Erfahrungen mit vertikalen Innenraumbegrünungen

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Seit Jahren gewinnt die Gebäudebegrünung in Deutschland immer mehr an Bedeutung. Innerhalb der Arbeitsgruppe zur Gebäudebegrünung an der Hochschule Neubrandenburg wird seit einigen Jahren auch mit vertikalen Innenraumbegrünungen experimentiert. Die erstaunlichen Ergebnisse werden nun vorgestellt.

Die nachfolgenden Ergebnisse basieren auf der Masterarbeit von Daniel Kaiser (2013), sie werden im Rahmen eines Forschungsprojektes "Zukunft Bauen" fortgeführt. Der Aufbau der Versuchswände war möglich, weil die Hochschule Neubrandenburg über eine hausinterne Forschungsförderung Projektideen mit einer erforderlichen Grundausstattung, wie die Bewässerungssteuerung, die Bepflanzung sowie die erforderlichen Arbeitsstunden absicherte. Hier sollen die Erfahrungen aus zwei Sommerphasen (2012 und 2013) und einem Winter berichtet werden.

Die Gebäudebegrünung als Teil moderner Klimaarchitektur steht im Interesse der Öffentlichkeit. Seit vielen Jahren ist die Dachbegrünung etabliert und als Baustein für nachhaltiges Bauen anerkannt. Auch die positiven Eigenschaften von Kletterpflanzen sind bekannt. Der Einsatz von Grün in der Stadt hat verschiedene Auswirkungen auf die Umwelt. Im Sinne der Nachhaltigkeit berührt Stadtgrün Aspekte von sozialen/ökonomischen und ökologischen Bereichen.

Als wirksames Mittel gegen den Wärmeinsel-Effekt, der nachgewiesenermaßen in dicht bebauten Bereichen auftritt, wäre es denkbar, Pflanzen so einzusetzen, dass das Klima in Städten und für die dort Lebenden verbessert wird.

Das Potential für vertikale Innenraumbegrünung ist aktuell wenig genutzt - das Potential ist aber als groß einzustufen, die Gründe hierfür sind wie folgt zu benennen:

  • In entwickelten Ländern halten sich die meisten Menschen sowohl in ihrer Freizeit als auch während der Arbeitszeit überwiegend in geschlossenen Räumen auf.
  • Gesundes Raumklima wird Neubauten meist durch teure technische Regelungen von Temperatur, Luftfeuchte und Frischluft geregelt. Das geht bei zentralen Klimaanlagen mit einer permanenten Luftbewegung und einem ständigen Geräuschpegel einher. Pflanzen erhöhen die Luftfeuchtigkeit und binden Schadstoffe, sie leisten vergleichbare positive Effekte ohne die technisch bedingten Nebenwirkungen. (Zusammenfassung bei: Bringslimark et al. 2009).
  • Schon kleinere "Begrünungsinseln" in Gebäuden haben vielfach nachgewiesene positive Wirkungen, etwa auf die Leistungsfähigkeit von Arbeitnehmern und die Lernleistung von Schülern. Die Gründe hierfür liegen in einer "Kurzzeiterholung" am Arbeitsplatz; die Pflege von Zimmerpflanzen im Hause und am Arbeitsplatz wird in der Regel als Entspannung empfunden und hilft Gedanken neu zu sortieren.
  • Die besondere Bedeutung der vertikalen Innenraumbegrünung besteht darin, dass sie platzsparender in Räume integriert werden kann als typische "Begrünungsinseln", die sich leicht als Einschränkungen von Fluchtwegen auswirken können.
  • Im Zuge "papierloser" Büros werden konventionelle Regalwände nicht mehr in diesem Umfange gebraucht, dieser Platz bietet für vertikale Begrünungen vielfältige Möglichkeiten. Pflanzwände ermöglichen flexible bedarfsgerechte Raumgliederungen, die neben der ästhetischen Qualität, zur Schalldämmung und zum besseren Raumklima kostengünstiger als technische Systeme beitragen können.
  • Anders wie im Außenraum ist eine ganzjährliche Bewässerung möglich. Die Pflanzen können in kurzen Intervallen stetig mit einer Nährlösung bewässert werden und der Systemaufbau kann dementsprechend schmal Ausfallen.
  • In der aktuellen Fassung der FLL-Richtlinie zur Innenraumbegrünung, Stand 2011 ist das Thema der vertikalen Innenraumbegrünung angesprochen, die Erfahrungen reichten für normative Regelungen noch nicht aus, da noch zu wenig Erfahrungen mit dieser Begrünungsart vorliegen. Es wird in Rank-, Regal-, Modular- und Mobilsysteme, sowie Zwischenformen. Eine Dynamisierung dieses Marktes, vor allem bei der Diskussion um die Begrünung der "Green buildings" ist zu erwarten (vgl. Köhler et al. 2012).

