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+ | =====Human-bioklimatische Auswirkungen von urbanen Dachbegrünungen===== | ||
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+ | Autorin: Lisa Teichmann | ||
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+ | ====Inhalt==== | ||
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+ | __1 Einleitung__ | ||
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+ | __2.1 Aufbau eines Gründachs__ | ||
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+ | __2.2 Extensiv- und Intensivbegrünung__ | ||
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+ | __3 Mikroklimatische Auswirkungen von Gründächern__ | ||
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+ | 3.1 Lufttemperatur | ||
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+ | 3.2 Wasserhaushalt | ||
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+ | __4 Diskussion__ | ||
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+ | __5 Schlussfolgerung__ | ||
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+ | __6 Quellen__ | ||
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+ | ====1 Einleitung==== | ||
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+ | Die Städte der Welt sind wärmer als die umgebende Landschaft, verstärkt wird diese | ||
+ | Erscheinung durch den Klimawandel und die damit verbundene globale Erwärmung. Das | ||
+ | Phänomen wird auch als Urban Heat Island (Städtische Wärmeinsel) bezeichnet (MILLS 2008: | ||
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+ | 154). Verantwortlich dafür sind die erhöhte Speicherung von Strahlungswärme in der | ||
+ | Gebäudestruktur, der hohe Versiegelungsgrad, anthropogene Wärmeproduktion, das „Fangen“ | ||
+ | (durch Reflexion der Gebäudeoberflächen) von Strahlung in Gebäudeschluchten, sowie die | ||
+ | Verhinderung von Winddurchzug (MILLS 2008: 156). Wenn es in den Städten nun immer | ||
+ | wärmer wird, wie wirkt sich das auf den menschlichen Organismus und das menschliche | ||
+ | |||
+ | Wohlbefinden aus? Mit dieser Frage beschäftigt sich die Human-Biometeorologie. Dabei | ||
+ | unterscheidet das Fachgebiet den thermischen, lufthygienischen und aktinischen | ||
+ | Wirkungskomplex (VDI 3787, Blatt 2, 1998: 5). Für diese Ausarbeitung ist besonders der | ||
+ | thermische Wirkungskomplex von Bedeutung, der sich mit der Wirkung von Lufttemperatur, | ||
+ | Luftfeuchte und Strahlung auf den Menschen befasst. Wichtig sind diese Themen deshalb, weil | ||
+ | |||
+ | Hitzestress (ggf. auch Kältestress) einen Anstieg der Morbiditäts- und Mortalitätsraten der | ||
+ | Bevölkerung hervorrufen kann (VDI 3787, Blatt 2, 1998: 17). | ||
+ | Forschungsgegenstand der Human-Biometeorologie ist es unter anderem, Maßnahmen zu | ||
+ | identifizieren, die der Entstehung von Hitzestress entgegenwirken können. In der Stadtplanung | ||
+ | gibt es die Möglichkeit, durch den Einsatz von Vegetation in unterschiedlicher Form | ||
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+ | (Straßenbäume, Begrünung in Hinterhöfen, Parks...), das lokale Klima zu verbessern. | ||
+ | Grünfassaden und Gründächer sind eine dieser Formen. Gegenstand dieser Ausarbeitung ist, | ||
+ | wie sich Dachbegrünungen auf das Humanbioklima auswirken. | ||
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+ | ====2.1 Aufbau eines Gründachs==== | ||
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+ | So vielfältig wie die Auswirkungen von Gründächern, so vielfältig sind auch die heutzutage | ||
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+ | erhältlichen baulichen Ausführungen. Zum Verständnis der klimatischen Bedeutung von | ||
+ | Gründächern soll eine vereinfachte Darstellung genügen. | ||
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+ | Abb. 1 Vereinfachter Aufbau eines Gründachs (eigene Darstellung, vgl. ANSEL und REIDEL, 2012) | ||
+ | |||
+ | Obenauf befindet sich die Vegetation. Darunter liegt die Vegetationstragschicht, die aus einem | ||
+ | den Pflanzenbedürfnissen entsprechenden Bodensubstrat besteht. Das Bodensubstrat speichert | ||
