Das Physikgebäude Berlin-Adlershof

Beim Neubau des Physikgebäudes der Humboldt Universität zu Berlin, in Berlin-Adlershof, ist Gebäudebegrünung mit dem Ziel der Regenwasserbewirtschaftung von Anfang an eingeplant. Die Funktionsweise der Regenwasseranlage und die Entwicklung der Vertikalbegrünung wurden in der Planungs- und Bauphase sowie in den ersten Jahren des Betriebs als "ökologisches Modellvorhaben" des Senats für Stadtentwicklung Berlin für eine wissenschaftliche Begleitung ausgewählt.

Die Fertigstellung des Gebäudes erfolgte 2002, die ersten Betriebsjahre bis 2010 sind durch eine interdisziplinäre Arbeitsgruppe aus Forschern der Technischen Universität Berlin (TU), Humboldt Universität zu Berlin (HU) und der Hochschule Neubrandenburg im Auftrag der Senatsverwaltung für Stadtentwicklung begleitet und dokumentiert (Reichmann et al. 2010). Die Kurzfassung des Endberichtes ist als Download abrufbar.

Nach Abschluss dieses Monitorings wurde das Gebäude komplett in die Zuständigkeit der Bauverwaltung der HU übergeben. Eine eingeschränkte Fortführung des Monitoring des Projekts erfolgte unter der Fragestellung des Energieverbrauchs öffentlicher Gebäude. Das auf dem Grundstück gespeicherte Regenwasser wird auf verschiedene Weisen bewirtschaftet. Die Nutzung der Verdunstungskühlung durch die Kletterpflanzen ist hierbei ein Parameter (Zielke 2014).

Der nachfolgende Bericht schließt an die Veröffentlichung Reichmann et al. (2010) an und soll die bisherigen Erfahrungen zu der großflächigen Fassadenbegrünung mittels Pflanzkübeln beschreiben. Die hier realisierte Anstaubewässerung in den Pflanzkübeln jeder Etage mittels einer Schwimmerschaltung, ist eine bis dahin ungewöhnliche Variante der kontinuierlichen Wasserversorgung. Tröpfchenschläuche sind die gängigere Variante, aber aus der Sicht der Begleitforschung tendenziell störanfälliger. Der Anstau stellte sicher, dass alle Kübel immer eine optimale Wasserversorgung aufweisen.

Die Auswahl vergleichbarer Projekte ist weltweit auf wenige beschränkt, dokumentiert ist etwa das Consortio in Chile (Architekt Enrique Browne, siehe Link am Ende des Artikels) oder das Persona in Tokio, zu dem es allerdings keine veröffentlichten Verbrauchsdaten gibt (vgl. Köhler et al. 2012, Pfoser et al 2014).

Die Regenwasserbewirtschaftung am "Physikgebäude Adlershof" ist seit einem Jahr wieder als Beispielvorhaben im Rahmen des "Kuras Projektes" (Konzepte Urbaner Regenwasser und Abwasser Strukturprojekte) erneut aufgegriffen. Die noch vorhandenen Messeinrichtungen am Gebäude werden weiterhin genutzt. Dem aktuellen Projektstand ist eine Informationstafel innerhalb der Ausstellung Modellprojekte zum ökologischen Bauen in Berlin gewidmet (siehe Link).

Beschreibung des Projektes Physikgebäude

Das Physikgebäude der HU in Berlin-Adlershof ist eines der innovativen Neubauten innerhalb des Wissenschaftsstandortes auf dem Gelände des ehemaligen Berliner Flughafens Johannistal. Das Entwicklungsgebiet Adlershof ist eine Erfolgsgeschichte hinsichtlich der hier entstandenen besonderen Neubauten mit der Schaffung einer Vielzahl an hochwertigen neuen Arbeitsplätzen (Sichter u. Hiort 2009).