Als Arbeitsthese für diese Untersuchung galt

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  • In mitteleuropäischem Klima ist es einfacher, funktionierende Innenraumbegrünungen zu etablieren als vertikale Außenwand-Begrünungen.
  • Mit (vertikalen) Innenraumbegrünungen kann mit relativ kleinem Aufwand ein zusätzlicher langfristig positiver und energiesparender Effekt für Bewohner und Nutzer von Gebäuden erreicht werden.

Stand der vertikalen Innenraumbegrünung

Begrünte Büros sind beachtete Einzelfälle seit den 1980er Jahren in Deutschland, dieser Trend wird jetzt in vielen Ländern in der modernen Bürogestaltung verwendet (Foto 1). Ein erster Schritt war es, sonst in der Ebene angeordnete Pflanzflächen als vertikale Pflanzkübel zu gruppieren. Derartige Regalsysteme, meist auf Hydrobasis lassen sich flexibel in Räumen nach Bedarf anordnen (Foto 2). Diese Systeme sind weitgehend pflegeleicht. Sofern entsprechende Lampen vorhanden sind, kann auch in dunklen Raumecken eine üppige Begrünung entwickelt werden. Geovliessysteme mit integrierten Wasserfällen bewähren sich seit Jahren und sind gelungene Imageträger für die Firmen (Foto 3).

Bei den vertikalen Begrünungssystemen sind in den letzten Jahren zwei Varianten zunehmend verbreitet:

  • Das sind modulare Systeme, bei denen eine Trägerplatte aus Stein-, bzw. Glaswolle bepflanzt wurde, diese benötigen regelmäßig Bewässerung, Düngung und entsprechendes Licht. Der besondere Vorteil dieser Systeme liegt darin, dass die einzelnen Elemente, je nach Hersteller bei Bedarf austauschbar sind. Sofern eine dauerhafte Unterkonstruktion vorhanden ist, kann der erforderliche Austausch, als typische Pflegearbeit mit ausgeführt werden.
  • Herausragend und viel beachtet sind freie Begrünungsformen auf Geovliesbasis. Faszinierend hieran ist die für Besucher unsichtbare Technik der Bewässerung, der Zuganges für Pflegepersonen; hier ein Beispiel aus Hongkong (Foto 4), das frei schwebend über einem Café angeordnet ist.

Das Beispiel Foto 5 ist eine großflächige Installation in Singapur, bei der unter der Begrünung eine breite Fläche als Abtropffläche zur Sicherheit eingebaut ist.

