Зеленая крыша каменных джунглей

Н. А. Шонина, старший преподаватель МАрхИ

Экскурс в историю

Первые сады на крышах появились в глубокой древности на Ближнем Востоке. При археологических раскопках на территории Древней Ассирии и Вавилона были найдены сооружения с массивными колоннами, перекрытые сводами, способными выдержать значительную нагрузку. Верхняя часть сооружения представляла собой ступенчатые террасы из балок. Балки были устланы слоем тростника, залитого асфальтом, поверх которого был уложен двойной слой обожженных кирпичей, швы между которыми были заделаны гипсом. Все это было покрыто слоем свинца, чтобы предохранить нижнее строение от проникновения влаги. И, наконец, на свинцовое покрытие был насыпан трехметровый слой земли, достаточный для того, чтобы в нем могли расти даже большие деревья. В летнее время, когда температура воздуха доходила до 50 °C, рабы непрерывно качали воду из колодцев и с помощью черпаковых подъемников, изготовленных из дерева и канатов, подавали ее в многочисленные небольшие каналы, по которым вода стекала через всю систему с верхней террасы вниз.

В V веке византийские императоры создавали роскошные сады на террасах верхних этажей своих дворцов. Поэт Юстиниана I воспевал защищающие от ветра и солнца прохладные сады на крышах, с которых открывается чудесный вид на море.

Изображения садов и террас на крышах в византийском Евангелии и молитвенниках XI–XII веков, а также в индийской миниатюре говорит о распространении этих сооружений в разных странах.

Также дома с зелеными крышами были в богатых немецких городах, таких как Нюрнберг и Аугсбург, торговавших с иностранцами.

Первые описания русских садов на крышах относятся к XVII веку. «Верховые сады», или «сады на сенях», располагались на каменных сводах пристроек к зданиям Московского Кремля. В Кремле было несколько таких садов, особую известность получили Верхний и Нижний набережные сады, получившие за свою красоту название «красных».

В начале XX века сады на крышах стали в Москве своеобразной модой. Возможно, толчок этому дала статья известного тогда журналиста И. Василевского, вернувшегося из Германии в 1911 году, в которой он писал о том, что там крыши многих зданий «дают то, чего нет у массы городского населения, – чистый воздух, солнце, свет и теплоту… На одном из больших домов в Лейпциге сад на крыше таких размеров, что он дает хозяину даже клубнику, малину, цветную капусту и низкорослые фрукты».

В советское время также проводилось строительство экспериментальных зданий, на кровле которых были созданы все условия для роста растений, но это были единичные случаи, т. к. первоочередной задачей строительства в то время была ликвидация жилищного кризиса. Это привело не только к упрощению архитектурно-конструктивных решений плоских крыш, но и практически исключило их эксплуатацию.

Вплоть до середины ХХ века зеленые кровли были роскошью, прямо указывавшей на доходы их владельца. В 1960-е годы в Европе интенсивное развитие городов привело к ухудшению экологической обстановки и резкому сокращению площади их озеленения. В связи с этим архитекторы вновь обратились к идее зеленых крыш, на этот раз они были призваны занять одну из ключевых позиций в экологическойстратегии развития городов.

Рисунок 1. Висячие сады Вавилона (реконструкция)

Преимущества

Зеленые крыши должны обеспечить повышение уровня жизни и улучшить здоровье человека, сделать окружающую его враждебную урбанистическую среду комфортной и приближенной к природным условиям.

Зеленые кровли могут обеспечить следующие преимущества:

• способствуют снижению средней температуры городских кварталов в теплый период (снижение эффекта «городского острова тепла»);
• повышают качество воздуха;
• создают естественную среду обитания для птиц и насекомых, тем самым восстанавливают биоразнообразие в городах;
• снижают объем и загрязненность ливневых вод;
• снижают энергопотребление здания;
• улучшают звукоизоляцию здания;
• защищают кровлю от влияния УФ-излучения и снижают вероятность ее механического повреждения;
• улучшают внешний вид здания, повышают его рейтинговую оценку.

Рассмотрим подробнее выгоду от использования зеленых кровель с экологической точки зрения на практическом примере. В статье [1] было описано здание Twenty River Terrace, расположенное в Нью-Йорке, в юго-западной части Манхэттена на берегу реки Гудзон. «По замыслу проектировщиков, здание “Twenty River Terrace” должно не просто создавать комфортные условия для проживания людей, но и улучшить их среду обитания. Создатели здания называют его первой жилой постройкой, спроектированной в соответствии с принципами “sustainabledesign” (проектирование жизнеудерживающего здания). В результате использования энергоэффективных мероприятий ожидается снижение энергопотребления на 35 % относительно требований штата Нью-Йорк. На плоской крыше здания расположены сады. Эти сады выполняют не только эстетические функции, но и играют важную роль в создании микроклимата помещений и улучшении климатических условий местности. Сады выполняют в летнее время солнцезащитные функции, а в зимнее время повышают теплозащитные свойства покрытия. Такая “зеленая крыша” позволяет уменьшить так называемый эффект “теплового купола” (heatisland). Этот эффект заключается в том, что температура наружного воздуха в центре большого города может повышаться примерно на 10 градусов относительно окружающих территорий, что создает дополнительную нагрузку на систему кондиционирования воздуха здания в летнее время. Сады также позволяют собирать воду атмосферных осадков для дальнейшего использования».