Das beschriebene Gebäude der Architekten Augustin und Frank (siehe Link) ist aus einem Architekturwettbewerb 1997 als Sieger hervorgegangen. Es wurde nach seiner Fertigstellung im Jahr 2003 mit dem Architekturpreis Berlins ausgezeichnet. Neben einer Vielzahl von Besonderheiten im Design, bildet das Konzept der Regenwasserbewirtschaftung in den fünf Höfen und an der Südfassade durch die Verdunstung mittels ebenerdig und in 153 Kübeln gepflanzten Kletterpflanzen eine Besonderheit dieses Gebäudes. Die in Berlin weit verbreitete Versickerung des Regenwassers auf der Grundstücksfläche ist hier wegen der möglichen Auswaschung von Altlasten aus den oberen Bodenschichten nicht gestattet.

Die Räume gruppieren sich um sehr unterschiedlich gestaltete Innenhöfe. Für das Freiraumkonzept war das Landschaftsarchitekturbüro Burger und Tischer verantwortlich, die für jede Fassade, jeden Hof ein eigenständiges Begrünungs- und Farbkonzept entwickelten. So wurde die Süd-Außenfassade unter dem Titel "Mediterran" gestaltet. Besonders üppig entwickelte sich der mit Wisteria sinensis begrünte Innenhof. Für die jeweils drei Kübelreihen übereinander wurden Pflanzen ausgewählt, die sehr unterschiedlichen Charakter besitzen. Die Pflanzen sollen neben einer Verdunstungsleistung auch eine Verschattung der Glasfronten bewirken.

Abgeleitete Erfahrungen für künftige Begrünungsprojekte mit wandgebundenen Pflanzkübeln

Technische Ausführungen

Die Pflanzkübel sind vor den Fassaden auf einer Stahlkonstruktion befestigt. Diese Trägerstruktur der Pflanzkübel schließt auch den Wartungsgang für die Pflanzkübel ein. Türen in den angrenzenden Fluren ermöglichen den relativ einfachen Zutritt zu den Wartungsstegen.

Als Baumaterial der Pflanzkübel ist Asbestzement gewählt worden. Der Kübelaufbau gliedert sich in eine untere Drain- und Anstauschicht sowie eine kapillar wirksame Substratschicht und eine Abdeckung mit groben Steinen. Zwei unterschiedliche Substrate sind verwendet worden, ein unterschiedlicher Wuchs, der auf diese Substratauswahl zurückzuführen ist, ist nicht nachweisbar, beide Substrate haben sich gleich bewährt. Aus Gründen des Frostschutzes der Wurzeln sind die Kübel mit einer Styropor-Wärmedämmung ausgestattet. Die Bewässerung erfolgt im Anstauverfahren, mittig unter den Kübeln befindet sich der Zulauf, der gleichzeitig zur Entleerung im Herbst genutzt werden kann (Abb. 3). Alle Kübel auf einer Gebäudehöhe sind pro Hof als kommunizierendes System untereinander verbunden. Jeder dieser Stränge hat eine Wasseruhr zur litergenauen Aufzeichnung der Wassermenge. Da die Kübel in der Wasserversorgung zu aller Zeit auf dem optimalen Wasserstand gehalten werden, ist anhand der eingebauten Schwimmersteuerungen der aktuelle Wasserverbrauch zu registrieren. Der jeweilige Wasserverbrauch ist abhängig von der aktiven Verdunstung über die Pflanzen als auch von der Verdunstung aus dem Substrat. Die Kübeloberfläche ist mit Stauden, vor allem mit Hosta und Stachys bepflanzt. Jeder Pflanzkübel erhielt jeweils zwei Kletterpflanzenindividuen, zusammen mit den bodengebundenen sind 450 Kletterpflanzen in der Erstbepflanzung verwendet worden. In den Jahren 2003, 2005 2006 sowie 2013 erfolgten Nachpflanzungen oder Pflanzenaustausch. Vor allem Clematis erwies sich als schwierig. Eine vereinfachte Übersicht zu den Erfahrungen mit den Kletterpflanzen ist der Tabelle 1 zu entnehmen. Insgesamt wurden für die Begrünung 950 Kletterpflanzen eingesetzt.

