Dachy, które przetrwają wszystko. Jak projektować i wykonywać dachy odporne na ekstremalne zjawiska pogodowe?

Dachy w dobie zmian klimatycznych

Zmiany klimatyczne dotyczą przede wszystkim podniesieniu się temperatury. Z każdym rokiem mamy coraz cieplejsze i mniej śnieżne zimy. Pojawiają się w kraju nowe gatunki zwierząt, migrujące tu w związku z ociepleniem. Jak informuje w IMGW w latach 1961-1990 średni roczna temperatura wynosiła u nas 7,5^oC. W latach 2011-2020 sięgnęła już 9,1^oC.

Ocieplenie to nie jedyny symptom. Znakiem charakterystycznym są długie okresy suszy, na przemian z okresami gwałtownych opadów, skutkujących lokalnymi podtopieniami lub nawet powodziami obejmującymi całe regiony.

Do tego doliczyć trzeba huraganowe wiatry. Nie ma roku, by nie było w prasie doniesień o spustoszeniach jakie poczyniły.

Dlatego należy pomyśleć o projektowaniu i wykonywaniu dachów z myślą o powyższych zagrożeniach. Dachy powinny być solidniej konstruowane, ich pokrycia muszą być bardziej szczelne, odporniejsze na działanie wiatru, odbijające promieniowanie słoneczne, zapewniające wysoki poziom izolacyjności cieplnej, skuteczniej odwadniane.

Specjaliści wskazują, że w obliczu takich wyzwań, niezwykle efektywne są dachy zielone – płaskie, jak i skośne.

Niestety trzeba być świadomym, że przepisy budowlane, ani tym bardziej normy nie nadążają za zmianami klimatycznymi. Brak często podstaw prawnych i wytycznych dla projektantów oraz konstruktorów, więc sami muszą wykazywać się inicjatywą i uwzględniać w opracowywanych dokumentacjach nasilające się zagrożenia pogodowe.

• Polecamy: Jak zabezpieczyć osiedla przed podtopieniami? Budownictwo w obliczu zmian klimatu

Pokrycie dachowe odporne na huragany

Niezwykle intensywne wiatry, huragany, orkany niszczą rocznie tysiące dachów. Są regiony kraju szczególnie na to narażone, miejsca gdzie wieje zawsze bardziej, jak choćby wybrzeże Bałtyku, ale wraz ze zmianami klimatu może ich przybywać.

Na takich terenach najkorzystniej stosować pokrycia dachów skośnych, które będą ciężkie, trudne do poderwania. Pod tym względem najlepsze są dachówki – cementowe oraz ceramiczne. Siła ssąca wiatru powoduje przeważnie tylko ich unoszenie, po czym opadają na właściwą pozycję. Nawet gdy wiatr je zwieje z dachu, część będzie do odzyskania. Łatwo też wtedy uzupełnić powstałe ubytki. Aby ograniczyć unoszenie dachówek, do ich mocowania zaleca się stosować specjalne klamry, łączące je w miarę elastycznie z łatami. Liczy się też rozmieszczenie takich łączników. Zgodnie ze sztuką dekarską, gdy połacie mają kąt nachylenia powyżej 65^o, mocowana musi być każda dachówka. Normalnie liczba mocowań jest mniejsza i często przytwierdza się dachówki tylko w newralgicznych obszarach dachu (okap, kalenica, grzbiet, bok połaci). Na obszarach zagrożonych silnymi wiatrami, gdy kąt jest niższy od 65^o powinno się stabilizować co trzecią dachówkę w każdym rzędzie, na mijankę.

Produktem trudnym do zerwania są gonty bitumiczne, mocowane mechanicznie i sklejone z podłożem w rezultacie samowulkanizacji.

Gorzej pod tym względem wypadają pokrycia wielkoformatowe, duże arkusze blachodachówki lub panele łączone na rąbki. Tworzą one na dachu duże płaszczyzny połączone na stałe z konstrukcją nośną. Dla wiatru o dużej sile będą jak żagle. Może je oderwać razem z łatami i kontrłatami, a przy tym powyginać.

• Polecamy: Niewidoczne, ale istotne – jak prawidłowo zamontować łaty i kontrłaty?