Diese letztgenannten Begrünungsbeispiele provozieren folgende Fragen an Gebäudebegrüner:

  • Was ist bei solchen Systemen technisch zu beachten?
  • Was ist die ideale Größe einer solchen Begrünung, damit sie die Funktion der "Raumklimatisierung" erfüllen kann und nicht zu viel Feuchtigkeit abgibt.
  • Wie viel Wasser benötigen diese Systeme, was sind die geringsten Wassermengen, die solche Systeme benötigen?
  • Welche bautechnischen Grundlagen müssen bei der Planung von vertikalen Begrünungen im Innenraum eingehalten werden?
  • Welche vegetationstechnischen Anforderungen müssen bei der Planung von Fassadenbegrünung eingehalten werden?
  • Wie kommen diese Pflanzen über den Winter?
  • Ist eine Nachpflanzung möglich?
  • Was ist bei einem Bepflanzungsschema zu beachten?
  • Welche Pflanzen haben sich bei uns für vertikale Begrünungssysteme besonders bewährt?
  • Wie häufig muss sich geschultes Personal mit solchen Fassaden beschäftigen?
  • Welche Kosten sind für Pflege, Nachpflanzung und Wartung zu kalkulieren?
  • Welches Leuchtmittel wird gewählt und in welcher Intensität soll dieses der Pflanze verfügbar gemacht werden?
  • Wie kann die Be- und Entwässerung im Innenraum integriert werden, sodass es möglichst zu keinerlei Schäden kommen kann?

Auf einen Teil dieser Fragen kann im Folgenden eine Antwort aus der eigenen Untersuchung gegeben werden.

Der Versuchsaufbau und bisherige Erfahrungen

Für den Versuch wurden auf der Basis einer Aluminium-Verbundplatte jeweils eine Installation mit einer doppelten und eine mit einer dreifachen Lage eines typischen Geovlieses aufgebaut. Die beiden Begrünungselemente haben jeweils eine Größe von 1 x 2 m.

Sauerstoff

Die 4 m² große Innenraumbegrünung mit einer geschätzten 16 m² großen Blattoberfläche könnte einen Beitrag zum erhalten der Sauerstoffkonzentration im Innenraum bringen. Geht man davon aus, dass 180 m² Blattfläche einen Menschen 24 Stunden am Tag mit Sauerstoff versorgen könnte, wären 60 m² nötig um eine Arbeitskraft an einem 8-Stunden-Arbeitstag mit Sauerstoff zu versorgen. Die 4 m² große Versuchsinstallation an der Hochschule Neubrandenburg hat eine ca. 16 m² große Blattfläche. Diese würde demnach genügen, für zwei Stunden am Tag den Sauerstoffbedarf einer Arbeitskraft in einem Büroraum abzudecken. Allerdings lässt sich diese Berechnung nicht verallgemeinern, da die Photosyntheseleistung durch die Einwirkung verschiedener Variablen sich stark ändern kann.

Die Aufnahme von Schadstoffen durch Pflanzen wurde schon oft und kontrovers diskutiert. Die Studien im Auftrag der NASA von B. C. Wolverton ab den 70er Jahren bewiesen erstmals den Abbau von Schadstoffen wie Formaldehyd und Benzol. Weiter Schadstoffe wie Nikotin, Benzol, Toluol, Xylol, Phenol und Kresol können ebenso abgebaut werden.

Die Abgrenzung von der Regel- und Steuerungstechnik ist ein wichtiges Kriterium, welches schon vor der Planung einer grünen Wand geklärt werden muss. Sie unterscheiden sich vor allem darin, dass es bei der Steuerungstechnik keine Rückkopplung gibt. Das heißt, die Bewässerung wird über eine Zeitschaltuhr gesteuert und die Ausgangsgröße ist immer die gleiche (gleiche Menge an Wasser).

Entscheidet man sich für eine Regelungstechnik zur Bewässerung der grünen Wand, ist eine Rückkopplung notwendig. Nötig sind dabei Sensoren, die dauerhaft die Feuchtigkeit und den daraus resultierenden Wasserbedarf ermitteln und bei Bedarf das Öffnen des Magnetventils veranlasst. Die Regel- und Steuerungstechnik lässt sich auf alle weiteren Bedürfnisse der Fassadenbegrünung erweitern. Die Lichtsteuerung erfolgt in diesem Versuch über eine Zeitschaltuhr, möglich wäre auch eine sensorgesteuerte Beleuchtung. Eine oder mehrerer PAR-Messsonden, zur Messung der Photosynthetically Active Radiation, die bei Bedarf die künstliche Beleuchtung zuschalten.

