Działalność człowieka determinuje coraz większą rozbudowę miast i – co za tym idzie – zmniejszanie powierzchni biologicznie czynnych. Ze względu na wzrost powierzchni utwardzonych i zabudowanych (czyli nieprzepuszczających wody), obniża się poziom wód podziemnych oraz zwiększa ryzyko występowania powodzi.

Jesteśmy istotami, które jeszcze nie tak dawno żyły w dużej bliskości z naturą. Obecnie spędzamy około 90% naszego czasu w budynkach [1], a większość społeczeństwa (około 80% ludności w krajach rozwiniętych) mieszka w miastach [2]. Środowisko wewnątrz budynków jest dalekie od idealnego i może wpływać na pogorszenie samopoczucia, spadek sprawności intelektualnej oraz zwiększenie podatności na choroby [1, 2, 3].
Roślinność może mieć wpływ na poprawę energooszczędności budynku i zmniejszenie zużycia wody. Z wymienionych powyżej powodów, poszukuje się sposobów wprowadzania zieleni i zintegrowania jej z budynkiem.
W artykule zaprezentowane zostaną metody takiej integracji zieleni z architekturą oraz korzyści, jakie płyną z „zielonych rozwiązań”.

Rola zieleni wewnątrz budynku

Obecność zieleni wpływa korzystnie na zdrowie psychiczne i fizyczne człowieka. Indyjski badacz Kamal Meattle wskazuje trzy popularne gatunki roślin, które – jego zdaniem – należy uprawiać wewnątrz budynków. Są to: Areca lub inaczej Chryzalidokarpus błyszczący (Chrysalidocarpus lutescens), Sansewieria gwinejska (Sanseviera trifasciata) oraz Epipremnum złociste (Epipremnum aureum). Pierwsza z nich usuwa w dużych ilościach dwutlenek węgla, uwalniając tlen do pomieszczenia, dlatego należy ją lokalizować w pokoju dziennym. Druga asymiluje dwutlenek węgla i wytwarza tlen w nocy – co jest nietypowe dla roślin, dlatego szczególnie nadaje się do sypialni. Ostatnia z nich to roślina „specjalna”, która asymiluje toksyny i usuwa je z powietrza [4].

Rośliny uprawiane wewnątrz budynku przywracają właściwy skład chemiczny powietrza oraz wpływają korzystnie na utrzymanie optymalnego poziomu wilgotności. Z tych powodów zaczęto stosować rośliny między innymi jako biologiczne filtry i element składowy systemów wentylacji mechanicznej. Przykładem tego typu zastosowania jest międzynarodowe lotnisko Edmonton w Kanadzie. Wykonano tam zielone ściany o łącznej powierzchni wynoszącej 132 m². Do tej realizacji użyto około 8 tys. roślin 32 różnych gatunków.

Ilustracja 1. Lotnisko Edmonton w Kanadzie, widoczna zielona ściana – element filtracji powietrza, źródło: inhabitat.com
Ilustracja 2. Projekt zielonej ściany wykonany przez Green Over Grey, źródło: inhabitat.com

Rola roślin na zewnątrz budynku

Stosowanie roślin na zewnątrz może poprawić walory estetyczne architektury. Zieleń wpływa także na poprawę jakości powietrza, wytwarzając tlen, zatrzymując pyły, regulując wilgotność i temperaturę powietrza. Stwierdzono, że powietrze w pobliżu powierzchni pokrytej roślinnością zawiera o 1/8 do 1/6 mniej zanieczyszczeń, niż w referencyjnej przestrzeni pozbawionej roślinności [5]. Stosowanie zieleni na zewnątrz hamuje proces powstawania miejskich wysp ciepła i poprawia mikroklimat przestrzeni znajdującej się w pobliżu. Zieleń reguluje temperaturę, uniemożliwiając kumulowanie się energii cieplnej w podłożu lub na powierzchniach ścian. Wpływ rodzaju nawierzchni na temperaturę powietrza przedstawia ilustracja 3. Odpowiednio ukształtowana roślinność może chronić budynek przed przegrzaniem, chłodem, wiatrem oraz hałasem. 

Ilustracja 3. Wpływ rodzaju nawierzchni terenu na temperaturę, opracowanie wg źródła 6.