Während der Untersuchungsjahre wurden die Pflegemaßnahmen hinsichtlich Zeit und Termin dokumentiert. Wesentlich für den Erfolg der Kübelbepflanzung ist die funktionsfähige Bewässerungssteuerung. Diese ist jährlich rechtzeitig, etwa um Ostern, in Betrieb zu nehmen und im November komplett zu entleeren, um Frostschäden zu vermeiden. Einschließlich der Kontrolle sind für die Bewässerungsanlage vier Termine im Jahr zu veranschlagen. Die zusätzliche Kontrolle der Schwimmerschalter pro Pflanzebene und gegebenenfalls der entsprechenden Reinigung sind einfache Tätigkeiten, aber mit einem wesentlichen Effekt für den Erfolg innerhalb der Vegetationsperiode.

Der Schnitt ist pflanzenspezifisch auszuführen. Hiermit ist eine besondere Schwierigkeit verbunden, da entsprechendes Fachpersonal nicht beschäftigt wird. Eine minimale Artenkenntnis und das Verständnis für das Begrünungsziel einer sommerlich flächigen Verschattung der Fensterflächen sind nicht schwierig, bedeuten aber, dass etwa die Jahrestriebe von Wisteria entsprechend flächig an den Halteseilen befestigt werden.

Die Entspannung der Seile ist eine Arbeit, die umso einfacher fällt, je besser bei der Erstkonstruktion hierfür Schraubvorrichtungen eingebaut wurden. Als Erfahrungswert zeigte sich, dass auf die drei Stockwerke durch die Verdrehungen der verholzenden Triebe etwa 0,5 m zusätzliche Seillänge innerhalb der ersten Jahre erforderlich wurden. Diese ist bei der Planung als Verlängerung zu berücksichtigen, sonst kann es sich als aufwendig gestalten, die Seile entsprechend zu verlängern.

Pflanzenschutz ist eine weitere Arbeit, die unregelmäßig anfallen kann, aber Fachkenntnis erfordert. Sie tritt vor allem auf, wenn die Pflanzen einer wie auch immer gearteten Stresssituation ausgesetzt sind. Dieses war in den ersten Betriebsjahren durch eine Auswaschung des Herbizids "Mecroprop" (siehe Internetlink) aus der Dachbitumenbahn in das Zisternenwasser der Fall. Diese chemische Verbindung machte ein Umschalten der Bewässerung von der eigentlich beabsichtigten Regenwasserbewässerung zu Stadtwasser erforderlich. Nach dieser Änderung wuchsen die Pflanzen deutlich besser, der Ausfall wurde geringer. Der Thematik Mecroprop wurde im Folgeprojekt Kuras eine Untersuchung gewidmet, in der sich herausstellte, dass diese typische Beimischung langsam ausgewaschen werden, aber sich von Bitumenbahnen sogar noch nach über zehn Jahren im Ablaufwasser nachweisen lassen (Schubert et al. 2015, im Druck).

Als Konsequenz hieraus sind bei der geplanten Nutzung entsprechender Niederschlagswässer für die Bewässerung von Pflanzen auf die chemische Zusammensetzung der mit dem Regenwasser in Berührung kommenden Materialien zu achten. Es gibt Bitumenbahnen, aber auch Kautschukbahnen, die diese Problematik nicht mit sich bringen, hierüber sind aber in der Planungsphase Erkundigungen einzuholen. Die Beikrautbekämpfung in den Pflanzkübeln, dreimal im Jahr, kann ausreichend sein. Der Stachys bedeckte die Grundfläche der Kübel nahezu vollständig und lässt Unkraut wenig Raum. Im Falle dieses Gebäudes sind die meisten Pflanzkübel gut über entsprechende Laufstege erreichbar, dass hier entsprechend gärtnerisch gewirkt werden kann; für diese Tätigkeit sind bei diesem Projekt 40 Stunden jährlich eingeplant.