W przypadku dachów płaskich, które także są narażone na działanie siły ssącej wiatru, choć z racji swojej geometrii mniej niż dachy skośne, zaleca się stosowanie hydroizolacji płynnych, solidniejsze mocowanie hydroizolacji powłokowych. Niemniej najbezpieczniejsze są dachy o konstrukcji odwróconej – balastowe. Na ich warstwie hydroizolacyjnej ułożona jest warstwa dociążająca, w postaci żwiru lub płyt betonowych. Chętnie łączy się oba produkty, układając płyty na żwirze, choćby dlatego by powstały ciągi komunikacyjne. To samo co o dachach balastowych można powiedzieć o dachach zielonych, których hydroizolację chroni i dociąża warstwa substratu i roślin.

Mocna konstrukcja na kilka sposobów – jak zbudować dach, który przetrwa najsilniejsze podmuchy?

Gdy przydarzy się małe tornado, żadne pokrycie nie utrzyma się na dachu. Dobrze, aby konstrukcja pozostała wówczas na miejscu. Między innymi z tego powodu, w niektórych województwach popularność zdobyły dachy z więźbami betonowymi. Są nienaruszalne dla wiatrów, więc nawet tornado nie pozbawi mieszkańców dachu nad głową.

Betonowe dachy skośne można wykonać na dwa sposoby, jako:

• dachy monolityczne – żeby mogły powstać konieczne jest najpierw zbudowanie szczelnego deskowania. Wykonuje się je ściśle według projektu. Deskowanie częściowo opiera się na ścianach, a częściowo jest podtrzymywane przez tak zwane stemple. Deskowanie musi być tak zbudowane, żeby beton w nim ułożony nie mógł zsunąć się poza budynek. Gdy jest gotowe, układa się zbrojenie (zgodnie z projektem) i beton – najlepiej dostarczony z wytwórni. Musi mieć gęstą konsystencję. Trzeba go starannie zagęścić i wyrównać jego powierzchnię. Monolityczna płyta może mieć około 8-10 cm grubości. Na niej układa się izolację cieplną i montuje drewnianą konstrukcję pod pokrycie, zbudowaną z krokwi, kontrłat i łat;
• dachy częściowo prefabrykowane – buduje się je znacznie szybciej, wykorzystując gotowe, zbrojone płyty dachowe z betonu komórkowego. Mają długość od 6 do 8,3 m, szerokość od 60 do 75 cm i grubość od 15 do 37,5 cm. Płyty takie ustawia się przeważnie poprzecznie (równolegle do okapu dachowego), na ścianach nośnych budynku. Potrzebny jest do tego dźwig. Łączy się je ze sobą na pióro i wpust. Po zaszpachlowaniu niektórych szczelin między płytami, można je ocieplić i wykonać konstrukcję pod pokrycie.

• Polecamy: Prefabrykowane dachy - gotowe elementy do budowy oraz izolacji cieplnej dachów skośnych i ich ceny

Dachy monolityczne są oczywiście znacznie tańsze od tych wykonanych z płyt, jednak ich budowa jest nieporównywalnie trudniejsza. Płyty gwarantują ponadto znacznie gładszą powierzchnię sufitu na poddaszu oraz dają większe możliwości jeśli chodzi o rozwiązanie konstrukcji pod pokrycie (można ją zbudować na krokwiach, ale także bez ich użycia).

W innych sytuacjach i w innych typach budynków stosuje się drewniane lub stalowe więźby wzmocnione, o większych przekrojach, lepiej usztywnione, lepiej połączone z pozostałymi przegrodami.

W budynkach mieszkalnych o dachach skośnych wprowadza się do więźb dachowych dodatkowe elementy wsporcze i usztywniające wykonane z profili stalowych.

Mieszkańcy obszarów nawiedzanych przez szczególnie silne wiatry narzekają, że porywy wnikają pod pokrycie lub je podwiewają i szarpią oraz rozdzierają membranę wstępnego krycia. Płynie z tego wniosek, że lepszym rozwiązaniem będzie zbudowanie na więźbie sztywnego poszycia i zaizolowanie go papą. Zwłaszcza, że poszycie takie dodatkowo usztywnia konstrukcję.

Dach na skwarne dni – jak zapobiegać przegrzewaniu budynków?