Ilustracja 4. Przykład pokrycia elewacji przez pnącza, Warszawa. (fot. autor)

Ochrona budynków przed przegrzewaniem

Budynki energooszczędne i pasywne projektuje się w tak, aby w sposób pasywny czerpać energię cieplną z promieniowania słonecznego. Z tego powodu sytuuje się duże przeszklenia od strony południowej. Jak pokazują dotychczasowe obserwacje [7], w naszym klimacie pojawiają się problemy z przegrzaniem budynków pasywnych latem. Skuteczną ochroną przed tym niekorzystnym zjawiskiem są nasadzenia drzew liściastych, lokalizowanych od strony południowej. Dzięki temu latem, kiedy na drzewach są liście, chronią one budynek przez nagrzewaniem. Natomiast zimą liście opadają i umożliwiają swobodną penetrację wnętrza domu przez promienie słoneczne.

Ilustracja 5. Nasadzenia drzew liściastych od strony południowej budynku sprzyjają ograniczaniu możliwości przegrzewania budynku. Jednocześnie umożliwiają penetrację promieni słonecznych zimą. Opracowanie własne.

Ochrona przed wiatrem

Roślinność może stanowić skuteczną barierę przed wiatrem. Z drzew i krzewów wykonuje się nasadzenia od strony przeważających wiatrów. Bariera powinna być zaprojektowana z roślin zimozielonych, ponieważ to głównie zimą taka ochrona jest wymagana. Stosowanie roślinności jako ochrony budynku przed wiatrami ogranicza straty ciepła, niekiedy nawet o 10% [6]. Sposoby wykorzystania roślin do tego celu przedstawiają ilustracje 6 i 7.

Ilustracja 6. Wpływ osłony z roślinności na temperaturę w przestrzeniach pomiędzy budynkami wielorodzinnymi, opracowanie wg źródła 6.
Ilustracja 7. Bariera zewnętrzna chroniąca budynki przed nadmiernymi wiatrami – układ zieleni w formie trójkąta, opracowanie wg źródła 6.

Skuteczną ochroną są również rośliny, znajdujące się bezpośrednio na ścianie budynku. Najłatwiejsze do wykorzystania są pnącza, ale stosuje się również tak zwane zielone ściany lub ogrody wertykalne. Stanowią je rośliny, których bryły korzeniowe znajdują się w specjalnych pojemnikach, przymocowanych do ściany. Donice wyposażone są w systemy samoczynnego nawadniania.
Takie rozwiązanie umożliwia ochronę budynku przed niekorzystnymi wpływami środowiska naturalnego. Oprócz poprawy mikroklimatu, latem liście chronią przed przegrzewaniem, zimą ograniczają straty ciepła oraz chronią elewację przed wodą, przeciwdziałając erozji.

Panuje powszechna opinia, że pnącza uszkadzają tynki. Na podstawie badań stwierdzono, że bluszcze nie niszczą muru swoimi pędami. Przyczepiają się za pomocą niewielkich elementów chwytnych, wykorzystując jedynie istniejące nierówności i pęknięcia [8].

Tabela 1. Wpływ zastosowania roślin pnących na ścianach zewnętrznych ze względu na współczynnik przenikania ciepła U. Na podstawie źródła 8.

Zielone dachy

Bardziej popularne od zielonych ścian są zielone dachy. Jest to dosyć powszechna metoda powiększania powierzchni biologicznie czynnej. Ograniczają one powstawanie wysp ciepła w miastach, poprawiają mikroklimat oraz chronią dachy przed przegrzewaniem i przemarzaniem. Zastosowanie zielonego dachu może obniżyć koszty energii na chłodzenie budynku. Szacuje się, że oszczędności mogą wynieść nawet kilkadziesiąt procent, gdyż zieleń na dachu jest w stanie obniżyć jego temperaturę do 27°C w porównaniu z 90°C w przypadku dachu tradycyjnego, bez roślinności [9].

Ilustracja 8. Zieleń na dachu i wokół budynku domu Bernier-Thibault Residence, Montreal, autor Paul Bernier Architecte. (fot. Marc Cramer)

Wpływ zielonego dachu na poprawę energooszczędności budynku – poprzez ograniczanie niekontrolowanego przepływu powietrza z zewnątrz – jest większy w przypadku budynków słabo izolowanych i niewystarczająco szczelnych. W przypadku budynków energooszczędnych możliwe są kilkuprocentowe oszczędności w zużyciu energii [10]. Dachy zielone poprawiają również retencję wody w mieście, przeciwdziałając lokalnym podtopieniom podczas ulewnych deszczy.

Sposoby integracji zieleni z budynkiem

Rośliny umieszcza się w budynku oraz wokół niego, stosując różnorodne rozwiązania. Niektóre z nich są proste i powszechnie używane, lecz są i takie, które wymagają dużej wiedzy botanicznej oraz regularnej pielęgnacji.

