Zukunftstechnik Dachbegrünung

Der Klimaschutz und die Klimawandelanpassung gehören zu den drängenden Umweltproblemen des 21. Jahrhunderts. Die Technik der Dachbegrünung liefert für beide Fragestellungen interessante Lösungsansätze. Zusätzlich ermöglicht das noch wenig erschlossene Freiraumpotential auf den Dächern der Stadt eine Verknüpfung von Umwelt- und Lebensqualität.

Es ist deshalb nicht verwunderlich, dass sich Wissenschaftler auf der ganzen Welt mit den vielfältigen Anwendungsgebieten und Gestaltungsmöglichkeiten der Dachbegrünung befassen. Welche Forschungsaspekte aktuell im Fokus stehen und welche Länder besonders aktiv sind, zeigt der nachfolgende Überblick. Als Referenz diente die wissenschaftliche Datenbank Scopus, die knapp 21.000 internationale Fachjournale aus den Bereichen Naturwissenschaft, Technik, Medizin, Sozialwissenschaft, Kunst- und Geisteswissenschaft auswertet.

Unter dem Suchbegriff "Dachbegrünung" wurden im letzten Jahr 162 wissenschaftliche Publikationen abgelegt. Dies ist der bisher höchste Wert, der im Jahresvergleich erreicht wurde. Das Jahr 2014 wird aber aller Voraussicht nach noch ertragreicher für die Gründach-Forschung werden, denn im Zeitraum von Januar bis Oktober sind bereits 140 Artikel zu verzeichnen. Damit wurden seit dem ersten Eintrag im Jahr 1984 in die Datenbank Scopus mehr als 1000 wissenschaftliche Fachartikel zur Dachbegrünung aufgenommen. Eine Analyse der Publikationen in Bezug auf die untersuchten Themen liefert einen deutlichen Schwerpunkt in den Bereichen "Regenwassermanagement", "Gebäude-Energie-Bilanz" und "Stadtklima". Nach wie vor stehen außerdem Anpassungen der Gründach-Systeme an die lokalen Klima- und Standortbedingungen im Fokus. Dies betrifft die Ausgestaltung der einzelnen Funktionsschichten, die Substratkomponenten und den Pflanzenpool. Aus der Vielzahl der Veröffentlichungen sollen hier einige besonders interessante Arbeiten kurz vorgestellt werden.

Erfolgsrezepte für die Etablierung von Gründach-Märkten

Warum entwickeln sich die Gründach-Märkte auf internationaler Ebene so unterschiedlich und welche Faktoren sind für die erfolgreiche und langfristige Etablierung begrünter Dächer als Baustandard besonders wichtig. Diesen Fragen ging eine Forschergruppe aus den Niederlanden nach (Mees et al., 2013). In Chicago, London, Rotterdam, Basel und Stuttgart wurden hierzu Interviews mit Vertretern von kommunalen Fachbehörden, Gründach-Lobby-Verbänden, Gründach-Systemherstellern und Ausführungsbetrieben geführt. Dabei zeigte sich, dass die kontinuierliche Unterstützung der Dachbegrünung durch die kommunalen Entscheidungsträger, wie sie in Stuttgart und Basel seit vielen Jahren praktiziert wird, von entscheidender Bedeutung ist. Beide Städte legen beim Einsatz ihrer Gründach-Förderinstrumente neben finanziellen Zuschüssen und Maßnahmen der Öffentlichkeitsarbeit einen besonderen Schwerpunkt auf die Festsetzung von Dachbegrünungen als Standard für flach und leicht geneigte Dächer in Neubaugebieten. Die Früchte dieser langfristig angelegten Strategie spiegeln sich auch in der Anzahl der begrünten Dachflächen pro Stadtbewohner wider. Während die Werte in Basel bei 5,88 m2) und in Stuttgart bei 1,66 m2) liegen, werden in Rotterdam, London und Chicago nur 0,07 bis 0,23 m2) pro Bürger erreicht. Zu den weiteren identifizierten Erfolgsfaktoren gehört eine innovative Gründach-Industrie, die technische Lösungen für unterschiedliche Dachkonstruktionen anbietet und die unterstützende Öffentlichkeitsarbeit durch die Gründach-Fachverbände.