+ | Wasser, so wie es auch bei einem natürlichen Boden der Fall ist. Es folgt eine Drainageschicht, | ||
+ | die den Wasser- und Lufthaushalt regelt, Wasser speichern kann, sowie dafür sorgt, dass | ||
+ | |||
+ | überschüssiges Wasser in die Kanalisation geleitet wird. Die Wasserspeicherung ist deshalb von | ||
+ | großer Bedeutung, da sie zur Evaporation notwendig ist, die wiederum vielfältige Folgen für das | ||
+ | Mikroklima hat. | ||
+ | Darunter liegt eine Schutzschicht, die einerseits verhindert, dass Wurzeln in die | ||
+ | Dachkonstruktion dringen, andererseits vor mechanischen und stoßartigen Belastungen schützt. | ||
+ | |||
+ | Die folgende Abdichtung ist unabdingbar, um ein Vordringen von Wasser in die | ||
+ | Dachkonstruktion zu verhindern. Hierbei muss sich der Planer dringend mit den verantwortlichen | ||
+ | Hochbauarchitekten koordinieren, damit Gründach und Hauskonstruktion aufeinander | ||
+ | abgestimmt sind. | ||
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+ | ====2.2 Extensiv- und Intensivbegrünung==== | ||
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+ | Es gibt wesentliche Unterschiede zwischen Extensiv- und Intensivbegrünungen, die darin | ||
+ | begründet sind, dass die Intensivbegrünung eine anspruchsvollere Pflanzung hat, die | ||
+ | beispielsweise auch aus Gehölzen bestehen kann. Die Extensivbegrünung ist eine recht | ||
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+ | anspruchslose Pflanzung aus Gräsern, Kräutern oder Stauden, die kaum bis gar nicht gepflegt | ||
+ | werden müssen (ANSEL und REIDEL, 2012). Die Intensivbegrünung hat einen höheren Kostenund | ||
+ | Pflegeaufwand, jedoch können hier auch Pflanzen verwendet werden, die z.B. einen | ||
+ | höheren Bodenaufbau benötigen. Die Intensivbegrünung kann auch regelmäßig begangen und | ||
+ | betreten werden, ist dafür sogar prädestiniert, und eignet sich infolgedessen auch als | ||
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+ | Dachgarten (Aufenthaltsort). Die Extensivbegrünung soll, außer für wenige Pflegemaßnahmen, | ||
+ | nicht betreten werden (ANSEL und REIDEL, 2012). | ||
+ | 3.0 Mikroklimatische Auswirkungen von Gründächern | ||
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+ | Hier soll in erster Linie auf die Auswirkungen von Gründächern auf das Mikroklima (d.h. einen | ||
+ | Umgebungskreis kleiner als 2 km) eingegangen werden. Die genannten Faktoren wie | ||
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+ | Lufttemperatur und Wasserhaushalt dürfen nicht als separate Größen aufgefasst werden, | ||
+ | vielmehr müssen sie immer im gegenseitigen Wechselspiel betrachtet werden. | ||
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+ | ====3.1 Lufttemperatur==== | ||
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+ | Gründächer bewirken einen Luftabkühlungseffekt, der durch unterschiedliche Faktoren zustande | ||
+ | kommt. Der wichtigste Faktor ist Kühlung durch Evapotranspiration (DÜRR, 1995). Bei der | ||
+ | Evapotranspiration wird die sensible (fühlbare) Wärme der Luft in latente Wärme umgewandelt. | ||
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+ | Dabei wird der Aggregatzustand des Wassers verändert: Es entsteht Wasserdampf. | ||
+ | Evapotranspiration ist ein Summenparameter für Evaporation + Transpiration + Interzeption | ||
+ | (Evaporation: Verdunstung von der Bodenoberfläche; Transpiration: Verdunstung von Wasser | ||
+ | über Pflanzenblätter durch Spaltöffnungen; Interzeption: Abfangen bzw. Zurückhalten | ||
+ | von Niederschlägen auf der „Oberfläche“ der Vegetation). Der entstandene Wasserdampf muss | ||
+ | |||
+ | danach von Wind abgetragen werden, da sonst der menschliche Eindruck von „Schwüle“ | ||
+ | entstehen kann. | ||
+ | Ein zweiter wichtiger Kühlungsfaktor auf dem begrünten Dach ist die Beschattung durch die | ||
+ | Bepflanzung (z.B. durch Gehölze). | ||
+ | Als dritter Faktor für den Kühlungseffekt ist die Albedo (das Rückstrahlvermögen von | ||
+ | |||
+ | Oberflächen) zu nennen. Hellere Oberflächen an Fassaden und Dächern reflektieren mehr | ||