Wewnątrz budynku uprawia się rośliny w donicach, stawianych na podłodze lub umieszczanych w pojemnikach na ścianie – są to tak zwane zielone lub żywe ściany. Pośrednią formą tych rozwiązań są pionowe pojemniki (żywe ścianki), które można swobodnie aranżować wewnątrz domu.

Ilustracja 9. Wolnostojący moduł Florama z automatycznym systemem nawadniania. Źródło: Florabo, www.florabo.eu

Wykonuje się też osobne pomieszczenia – ogrody zimowe, zazwyczaj lokalizowane od strony południowej, z dużymi przeszkleniami. Tu uprawia się rośliny w donicach wolnostojących lub w warstwach podłogowych, wykonanych na stałe. Ogrody zimowe są swoistym buforem, który korzystnie wpływa na bilans energetyczny budynku. Takie pomieszczenie może kumulować ciepło z promieniowania słonecznego lub – jako strefa buforowa – chronić dodatkowo budynek przed ucieczką ciepła w zimie.

Coraz częściej na zewnątrz budynku stosuje się już wcześniej opisywane pnącza i ogrody wertykalne, o różnych sposobach montażu (systemy modułowe, trójwarstwowe lub pojemnikowe) oraz dachy zielone.

Nietypowymi rozwiązaniami, dotyczącymi integracji zieleni z budynkiem, są panele montowane na jego elewacji, w których znajdują się algi słodkowodne. Rośliny te, korzystając z zanieczyszczonej ściekami wody oraz promieniowania słonecznego, wytwarzają wodór i oczyszczają wodę.
Wodór jako paliwo może być wykorzystywany w ogniwach paliwowych do produkcji energii elektrycznej i ciepła.

Ilustracja 10. The BIQ building. Widoczne panele zawierające algi wytwarzające wodór. Źródło: ARUP

Oszczędzanie wody i energii w ogrodzie

Stosowanie roślinności na dachu lub ścianach budynku poprawia retencję wodną. Stosowanie rodzimych gatunków roślin – zarówno na dachu, jak i wokół budynku – powoduje, że pielęgnacja i związane z tym zużycie wody i energii może być sprowadzone do minimum. Na przykład dużo lepiej radzą sobie bez podlewania trawniki z gatunkami kwiatów polnych, niż wyselekcjonowane mieszanki traw.
Stosowanie rodzimych gatunków jest korzystne również z innych powodów – według profesora Macieja Luniaka, ornitologa i ekologa miasta, na introdukowanych gatunkach drzew żyje tylko 10% zwierząt, które można znaleźć na drzewach rodzimych [11].

Rośliny mogą również stanowić część filtrującą dla zużytej wody. Rolę taką mogą pełnić rośliny znajdujące się na dachach, w specjalnych donicach na elewacji lub po prostu obsadzone w terenie. Do hydrobotanicznej oczyszczalni ścieków stosuje się florę pływającą (np. rzęsę wodną) lub zakorzenioną (np. trzcinę lub pałkę wodną). Przykładem wykorzystania zieleni w ten sposób jest budynek Pixel wzniesiony w Melbourne, w Australii. W tym budynku szara woda (głównie ścieki z umywalek) transportowana jest do donic z trzciną, znajdujących się na elewacji budynku. Wstępnie przefiltrowana woda jest zbierana w zbiorniku o objętości 25 m³, znajdującym się pod budynkiem. Woda ta jest ponownie wykorzystywana do podlewania roślin oraz, po przefiltrowaniu, ponownie używana jako woda do spłukiwania toalet. Ta sama woda po przefiltrowaniu w filtrach odwróconej osmozy wykorzystywana jest również jako woda pitna.

Ilustracja 11. Budynek Pixel, Melbourne, Australia – schemat funkcjonowania systemów zbierania i oczyszczania wody i ścieków. Źródło www.architektura.info

Zielone dachy – rodzaje rozwiązań

Zielone dachy były wykorzystywane do przykrywania budynków od zamierzchłych czasów. To od dawna jeden z najlepszych sposobów ochrony wnętrza budynku przed wodą, chłodem i gorącem. Jednocześnie była to najskuteczniejsza ochrona przed pożarem. Ogrody na dachach zakładane były również z powodów estetycznych; najsłynniejszymi są wiszące ogrody Semiramidy z VI w. p.n.e.