Die Bewässerung erfolgt über jeweils einen druckkompensierten Tropfschlauch, der in das Geovlies integriert wurde. Die Bewässerungsteuerung mittels einer Steuerung erfolgt mehrmals täglich (8x) für jeweils zehn Minuten. Das Wasser wird in einem Gefäße aufgefangen und wiederverwendet.

Das verbliebene Rücklaufwasser des Vorratsbehälters wird einmal im Monat ausgetauscht und erneut mit einer Düngerlösung einem pH-Senker aufgefüllt.

Im bestmöglichen Fall ist der Wasserhaushalt perfekt und bedarf keiner Nachjustierung und Kontrolle. Da es sich um ein lebendes Objekt handelt, beeinflussen viele Faktoren den Wasserbedarf. Eine regelmäßige Kontrolle ist unabdingbar. Verzichtet man zusätzlich auf den Einbau einer Regelungstechnik, bleibt nur die Wahl zur Zeitschaltung. Das Magnetventil wird von einer programmierbaren Steuereinheit zu der vorgeschriebenen Zeit angesprochen.

In der Selbstbauvariante fand der "RainBird WP2" Verwendung. Es lassen sich pro Tag acht Startzeiten einstellen mit einer definierten Dauer. Die Startzeiten wurden so gewählt, dass alle drei Stunden die Bewässerung startet. In den Sommermonaten lag die Dauer bei je 20 Minuten, in den Wintermonaten bei je zehn Minuten. Es gibt verschiedene Ansätze, den Wasserbedarf einer Wand zu gewährleisten:

  • Pulse-Variante: Die Bewässerung startet für wenige Minuten, gar nur Sekunden und pausiert einen kurzen Augenblick. Dieser Vorgang wird mehrmals am Tag wiederholt, um eine gleichmäßige Durchfeuchtung zu erzielen und Abtropfen über die Blätter zu verhindern.
  • Intervall-Variante: Wie oben beschrieben, die Bewässerung startet mehrmals am Tag zu einer definierten Dauer.
  • Zyklus-Variante: Diese Variante ist nur möglich bei Systemen, die gewissen Wasserspeicher aufbauen können. Dabei wird das gesamte System voll auf gesättigt und für mehrere Tage unbewässert gelassen. Vorteil dieser Variante ist die "naturnahe" Bewässerung im Idealfall. Das Substrat und hat die Möglichkeit, verschiedene Stufen des Feuchtigkeitsgehalts zu durchlaufen. Auch pflanzenphysiologisch ergeben sich diverse Vorteile. Ein ständig perfektes Wasser- und Nährstoffangebot vermindert etwa die Resistenz gegenüber Schädlingen, Wassermangel und Nährstoffmangel.

Zur einfachen Bewertung der Wasserqualität helfen der pH-Wert und die elektrische Leitfähigkeit. Sie geben eine grobe Übersicht über die Pflanzenverfügbaren Nährstoffe. Gedüngt werden die Systeme mit einem NPK Volldünger mit Spurennährstoffen.

