Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Grüne Oase auf dem Dach

05.02.2014
Begrünte Dächer sind längst nicht mehr der Inbegriff von Luxus oder moderne Spinnerei extrovertierter Architekten.

In der Ökologie gelten sie als Siedlungsbiotop, in manchen Bebauungsplänen werden sie als Ausgleichsmaßnahme für die versiegelten Flächen festgesetzt und teilweise werden sie in Deutschland auch öffentlich gefördert. Darüber hinaus sehen die teilweise als Hochgärten kultivierten Grünflächen zwischen den Dachlandschaften schön aus, speichern Regenwasser und verbessern das Mikroklima in Städten.


Da das Substrat in der Regel immer nass ist und die Fühler nur bis 100 Prozent Feuchtegehalt anzeigen können, ist eine Übersättigung des Substrats mit Wasser messtechnisch nicht mehr genau zu erfassen. Daher haben die Forscher einen Teil des Versuchaufbaus so konzipiert, dass er zum Wiegen heraus genommen werden konnte.
© Fraunhofer IBP

Zu den berühmtesten Verfechtern zählt der österreichische Künstler Friedensreich Hundertwasser, der Gründächer als einen wichtigen Teil der von ihm angestrebten Versöhnung von Mensch und Natur sah. In Stuttgart sind beispielsweise zwischen 1986 und 2008 180.000 Quadratmeter begrünte Dachfläche auf öffentlichen und privaten Gebäuden entstanden, im Flächennutzungsplan 2010 waren für zukünftige Bauvorhaben weitere 1,5 Millionen Quadratmeter als Minimierungs- oder Ausgleichsmaßnahmen geplant.

Und aus einer aktuellen Umfrage der Fachvereinigung Bauwerksbegrünung (FFB) geht hervor, dass der Anteil der deutschen Städte, die die Begrünung von Dächern in ihren Bebauungsplänen verankern, auch weiterhin konstant bleibt. Grüne Flächen auf dem Dach sind also zweifelsfrei etabliert.

Doch gibt es auch die Kehrseite der Medaille: Vor allem bei vollgedämmten Holzkonstruktionen kommt es immer wieder zu Feuchteschäden. »Eine mögliche Ursache ist, dass begrünte Dächer – wie alle Flachdächer – auf der bauphysikalischen „falschen“ Seite, nämlich der Außenseite, dicht sind und so nur eine Trocknung nach Innen möglich ist«, weiß Daniel Zirkelbach, stellvertretender Leiter der Abteilung Hygrothermik am Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP. Im Unterschied zu Flachdächern ohne Deckschicht ist die Erwärmung von Gründächern deutlich geringer, so dass eben auf Grund der Bepflanzung eine Austrocknung während der Sommermonate nicht ausreichend stattfinden kann.

Daher bedarf es für begrünte Holzkonstruktionen einer exakten, fachkundigen Planung. Um diese zu gewährleisten, reichen klassische Feuchteberechnungen, wie zum Beispiel das Glaser-Verfahren , nicht aus. Um dahingehend neue Wege zu gehen, lief von November 2011 bis April 2013 mit Mitteln der Forschungsinitiative „Zukunft Bau“ des Bundesinstituts für Bau-, Stadt- und Raumforschung, ein Forschungsprojekt .

Ziel war es, Planern und Bauproduktherstellern eine möglichst genaue und zuverlässige Grundlage zur Planung der Feuchtesicherheit der kritischen Dachbegrünungen zur Verfügung zu stellen. Ein Fall für die Wissenschaftler des Fraunhofer IBP. Ihnen gelang es im Rahmen des Forschungsprogramms, ihre Simulationssoftware WUFI® zu erweitern und neue Modelle zur Beurteilung von Dachbegrünungen zu erstellen, welche die Feuchtebilanz unter Realbedingungen berücksichtigen. Die inzwischen weltweit verbreitete Software-Familie WUFI® wurde am Fraunhofer IBP entwickelt und erlaubt die realitätsnahe Berechnung des instationären hygrothermischen Verhaltens von mehrschichtigen Bauteilen unter natürlichen Klimabedingungen.

Im Wesentlichen wird bei der Begrünung von Dächern zwischen zwei Ausführungsvarianten unterschieden: Die Extensivbegrünung zeichnet sich durch einen dünnschichtigen Aufbau mit bis zu 15 Zentimetern sowie einem geringen Gewicht und minimalen Pflegeaufwand aus. Diese Vegetationsform erhält sich weitgehend selbst und passt sich auch an extreme Standortbedingungen an, ist allerdings nicht als Nutzfläche geeignet. Im Vergleich dazu ist bei einer Intensivbegrünung die Nutzung des Gründaches erwünscht. Der mehrschichtige Aufbau ist hier mit 15 bis 100 Zentimetern deutlich dicker und damit auch schwerer. Er stellt hohe Ansprüche an die Pflege, Wasser- und Nährstoffversorgung. Im Rahmen des Forschungsprojekts wurde jedoch ausschließlich die Extensivbegrünung untersucht.