Renesans zielonych dachów nastąpił w okresie, kiedy zaczęto interesować się ochroną środowiska oraz rozwojem zrównoważonym. Początki tego trendu pojawiły się w latach 70. jako konsekwencja kryzysów naftowych i poszukiwań rozwiązań energooszczędnych. Rozwój zielonych dachów wiąże się również ze zwiększonymi wymaganiami, dotyczącymi standardów życia, zgodnie z którymi obecność zieleni w bliskim otoczeniu jest poszukiwana [12].

Zielone dachy wykorzystuje się coraz częściej do produkcji żywności. W wielu miastach na świecie rośnie popularność farm na dachach (rooftop farming). Uprawiane tam rośliny wykorzystuje się do własnego użytku lub sprzedaje jako żywność ekologiczną. Produkcja w bezpośrednim sąsiedztwie ogranicza zużycie energii na transport i, jak się okazuje, może być produktem o wysokiej jakości. Tego typu działania mogą również rozwiązywać problem zapewnienia wystarczającej ilości żywności w związku z przeludnieniem w niektórych częściach naszego globu. Ta idea najbardziej rozwija się w Stanach Zjednoczonych – w Nowym Jorku znajduje się jedna z największych farm miejskich. Na dachu sześciokondygnacyjnego budynku znajduje się Brooklyn Grange – farma miejska o powierzchni wynoszącej 3716 m². Uprawia się na niej ponad 40 gatunków warzyw, między innymi pomidory, paprykę, jarmuż, koper włoski, sałatę, mnóstwo roślin korzeniowych i wiele odmian ziół [12].

Tabela 2. Zalety i wady stosowania dachów zielonych, na podstawie [13].

¹ Albedo – stosunek ilości promieniowania odbitego do padającego, parametr ten określa zdolność odbijania promieni przez daną powierzchnię.

Dachy zielone można wykonywać zarówno na dachach płaskich, z niewielkim spadkiem oraz na dachach skośnych. Przy obecnych możliwościach technicznych nie ma praktycznie ograniczenia dla kąta nachylenie połaci dachowej.

Ilustracja 12. Dach zielony skośny ekstensywny w systemie Zinco z zastosowaniem elementów Georaster. Źródło: GCL Green City Life

Dachy zielone ze względu na sposób użytkowania dzieli się na dwa rodzaje: dachy zielone ekstensywne, których nie można użytkować, oraz dachy zielone intensywne, z których można swobodnie korzystać. Ze względu na sposób wykonania warstw dachowych wyróżniamy dachy o tradycyjnym układzie warstw oraz tzw. dachy odwrócone.

Dachy ekstensywne

Systemy ekstensywne są z reguły niskie, lekkie i niedrogie. Dachy tego typu są nieużytkowe. Porastają je zazwyczaj mało wymagające mchy, trawy, zioła lub rozchodniki. Rośliny są dobierane w taki sposób, aby nie trzeba było ich podlewać ani kosić. Dachy te wymagają od 1 do 2 konserwacji rocznie. Głębokość podłoża wynosi około 60-250 mm, a waga około 40-150 kg/m². Ilość wody deszczowej, odprowadzanej do kanalizacji deszczowej, jest zmniejszana o około 50% [13].

Dachy intensywne

Rozwiązania tego typu umożliwiają swobodne użytkowanie dachu. Zazielenianie dachu odbywa się w sposób podobny, jak na gruncie naturalnym. Warstwy dachowe są grubsze, o większej możliwości retencji, ale również o większym obciążeniu. Dach intensywny umożliwia dowolne aranżowanie zieleni – od trawników, przez większe krzewy, aż do dużych drzew. Grubości warstw najczęściej wynoszą 150-400 mm, ale zdarzają się również dachy o grubości substratu wynoszącym ponad 100 cm.
Te dachy wymagają intensywnej pielęgnacji oraz regularnego nawadniania. Retencja wodna jest tak wysoka, że ilość wody odprowadzonej do kanalizacji deszczowej jest zmniejszana nawet o 90% [13].

Ilustracja 13. Intensywny dach zielony o zmiennym nachyleniu powierzchni. Dach o bardzo dużej retencji wodnej. Można się na niego dostać, wchodząc po specjalnie ukształtowanej części budynku – zielonej pochylni. Placówka Wychowania Pozaszkolnego w Warszawie, autorzy: Michał Pierzchalski, Marek Szaniawski, Michał Błaszczyk. (fot. autor)

Dachy o klasycznym układzie warstw

Układ klasyczny oznacza, że warstwa hydroizolacji znajduje się nad płytami izolacji termicznej. Hydroizolację i jednocześnie warstwę ochronną stanowi hydroizolacja przeciwkorzenna.
Zaletą takich rozwiązań jest to, że możemy zastosować zwykły dachowy styropian jako termoizolację. Dach o klasycznym układzie warstw ma nieco lepsze parametry izolacyjności termicznej niż dach odwrócony przy tej samej grubości termoizolacji. Wadą jest to, że membrana dachowa (hydroizolacja) jest bardziej narażona na uszkodzenia.