Die Wahl des Leuchtmittels

Für eine künstliche Beleuchtung wäre fast jegliche Form der Beleuchtungsart möglich. Allerdings wäre bei bestimmten Leuchten ein enormer Energiebedarf nötig, um ausreichend fotosynthetisch wirksame Strahlung (PAR) herzustellen. Eine klassische Glühlampe mit Wolframdraht hat eine Energieausbeute von ca. 30 Prozent Par. Dieses bedeutet, dass 70 Prozent der aufgebrachten Energie nutzlos für die Pflanze sind. Zu empfehlen sind Leuchtmittel mit einer Ausbeute von 100 Prozent PAR. Die Auswahl von Leuchtmitteln mit einer 100 Prozent PAR-Ausbeute ist relativ gering. Übrig bleiben HID-Leuchten (Hochdruckgasentladungslampen) und fluoreszierende Leuchtröhren ugs. Energiesparlampen (Niederdruckentladungslampen), jedoch ist keine von beiden absolut zufriedenstellend und je nach Vorhaben muss entschieden werden. HID und fluoreszierende Leuchtröhren haben den Vorteil einer bis zu 100 Prozent PAR-Wert-Ausbeute. Allerdings mit einem unterschiedlichem Lichtprofil und Wärmeentwicklung. Erhitzen sich die HID- Leuchten sehr stark und ein Mindestabstand von 1 m muss zwingend eingehalten werde, lassen sich Leuchtröhren und Energiesparlampen schon in wenigen cm Entfernung installieren.

Bei diesem Aufbau wurde als Leuchtmittel: MasterColour CDM-T Elite 315W/930 verwendet.

B: Was ist die ideale Größe einer solchen Begrünung, damit sie die Funktion der "Raumklimatisierung" erfüllen kann und nicht zu viel Feuchtigkeit abgibt?

Im Rahmen der Arbeit wurden beide ca. 4 m großen Module in zwei unterschiedlich großen Räumen betrieben. Der große Laborraum mit 45 m² sowie in einem extrem kleinen Laborraum von ca. 12 m².

Durch die Anwesenheit von Pflanzen und deren Aktivität, verändert sich das Raumklima. Wasser wird verdunstet, es entsteht Verdunstungskälte, die Luftfeuchtigkeit nimmt zu. Unter dem Begriff Raumklima verbergen sich verschiedene Parameter zur Bestimmung des Raumklimas. Thermische, optische, akustische und lufthygienische Einflussfaktoren bestimmen das Wohlbefinden von Mensch, Tier und Pflanze.

Maßgeblich ist jedoch für das Wohlbefinden der thermische Einflussfaktor. Er beinhaltet das Zusammenwirken von Raumtemperatur, Luftbewegung und Raumluftfeuchte.

C: Welche Pflanzen haben sich besonders bewährt?

Der Pionier der vertikalen Hydrokultur Patric Blanc, nutzt in seinen Installationen eine sehr hohe Artenvielfalt. Die rund 200 m² große Begrünung in dem Kulturkaufhaus Dussmann in Berlin beherbergt rund 150 verschiedene Pflanzenarten. Eine Vielzahl von herkömmlichen Zimmerpflanzen ist in der Lage, in einer vertikalen Begrünung Verwendung zu finden. In der 4 m² großen Testinstallation haben sich besonders Arten der Gattung Marantha, Spathiphyllum, Soleirolia, Asplenum, Peperomia und Begonia bewährt. Zu fleischige Pflanzen, zum Beispiel Senecio himalaya erschien in der Anfangsphase als geeignet, erwies sich aber im späteren Verlauf als weniger brauchbar. Das Gewicht der Triebe war zu hoch und durch die Hebelwirkung fiel die Pflanze der Schwerkraft zum Opfer.

Die mögliche enorme Artenvielfalt macht es nicht einfacher, eine gute Pflanzenwand zu gestalten. Es müssen wie bei jeder Gartenplanung, gewisse Kriterien beachtet werden. Das Pflanzenarrangement sollte so gewählt werden, dass der Habitus der einzelnen Arten berücksichtigt wird, z. B. straff aufrecht wachsende Pflanzen sollten nicht oberhalb von stark hängenden Pflanzen platziert werden, damit keine unansehnlichen durchscheinenden Flecken entstehen.

D: Ist eine Nachpflanzung möglich?

Ja, auch die Variante einer vertikalen Begrünung mit Geovlies ermöglicht ein problemloses Nachpflanzen. Durch Lösen der Fixierung lassen sich ausgefallene Pflanzen leicht entnehmen. Die Wurzeln der Nachpflanzungen müssen ausgewaschen werden bevor sie wieder fixierte werden können.