При сильном ливне возникает опасность перегрузки ливневой канализации, что в свою очередь может привести к затоплению улиц города и сбросу необработанных сточных вод в местные водоемы. Экспериментальным путем выяснено, что зеленые крыши снижают общий объем сточных вод и замедляют темпы поступления воды с крыши в ливневую канализацию. Было обнаружено, что озелененные кровли могут сохранить до 75 % дождевой воды, постепенно возвращая ее обратно в атмосферу благодаря процессу испарения с почвы и листьев растений, сохраняя при этом загрязняющие вещества в почве. В здании Elevation314 в Вашингтоне зеленые крыши используются для фильтрации и хранения части ливневых вод, что позволяет сэкономить на установке дорогостоящих подземных песчаных фильтров, которые необходимо применять по санитарным нормам очистки ливневых вод в округе, где расположено здание.

С увеличением числа транспортных средств увеличивается и содержание в городском воздухе оксида углерода (СО₂) и твердых частиц. Растительность на городских крышах оказывает положительное воздействие и на качество окружающего воздуха, поскольку листья способны захватывать твердые частицы, а также связывать углекислый газ.

Зеленые кровли становятся дополнительной средой обитания для различных видов животных. По наблюдениям биологов в Лондоне, на ряде зеленых кровель было обнаружено более 50 видов пауков. В Германии на зеленых кровлях были замечены места гнездования редких птиц. Таким образом, зеленые кровли могли бы помочь в деле повышения разнообразия живой природы в городах.

При использовании эксплуатируемых кровель зданий и сооружений для создания на них архитектурно-ландшафтных объектов возникали следующие проблемы:

• повышенная нагрузка на несущие конструкции здания из-за веса изоляционных материалов и почвы;
• повышенная вероятность протечек при использовании традиционных кровельных материалов;
• разрушение строительных материалов, используемых для создания кровли, корнями растений;
• высокие первоначальные капитальные вложения, которые не окупались, т. к. требовался регулярный ремонт кровли вследствие указанных выше причин.

В последние годы номенклатура применяемых в России кровельных материалов расширилась за счет выпуска новых отечественных и появления ряда зарубежных наплавляемых рулонных материалов, которые имеют приклеивающие (подплавляемые) слои из битумно-полимерных составов, наносимых на основу в заводских условиях. В качестве основы нашли применение долговечные (негниющие) стекломатериалы (стеклоткани, стеклохолсты) или полотна из синтетических волокон (например, из полиэстера).

Эти материалы имеют высокую прочность, гибкость при отрицательных температурах, а также низкое водопоглощение, что обеспечивает им эксплуатационную надежность в составе кровельного ковра.

Рисунок 2. Устройство зеленой кровельной системы

Современная зеленая кровельная система должна содержать следующие слои (рис. 2), сверху вниз:

• растения, специально отобранные для высадки на кровле (предпочтение отдается мочковатым и поверхностным корневым системам);
• сконструированную растительную среду (субстрат), которая в общем случае может и не содержать грунта;
• ландшафтную или фильтрующую ткань, которая задерживает корни растений и растительную среду и в то же время пропускает воду;
• специальный дренажный слой, иногда со встроенными резервуарами для воды;
• жесткую теплоизоляцию;
• традиционную кровельную конструкцию с кровельной/гидроизоляционной мембраной с включенными противокорневыми добавками.

Различают два основных типа зеленых кровельных систем: экстенсивную и интенсивную.

На интенсивной кровле можно воссоздать настоящий сад. На этот тип можно высаживать газонную траву, цветы, кустарники и деревья высотой до 4 м на плодородном слое земли толщиной более 1 м. Интенсивное озеленение подразумевает, что конструкции зданий выдерживают минимум до 750 кг на м². При этом важно помнить, что крупным растениям требуется значительный плодородный слой земли – более 1 м.

На экстенсивной (малоэксплуатируемой) кровле применяется лишь травяной покров в сочетании с растениями, размещенными в емкостях, где находится почвенный субстрат. Доступ людей на такую крышу ограничен, причем передвижение осуществляется по специальным дорожкам. Такой тип озеленения не требует ухода, а растения высаживаются те, которыми хорошо переносятся перепады температур и недостаток влаги. Для экстенсивных зеленых кровель присущи такие характеристики, как малый вес, низкое капиталовложение и минимальное обслуживание, небольшое разнообразие растений.

Опыт строительства жилого комплекса РАО «Газпром» по ул. Наметкина с двухэтажным гаражом, на кровле которого устроен мини-сквер, показал высокую надежность применяемых там кровельных материалов (рис. 3). В то же время необходимо строгое соблюдение всех технологических требований при строительно-монтажных работах и жесткая технологическая дисциплина, исключающая механические повреждения кровельных материалов при их хранении и укладке.