Dotychczas, o izolacyjności termicznej dachów myślało się w kontekście zapewnienia ciepła mieszkańcom lub użytkownikom budynków. Teraz pojawia się na horyzoncie problem ochrony przed przegrzewaniem. Temperatura powietrza powoli (0,1^oC na dekadę), ale systematycznie rośnie. Pojawiają się letnie fale ekstremalnych upałów. Odnotowuje się też zjawisko miejskich wysp ciepła (urban heat island). W miastach jest o 1-5^oC cieplej niż wokół nich.

W obliczu takich zagrożeń ważne jest, żeby dachy nie przekazywały ciepła do wnętrza budynków, odbijały promieniowanie cieplne, akumulowały jego nadmiar i oczywiście nie ulegały uszkodzeniom w rezultacie wysokiej temperatury.

Za izolacyjność termiczną dachów odpowiada izolacja cieplna umieszczana w połaciach lub na stropodachach. Pokrycie jest tylko jej osłoną i nie ma znaczącego wpływu na bilans termiczny, choć niektóre z materiałów, jak choćby masywne dachówki maja zdolność akumulacji nadwyżek energii cieplnej, które oddają, gdy robi się chłodniej. Działają zatem jak bufory termiczne.

Dach dobrze izolujący przed przenikaniem ciepła pozwala zmniejszyć nakłady na klimatyzowanie wnętrz.

Wykazują przy tym stabilność wymiarową nawet przy działaniu bardzo wysokiej temperatury. Dystansują tym samym pokrycia blaszane lub bitumiczne.

Liczyć zaczyna się kolor dachu. Ciemne pokrycia szybciej się nagrzewają, nie odbijają promieniowania cieplnego tylko je pochłaniają. Tymczasem odbijanie tegoż promieniowania przekłada się na obniżenie zapotrzebowania na energię potrzebna na chłodzenie budynku. Jego poziom obrazuje współczynnik odbicia promieniowania słonecznego zwany albedo, obrazujący stosunek sumy energii słonecznej padającej do energii odbitej. Przyjmuje się, że podniesienie jego wartości z 0,10 do 0,60 może przynieść 20% oszczędności w zużyciu energii zasilającej systemy klimatyzacji.

Pozytywnym efektem tego są zyski finansowe właściciela lub zarządcy budynku, ale też korzyść dla środowiska wynikająca ze zmniejszenia emisji gazów cieplarnianych do atmosfery.

To również prosta droga do ograniczenia efektu miejskich wysp ciepła, bo w miastach jest największe natężenie dachów, często krytych papą o lub membranami o ciemnym kolorze.

• Polecamy: Jaki kolor dachu? Odpowiadamy na 13 kłopotliwych pytań o kolor pokrycia dachowego

Skuteczne odwodnienie dachów w dobie gwałtownych opadów

Kolejnym czynnikiem, którym dachy będą musiały stawić czoła, to nawałnice. Już dziś można mówić, że nowoczesne, porządnie wykonane dachy wykazują szczelność i deszcze nawalne nie powinny być dla nich problemem. Co innego systemy odwodnienia, projektowane według dawnych założeń.

Na zaleganie wody i przeciążenie nią konstrukcji narażone są dachy płaskie. Odprowadzanie z nich deszczówki odbywa się poprzez wpusty dachowe i kielichy attykowe. Gdy ich liczba jest zbyt mała, przekroje niewystarczające a rozmieszczenie niewłaściwe, na dachu pojawiać się będą spiętrzenia wody. Prowadzą one do niszczenia materiału pokryciowego, a w skrajnych przypadkach do przekraczania dopuszczalnych obciążeń dla danej konstrukcji dachowej. Warstwa wody o grubości 1 cm to dodatkowe 10 kg na każdy 1 m² dachu. Tymczasem spiętrzenia nierzadko przekraczają 7 cm.

To wymusza stosowanie wydajniejszych systemów i gęstszego rozmieszczania wpustów dachowych. Konieczne jest zapewnienie odwodnienia awaryjnego, w którym ważna rolę odgrywają tak zwane przelewy, zdolne szybko wyrzucać nadmiar wody poza krawędzie dachu.