+ | Strahlung und verhindern so, dass sich die Oberflächen stark aufheizen (GROSS, 2012). | ||
+ | Insofern ist die Nutzung von Bauelementen mit einer hohen Albedo zur Verbesserung des | ||
+ | Stadtklimas von hohem Nutzen. Die Albedo von Gründächern liegt bei etwa 20 %, es absorbiert | ||
+ | also ca. 80% der eintreffenden Solarstrahlung. Die Albedo von einem herkömmlichen Flachdach | ||
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+ | liegt bei 25% (GROSS, 2012). Das bedeutet, dass das Flachdach zwar minimal mehr reflektiert | ||
+ | (abhängig von Oberflächenqualität und Farbe). Trotzdem hat das Gründach einen höheren | ||
+ | Kühlungseffekt, der durch Evapotranspiration und Beschattung zustande kommt. | ||
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+ | Abb. 2: Maximale Temperaturschwankungen auf Flachdächern, Differenzen bis 70 K im Jahresverlauf | ||
+ | Abbildung 2 veranschaulicht, wie sich die Temperaturamplitude im Jahresverlauf auf einem | ||
+ | Flachdach (Kiesdach) und einem Gründach unterscheiden. Man sieht, dass es auf dem | ||
+ | Flachdach an einem Sommertag bis zu 80°C heiß werden kann, an einem Wintertag bis zu | ||
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+ | 30°C. Auf dem Gründach sind die Schwankungen wesentlich geringer. Das Gründach gleicht | ||
+ | Temperaturextreme aus, mit der Folge, dass die Dachmaterialien weniger bauphysikalischen | ||
+ | Belastungen standhalten müssen, weil sie nicht mehr der direkten Hitze ausgesetzt sind (DÜRR, | ||
+ | 1995). | ||
+ | Man muss bedenken, dass das Gründach nicht nur thermisch günstige Aufenthaltsbedingungen | ||
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+ | schafft, sondern auch eine bessere Luftqualität durch geringen Schadstoff- und Staubgehalt, | ||
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+ | sowie erhöhte Sauerstoffproduktion (DÜRR, 1995). Die Gründe dafür sind vielfältig, sollen aber | ||
+ | in diesem Rahmen nicht näher diskutiert werden. | ||
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+ | ====3.2 Wasserhaushalt==== | ||
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+ | Wie schon zuvor beschrieben, entsteht auf dem Gründach durch erhöhte Evapotranspiration | ||
+ | mehr Luftfeuchtigkeit. Das bewirkt eine hohe Verdunstung und einen geringen Abfluss (DÜRR, | ||
+ | 1995). Bei Intensivbegrünungen ist der Wasserspeicher und die Verdunstung besonders groß | ||
+ | (abhängig von Vegetation, Durchwurzelungsgrad und Bodenaufbau). | ||
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+ | Abb. 3 Wasserhaushalt auf einem Flachdach und auf einem Gründach | ||
+ | Auf dem Flachdach ist der Versiegelungsgrad wesentlich höher, analog auch auf städtischen | ||
+ | Straßenoberflächen. Durch die Versiegelung gibt es einen sehr großen, raschen | ||
+ | Oberflächenabfluss, und einen sehr kleinen Anteil Verdunstung (siehe Abb.3) | ||
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+ | ====4 Diskussion==== | ||
+ | Um die Frage zu beantworten, wie groß der Einfluss von Vegetation und Dachbegrünungen auf | ||
+ | das Stadtklima tatsächlich ist, muss eine Quantifizierung im Mikroskala-Maßstab erfolgen, wie | ||
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+ | es Günther Gross beispielhaft durchführte (GROSS, 2012). Dafür erstellte er ein Modell namens | ||
+ | ASMUS (Ausbreitung- und Strömungsmodell für urbane Strukturen) und untersuchte die | ||
+ | Eigenschaften unterschiedlicher Oberflächenarten in einer kleinen Stadt. Es wurden | ||
+ | Temperaturmessungen in 2 m Höhe und in der urbanen Atmosphäre über Gebäudehöhe | ||
+ | durchgeführt und mithilfe aufwändiger Rechnungen analysiert. Wichtig sind die Ergebnisse der | ||
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+ | Studie: Wenige, weit verteilte Dachbegrünungen haben kaum einen Einfluss auf das Stadtklima | ||
+ | insgesamt (GROSS, 2012: S. 411), sehr wohl jedoch auf das Klima in der direkten Umgebung | ||
+ | (z.B. kühlere Temperaturen im privaten Dachgarten). Eine Rasenfläche neben dem Bürgersteig | ||