E: Was ist bei einem Bepflanzungsschema zu beachten?

Das Pflanzenarrangement ist ein elementarer Teil einer vertikalen Begrünung. Es hilft nicht, die Pflanzen rein ökologischen, ökonomischen oder unter sozialen Gesichtspunkten auszuwählen, wenn dem Nutzer die Wand schnell überdrüssig wird. Sei es nun der ständige Pflegeaufwand, ständiges Nachpflanzen, Schädlingsbefall usw. Es muss im Vorfeld geklärt werden, ob diese angestrebte Gestaltung in das Umfeld passt, sei sie nun klassisch, zeitgenössisch oder als Kontrast zu einem von beidem.

F: Wie häufig und in welchem Umfang muss sich geschultes Personal mit solchen Fassaden beschäftigen?

Eine regelmäßige Pflege und Wartung der Installation ist zu empfehlen. Die richtige Wahl der Pflanzen und der Technik kann den Aufwand der Pflege und Wartung zwar enorm herabsetzten, jedoch ist die Pflege durch Fachpersonal unabdingbar. Ist die Wand gut eingewachsen und Nachpflanzungen nicht nötig, ist es möglich die Pflegegänge auf eine Inspektion der Ventile, Pumpen und Tropfschläuche zu reduzieren.

Ein weiteres Tool zur Reduzierung der Pflege ist die Fernüberwachung. Hierbei kann der Zustand der Installation von einer Fachkraft bewertet werden und bei Bedarf handeln.

Ausblick

Die Variationsmöglichkeiten in der vertikalen Innenraumbegrünung sind riesig. Kostensenkend wirken sich besonders aus, zunächst mit relativ robusten, leicht zu bekommenden Pflanzen zu beginnen. Die Systeme nur so hoch zu bauen, dass sie auch von den Mitarbeitern in der regelmäßigen Grundpflege mit betreut werden können.

Empfehlenswert ist es, eine Hotline zu einem Pflegebetrieb zu haben, der im Falle eines Pumpenausfalls, größerem Schädlingsbefalls und bei der erforderlichen regelmäßigen Düngung die Arbeiten kurzfristig professionell übernehmen kann.

Ausgehend von der "kleinen preisgünstigen" Variante sind der Phantasie und der Kreativität nach oben hin keine Grenzen gesetzt; aufwändigere Bepflanzungen, die Integration von Wasserläufen mit der entsprechenden Geräuschkulisse sind Erweiterungen, die zum unverwechselbaren Image von Eingangshallen, Pausenräumen und Cafés beitragen können. Die mit einer erhöhten Aufmerksamkeit bei den Nutzern und mit längerer Verweildauer von Kunden sich dann auch für den Investor rechnen.

Literatur

Bringslimark, T., Hartig, T., Patil, G. G. (2009): The psychological benefits of indoor plants: A critical review of the experimental literature. Journal of Environmental Psychology 29. 422-433.

Kerstjens, K. H., Gregg, M., Henze, M., Jansen, D., Kleineke-Borchers, A., Köhler, M., Kremkau, L. P., Maas, R., Upmeier, M., Werner, W. (2011): Richtlinie für die Planung, Ausführung und Pflege von Innenraumbegrünungen. FLL, Bonn, 125 S., ISBN 978-3-940122-25-4.

Köhler, M., Ansel, W., Appl, R. Betzler, F., Mann, G., Ottelé M., Wünschmann, S. (2012): Handbuch Bauwerksbegrünung. R. Müller Verlag, Köln, 250 S., ISBN 978-3-481-02968-5.

Veth, R. (1998): Handbuch Innenraumbegrünung. Thalacker, Braunschweig, 399 S.

Autor

Hochschule Neubrandenburg
Prof. Dr. Manfred Köhler
Autor

Hochschule Neubrandenburg

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