• Polecamy: Odwodnienie dachu płaskiego w budynku wielorodzinnym – projektowanie i wykonywanie wpustów dachowych

Dachy płaskie odwadnia się przeważnie jednym z dwóch systemów:

• grawitacyjnym – wpusty dachowe kierują wodę do rur spustowych biegnących pionowo wewnątrz budynku. Woda spływa następnie najczęściej do kanalizacji deszczowej. Przepustowość rur w takim systemie nie jest wysoka. Oprócz wody dostaje się do nich bowiem sporo powietrza, które spowalnia przepływ. Montaż pionowych rur wewnątrz domu jest poza tym nieco kłopotliwy. Najlepiej, gdy biegną one pionowymi szachtami, w sąsiedztwie rur kanalizacyjnych i wodnych. Trzeba też zaplanować przyłącza kanalizacyjne pod budynkiem. Systemy grawitacyjne objęte są zapisami normy PN-EN 12056-3:2002;
• podciśnieniowym – wpusty kierują wodę do poziomej rury biegnącej pod stropodachem. Taka rura biegnie bez spadku i łączy się z pionową rurą spustową – zamontowaną wewnątrz budynku lub na zewnątrz. Metoda podciśnieniowa gwarantuje większą przepustowość niż metoda grawitacyjna. Montaż takiego systemu jest stosunkowo prosty. Niemniej wykorzystywany jest on głównie na dachach o dużej powierzchni i dużej liczbie wpustów, przeważnie w budynkach przemysłowych. System jest tym skuteczniejszy, im odległość między wpustem a miejscem odprowadzenia wody jest większa. Optymalna to 6 m, ale najlepsze efekty osiąga się przy 12 m, a nie każdy dom jednorodzinny jest tak wysoki. Do tego muszą być stosowane specjalne wpusty, które gwarantują, że wraz z wodą nie będzie zasysane powietrze, bo ono spowalnia ciąg.

Specyfika systemu wymaga bardzo solidnych, mocno połączonych rur, dobrze ustabilizowanych do ścian, a to dlatego, że będą narażone na duże siły. Woda nie jest bowiem odprowadzana jednostajnie. Najpierw gromadzi się w pobliżu wpustu, powoli wypełnia rury, a po tym następuje silne i szybkie zassanie. Powtarza się to cyklicznie, dopóki trwają opady.

Systemy podciśnieniowe nie są objęte żadną normą. Są stosowane w budownictwie na podstawie Krajowej Oceny Technicznej, czyli dawnej Aprobaty Technicznej.

Uzupełnieniem systemy są kielichy attykowe, odbierające wodę gromadzącą się w pobliżu ścianek attykowych.

Kielichy attykowe często są stosowane jako element odwodnienia awaryjnego. Odbierają wtedy wodę w trakcie nawałnic, gdy wpusty pionowe lub skośne mogą nie być w stanie się z nią uporać. Wpusty przeznaczone do tego celu nie muszą być łączone z rurami spustowymi, tylko wyposażone w rzygacze, szybko i sprawnie usuwające wodę poza obrys budynku.

• Polecamy: Naprawa dachu płaskiego: jak skutecznie usunąć przecieki? Praktyczne rozwiązania

Dachy zielone – naturalna odpowiedź na wyzwania zmian klimatycznych

Konstrukcją bardzo dobrze dopasowaną do zaostrzonych wymogów, dyktowanych zmianami klimatycznymi, jest dach zielony, zarówno w wariancie płaskim, jak i skośnym. Pomijając nawet walory estetyczne takich dachów, trzeba wyraźnie podkreślić, że jest to najskuteczniejszy sposób na przywrócenie przyrodzie powierzchni czynnych biologicznie, odebranym podczas wznoszenia budowli. Zieleń to także tlen, tak bardzo potrzebny w miastach duszących się w kłębach smogu oraz szansa na redukcję poziomu dwutlenku węgla w powietrzu.

Gruba warstwa wegetacyjna wraz z roślinnością stanowią doskonałą izolację, chroniącą to co pod spodem. Ograniczają nagrzewanie się dachu, zmniejszają wydatki na chłodzenie budynku. Zimą zmniejszają ryzyko przemarzania dachu. Przez cały rok natomiast niwelują różnice temperatury, przedłużając znacznie żywotność materiałów zastosowanych do termo- i hydroizolacji dachu.

Roślinność, zwłaszcza intensywna, wyższa od ekstensywnej, dodatkowo zacienia płaszczyzny dachu, także minimalizując nagrzewanie i wahania temperatury na jego powierzchni. Dzięki warstwie wegetacyjnej temperatura dachu może być w ciągu dnia niższa o nawet 19^oC.

