Blaugrüne Quartiere gestalten

Mit zunehmender Nachverdichtung städtischer Quartiere rückt die multifunktionale Flächennutzung immer stärker in den Fokus der Stadtplanung. Dachflächen werden zu Regenwasserspeichern und begehbaren Terrassen, auf den Tiefgaragen im Untergeschoss entstehen Innenhöfe mit Grünanlagen. Beide Arten von Gründächern − auf dem Dach und der Tiefgarage − dienen als Aufenthaltsorte für Anwohnende und bieten wertvollen Freiraum. Doch das System und die Gestaltung dieser Gründächer entscheidet maßgeblich über die Aufenthaltsqualität. Flächen müssen nicht nur optisch ansprechend, sondern auch mikroklimatisch wirksam sein, um der zunehmenden Hitze in Städten entgegenzuwirken.

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Mehr Wasser, mehr Wirkung − warum Blaugrün die Zukunft ist

Blaugrüne Gründachsysteme unterscheiden sich in ihrer Bauweise von klassischen Gründachsystemen in einigen wichtigen Merkmalen: Sie speichern Regenwasser in deutlich größeren Mengen und erzielen Verdungstungsleistungen für ein verbessertes Mikroklima. Retentionsdächer verfügen über eine Schicht aus Wasser-Retentionsboxen, die ein flächiges Retentionsvolumen bilden. Zusätzlich ermöglichen Kapillarbrücken den Transport des gespeicherten Regenwassers zurück in die Substratschicht, während ein Kapillarvlies das Wasser optimal im darüber liegenden Substrat verteilt. Besonders die Kapillarbrücken sorgen für eine dauerhaft hohe Substratfeuchte, solange der Retentionsraum Wasser enthält: Ein Retentionsdach mit 15 cm Substrat kann eine konstante Substratfeuchte von 18 % über fünf heiße Sommertage hinweg halten. Die hohe Substratfeuchte ermöglicht hohe Verdunstungsleistungen und bewirkt kühlere Umgebungstemperaturen im Vergleich zu klassischen Gründächern.

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Wirksamkeit trotz Klimawandel?

Blaugrünen Dachflächen und deren Einfluss auf das Umgebungsklima sind wesentlich für die Gestaltung von Städten mit hoher Aufenthaltsqualität. Doch genau wie anderem Stadtgrün droht der Vegetation auf diesen Flächen Klimastress: Die Temperaturen in urbanen Räumen sind im Verhältnis zum Umland bereits jetzt deutlich wärmer, im Jahresdurchschnitt etwa 2-4 °C, im Sommer bis zu 10°C (DWD). Zukünftig werden weiter steigende Temperaturen und veränderte Niederschlagsmuster mit immer häufigeren und längeren Trockenphasen zu erheblichen Dürreschäden sowie hohen Kosten für Pflege oder Wiederherstellung von Grünflächen führen. Zusätzlich erwärmt sich aufgrund des Wassermangels und der ausbleibenden Kühlleistung durch Verdunstung, die Umgebungsluft.

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Kein Grün ohne Blau

Um Außenanlagen und Gebäudebegrünungen widerstandsfähig gegen das veränderte Klima zu machen, sind Bewässerungssysteme unerlässlich. Damit kann selbst bei extremer Trockenheit grüne und verdunstungsaktive Vegetation erhalten werden. Konventionelle Lösungen, wie beispielsweise Sprinkler oder Tropfschläuche, sind durch den Materialeinsatz und aufwändigen Einbau teuer in der Anschaffung. Im laufenden Betrieb und gerade bei lange ausbleibendem Niederschlag wird viel Wasser verbraucht, teilweise wird ineffizient oder unnötig bewässert. Zudem erfordern die empfindlichen Komponenten über das Jahr hinweg Ersatz und regelmäßige Wartung – insbesondere vor dem Winter – was zusätzliche Kosten verursacht.

Eine Alternative ist die passive Bewässerung über den Wasseranstau im Retentionsdach. Wasser- Retentionsboxen in der Dachbegrünung werden als Speicher für den Überflutungsschutz und die dauerhafte Speicherung von Wasser genutzt. Das notwendige Speichervolumen wird aufgrund der DIN 1986-100 in Deutschland bei den meisten urbanen Grundstücken ohnehin realisiert. Für den Überflutungsschutz werden Rückhalteräume gebaut, in denen temporär Wasser eingestaut wird. Sie sind für Niederschläge mit hohen Jährlichkeiten ausgelegt, werden deshalb aber nur selten komplett gefüllt und laufen nach Regenereignissen langsam wieder leer.