Рисунок 3. Минисквер, устроенный на крыше гаража жилого комплекса РАО «Газпром»

Особое внимание необходимо обратить на отвод воды с кровли: его необходимо предусмотреть внутренним с обеспечением уклона кровли 1,5–2 % по отношению к водоотводящим устройствам.

Уклон кровли можно создать наклоном несущей плиты покрытия, что является предпочтительным, либо укладкой слоя керамзитового гравия переменной толщины с проливкой цементным раствором.

Большой проблемой при удалении излишней влаги является борьба с наледью, которая образуется в основном весной, когда снег периодически оттаивает днем под солнечными весенними лучами, а ночью замерзает. Поскольку условия для таяния льда и снега различны, то при кратковременном оттаивании происходит увеличение ледовой пробки, что приводит к образованию сосулек, часто весьма внушительных размеров. Наиболее благоприятные условия для образования наледей происходят в периоды, когда суточные колебания температуры держатся в диапазоне 3–5 °C днем и –6…–10 °C ночью.

Сегодня существуют два принципиально разных способа борьбы с образованием наледи: системы антиобледения на основе арматурных кабелей и использование гидрофобных композитных материалов. При создании архитектурно-ландшафтных объектов предпочтительнее создавать внутренний сток излишней воды, с тем чтобы не сталкиваться с проблемой наледи. Однако и в этом случае нужно предусмотреть меры по предотвращению замерзания воды в верхней части стока, которая находится в охлаждаемой зоне крыши.

Водоприемные воронки внутреннего водостока должны располагаться равномерно по площади кровли на пониженных участках не ближе 1,5 м от вертикальных поверхностей. Площадь водосбора на одну воронку принимают равной 150–300 м².

Водосточные устройства должны обеспечить отвод воды как с поверхности покрытия, так и с уровня дренажного слоя и водоизоляционного ковра (в инверсионных кровлях), для чего в боковых поверхностях водосборника должны быть предусмотрены отверстия (рис. 4).

Рисунок 4. Воронка внутреннего водостока при инверсионной эксплуатируемой кровле 1 – несущая железобетонная плита; 2 – выравнивающая стяжка из цементно-песчаного раствора; 3 – огрунтовка поверхности под кровлю; 4, 4’ – слой кровельного материала (усиление ковра); 5 – основной водоизоляционный ковер; 6 – плитный утеплитель; 7 – геотекстиль; 8 – дренажный слой; 9 – почвенный слой; 10 – бортовой камень; 11, 12 – защитная решетка; 13 – патрубок с фланцем; 14 – прижимной фланец; 15 – герметик; 16 – уплотнитель; 17 – хомут

Места приклейки водоизоляционного ковра к фланцам водоприемной чаши воронки должны быть усилены дополнительным слоем рулонного кровельного материала. Воронка должна устанавливаться с промазкой понизу герметизирующей битумной мастикой.

Конструкция водоотводящего устройства не должна менять своего положения при воздействии нагрузки. Для этого чаши водосточных воронок должны быть прикреплены хомутами к несущим плитам с резиновым уплотнителем либо соединены со стояками внутренних водостоков через компенсаторы.

Приемные патрубки водосточных воронок и охлаждаемые участки отводящих трубопроводов в пределах холодного помещения и на высоту 1,2–1,5 м от потолка в пределах теплого помещения должны иметь теплоизоляцию. Допускается предусматривать обогрев патрубков водосточных воронок и стояков в пределах охлаждаемых участков.

Орошение почвенного слоя с зелеными насаждениями может быть поверхностным или внутрипочвенным. Поверхностное орошение предусматривают из шланга или с помощью механических разбрызгивателей. Внутрипочвенное орошение производится при помощи перфорированных труб, располагаемых в траншеях, обложенных гравием.

Помимо вышеизложенных преимуществ, устройство зеленой кровли позволяет получить более высокую рейтинговую оценку экологической эффективности здания. Например, в стандарте СТО НОСТРОЙ 2.35.4–2011 «”Зеленое строительство”. Здания жилые и общественные. Рейтинговая система оценки среды обитания» даны следующие баллы для озелененных кровель и использования ливневых вод (табл. 1). Наибольший балл, который могут присвоить зданию, – 650.

Новый, экологический подход к архитектуре зданий позволяет надеяться, что городская среда станет комфортной и приятной для человека.

Литература

1. Бродач М. М., Шилкин Н. В. Многоэтажное энергоэффективное жилое здание в Нью-Йорке // АВОК. 2003. № 4.
2. СТО НОСТРОЙ 2.35.4–2011. Зеленое строительство. Здания жилые и общественные. Рейтинговая система оценки среды обитания.
3. Introduction to Green Walls Technology, Benefits & Design. 2008.
4. Пособие по озеленению и благоустройству эксплуатируемых крыш жилых и общественных зданий, подземных и полуподземных гаражей, объектов гражданской обороны и других сооружений. М., 2001.
5. Орлов Ю. Н. «Зеленые кровли» в условиях холодного климата // Кровельные и изоляционные материалы. 2008. № 1.