Einschätzung aus dem Jahr 2014 und Empfehlungen für die Folgejahre

Mit der Form derartiger Pflanzkübel und deren darunter liegender Bewässerungsleitung (siehe Abb. 3) gab es bisher noch keine Erfahrungen. Die Anlage besteht nun über zehn Jahre, nach Beseitigung der anfänglichen Schwierigkeiten mit dem Herbizid im Bewässerungswasser gedeihen auch die Kletterpflanzen durchweg prächtig. Die Wasser- und die Düngerversorgung haben über die Schwimmersteuerung bisher gut funktioniert. Die regelmäßigen vier Wartungstermine pro Jahr wurden in den meisten Jahren durch die zusätzlichen Besuche im Bewässerungskeller ergänzt, so dass kleinere Störungen schnell behoben werden konnten.

Als Empfehlung für derartige Begrünungsvorhaben ist eine kurze wöchentliche Sichtkontrolle empfehlenswert, um rechtzeitig eingreifen zu können, bevor die Pflanzen großflächig Schaden nehmen.

Das Licht und der solare Wärmeeintrag innerhalb der Glasgänge werden durch die Pflanzen angenehm beeinflusst, siehe Abbildung 7. Die Begrünung ist aber nicht nur optisch schön, sie wirkt sich auch auf das Energiebudget aus. Die sommerlichen Kühlkosten lassen sich reduzieren (Tab. 2). Der Energiebedarf wurde mittels des Programms IBP (nach der DIN 18599) für 15 Räume berechnet (Zielke 2014) und mit den gemessenen solaren Einstrahlungswerten verglichen. Die winterlichen Heizkosten erhöhen sich etwas wegen der geringeren winterlichen Einstrahlung. Die Ersparnis ist aber bei der Sommersituation deutlich. Verschattung und Verdunstungskälte wirken zusammen. Der gute Effekt des automatisierten textilen Sonnenschutzes gegenüber dem manuellen hängt damit zusammen, dass die manuelle Steuerung immer voraussetzt, dass sich jemand im Raum befindet, der die Schaltung bedient. Die gerechneten und die gemessenen Werte stimmen weitgehend überein. Der gleiche Messaufbau befindet sich vor der Wisteria (siehe Foto 3 unten), der Kühlaufwand ist fast um die Hälfte reduziert.

Das deckt sich auch mit den Erfahrungen, die beim Consortio in Chile mitgeteilt wurden. Als Aspekt kommt noch hinzu, dass die Kletterpflanzen über Jahre üppiger und damit auch effektiver werden. Textiler Sonnenschutz entsprechenden Abnutzungserscheinungen ausgesetzt ist.

Ergebnis

Eine derartige Begrünung benötigt eine sorgfältige Planung. Für die hier benötigten Elemente der Bewässerungssteuerung sind erst in den letzten Jahren eine Vielzahl neuer Produkte, etwa genau anzusprechende robuste Magnetventile auf den Markt gekommen, die die Betriebssicherheit weiter erhöhen. Für die Bewässerung sind kleine Durchflussmengen erforderlich, die sich von den weit verbreiteten üblichen Magnetventilen deutlich unterscheiden.

Die Bewässerungssteuerung erfolgt über eine zentrale Steuerung mit separat anzusprechenden Bewässerungssträngen. Auch hier hat sich in den letzten zehn Jahren viel getan. Die Erfordernisse entsprechender Steuerungseinheiten werden zu einem typischen Bauteil, welches auch in wandgebundenen Begrünungen erforderlich ist. Auch eine noch so ausgefeilte Bewässerungssteuerung benötigt eine kontinuierliche regelmäßige Inspektion. Firmen bieten hierzu Überwachungstools an, die auf Smartphones Informationen schicken. Das ersetzt aber nicht den vor Ort kundigen mit seiner Einschätzung, was schließlich zu tun ist. Gebäudebegrünung ist eine neue Aufgabe in der Gebäudetechnik. Zusätzlich ist aber auch das professionelle Gärtnerwissen unerlässlich, um artgerecht regelmäßig, wie in einem Garten, kleinere Tätigkeiten rechtzeitig auszuführen, die zu einem ansprechenden Gesamtbild beitragen. Das fängt bei der Entfernung unerwünschten Aufwuchses, etwa von Gehölzsämlingen im Keimstadium an und endet nicht beim rechtzeitigen Rückschnitt des Zuwuchses und der Lenkung der jährlichen Neutriebe. Im Grunde erfordert eine Wandbegrünung einen Gärtner, der eine Affinität für Gebäudetechnik hat.