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Das Upgrade für Retentionsdächer

Erst eine intelligente Steuerung ermöglicht die Doppelnutzung der Rückhalteräume: Es ist sichergestellt, dass die Speicher vor einem Starkregenereignis leer sind, während in der übrigen Zeit Niederschlag für die Bewässerung eingestaut wird. Die Ergänzung innovativer Mess- und Steuerungsanlagen ist eine ressourcenschonende und wirtschaftliche Lösung für die Bewässerung mit Regenwasser. Durch gezielten, vorausschauenden Umgang mit Niederschlag kann der Wasserbedarf für grüne Städte gedeckt werden. Gleichzeitig wird auch die Verwendung von Trinkwasser für die Bewässerung minimiert.

Wettervorhersage als Steuerungsinstrument

Der Wasserstand auf einem Retentionsdach lässt sich mittels einer steuerbaren Ablaufdrossel überwachen und regulieren. Das über dem Dachablauf installierte Gerät bleibt im Grundzustand geschlossen, wodurch Wasser angestaut wird. Bei Bedarf öffnet sich die Drossel, und Wasser wird mit einer einstellbaren Durchflussrate abgelassen. Die Steuerung erfolgt auf Basis der gemessenen Wasserstände auf der Dachfläche sowie der Wettervorhersagedaten. Die erwarteten Einstauhöhen in den Wasser-Retentionsboxen werden mit den definierten Maxima verglichen. Sollte eine Überfüllung des Speichers drohen, entleert sich der Retentionsraum vor dem Regeneintritt teilweise oder vollständig. So wird ausreichend freies Volumen geschaffen, um den anstehenden Niederschlag zurückzuhalten.

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Wasserverfügbarkeit auf Dächern

In Deutschland und den Niederlanden sammelt der Gründdachsystem-Hersteller Optigrün kontinuierlich Daten von Gebäuden, um festzustellen, ob die Begrünung zuverlässig über Retentionsdächer bewässert wird. Die Geräte zur Steuerung des Wasserabflusses installierte der Hersteller zwischen 2020 und 2023. In den Bereichen mit extensiver Begrünung lag der Wasserstand 74% der Zeit über 10 mm, bei intensiven Begrünungen sogar 82%. Der Wert von 10 mm wurde aufgrund der Analysemethode festgelegt. Ein Wasserstand unter 10 mm bedeutet nicht zwangsläufig, dass die Pflanzen sofort Trockenstress erleiden, da noch Wasser im Substrat vorhanden ist. Die Daten zeigen, dass niedrige Wasserstände normalerweise nur für wenige Tage hintereinander auftreten – auch im Sommer. Die intelligente Steuerung des Wasserabflusses auf dem Dach sorgt somit bereits für eine effektive Bewässerung durch den Regen, der ohnehin auf das Dach fällt, und gewährleistet gleichzeitig den Überflutungsschutz.

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Vorsorge für extreme Dürresommer

Bei immer längeren Trockenphasen oder in sehr trockenen Regionen kann jedoch auch ein Retentionsdach mit wettervorhersagebasierter Steuerung an seine Grenzen kommen. Mit Fortschreiten des Klimawandels wird es zunehmend Zeiten geben, in denen der anfallende Niederschlag nicht mehr ausreicht, um Grünflächen zu erhalten. Was wäre, wenn ein kleiner Schacht mit minimalem Wasserverbrauch diese Zeiten überbrücken könnte? Wassernachspeisung für Dachbegrünungssysteme mit Wasser-Retentionsboxen und Smart Flow Control können für Abhilfe sorgen. In dem Aluminiumschacht ist ein Ventil verbaut, dessen Antrieb über eine Leitung mit einer intelligenten Ablaufdrossel verbunden ist. Darüber erfolgt die Stromversorgung ebenso wie die Übermittlung von Steuerungsbefehlen. Zusätzlich ist nur der Anschluss an eine Wasserzuleitung erforderlich. Aufgrund der robusten Komponenten, kann das System sowohl mit gespeichertem Regenwasser aus einer Zisterne als auch mit Trinkwasser betrieben werden.

Der Wasserspeicher hat zwei entscheidende Funktionen:

• Retentionsdächer bei Trockenheit auffüllen − sobald der frei definierbare Mindestwasserstand in den Wasser-Retentionsboxen unterschritten wird, öffnet sich das Ventil und Wasser wird in die WRB geleitet.
• Keine Bewässerung bei Niederschlag − wenn Niederschlag vorhergesagt ist oder der Wasserstand aufgrund einer Öffnung unter das Minimum fällt, erfolgt keine Bewässerung.