+ | kann die Temperatur auf Fußgängerniveau herabsenken, nicht jedoch die Stadttemperatur | ||
+ | insgesamt (GROSS, 2012: S. 411). Nur durch den kontinuierlichen Einsatz und die Kombination | ||
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+ | unterschiedlichster Grünformen in der Stadt kann ein stadtklimatischer 165 | ||
+ | Unterschied bemerkbar | ||
+ | gemacht werden. Eine weitere effektive Methode wäre der verstärkte Einbau von Materialien mit | ||
+ | einer hohen Albedo (GROSS, 2012: S. 411). | ||
+ | Abgesehen davon, dass die Auswirkungen von Dachbegrünungen auf das Stadtklima nur in | ||
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+ | eingeschränkter Weise für das Stadtklima relevant sind, gibt es noch einige andere Faktoren, | ||
+ | die man bei der Planung einbeziehen muss. | ||
+ | Dachbegrünungen müssen nicht zwangsläufig teurer sein als herkömmliche Dächer, wobei | ||
+ | Extensivbegrünungen deutlich günstiger sind als Intensivbegrünungen (OHLWEIN, 1989). Die | ||
+ | klimatischen Auswirkungen von Intensivbegrünungen sind jedoch größer, ebenso der | ||
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+ | Pflegeaufwand (ANSEL und REIDEL, 2012). | ||
+ | Es muss immer auch eine ausreichende Wasserversorgung garantiert sein, damit | ||
+ | Evapotranspiration stattfinden kann. Wenn die Niederschlagsmenge nicht ausreicht, muss | ||
+ | künstlich bewässert werden. Hier sollte dann der erhöhte Wasserverbrauch mit den klimatischen | ||
+ | Vorteilen ökologisch abgewägt werden. | ||
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+ | Für das Humanbioklima sind Dachbegrünungen nur in einem kleinen Betrachtungsmaßstab | ||
+ | relevant. Wie bereits zuvor beschrieben, wird eine hohe Anzahl von Dachbegrünungen benötigt, | ||
+ | um stadtklimatisch einen Unterschied quantifizierbar zu machen, und es müssten auf nahezu | ||
+ | jedem Dach in der Stadt Dachbegrünungen installiert werden. Da die Entscheidung darüber | ||
+ | aber nicht zwingend klimatisch bedingt sein muss, sondern vielmehr auch politisch185 | ||
+ | administrative, ideologische und ästhetische Fragestellungen mit sich bringt, zweifle ich | ||
+ | hypothetisch an, dass es je genug Dachbegrünungen geben wird, um alleine durch ihre | ||
+ | Funktion signifikante stadtklimatische Auswirkungen messbar zu machen. | ||
+ | Dachbegrünungen können aber in Form von Intensivbegrünungen auch Erholungsorte | ||
+ | darstellen. Dazu muss bedacht werden, dass Dächer aufgrund ihrer exponierten, erhöhten Lage | ||
+ | |||
+ | auch vermehrt der Sonneneinstrahlung ausgesetzt sind (DÜRR, 1994). Man muss deshalb, um | ||
+ | Erholungsorte zu schaffen, möglichst auch Gehölze pflanzen, die beschatten, sowie | ||
+ | Oberflächenmaterialien mit einer hohen Albedo verwenden. Auch ein kleiner Teich kann sich | ||
+ | beispielsweise durch Verdunstung positiv auswirken. Je größer die Anzahl und physische Höhe | ||
+ | der verwendeten Pflanzen, umso größer ist der Kühlungseffekt. | ||
+ | |||
+ | Eingedenk dieser Maßnahmen könnte man meiner Ansicht nach beispielsweise auf | ||
+ | Altersheimen oder Kindergärten (besondere Risikogruppen im Hitzestresskontext) neue kühle | ||
+ | Aufenthaltsorte schaffen, und auch das Innenraumklima in diesen Anlagen verbessern, was zu | ||
+ | einer Reduzierung der Mortalitäts- und Morbiditätsrate führen könnte. Allerdings bedürfen diese | ||
+ | Thesen zur Überprüfung einer quantitativen biometeorologischen Untersuchung. | ||
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+ | ====5 Schlussfolgerung==== | ||
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+ | Versiegelung, zunehmende Verstädterung und der Klimawandel führen zu überhitzten | ||
+ | Großstädten und bewirken damit eine höhere thermische Belastung des menschlichen | ||
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+ | Organismus (VDI 3787, Blatt 2, 1998). Der vermehrte Einsatz von Grün in der Stadt ist | ||
+ | unerlässlich, um das Stadtklima zu verbessern, Dachbegrünungen können hierzu einen Beitrag | ||
+ | leisten. Es ist jedoch ein weiter Weg, bis man einen realen Kühlungseffekt allein durch | ||