Kohlenstoff-Bindung begrünter Dächer

Bislang gab es nur sehr wenige wissenschaftliche Untersuchungen, die sich mit der CO2)-Bindung begrünter Dächer beschäftigt haben. Eine amerikanische Forschergruppe der Michigan State University (Departement of Horticulture) und des Earth Institutes der Columbia University New York hat sich deshalb über einen Zeitraum von drei Jahren intensiv mit diesem Thema auseinandergesetzt und gleiche Vegetationstypen am Boden und auf dem Dach auf ihr CO-Bindungspotential untersucht (Whittinghill et al., 2014). Die Kohlenstoffgehalte der oberirdischen Biomasseproduktion auf dem Dachstandort (Substrathöhe 10,5 cm) erbrachten nach einem Jahr folgende Werte: Sedumvegetation 2,22 kg/m; Prairie-Mix 1,27 kg/m2); Gras-Kraut-Mischung 33,61 kg/m2). Die Versuche zeigen, dass Gras-Kraut-Mischungen auf Gründächern ein erhebliches CO-Bindungspotentials besitzen. Im Unterschied zu herkömmlichen Extensivbegrünungen wurde die Dachvegetation im Untersuchungszeitraum allerdings periodisch gewässert, wodurch die Wuchsleistung verbessert wurde. Im Einzelfall muss kritisch geprüft werden, ob eine Optimierung der Biomasseproduktion aus Gründen der Statik und des Pflegeaufwands gewünscht ist.

Kosten-Nutzen-Analyse begrünter Dächer bei Gewerbeimmobilien

Um Informationen zu den ökonomischen Vorteilen begrünter Dächer an einem realen Gebäude zu ermitteln, hat der amerikanische Einzelhandelskonzern Walmart die Dachfläche eines neugebauten Einkaufsmarktes in Chicago aufgeteilt und mit einem extensiv begrünten Dach (ca. 7000 m2)) und einer weißen Abdichtungsbahn (ca. 5400 m2)) belegt (Walmart, 2013). Über einen Zeitraum von vier Jahren wurden auf beiden Dachflächen Aspekte der Regenwasserbewirtschaftung (Rückhalt, Ablaufverzögerung) und der Energiebilanz (Heizung, Kühlung) untersucht. Die ermittelten Unterschiede wurden anschließend monetarisiert und für einen Kosten-Nutzen-Vergleich Gründach/Weißes Dach am Standort Chicago und fünf weiteren Niederlassungen (Philadelphia, Austin, Portland, Minneapolis, District of Columbia) verwendet. Dabei wurden lokale Besonderheiten (Standortklima, Anerkennung begrünter Dächer als Maßnahme der Regenwasserbewirtschaftung, kommunale Fördergelder) entsprechend berücksichtigt. Die im Vergleich zur weißen Abdichtungsbahn höheren Installationskosten des Gründaches hatten sich in Chicago durch Einsparungen in den Bereichen Regenwassermanagement und Energie sowie dem Werterhalt der Dachabdichtung in einem Zeitraum von 17 Jahren wieder amortisiert. Auch bei den anderen Niederlassungen lagen die Amortisationszeiten unter 20 Jahren. In Portland rechnete sich die Dachbegrünung sogar bereits unmittelbar mit der Installation, da die Stadt Gründächer als Maßnahme der dezentralen Regenwasserbewirtschaftung anerkennt und zusätzlich mit finanziellen Zuschüssen fördert.

Erscheinungsbild und Akzeptanz der Dachbegrünung

Für die Akzeptanz begrünter Dächer in der Öffentlichkeit spielt neben den ökologischen und ökonomischen Argumenten auch das optische Erscheinungsbild eine wichtige Rolle. In einer umfangreichen Untersuchung zur ästhetischen Bewertung von Dachbegrünungen in Süd-Spanien wählten 450 Personen aus sieben verschiedenen Gründach-Typen ihren Favoriten (Fernandez-Cañero et al., 2013). Die vorgelegten Gründach-Bilder zeigten folgende Bepflanzungsvarianten: Extensivbegrünung (Sedum - nicht blühend), Extensivbegrünung (Sedum - blühend), einfache Intensivbegrünung (Sedum-Gras), einfache Intensivbegrünung (Sträucher), Intensivbegrünung (Rasen), Intensivbegrünung (Sukkulenten und Bäume) und Intensivbegrünung (Sträucher und Bäume). Als Referenz diente eine bekieste Dachfläche. In der Bewertung schnitten die gestalteten Gründächer mit abwechslungsreichen Vegetationsformen und vielfältigen Farbeffekten am besten ab. Des Weiteren zeigte sich, dass die Präferenzen in Zusammenhang mit den soziodemographischen Kenngrößen (Geschlecht, Alter, Bildung) stehen und durch die Umwelterziehung in der Kindheit ebenfalls stark beeinflusst werden.

