Анализ и преимущества систем с зеленой крышей

от

В этой статье анализируются как традиционные конструкции зеленой кровли, так и инновационные модульные системы зеленой кровли. Проектирование и строительство новых зданий с использованием «умных» зеленых технологий является основной тенденцией в процессе смягчения последствий изменения климата, поскольку в большинстве европейских стран строительный сектор потребляет примерно треть всей используемой энергии. Несмотря на широкий спектр предлагаемых инициатив в строительном секторе, меры в основном сосредоточены на энергосберегающих технологиях, альтернативных источниках энергии и методах, приносящих многократную экономическую прибыль и большие экологические выгоды.

Введение

В настоящее время интеллектуальные решения в области зеленых кровель популярны благодаря своим экологическим, техническим, экономическим преимуществам и эстетическим качествам. В условиях городской застройки все большую популярность приобретает инфраструктура зеленой кровли с элементами озеленения окружающей среды. При проектировании и монтаже крыш с экологичным управлением необходимо учитывать положения национальных нормативных актов и кодексов «зеленой крыши», международных стандартов, применяемых в «зеленых» зданиях, специфические климатические зоны региона строительства и другие факторы местных условий.

Мегаполисы являются центрами множества инноваций, которые могут способствовать сокращению выбросов, адаптации к изменению климата и способности к восстановлению. Деятельность человека, такая как сжигание ископаемого топлива, крупномасштабное промышленное строительство, вырубка лесов, изменения в землепользовании, привела, среди прочего, к накоплению парниковых газов в атмосфере в сочетании со снижением способности океанов и растительности поглощать их. Это снизило естественную способность Земли поддерживать баланс углеродного цикла и в настоящее время непосредственно приводит к текущим глобальным изменениям средних температур.

Среди основных преимуществ систем с зеленой крышей — разнообразие преимуществ и многофункциональность. Эксплуатируемые «зеленые крыши» выполняют экологические функции, которые включают улучшение качества воздуха и температурно-влажностного режима, снижение шумового воздействия, что помогает смягчить эффект теплового острова. Кроме того, зеленые крыши являются благоприятной средой обитания для местной флоры и фауны. Архитектурные функции включают в себя проектирование эстетического внешнего вида зданий, использование кровли для зон отдыха и парковочных мест и создание дополнительного пространства в стесненной конструкции. Экономические выгоды от использования «зеленых» покрытий отражаются в инвестиционной привлекательности строительной площадки, экономии энергии в системах отопления и продлении срока службы гидроизоляционных и нижележащих покрытий.

«ЗЕЛЕНЫЕ ИННОВАЦИИ» В ГОРОДСКОМ ПРОСТРАНСТВЕ

Модульная система зеленой кровли — это технически совершенное дизайнерское решение кровли, а также инновационные технологические решения с многофункциональными преимуществами и возможностью интеграции устройств, преобразующих солнечную и ветровую энергию – солнечных панелей и микро-ветряных турбин. Модульные лотки оснащены системами капельного орошения для создания зоны микроклимата непосредственно над крышей «зеленого» здания.

В настоящее время технологии создания зеленых кровельных покрытий приобретают особое значение. Крупные города сталкиваются с рядом экологических проблем: они занимают 3% поверхности суши, вмещают 50% мирового населения, потребляют 75% природных ресурсов, производят 50% мировых отходов и выбрасывают 60-80% парниковых газов (ПГ). Зеленые крыши — это одновременно и зоны отдыха, и “лифты” для развития городских пространств. Итак, рождается идея превратить кровельное покрытие в выставочное и прогулочное пространство с цветущими садами в сочетании с арт-объектами из экологически чистых материалов. Такие эргономичные решения будут более эффективны в южных регионах стран с благоприятными климатическими условиями. Однако анализ «зеленых» технологий в разных странах показывает, что климатические особенности региона строительства не играют ключевой роли при выборе кровли. Так, в Германии на террасах, расположенных на южном склоне, с конца 18 века и по сегодняшний день выращивают не только виноград, но и инжир, при этом зимой эффектные растения укрывают стеклянными рамами. Задача современных строителей и архитекторов — превратить город в более естественную и приближенную к природе среду обитания. Зеленая архитектура, которая подразумевает энергоэффективность, экологичность материалов и снижение воздействия на окружающую среду, ускорит движение к городской застройке. Растения появляются на стенах, крыше, террасах и полах внутренних помещений.

