Das Projekt „Entwicklung eines Dachbegrünungselements mit Kreislauf- und Wärmepumpenanbindung“ (Climate4Roofs) https://www.hswt.de/forschung/projekt/2047-climate4roofs erforscht, wie eine neuartige Dachbegrünung den Bedarf an aktiver Gebäudeklimatisierung durch elektrisch betriebene Klimaanlagen reduzieren kann. Matthias Wörlein bearbeitet das von Prof. Dr. Andreas Ratkahttps://www.hswt.de/andreas-ratka geleitete Projekt im Rahmen seiner Promotion. Prof. Dr. Klaus-Peter Wilbois https://www.hswt.de/klaus-peter-wilbois hat Matthias Wörlein interviewt, ob und wie eine spezielle Dachbegrünung dazu beitragen kann, einerseits das Raumklima zu verbessern und andererseits die Umwelt zu entlasten.
Was ist das zentrale Ziel Ihres Promotionsprojekts – welche Fragestellung zu Dachbegrünung und Gebäudeklimatisierung untersuchen Sie konkret?
Im Mittelpunkt steht – wie so häufig heutzutage – der Klimawandel und seine Auswirkungen. Er steigert den Klimatisierungsenergiebedarf in Deutschland und wirkt mit dem einhergehenden hohen Energieverbrauch sowohl den nationalen als auch den internationalen Klimazielen entgegen. Folglich müssen nachhaltige Konzepte zur Gebäudeklimatisierung entwickelt werden. In diesem Zusammenhang beschäftige ich mich mit den kühlenden Effekten von Dachbegrünungen und deren effizienter Nutzung in Gebäuden.
Warum gewinnt die Dachbegrünung von Wohngebäuden im Zuge des Klimawandels zunehmend an Bedeutung?
Durch den Klimawandel erleben wir immer häufiger extreme Hitzeperioden. Die vergangenen Jahre haben deutlich gezeigt, dass diese nicht mehr als Ausnahmeerscheinungen betrachtet werden können, sondern zunehmend zur Regel werden. In solchen Phasen steigen die Temperaturen auch in unseren Wohngebäuden auf ein unangenehmes Niveau. Dachbegrünungen können dieser Überhitzung entgegenwirken. Da diese, abgesehen von einer eventuell erforderlichen Bewässerung keine zusätzliche Energie benötigen, werden sie als passive Klimatisierungssysteme klassifiziert. Aufgrund des geringen Energiebedarfs stellt der Einsatz solcher Systeme eine besonders sinnvolle und nachhaltige Maßnahme zur Verbesserung des sommerlichen Wärmeschutzes dar.
Wie kann eine begrünte Dachlösung konkret helfen, Gebäude im Sommer kühl zu halten?
Hier spielen verschiedene Effekte eine Rolle. Zu einer Kühlung beziehungsweise geringeren Aufheizung des Gebäudes tragen insbesondere die Verschattung der Gebäudeoberfläche durch die Vegetation, die Evapotranspiration [Gesamtverdunstung, Anm. d. Red.] des Gründachs sowie die zusätzliche thermische Masse des Dachaufbaus bei. Darüber hinaus bieten Dachbegrünungen zahlreiche weitere positive Effekte für ihre Umgebung wie z.B. Biodiversitätsförderung, Regenwasserrückhalt sowie Bindung von CO₂ und Luftschadstoffen.
Was ist das Besondere an dem neuen Dachbegrünungssystem, das im Rahmen des Projekts entwickelt wird?
In Ländern wie Deutschland sind Gebäude in der Regel sehr gut wärmegedämmt. Dies ist notwendig, um den Heizenergiebedarf im Winter möglichst gering zu halten. In Kombination mit einer Dachbegrünung führt die starke Dämmung jedoch dazu, dass deren kühlende Effekte das Gebäudeinnere nur geringfügig beeinflussen. Man spricht in diesem Zusammenhang von einer thermischen Trennung zwischen Gründach und Innenraum. Um diese Trennung zu überwinden, wird ein gekoppeltes Wärmeübertragersystem zwischen Dachbegrünung und Gebäudeinnerem eingesetzt. Ziel ist es, die kühlenden Effekte des Gründachs nutzbar zu machen, ohne dabei die wärmedämmende Wirkung im Winter zu beeinträchtigen. Vereinfacht lässt sich das Konzept wie zwei miteinander verbundene Fußbodenheizungen beschreiben. Der Unterschied besteht darin, dass sich ein Rohrregister im Substrat der Dachbegrünung und das andere in der Gebäudedecke befindet. Ist die Temperatur im Substrat niedriger als im Gebäudeinneren, wird ein Wärmeträgermedium umgewälzt. Dadurch kann Wärme aus dem Gebäude über das Gründach abgeführt und das Gebäude aktiv gekühlt werden.
Kann eine solche Lösung wirklich den Einsatz von Klimaanlagen reduzieren – und wenn ja, wie stark?
Kurz gesagt: Ja! Wir haben das Konzept zunächst mithilfe von Miniaturgebäuden experimentell auf seine Funktionsfähigkeit geprüft und anschließend ein mathematisches Modell entwickelt, das das Verhalten derartiger Gründachsysteme realitätsnah abbildet. Die Anwendung bei einem zweigeschossigen Einfamilienhaus ergab potenzielle Klimatisierungsenergieeinsparungen von bis zu 53 %. Zum Vergleich: Mit einem konventionellen Gründach konnten lediglich Einsparungen von rund 8 % erzielt werden.
Welche Rolle spielt Wasser in Ihrem Konzept, zum Beispiel durch Verdunstung oder Regenwasserspeicherung?
Im Allgemeinen lässt sich sagen, dass das Konzept umso besser funktioniert, je mehr Regenwasser das Dach speichern kann. Eine hohe Wasserspeicherkapazität ist besonders vorteilhaft, da sie gleich zwei positive Effekte mit sich bringt: Zum einen wird die Kanalisation entlastet, zum anderen steigt die Kühlleistung des Systems. Eine aktive Bewässerung des Gründachs sehe ich hingegen eher kritisch, da sommerliche Wasserknappheit in vielen Regionen zu einem zunehmend größeren Problem wird.
Wie wirtschaftlich ist diese Art der Dachbegrünung – lohnt sie sich langfristig für Hausbesitzer oder Unternehmen bzw. öffentliche Institutionen?
Mit der Untersuchung dieses neuartigen Gründachkonzeptes befinden wir uns aktuell noch in der Basisforschung, dementsprechend möchte ich mir noch keine Aussage über die Wirtschaftlichkeit erlauben. Unser Projektpartner eft-system GmbH wird das System demnächst auf einem Realgebäude installieren, sodass wir dann beispielsweise die Installationskosten besser abschätzen können.