Gründächer als Nahrungsquelle für Bienen

Welche Vielfalt im Bereich der Gründach-Forschung derzeit herrscht, zeigt der Artikel "Exotics on exotics: Pollen analysis of urban bees visiting Sedum on a green roof" einer Forschergruppe aus Kanada (MacIvor et al., 2014). Um das Potential extensiver Sedumbegrünungen als Nahrungsquelle für verschiedene Bienenarten bewerten zu können, wurden auf den Gründächern Insektenfallen eingesetzt und das gesammelte Pollenmaterial der geflügelten Dachbesucher analysiert. Dabei zeigten sich zwei Besonderheiten. Im Vergleich zu ihrer mittelgroßen (Mörtel- und Honigbienen) und großen Verwandtschaft (Hummeln und Sandbienen) waren kleine Wildbienenarten wie die Furchenbienen weniger häufig auf dem Gründach anzutreffen. Beim gesammelten Pollenmaterial gab es ebenfalls artspezifische Unterschiede. So dominierte der Sedum-Pollen den Nahrungsmix bei den nicht einheimischen Bienenarten, während die heimischen Arten zusätzlich auch Pollenmaterial der Bodenvegetation mit sich führten. Auch wenn die Untersuchungen erst am Anfang stehen, zeigt sich einmal mehr, dass die Funktion extensiver Dachbegrünungen als Nahrungsquelle für verschiedene Insektenarten eng mit der Auswahl der Bepflanzung verbunden ist.

In den letzten Jahren gehörte die USA zu den aktivsten Ländern im Bereich der Gründach-Forschung, gefolgt von China und England. Dazu gibt es einen regionalen Schwerpunkt bei den mediterranen Ländern (Frankreich, Italien, Griechenland und Spanien). Publikationen aus deutschen Forschungseinrichtungen tauchen nur vereinzelt auf, wobei hier einschränkend anzumerken ist, dass die Datenbank Scopus sich auf englischsprachige Veröffentlichungen in Fachzeitschriften und Kongressdokumentationen konzentriert. Ein Blick auf die aktuelle Forschungslandschaft in Deutschland zeigt deshalb, dass auch hierzulande eine Vielzahl spannender und innovativer Forschungsansätze verfolgt wird.

EU-Projekt "Green Roof Systems" - Kooperation von Industrie und Wissenschaft

Die "Green Roof Systems" - Partnerschaft der Firma ZinCo GmbH aus Nürtingen und der Universität Sheffield in England gehört zu den umfangreichsten Forschungsprojekten der letzten Jahre. In Labor- und Freilandexperimenten wurden für verschiedene Gründach-Systeme Daten über die Abflussverzögerung, den Regenwasserrückhalt, die Evapotranspiration und das pflanzenverfügbare Wasser ermittelt. Die dabei erzielten Erkenntnisse wurden für die Erstellung verbesserter hydrologischer Gründach-Abflussmodelle verwendet. Zusätzlich wurde in Deutschland und England ein Pflanzenscreening für Extensivbegrünungen mit mehr als 150 Pflanzenarten durchgeführt. Ziel der Untersuchung war es, die verschiedenen Komponenten von Gründach-Systemaufbauten sowohl in ihren Einzelschichten (Dränage-Elemente, Substrate, Pflanzen), als auch in ihrem Zusammenwirken als Systemaufbau zu erforschen. Das vierjährige Forschungsprojekt wurde durch das Marie Curie Programm "Partnerschaften und Verbindungswege zwischen Industrie und Hochschule" (IAPP) gefördert und mit einem Wissenschaftskongress im April 2013 in Sheffield abgeschlossen.

Energetische Wirkungen der Gebäudebegrünung

Auf große Resonanz stieß die Veröffentlichung des Leitfadens "Gebäude, Begrünung und Energie: Potenziale und Wechselwirkungen". In einem von der "Forschungsinitiative Zukunft Bau" des Bundesministeriums für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS) geförderten Projekt ist es einem Team der Technischen Universitäten Darmstadt und Braunschweig unter Leitung von Prof. Nicole Pfoser gelungen, die komplexen Wechselbeziehungen zwischen Gebäudebegrünung und Gebäudeenergiebilanz zu analysieren. Architekten und Projektentwickler erhalten mit dem Leitfaden eine praktische Handreichung, um Gebäudebegrünungen in Verbindung mit der Nutzung von Umweltenergie besser planen zu können. Neben den direkten Wirkungen auf das Gebäude wurden im Leitfaden auch das Wohnumfeld und der Stadtraum mitbetrachtet. Der 312 Seiten starke Leitfaden ist in gedruckter Form in der Schriftenreihe der Forschungsgesellschaft Landschaftsentwicklung Landschaftsbau (FLL) erschienen (Pfoser et al., 2013).