ПРЕИМУЩЕСТВА И УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ «ЗЕЛЕНОЙ» КРОВЛИ

Широко представлены преимущества и усовершенствования системы зеленой кровли в городском пространстве. Ключевыми преимуществами систем зеленой кровли являются следующие:

  • Установка «зеленой крыши» обеспечивает экономию энергии. В Лондоне менеджер по обслуживанию зданий сообщил, что применение модифицированной «зеленой» крыши в здании уменьшило потребность в охлаждении / обогреве пола под ним. Если бы «зеленая крыша» была установлена как часть первоначального проекта здания и была известна способность «зеленой крыши» снижать требования к охлаждению и отоплению, то существовал бы большой потенциал энергоэффективности здания. Экстраполяция предполагаемой экономии энергии в масштабах города с динамическим моделированием энергопотребления типичных зданий MF показывает, что в городе Салоники могут быть «зеленые» крыши со сниженным потреблением тепла и охлаждения до 5% и 16% соответственно. Экономия энергии как на отоплении, так и на охлаждении максимальна под «зеленой крышей». Положительное влияние системы «зеленой крыши» на энергетические показатели зданий становится более очевидным и заметным. Согласно специальным измерениям выбранных крыш зданий, расположенных в Гуанчжоу, Китай, системы «зеленой крыши» снижают потребление энергии на охлаждение на 15,2% по сравнению с обычными крышами, обладают лучшими тепловыми характеристиками и комфортом.
  • Смягчение последствий городского острова тепла (UHI). Растительный слой «зеленой крыши» снижает содержание вредных веществ в воздухе за счет поглощения углекислого газа CO2 и выделения кислорода. Система с зеленой крышей нейтрализует значительное количество пыли и вредных газов. Воздух на зеленой крыше намного чище и содержит на 37% меньше SO2 (диоксида серы) и на 21% меньше CO (монооксида углерода). Зеленая крыша дополнительно увлажняет воздух, увеличивает долговечность конструкции крыши в несколько раз (в 3-4 раза).
  • Снижение уровня шума до 8-10 дБ. Почва способна поглощать более низкие частоты, а растительность высокая, также слой почвенного покрова огнестойкий, в случае пожара слой почвы предотвратит его распространение. Согласно некоторым исследованиям, примерно 20 миллионов взрослых, влияющих на повседневную деятельность, раздражает шум окружающей среды в городских районах. Акустика занесена в каталог как один из основных факторов качества застроенной среды.
  • Универсальные схемы монтажа и типы систем «зеленой крыши», усовершенствованный метод покрытия крыши. Защищая кровельную мембрану от экстремальных колебаний температуры, ультрафиолетового излучения и физических повреждений в период технического обслуживания, «зеленая крыша» может удвоить срок службы материала.
  • Легкий вес, модульность и современный парковый дизайн системы «зеленой крыши» с реверсивными замками, которые легко и быстро монтируются, демонтируются и обслуживаются.
  • Эффективное управление стоком воды в системах с зеленой крышей, обеспечивающих водоснабжение, обеспечивается специальной системой гидропоники, включающей систему автоматического полива, трубы и воздуховоды для перекачки воды.
  • Разнообразие установок и множество модулей включают в себя различные конфигурации, размеры диаметров и высоты, что позволяет использовать как интенсивные, так и экстенсивные конструкции для озеленения крыши. Растения подбираются в соответствии с конкретной географической зоной и климатическими характеристиками и типом зеленой кровли, такими как экстенсивные, полуинтенсивные и интенсивные крыши. И это показывает интерес к установке этих самых больших вариантов зеленых крыш и их географической применимости, которые доступны во многих регионах. При выборе важно, чтобы растения свободно влияли на эксплуатационные характеристики крыши и ее устойчивость к засухе, ветру, свету, тени и загрязнителям.

Предлагаемая кровельная система предназначена для решения различных проблем кровельного покрытия за счет недорогой, малозатратной и безотходной сборки по принципу строительного комплекта. Уникальная конфигурация системы с необычным сочетанием архитектурных и эстетических дизайнерских решений придает красивый внешний вид городским районам, а также позволяет использовать методы озеленения на жилой крыше. Технология «зеленой крыши» включает в себя устройство для интеграции множества специальных элементов кровельного покрытия с аспектами устройств сбора и преобразования энергии.

Суть этого инновационного решения заключается в том, что поверхность покрытия на крыше здания покрыта специальными модульными лотками с растительностью, которые крепятся к решеткам с помощью зацеплений. Модульные лотки оснащены системами орошения и капельного орошения для создания зоны микроклимата непосредственно над крышей здания. В то время как модульное устройство зеленого кровельного покрытия необходимо соблюдать и контролировать процесс установки зеленой кровли. Процесс установки «зеленой крыши» состоит из следующих этапов:

  1. Правильный и последовательный процесс укладки гидроизоляционного слоя и его соответствие спецификации проекта. Надлежащий монтаж систем орошения и капельного орошения и соответствие их мощности и режима работы требуемым параметрам в соответствии с положениями стандартов зеленой крыши, называемых также Кодексом зеленой крыши, которые состоят из специальных требований к устройству и правил приема контроля”.
  2. Контроль качества процессов монтажа кровли и решеток. В соответствии с картой необходимо контролировать. Следует также отметить, что отчет о выполнении работ по монтажу кровельной системы должен быть составлен в общих журнальных статьях или специальных журналах процесса монтажа по формам, предусмотренным российскими требованиями. На сегодняшний день наиболее широко признанным стандартом среди ведущих поставщиков систем зеленой кровли являются немецкие стандарты FLL, Исследовательского общества по озеленению и ландшафтному развитию. Этот стандарт общепризнан в качестве эталона качества монтажа зеленой кровли. Согласно немецкому стандарту FLL, успешная система зеленой крыши должна в основном воспроизводить природу и состоять из защитного слоя, дренажных и фильтрующих слоев, питательной среды, соответствующих компонентов для вегетации и орошения.
  3. Крупные города принимают новые строительные нормы, которые стимулируют внедрение инновационных технологий в современных зданиях. Индустрия «зеленого» строительства развивается быстрыми темпами вместе с растущей тенденцией к инструментам оценки «зеленого» строительства.

Следуя той же схеме, система оценки эксплуатационных характеристик оценивает «зеленые крыши» в соответствии с естественными категориями. Эти функции, которым присвоен вес в зависимости от их важности, следующие:

  1. Тип и глубина используемого грунта – 15%;
  2. Воздействие на климат из-за испарения (климат) – 15%;
  3. Тип и разнообразие растительности (флоры) – 30%;
  4. Воздействие на зоологическое биоразнообразие (фауну) – 30%;
  5. Среднегодовое удержание ливневой воды (водный баланс) — 10%.

Сумма взвешенных оценок для каждой из пяти функций используется для сравнения различных систем с зеленой крышей и определения минимальных требований.

АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ ЗЕЛЕНОЙ КРОВЛИ

Устройство зеленой крыши означает создание структурно сложных систем с растительностью и почвенной смесью, размещенной на водонепроницаемой мембране, с интеграцией систем орошения, а также устройств, преобразующих солнечную и ветровую энергию.

Зеленая кровля представляет собой многослойную структуру и состоит из нескольких слоев: растительного слоя, почвенного субстрата, фильтрующего слоя, дренажной системы, слоя гидроизоляции и слоя теплоизоляции.

В этом исследовании исследуется каждый слой для анализа выбора материала кровельной системы и ее характеристик. Материалы, используемые для устройства кровельных поверхностей, должны соответствовать требованиям действующих стандартов в области стандартизации и типов зеленых кровель: интенсивных, полуинтенсивных и экстенсивных кровель. Например, обширная зеленая кровля (около 5-20 см) состоит из нескольких слоев, уложенных последовательно: корневой барьер, дренажный слой, фильтрующий слой, питательная среда и растительность.

Растительность подбирается индивидуально в зависимости от климатических условий, расположения крыши и толщины питательной среды. Часто для зеленого покрытия крыши выбирают мхи, газонную траву, полевые цветы и горную растительность, поскольку такая растительность не прихотлива к конкретным климатическим и региональным условиям. Фотосинтез зеленой растительности на крыше уменьшает излучение, он также играет важную роль в защите экологической среды и снижении запыленности и шума.

Питательной средой обычно является почвенный субстрат или натуральная почва. Эффективно снизить вес слоя можно за счет добавления сыпучих наполнителей (торф, песок и неограниченное количество добавок). Глубина залегания почвы выбирается в соответствии с типом зеленой кровли: интенсивного или экстенсивного типа.

В качестве фильтрующего слоя используется нетканый материал – геотекстиль. В данном исследовании приведен анализ двух наиболее популярных способов склеивания — прокалывания иглой и термического каландрирования геотекстиля. Согласно технологии кровли, термически каландрированный геотекстиль прочнее на разрыв, чем иглопробивной. Термически скрепленный геотекстиль, в отличие от иглопробивного, обладает высокой износостойкостью и превосходной прочностью на разрыв. Материал устойчив к воздействию ультрафиолетовых лучей и агрессивных сред, таких как атмосферная влага, кислоты, щелочи, бактерии или грибки.

Дренаж удаляет излишки воды из почвы. В дренажном слое используются гранулы полистирола. Наиболее стойкими материалами для слоя против корней являются стекловолокно; также используются мембраны из синтетического материала. В случае модулей с зеленой крышей питательная среда отделена от дренажа проницаемой геотекстильной тканью, которая блокирует проникновение грунта.