Im Vordergrund stand dabei vor allem, die Funktionsfähigkeit der Unterkonstruktion zuverlässig zu berechnen, denn die Einflüsse der Substrat- und Vegetationsschicht konnten bisher nicht eindeutig rechnerisch abgebildet werden – es fehlten verallgemeinerbare Datensätze. »Dazu nahmen wir zunächst bereits vorhandene Messergebnisse basierend auf Versuchsaufbauten sowie langjährigen Konstruktionsuntersuchungen am Standort Holzkirchen sowie aus Kassel, Leipzig, Wien und Mailand. Zusätzlich starteten wir noch neue Freilandversuche am Fraunhofer IBP Holzkirchen«, erklärt Zirkelbach die Vorgehensweise. Dazu richteten die Wissenschaftler neue Versuchsflächen mit unterschiedlichen Substrat- und Pflanzentypen auf einen Versuchsdach ein. Diese Versuche waren erforderlich, weil bei den vorangegangenen Untersuchungen weder die Feuchteverhältnisse in den Substraten noch die langwellige Gegenstrahlung gemessen worden waren. Beides ist jedoch für die Übertragbarkeit der Berechnungsmodelle auf andere Klimabedingungen mit unterschiedlichen Strahlungs- und Niederschlagsverhältnissen von wesentlicher Bedeutung. Mit Hilfe von Sensoren wurde die Temperatur bei den verschiedenen Dachaufbauten gemessen. »Interessant dabei war, dass wir innerhalb eines Versuchsfeldes, unter den gleichen Randbedingungen punktuell unterschiedliche Temperaturen gemessen haben. Diese variierten teilweise um bis zu sechs Grad Celsius, obwohl kein wirklicher Unterschied erkennbar war«, so Daniel Zirkelbach. Grundsätzlich kristallisierten sich jedoch die mittleren Verhältnisse für eine Berechnungsbasis klar heraus.

Die Fraunhofer-Wissenschaftler konnten zudem belegen, dass die Temperaturen maßgeblich von der Masse des Substrats sowie der darin enthaltenen Wassermenge beeinflusst werden. »Diese Kombination führt zu einer großen thermischen Trägheit. Im Sommer sorgt die Verdunstungskühlung für eine Verzögerung der Erwärmung, im Winter bremst die Schmelzwärme die Abkühlung unter den Gefrierpunkt. Durch eine gewisse Selbstverschattung begrenzt die Pflanzdeckschicht eine Erwärmung ebenso wie eine nächtliche Unterkühlung durch langwellige Abstrahlung. Zusätzlich wird der Wärmeübergang durch die geringere Luftbewegung an der Oberfläche reduziert«, fasst der Forscher die Ergebnisse zusammen.

Der zweite Punkt, der die Funktionsweise grundlegend beeinflusst, ist die exakte Auslegung der Dachkonstruktion. Bis dato verwendete man Außen meist eine zum Substrat hin abgedichtete Holzverschalung mit einem Faserdämmstoff zwischen den Sparren und nach Innen wurde eine Dampfbremse angebracht, um die Holzkonstruktion vor der eindringenden Feuchte aus dem Raumklima zu schützen. Diese Dampfbremse behindert aber im Sommer auch die Austrocknung, so dass bereits kleinere eingebaute oder eindringende Feuchtemengen zu Problemen führen können. Die Konsequenz einer mangelhaften Ausführung war eine verkürzte Haltbarkeit oder über kurz oder lang ein Feuchteschaden an der Konstruktion. Je dicker die Dämmschicht war, umso feuchter wurde sie im Winter.

Auf Grund der neuen Versuche und der daraus resultierenden Berechnungen fanden die Wissenschaftler vielversprechende Lösungsmöglichkeiten. So kann beispielsweise eine feuchtevariable Dampfbremse die Feuchtebilanz deutlich verbessern. Bei Dämmstärken ab 15 bis 20 Zentimetern kann eine zusätzliche feuchteresistente Überdämmung Schaden vermeiden – denn dann sind die Temperaturunterschiede an der Holzverschalung deutlich geringer und es entstehen besonders in den Wintermonaten nur noch kleine Mengen Tauwasser.