Ilustracja 14. Dach zielony o klasycznym układzie warstw. Źródło: GCL Green City Life

Dachy odwrócone

Są to dachy, w których warstwa hydroizolacji znajduje się poniżej płyt termoizolacyjnych. Zaletę tego typu dachów stanowi lepsze zabezpieczenie warstwy hydroizolacji przed uszkodzeniem. Wada jest taka , że jako hydroizolację należy zastosować droższy polistyren ekstrudowany zamiast ekspandowanego (styropianu), gdyż ten materiał może być zanurzony w wodzie bez wpływu na jego jakość. Dachy te mają nieco gorsze parametry termiczne niż dach klasyczny o tej samej grubości termoizolacji. Wynika to stąd, że niewielka ilość wody przemieszcza się pomiędzy płytami styropianu, powodując pogorszenie termoizolacyjności.

Ilustracja 15. Dach zielony o odwróconym układzie warstw. Źródło: GCL Green City Life

Podsumowanie

Ludzie od początku istnienia żyli blisko natury. Patrząc z perspektywy pojawiania się ludzi na ziemi, okres od kiedy zabudowujemy przestrzeń wokół siebie, pozbawiając go zieleni, jest krótkim epizodem. Na szczęście dostrzegamy potrzebę zwrotu ku naturze i wprowadzaniu roślin w naszą przestrzeń życiową.
Stosowanie zieleni w budynku lub jego pobliżu może znacznie podnosić walory estetyczne przestrzeni oraz wpływać korzystnie na mikroklimat otoczenia.
Badania przeprowadzane z użyciem zieleni pokazują, że jej umiejętne stosowanie może poprawiać również parametry termiczne budynków – chronić je przed przegrzewaniem w lecie oraz wychładzaniem zimą.
Przywracanie terenów biologicznie czynnych jest korzystne dla poprawy retencji wód, co z kolei może chronić przed obniżaniem poziomu wód podziemnych oraz przed obserwowanymi coraz częściej w naszym kraju powodziami.

mgr inż. arch. Michał Pierzchalski

ChronmyKlimat.pl
Energooszczędne 4 kąty

Literatura:

[1] G. W. Evans, The Built Environment and Mental Health, “Journal of Urban Health”, Bulletin of the New York Academy of Medicine, t. 80, nr 4, 2003.
[2] M. E. Northridge, E. D. Sclar, P. Biswas, Sorting Out the Connections Between the Built Environment and Health: A Conceptual Framework for Navigating Pathways and Planning Healthy Cities, “Journal of Urban Health”, Bulletin of the New York Academy of Medicine, t. 80, nr 4, 2003.
[3] A. Bogdan, Produktywność pracowników vs. Środowisko w pomieszczeniach, „Chłodnictwo i klimatyzacja”, nr 9, 2012.
[4] K. Meattle: How to grow fresh air, TED.COM, luty 2009, http://www.ted.com/talks/kamal_meattle_on_how_to_grow_your_own_fresh_air
[5] R.: Baumann, Domy w zieleni, Warszawa 1991.
[6] M. A. Wołoszyn, Wykorzystanie energii słonecznej w budownictwie jednorodzinnym, Warszawa 1991.
[7] J. Żórawski, Domy pasywne – do poprawy?, „Izolacje”, nr 9, 2013.
[8] D. Fabianowski, Wpływ zieleni na energooszczędność budynku, „Zieleń miejska”, nr 8, 2011.
[9] O. Saadatian i in., A review of energy aspects of green roofs, „Renewable and Sustainable Energy Reviews”, nr 23, 2013.
[10] H.F. Castleton I in., Green roofs; building energy savings and the potential for retrofit, „Energy and Buildings”, nr 42, 2010.
[11] J. Sanecka, Rodzime gatunki roslin, Fundacja Sędzimira, http://uslugiekosystemow.pl/?q=node/408
[12] Farma w mieście. Świeże warzywa i owoce prosto z dachu, http://www.ekologia.pl/srodowisko/specjalne/farma-w-miescie-swieze-warzywa-i-owoce-prosto-z-dachu,16666.html
[13] A. Kowalczyk, Zielone dachy szansą na zrównoważony rozwój terenów zurbanizowanych, „Zrównoważony Rozwój – Zastosowania”, nr 2, 2011.