Gleba i roślinność chronią ponadto przed szkodliwym promieniowaniem UV i ewentualnymi uszkodzeniami mechanicznymi, do których mogłoby dojść w czasie prac serwisowych i kontroli.

• Polecamy: Tradycyjna czy odwrócona izolacja dachu płaskiego – które rozwiązanie jest lepsze?

Dachy zielone mają zdolność retencji wody. Po deszczu częściowo ją zatrzymują, a później oddają pod postacią pary (zjawisko ewaporyzacji). Spowalniają jednocześnie spływanie deszczówki do kanalizacji. Coraz częściej projektowane są dachy zielone ze specjalnym drenażem magazynującym wodę, jak również dachy zwane bagiennymi lub dachy przewidujące zasadzenie roślinności pływającej.

Dach retencyjny to konstrukcja stworzona z myślą o tym, żeby osiągnąć ujemny bilans wodny między opadami. Ilość wody która zdoła odparować ma być taka sama, jak ilość wody, która spadła na dach.

Retencja to cenny proces w kontekście zagrożenia powodziami i podtopieniami. Im więcej wody pochodzącej z nawałnic zostanie zmagazynowane, także w dachach, tym wolniej, a zatem bezpieczniej będzie ona spływać do rzek i strumieni.

Gromadzenie wody w dachu to także pożądanie działanie na czas suszy. Zamiast sztucznie nawilżać dachy w sytuacji, gdy realne staje się ryzyko, że zabraknie wody pitnej, roślinność wykorzysta wcześniej pozyskane zasoby. Ideałem byłyby zamknięte obiegi wodne w budynkach, w których dachy zielone grałyby kluczową rolę.

Rośliny dachowe także odparowują wodę (zjawisko ewapotranspiracji – schładzania wyparnego), poprawiając mikroklimat w środowisku miejskim i ochładzając powietrze. Pod względem odparowywania wody najlepsze są zielone dachy bagienne. Tu transpiracja w skali roku sięga nawet 1600 mm/m².

Warto też wspomnieć, że możliwe jest wykonanie dachu retencyjnego, bez warstwy wegetacyjnej. Zamiast niej musi się wtedy pojawić zbiornik do gromadzenia deszczówki system umożliwiający jej doprowadzanie do niego.

W sytuacji, gdy w gęstniejącej miejskiej zabudowie zanikają naturalne kanały przewietrzające i chłodzące, gdy ciemne pokrycia, ciemne jezdnie i chodniki pochłaniają ciepło, zielone dachy spełniają funkcję małych chłodziarek. Ograniczają więc wspomniane zjawisko kontrastów termicznych, których przykładem są miejskie wyspy ciepła.

Kontrola i monitoring dachu

Im więcej naturalnych niebezpieczeństw zagraża dachom, tym większego znaczenia nabiera zadanie ich kontrolowania i serwisowania. Inspekcje stanu pokrycia, izolacji i wyposażenia dachów powinny zatem odbywać się częściej nich dotychczas. Pozwoli to wcześnie reagować i dokonywać niezbędnych napraw i modernizacji, zanim gwałtowne zjawiska pogodowe doprowadzą do zniszczeń.

• Polecamy: Nowoczesna inspekcja dachu z powietrza – jak drony wspierają budowę?

W obiektach wielkopowierzchniowych, powinny być natomiast zastosowane systemy monitorowania dachów. Wymaga tego § 204 ust. 7 rozporządzenia Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie. Brzmi on: „Budynki użyteczności publicznej z pomieszczeniami przeznaczonymi do przebywania znacznej liczby osób, takie jak: hale widowiskowe, sportowe, wystawowe, targowe, handlowe, dworcowe powinny być wyposażone, w zależności od potrzeb, w urządzenia do stałej kontroli parametrów istotnych dla bezpieczeństwa konstrukcji, takich jak: przemieszczenia, odkształcenia i naprężenia w konstrukcji”.

Czujniki dachowe współpracujące z centralami systemów inteligentnego dachu, przekazują do analizy dane o stanie konstrukcji i warunkach pogodowych. Mogą też odbierać alerty pogodowe ostrzegające przed zagrożeniami. Zarządca budynku ma pełen wgląd w dane gromadzone przez system inteligentnego dachu oraz otrzymuje powiadomienia w razie niebezpieczeństw lub jakichś nieprawidłowości.

• Przejdź do galerii: Dachy odporne na ekstremalne zjawiska pogodowe