Zwar bleiben begrünte Holzdächer eine anspruchsvolle Bauvariante, die einer sorgfältigen Planung und Ausführung bedarf, doch werden bestimmte Aspekte beachtet, kann sich der Trend hin zur grünen Oase auf dem Dach gefahrenlos fortsetzen.

Daniel Zirkelbach | Fraunhofer-Institut
Weitere Informationen:
http://www.ibp.fraunhofer.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Architektur Bauwesen:

nachricht Additive Fertigung: Bauteile völlig neu denken
02.12.2016 | Hochschule Landshut

nachricht Kombination von Isolierung und thermischer Masse
01.12.2016 | Fraunhofer Institute for Chemical Technology ICT

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Architektur Bauwesen >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Shape matters when light meets atom

Mapping the interaction of a single atom with a single photon may inform design of quantum devices

Have you ever wondered how you see the world? Vision is about photons of light, which are packets of energy, interacting with the atoms or molecules in what...

Im Focus: Greifswalder Forscher dringen mit superauflösendem Mikroskop in zellulären Mikrokosmos ein

Das Institut für Anatomie und Zellbiologie weiht am Montag, 05.12.2016, mit einem wissenschaftlichen Symposium das erste Superresolution-Mikroskop in Greifswald ein. Das Forschungsmikroskop wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Land Mecklenburg-Vorpommern finanziert. Nun können die Greifswalder Wissenschaftler Strukturen bis zu einer Größe von einigen Millionstel Millimetern mittels Laserlicht sichtbar machen.

Weit über hundert Jahre lang galt die von Ernst Abbe 1873 publizierte Theorie zur Auflösungsgrenze von Lichtmikroskopen als ein in Stein gemeißeltes Gesetz....

Im Focus: Durchbruch in der Diabetesforschung: Pankreaszellen produzieren Insulin durch Malariamedikament

Artemisinine, eine zugelassene Wirkstoffgruppe gegen Malaria, wandelt Glukagon-produzierende Alpha-Zellen der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) in insulinproduzierende Zellen um – genau die Zellen, die bei Typ-1-Diabetes geschädigt sind. Das haben Forscher des CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit mit modernsten Einzelzell-Analysen herausgefunden. Ihre bahnbrechenden Ergebnisse werden in Cell publiziert und liefern eine vielversprechende Grundlage für neue Therapien gegen Typ-1 Diabetes.

Seit einigen Jahren hatten sich Forscher an diesem Kunstgriff versucht, der eine simple und elegante Heilung des Typ-1 Diabetes versprach: Die vom eigenen...

Im Focus: Makromoleküle: Mit Licht zu Präzisionspolymeren

Chemikern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es gelungen, den Aufbau von Präzisionspolymeren durch lichtgetriebene chemische Reaktionen gezielt zu steuern. Das Verfahren ermöglicht die genaue, geplante Platzierung der Kettengliedern, den Monomeren, entlang von Polymerketten einheitlicher Länge. Die präzise aufgebauten Makromoleküle bilden festgelegte Eigenschaften aus und eignen sich möglicherweise als Informationsspeicher oder synthetische Biomoleküle. Über die neuartige Synthesereaktion berichten die Wissenschaftler nun in der Open Access Publikation Nature Communications. (DOI: 10.1038/NCOMMS13672)

Chemische Reaktionen lassen sich durch Einwirken von Licht bei Zimmertemperatur auslösen. Die Forscher am KIT nutzen diesen Effekt, um unter Licht die...

Im Focus: Neuer Sensor: Was im Inneren von Schneelawinen vor sich geht

Ein neuer Radarsensor erlaubt Einblicke in die inneren Vorgänge von Schneelawinen. Entwickelt haben ihn Ingenieure der Ruhr-Universität Bochum (RUB) um Dr. Christoph Baer und Timo Jaeschke gemeinsam mit Kollegen aus Innsbruck und Davos. Das Messsystem ist bereits an einem Testhang im Wallis installiert, wo das Schweizer Institut für Schnee- und Lawinenforschung im Winter 2016/17 Messungen damit durchführen möchte.

Die erhobenen Daten sollen in Simulationen einfließen, die das komplexe Geschehen im Inneren von Lawinen detailliert nachbilden. „Was genau passiert, wenn sich...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

Die Perspektiven der Genom-Editierung in der Landwirtschaft

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Forscher finden «Krebssignatur» in Proteinen

05.12.2016 | Biowissenschaften Chemie

Wichtiger Prozess für Wolkenbildung aus Gasen entschlüsselt

05.12.2016 | Geowissenschaften

Frühwarnsignale für Seen halten nicht, was sie versprechen

05.12.2016 | Ökologie Umwelt- Naturschutz