się (rysunek 3b).

Trwałość i własności użytkowe dachów zielonych w dużej mierze zależą od umiejscowienia izolacji przeciwwodnej i cieplnej. Wykonując dachy zielone w konstrukcji dachu odwróconego zapewniamy izolacji ochronę przeciwwodną, przez co przedłużamy jej trwałość, a w konsekwencji wydłużając bezawaryjny okres użytkowania konstrukcji.

Pamiętać należy również o tym, że w przegrodach zachodzi szereg zjawisk cieplno-wilgotnościowych związanych z przenikaniem strumienia ciepła i pary wodnej. Zjawiska te nasilają się w okresach, gdy różnica temperatur pomiędzy temperaturą zewnętrzną, a temperaturą w pomieszczeniu dochodzi do 40°C. Przy takim układzie temperatur często dochodzi do kondensacji pary wodnej spowodowanej jej dyfuzją przez warstwy przegrody. Wykraplająca się para wodna może doprowadzić do zawilgocenia materiałów wchodzących w skład przegrody. Dlatego w przypadku każdego rozwiązania ważne jest przeprowadzenie dokładnej analizy warunków cieplno-wilgotnościowych i na jej podstawie wykonanie odpowiednich obliczeń, pozwalających na prawidłowe zaprojektowanie grubości i kolejności poszczególnych warstw.

Na trwałości dachu zielonego wpływ ma jakość wszystkich materiałów oraz solidność wykonania wszystkich robót. Dlatego zalecane jest stosowanie kompletnych rozwiązań dachów zielonych, które sprzyja ich odporności.