+ | Dachbegrünungen bemerkbar machen kann. Der vielseitige Einsatz unterschiedlichster | ||
+ | Grünarten ist erforderlich. Es müssen unterschiedliche Vegetationsarten (Straßenbäume, | ||
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+ | Fassadenbegrünungen, Parks...) geschaffen werden, um tatsächlich auf längere Sicht urbane | ||
+ | Kühlung herbeizuführen (GROSS, 2012). | ||
+ | Dachbegrünungen sind jedoch nicht zwangsläufig teurer als herkömmliche Dacharten, was sie | ||
+ | zu einem tragfähigen Zukunftsmodell macht. Auch bieten sie das Potenzial, bei gezieltem | ||
+ | Einsatz von schattenspendender Vegetation und Materialien mit hoher Albedo, als | ||
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+ | Erholungsorte mit einer kühleren Temperatur genutzt zu werden. | ||
+ | Insofern sollten sich angehende Stadtplaner, Ökologen und Landschaftsarchitekten nicht davon | ||
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+ | abhalten lassen, Dachbegrünungen zu bauen. | ||
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+ | ====6 Literaturquellen==== | ||
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+ | ANSEL, W. und REIDEL, P., 2012: Moderne Dachgärten - Kreativ und individuell. 1. Auflage, | ||
+ | Deutsche Verlagsanstalt: München. | ||
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+ | DÜRR, A., 1995: Dachbegrünung – ein ökologischer Ausgleich. Umweltwirkungen, Recht, | ||
+ | Förderung. 1. Auflage, Bauverlag GmbH: Wiesbaden und Berlin. | ||
+ | |||
+ | GROSS, G., 2012: Effects of different vegetation on temperatures in an urban building | ||
+ | environment. Micro-scale numerical experiments. – Meteorologische Zeitschrift, Vol. 21, Nr. 4: S.399 | ||
+ | |||
+ | KLEEREKOPER, L., VAN ESCH, M., SALCEDO, T., 2012: How to make a city climate-proof, | ||
+ | addressing the urban heat island effect. – Resources, Conservation and Recycling, No. 64: S. | ||
+ | 30-38 | ||
+ | |||
+ | LIESECKE, H., KRUPKA, B., 1989: Grundlagen der Dachbegrünung – Zur Planung, Ausführung | ||
+ | und Unterhaltung von Extensivbegrünungen und einfachen Intensivbegrünungen. 1. Auflage, | ||
+ | Patzer Verlag: Berlin und Hannover. | ||
+ | |||
+ | MILLS, G., 2008: Luke Howard and The Climate of London. – Royal Meteorological Society, | ||
+ | Weather – June 2008, Vol. 63, No. 6: S. 153-157 | ||
+ | |||
+ | OHLWEIN, K., 1989: Dachbegrünung - ökologisch und funktionsgerecht. 2. Auflage, Augustus | ||
+ | Bauverlag: Wiesbaden und Berlin. | ||
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+ | VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE (VDI) 3787, Blatt 2, 1998: Umweltmeteorologie – | ||
+ | Methoden zur human-biometeorologischen Bewertung von Klima- und Lufthygiene für die Stadtund | ||
+ | Regionalplanung - Teil 1: Klima. Beuth Verlag GmbH: Berlin. | ||
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+ | Internetquellen | ||
+ | http://www.optigruen.de/Presse/Dach-und-Fassade.html [Zugriff am 26.05.2014] | ||
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+ | Abbildungen | ||
+ | Abb.1: eigene Darstellung | ||
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+ | Abb. 2: DÜRR, A., 1995: Dachbegrünung – ein ökologischer Ausgleich. Umweltwirkungen, | ||
+ | Recht, Förderung. 1. Auflage, Bauverlag GmbH: Wiesbaden und Berlin, S. 16. | ||
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+ | Abb.3: frei nach: DÜRR, A., 1995: Dachbegrünung – ein ökologischer Ausgleich. | ||
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+ | Umweltwirkungen, Recht, Förderung. 1. Auflage, Bauverlag GmbH: Wiesbaden und Berlin, S. | ||
+ | 32 | ||
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+ | Abb. 4: eigene Darstellung | ||
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+ | Anmerkung: Es wird in diesem Artikel unterschieden zwischen „Flachdach“ und „Gründach“. Flachdach soll alle | ||
+ | herkömmlichen Arten von Dächern bezeichnen, also auch Dächer mit Neigungswinkel, Dachschindeln und | ||
+ | Kiesdächer. Im Gegensatz dazu soll das Gründach stehen | ||