Функция гидроизоляционного слоя заключается в защите и предотвращении попадания воды и сырости через конструкцию внутрь здания или на внешние стены. В качестве гидроизоляционного слоя следует использовать битумно-полимерный материал, уложенный в несколько слоев: – полимерные гидроизоляционные мембраны на битумной (EPDM) основе с защитой от корней, экологически чистый материал; или полимерные гидроизоляционные мембраны на синтетической (ПВХ-мембрана) основе с защитой от корней со сроком службы до 60 лет; – дополнительный слой медной или алюминиевой фольги к мембранам; – жидкая резина; – полиэтиленовая пленка.

Если крыша плоская, то гидроизоляция устраивается с уклоном в 3-5% для обеспечения необходимого стока воды. Рекомендуется сделать теплоизоляционный слой из пеностекла или перлитового песка. Также в качестве утеплителя применяются плиты из экструдированного полистирола и минеральной ваты. Толщина утепляющего покрытия устанавливается расчетным путем с учетом теплоизоляционных свойств остальных слоев покрытия.

Исследование теплоизоляции систем с зеленой крышей в Гонконге показало, что использование систем с зеленой крышей снижает нагрузку на охлаждение городских помещений и эффективно снижает температуру в помещениях.

Конструкция интенсивной зеленой кровли отличается от экстенсивного типа. Инсоляция расположена не внизу, а поверх гидроизоляционной мембраны, которая защищает ее от механических повреждений. В этом случае требуемый угол наклона кровли для устройства зеленой кровли составляет 5-8°. При увеличении наклона кровли более чем на 12° необходимо устраивать поперечные фиксаторы: деревянные планки, георешетки или кассеты, которые будут удерживать грунт. С использованием устройств, предотвращающих сползание почвы, можно организовать озеленение крыш под углом до 45°. В модульных системах «зеленой» кровли базовым элементом является поддон, который быстро и легко монтируется в единое покрытие. Эта система может использоваться на крышах с уклоном до 20%.

Многие исследования показывают, что периодическая вентиляция больше способствует охлаждению помещений, а зеленая крыша в сочетании с периодической вентиляцией лучше. Жители и ландшафтные архитекторы используют естественную круглосуточную вентиляцию в качестве одной из основных мер по улучшению тепловых характеристик здания.

Даны рекомендации по выбору наиболее энергоемких и экономичных материалов для конструкции системы зеленой кровли. В результате детального анализа многослойной структуры “пирога” зеленой кровли представлены основные особенности использования систем озеленения на кровельных конструкциях. Методология оценки эффективности основана на комплексе разработанных энергосберегающих мероприятий при организационном и технологическом проектировании строительных проектов.

В ходе исследования было замечено, что в Финляндии леса представляют собой культовый национальный ландшафт, а новые зеленые насаждения, отвечающие потребностям и предпочтениям горожан, считаются все более важными для создания пригодной для жизни городской среды.

ВЫВОДЫ

В последнее время интеллектуальные решения в области зеленых крыш становятся все более популярными из-за их экологических, технических, экономических преимуществ и эстетических качеств. Успешное городское планирование, включающее сеть естественных и полуестественных зон, которые интегрируют системы зеленой кровли в естественную городскую среду. В то же время существующие технологии зеленой кровли могут быть дорогостоящими в приобретении и трудоемкими в установке. Это исследование направлено на то, чтобы внести вклад в устойчивые, ориентированные на будущее решения сложных проблем городских районов для создания пригодных для жизни экосистем. Инновационные технологии в системах «зеленой крыши» являются новой тенденцией в развитии «зеленого» строительства. Инновационные энергоэффективные «зеленые» технологии принесут большую пользу экологии и помогут уменьшить эффект «Острова тепла» в свете растущей озабоченности по поводу изменения климата и выбросов парниковых газов (ПГ). Инновационные модульные зеленые крыши предназначены для омоложения и восстановления природы. Хотя в этом исследовании был достигнут ряд успехов в прогнозировании преимуществ систем с зеленой крышей, и необходимо продолжить работу, связанную с зелеными крышами, есть несколько областей, которые потребуют дальнейшего изучения.

Модульные системы зеленой кровли в городском пространстве становятся все более важной частью возрождения зеленого строительства. Модульная конструктивная система зеленой кровли считается наиболее эффективным решением инновационных подходов и технологий для зеленого проектирования и строительства. Пытаясь найти оптимальную систему «зеленой» кровли, эта система должна решать различные проблемы кровельного покрытия путем недорогой, с небольшими затратами труда и безотходной сборки «зеленой» кровли по принципу строительного комплекта. Уникальная конфигурация системы с необычным сочетанием архитектурных и эстетических дизайнерских решений придает красивый внешний вид городским районам, а также позволяет использовать методы озеленения на жилой крыше. Это ориентированное на будущее решение с зеленой крышей ценится потенциальными инвесторами, поскольку внедрение этой системы может повысить конкурентоспособность компании; принести многократную экономическую прибыль и большие экологические выгоды.