Kühlwirkung und Nieder-schlagsretention extensiver Dachbegrünungen

Im Rahmen des Programms "Klimawandel und modellhafte Anpassung in Baden-Württemberg" (Klimopass) untersuchte die Universität Hohenheim (Institut für Landschafts- und Pflanzenökologie) von Juli 2013 bis Oktober 2014 Aspekte der Kühlwirkung und der Niederschlagsretention begrünter Dächer. Allgemeine Hypothese des Forschungsprojektes war, dass extensive Dachbegrünungen die in Zukunft erwarteten häufigeren Stark-regenereignisse erheblich abpuffern können, da ein Teil des Wassers im Pflanzenbestand verbleibt. Gleichzeitig kann sich die Niederschlagsretention in der Vegetationsschicht und die anschließende Transpiration der Pflanzen positiv auf das Mikroklima auswirken und in der Umgebung zu einer Abkühlung führen. Um die Abhängigkeit dieser Effekte von der Gründach-Vegetation zu untersuchen, wurden Versuche mit Mono- und Mischkulturen von häufig zur Dachbegrünung verwendeten Pflanzenarten aus verschiedenen funktionellen Typen (Kräuter, Gräser, Leguminosen, Sukkulenten) durchgeführt. Das Projekt wurde durch das Land Baden-Württemberg finanziell gefördert und durch den Deutschen Dachgärtner Verband fachlich unterstützt.

Gründach-Inventarisierung und Potenzialanalyse

Trotz der langen Tradition der Dachbegrünung in Deutschland besitzen nur eine Handvoll Kommunen detaillierte Angaben zur Anzahl der begrünten und potenziell begrünbaren Dächer im Stadtgebiet. Es ist daher nicht verwunderlich, dass die Dachbegrünung in Stadtklimagutachten zwar häufig als klimaverbessernde Maßnahme genannt wird, aber in die konkreten Modellrechnungen aufgrund des Fehlens von belastbaren Daten keinen Eingang findet. Dieses Wissensdefizit soll mit der Entwicklung einer Methode zur fernerkundlichen Inventarisierung und Potenzialanalyse der städtischen Dachflächen beseitigt werden. Unter Projektleitung des Deutschen Dachgärtner Verbandes wird das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) ein automatisiertes Verfahren entwickeln, das eine schnelle und effiziente Analyse der Dachoberflächen erlaubt. Als Partnerstädte für das Pilotprojekt beteiligen sich München, Stuttgart, Karlsruhe, Hamburg und der DDV-Stammsitz in Nürtingen an der Untersuchung. Außerdem sind die HafenCity Universität Hamburg (HCU) und die Deutsche Gartenamtsleiterkonferenz (GALK) mit von der Partie. Das Projekt wird von der Deutschen Bundestiftung Umwelt (DBU) gefördert. Die Präsentation der Ergebnisse erfolgt im Februar 2015 bei einer kommunalen Fachtagung in Osnabrück.

TURAS - Steigerung der Widerstands- und Regenerationsfähigkeit von Städten

Das Projekt TURAS (Transitioning towards Urban Resilience and Sustainability) bringt Städte, Unternehmen und Wissenschaftler aus elf europäischen Ländern zusammen, um vor dem Hintergrund des Klimawandels neue, nachhaltige Lösungen in der Stadtentwicklung zu diskutieren und zu erproben. In Deutschland beteiligen sich der Verband Region Stuttgart, die Universität Stuttgart, das Klima-Bündnis e. V. und die Helix Pflanzen GmbH aus Kornwestheim an der Untersuchung. Zu den jüngsten Aktivitäten des noch bis 2015 laufenden Projektes gehört die Installation eines "Grünen Zimmers" aus Elementen der Bauwerksbegrünung in Ludwigsburg. Die Firma Helix Pflanzen GmbH hat für die knapp 140 m2) Vegetationsfläche des Zimmers ein spezielles Konzept aus vorkultivierten Korbelementen entwickelt, die sich im Baukastenprinzip zu Wänden zusammenstellen lassen. Insgesamt kommen knapp 7000 Stauden und 40 Platanen zum Einsatz. Insbesondere an Hitzetagen soll das "Grüne Zimmer" seine Eignung als städtische "Klimakomfortzone" unter Beweis stellen.