Wandbegrünungen bieten vielseitige ökologische Möglichkeiten zur Regenwasserbewirtschaftung, wie hier im Projekt nachgewiesen (Reichmann et al. 2010). Eine flächige Kletterpflanzenbegrünung bietet eine sommerliche Verschattung, die in ihrem Effekt mit textilen Verschattungen mithalten können und hinsichtlich der Verdunstungsleistung aktive Kühlleistung einbringen (Köhler et al. 2015). Bei opaken Oberflächen bieten sich Wandgebundene Begrünungen an, die ebenfalls einen kleinen zusätzlichen Effekt der Dämmung und mittels der Verdunstungsleistung von gemessenen Werten zwischen 0,5 und 8,3 l/m2) und sommerlichen Tag eine erhebliche aktive Kühlleistung erbringen, die bisher viel zu wenig bei Architekturberechnungen berücksichtigt wird. Weitere Werte zur aktiven Verdunstungsleistung auch des Projektes Physikgebäudes werden noch bis Mitte 2016 im Kuras-Projekt (Konzepte Urbaner Regenwasser und Abwasserprojekte) (siehe link), erhoben. Die Ergebnisse gehen schließlich auch in die in Vorbereitung befindliche überarbeitete FLL-Richtlinie zur Wandbegrünung mit ein (FLL in Vorber. 2015).

Dank: An Frau Reichmann, Senatsverwaltung für Stadtentwicklung für die kontinuierliche Begleitung des Projektes. Marco Schmidt für die umfassende Betreuung der Untersuchung, Frau Ines Hübner für die Kartierung der Pflanzenarten in den letzten Jahren.

Literatur

FLL (in Vorber. 2015): Fassaden- und wandgebundene Begrünungen, Richtlinie der FLL. FLL – Eigenverlag Bonn.

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

Köhler; M, C. Nistor: (2015 im Druck): Wandgebundene Begrünungen. Endbericht des Forschungsvorhabens im Rahmen der Zukunftsinitiative Bau. BBSR, FLL, Bonn.Pfoser, N., N. Jennner, J. Henrich,J. Heusinger, S.Weber, (2014): Gebäude – Begrünung – Energie, FLL-Schriftenreihe Forschungsvorhaben FV 2014/01, 305 S.

Reichmann, B. et al. (2010): Konzepte der Regenwasserbewirtschaftung – Gebäudebegrünung, Gebäudekühlung: Veröffentlichung zum kostenfreien Download in Deutsch und Englisch:
www.stadtentwicklung.berlin.de/bauen/oekologisches_bauen/de/download/index.shtml

Schubert, R.L., K. Sperling, N. Caradot, D. Kaiser, S. Heise, M. Köhler, M. Schmidt, M. Riechel, M. Matzinger (2015 im Druck): Monitoring of herbicides in runoff from green and gravel roofs with bituminous sealing membranes. IWA Specialist Conference, September 2015, Berlin.

Sichter, J. u. K. Hiort, (2009): Ein Netz aus Wissenschaft und Wirtschaft, Medien und Technologie: Berlin Adlershof. In: E. Lütke-Daldrup u. P. Zlonicky: Grosse Projekte in Deutschen Städten. Jovis, Berlin. 88–93.

Zielke, B. (2014): HighTech-LowEx: Energieeffizienz Berlin Adlershof 2020. Förderkennzeichen 03ET1038A und B, Abschlussbericht 8: Energieeffiziente Gebäude, Berlin.

Internet

www.augustinundfrank.de/auszeichnungen.html

Consortio – Gebäudebegrünung in Chile:Giuliano Pastorelli. „Edificio Consorcio sede Santiago/ Enrique Browne - Borja Huidobro“ 23 May 2014. Plataforma Arquitectura. Accedido el 25 Feb 2015.