Posouzení funkce prvků modrozelené infrastruktury školního objektu

Abstract

Kvůli postupující klimatické změně a potřebě zlepšovat životní prostředí měst vzniká v poslední řadě let více projektů, které se snaží aplikovat prvky modrozelené infrastruktury. Tyto prvky je ale potřeba dále zkoumat a provádět jejich monitoring, aby bylo možné zhodnotit jejich funkčnost, cenovou efektivitu a efektivitu v poskytování požadovaných funkcí, jako je například zpomalování odtoku z území, nebo zlepšování mikroklimatu. Za tímto účelem vznikají projekty jako je Horizon Europe NBSINFRA, v rámci kterého vznikla i tato práce, která se zabývá zhodnocením stávajícího monitorovacího systému hospodaření s vodami na školním objektu SOŠ-COP a G Českobrodská, doplněním teplotně vlhkostního monitoringu extenzivních zelených střech objektu a zhodnocením jejich stávajícího stavu. V rámci doplnění monitoringu byla instalována teplotně vlhkostní čidla do vegetační vrstvy extenzivních zelených střech s fotovoltaickými (FV) panely ve třech lokacích s odlišnými podmínkami. Hlavním rozdílem v podmínkách jednotlivých lokací je délka zastínění. V rámci každé lokace byla umístěna tři čidla. Jedno pod FV panelem střechy, druhé pod okapovou hranou FV panelu a třetí ve volném prostoru střechy poblíž FV panelu. Teplotní a vlhkostní data z čidel byla sbírána za zimní období od 15.11.2024 do 15.03.2025. V rámci dalších analýz zelených střech a pro potřeby kalibrace instalovaných teplotně vlhkostních čidel byly odebrány vzorky střešního substrátu pro stanovení jeho zrnitostních a retenčních křivek a ke stanovení okamžité objemové vlhkosti. Zrnitostní křivky substrátu byly stanoveny pomocí prosévací metody a Casagrandeho hustoměrné zkoušky. Retenční křivky jsou stanovovány pomocí pískového tanku a přetlakového přístroje. V době psaní této práce nebylo měření retenčních křivek ještě dokončeno. Okamžitá objemová vlhkost substrátu pro potřeby kalibrace vlhkostních čidel byla získána gravimetrickou metodou z odebraných vzorků. Z měření teplotně vlhkostních čidel vyplývá, že extenzivní zelené střechy mají během zimního období pozitivní vliv na tepelně technické vlastnosti střešní konstrukce a že umístěním FV panelů na extenzivní zelené střechy je tento efekt umocněn. Tento pozitivní vliv spočívá ve stabilizaci teplot a zmirňování promrzání hydroizolace, čímž se snižuje teplotní spád konstrukcí střechy. Nejvyšší a nejstabilnější teploty během zimního období byly měřeny právě čidly pod FV panely, kde byly teploty substrátu v průměru o 0,57 °C vyšší a jejich variabilita byla o 0,8 °C nižší, než tomu bylo ve volném prostoru. Zároveň bylo pozorováno, že teploty substrátu zelených střech celkově klesaly pod 0 °C jen výjimečně, a to i v období, kdy teploty vzduchu klesaly pod bod mrazu pravidelně. V rámci zhodnocení stávajícího stavu extenzivních zelených střech bylo zjištěno, že stávající osazení FV panelů na zelených střechách není optimální a omezuje jak retenční schopnosti střechy, tak plochu umožňující pokrytí vegetací. Dále bylo zjištěno, že samotné pokrytí vegetací ve stávajícím stavu činí pouhých 15,5 % z plochy umožňující pokrytí vegetací, což je nevyhovující pro správné fungování zelené střechy. V závěru práce byla tedy navržena opatření pro zlepšení stávajícího monitoringu hospodaření s vodami a pro zlepšení stávajícího stavu zelených střech.Due to advancing climate change and the growing need to improve the urban environment, recent years have seen an increase in projects aimed at implementing blue-green infrastructure. With the implementation of blue-green infrastructure there is also a need for further research and monitoring to assess their functionality, cost-effectiveness and efficiency in providing desired functions, such as rainwater retention and runoff delay or improving the microclimate. For this purpose, projects like Horizon Europe NBSINFRA are being initiated, of which this thesis is part of. Thesis focus is on evaluation of existing water management monitoring system of educational facility SOŠ-COP a G Českobrodská, its supplementation with temperature and water content monitoring of facilitys extensive green roofs and assessing their current condition. As part of the supplementation of the existing facility monitoring, temperature and moisture sensors were installed into the substrate layer of the extensive green roofs with photovoltaic (PV) panels at three locations with differing conditions. The main difference between the locations is the length of shading of each location. At each location, three sensors were installed. One under the PV panel, second one beneath the drip edge of the PV panel, and the third one was installed in the open area near the PV panel. Data from the temperature and moisture sensors were collected during the winter season from 15. 11. 2024, to 15. 03. 2025. For further analysis of the green roofs, samples of the substrate were collected for actual water content for purpose of sensor calibration, to determine the soil particle size distribution and to measure water retention curves. Particle size distribution was determined using the standard sieve test and Casagrande hydrometer method. Retention curves were determined using a sand tank and pressure apparatus. At the time of writing this thesis, the measurement of retention curves had not yet been finalized. Immediate volumetric soil water content of the substrate, needed for the moisture sensor calibration, was determined from collected samples using gravimetric method. Results from the temperature and moisture sensors indicate that the extensive green roofs have positive impact on the thermal performance of the roof structure during the winter season and that this impact is further enhanced by presence of PV panels. The highest and most stable temperatures during the observed winter season were measured under the PV panels with values on average 0,57 °C higher and 0,8 °C less variable than those measured in the open area. It was also observed that substrate temperatures fell rarely below 0 °C even when the air temperatures fell regularly under the freezing point. During the evaluation of the current state of the extensive green roofs, it was found that the current installation of PV panels on green roofs is not ideal and limits both the retention capacity and the area available for vegetation cover. Furthermore, the current vegetation coverage was found to be only 15,5 % of the available area, which is inadequate for proper functioning of a green roof. In conclusion of this thesis, several measures were suggested to improve the current state of the water management monitoring system and the current state of the green roofs.