Gründach-Strategie Hamburg - Forschung zum Regenwasserrückhalt

2015 startet in Hamburg das größte Gründach-Förderprogramm Deutschlands. Über einen Zeitraum von fünf Jahren wird die Behörde für Stadtentwicklung und Umwelt (BSU) insgesamt 3 Mio. Euro an finanziellen Zuschüssen für die Neuanlage begrünter Dächer zur Verfügung stellen. Das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit unterstützt die Hamburger Gründach-Strategie zusätzlich als Pilotprojekt im Rahmen des Programms "Maßnahmen zur Anpassung an den Klimawandel". Besonders hervorgehoben wird dabei der Regenwasserrückhalt begrünter Dächer, da hier Entlastungen der Kanalisation und Abkühlungseffekte für das Stadtklima miteinander verbunden sind. Ein von der HafenCity Universität Hamburg (Fachgebiet "Umweltgerechte Stadt- und Infrastrukturplanung", Prof. Dr. Wolfgang Dickhaut) bearbeiteter Bestandteil der Hamburger Gründach-Strategie besteht deshalb darin, die bereits vorhandenen Erfahrungen zur wasserwirtschaftlichen Wirksamkeit begrünter Dächer aufzuarbeiten und durch eigene Untersuchungen an realen Gebäuden zu ergänzen. Auf dem Gründach der HafenCity Universität steht hierzu eine Messfläche von 1300 m2) zur Verfügung. Das in Hamburg entwickelte und erprobte Instrumentarium soll später aber auch für andere Städte nutzbar sein.

Der Überblick zur Gründach-Forschung im In- und Ausland zeigt, dass das Thema bei weitem noch nicht ausgeforscht ist. Vor dem Hintergrund des Klimawandels und der weiterhin fortschreitenden Verstädterung können außerdem in Zukunft Fragestellungen an Bedeutung gewinnen, die heute noch eine untergeordnete Rolle spielen. Hier zeigt sich einmal mehr der Vorteil der Dachbegrünung, die im Unterschied zu anderen Umwelttechnologien eine große Anwendungsbreite und eine hohe Flexibilität in der Ausgestaltung besitzt. Um diese Potenziale gezielt zu entwickeln, ist aber auch eine Änderung der Wertschätzung begrünter Dächer nötig - hin zu einem nutzenorientierten Ansatz, bei dem die Optimierung der ökologischen Funktionen und nicht allein die Minimierung der Installationskosten im Vordergrund steht.

Literatur

Literatur

Fernandez-Cañero, R., Emilsson, T., Fernandez-Barba, C., Herrera Machuca, M. T. (2013): Green roof systems: A study of public attitudes and preferences in southern Spain. Journal of Environmental Management, 128, pp. 106-115.

MacIvor, J. S., Ruttan, A., Salehi, B (2014): Exotics on exotics: Pollen analysis of urban bees visiting Sedum on a green roof, Urban Ecosystems, Article in Press.

Mees, H. L. P., Driessen, P. P. J., Runhaar, H. A. C., Stamatelos, J. (2013): Who governs climate adaptation? Getting green roofs for stormwater retention off the ground, Journal of Environmental Planning and Management, 56 (6), pp. 802-825.

Pfoser, N., Jenner, N., Henrich, J., Heusinger, J., Weber, S., Schreiner, J., Kanashiro, C. (2013): Gebäude Begrünung Energie. Potenziale und Wechselwirkungen - Abschlussbericht. Förderung Forschungsinitiative Zukunft Bau; FLL Schriftenreihe.

Walmart (2013): Green Roof Performance - A cost-benefit analysis based on Walmart´s Chicago store, Onlineressource 2. 6. 2014: cdn.corporate.walmart.com/95/ab/ecb63ba44f51bec6f9aa42c73a9e/walmart-2013-green-roof-report.pdf

Whittinghill, L. J., Rowe, D. B., Schutzki, R., Cregg, B. M. (2014): Quantifying carbon sequestration of various green roof and ornamental landscape systems. Landscape and Urban Planning, 123, pp. 41-48.