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Blaugrün im Fokus der Forschung

Doch wie wirkt sich ein Retentionsdach mit dauerhaft gefülltem Wasserspeicher auf eine gesamte Wohnsiedlung aus? Die Untersuchung des Forschungsprojekts Leipziger Blaugrün II liefert Erkenntnisse. Das Forschungsprojekt unter der Leitung des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) hat sich zum Ziel gesetzt , eine Grundlage für die nachhaltige und klimaangepasste Stadtentwicklung zu schaffen und die wassersensitive Raumplanung voranzutreiben. Gefördert wurde das Forschungsprojekt vom Bundesministerium für Bildung und Forschung. Im Fokus steht ein blaugrüner Leipziger Innenhof, in dem über ein Jahr hinweg Luft- und Oberflächentemperaturen gemessen wurden. Darüber hinaus erfasste eine Simulation des Fraunhofer Instituts für Bauphysik die mikroklimatischen Verhältnisse und Effekte der blaugrüner Infrastruktur.

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Oberflächentemperaturen

Die Thermalaufnahmen des Innenhofs zeigen deutliche Temperaturunterschiede zwischen den verschiedenen Oberflächen. Besonders treten die gepflasterten Wegeflächen, der mit Fallschutzmatten ausgestattete Spielplatz, sowie die metallenen Balkongeländer und die Attika hervor. Diese Oberflächen erreichen an einem durchschnittlichen Sommertag Temperaturen von rund 50°C. Die mit dem Retentionsdach begrünten Rasenflächen hingegen sind rund 20°C kühler. An besonders heißen Tagen, wie an einem Tag im Juli mit einer Lufttemperatur von 32,5°C, heizt sich der Spielplatz sogar auf Temperaturen von mehr als 70°C auf. Die Oberfläche des Retentionsdaches mit Rasen ist zum gleichen Zeitpunkt 30 °C kühler.

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Lufttemperaturen und Verdunstungsleistung

Versiegelte Oberflächen heizen sich tagsüber nicht nur stärker auf, sondern bleiben aufgrund ihrer hohen Wärmespeicherkapazität auch länger warm. Dies wirkt sich auch auf die Umgebungstemperaturen aus, bis in die Nacht hinein. Die Lufttemperatur in 1,5 m Höhe über der blaugrünen Oberfläche ist um 1,38 °C kühler als über einer versiegelten Fläche. Selbst der Unterschied zwischen dem blaugrünen und dem traditionell begrünten System beträgt noch 1,08 °C. Dies lässt sich unter anderem auf die Verdunstungsleistung zurückführen, denn das blaugrüne System versorgt die Vegetation zuverlässig mit Regenwasser aus dem Wasserspeicher. Beispielsweise verdunstet ein Retentionsdach im Sommer täglich 3,6 l/m², ein vergleichbares Gründach mit geringerer Wasserspeicherkapazität jedoch nur 2,56 l/m². Somit eignet sich ein Gründach mit großem Wasserspeicher, Daueranstau und passive Bewässerung über Kapillarbrücken am besten, um die Lufttemperaturen im Sommer zu senken.

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Aufenthaltsqualität

Geringere Hitzebelastung im Sommer bedeutet eine bessere Aufenthaltsqualität. Die Hitzebelastung wird anhand des Universal Thermal Climate Index (UTCI) beschrieben, der neben der Lufttemperatur auch Faktoren wie Windgeschwindigkeit, Luftfeuchtigkeit und die mittlere Strahlungstemperatur berücksichtigt. Diese Faktoren beeinflussen das Temperaturempfinden des Menschen, indem sie beispielsweise die Wärmeabgabe durch Wind oder die Aufnahme von Strahlungswärme verändern. Zur besseren Verständlichkeit wird die Hitzebelastung in Grad Celsius angegeben. Die Mikroklimasimulation des Fraunhofer Instituts für Bauphysik im Rahmen des Forschungsprojekts Leipziger Blaugrün II zeigt, dass der Einsatz blaugrüner Infrastruktur die Aufenthaltsqualität im Gegensatz zu einer versiegelten Oberfläche deutlich verbessert: Ein begrünter Innenhof senkt die Hitzebelastung zur Mittagszeit großflächig um 1-3°C im Vergleich zu einem Szenario, in welchem der Innenhof vollflächig versiegelt worden wäre.

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Blaugrünes Dächer sind eine Alternative für Städte, die sich an die Folgen des Klimawandels anpassen müssen. Die Ergebnisse des interdisziplinären Forschungsprojektes belegen, dass solche Systeme kühlere Oberflächen und Lufttemperaturen sowie eine höhere Aufenthaltsqualität durch reduzierte Hitzebelastung schaffen. Die intelligente Steuerung von Wasserablauf und -zulauf ermöglichen diese Funktionalität auch bei langanhaltender Trockenheit und Wassermangel. 

Fachwissen zum Thema

Bauwerke zum Thema

Surftipps

• www.optigruen.de > Optigrün Retentionsdach: Einleitbeschränkung Drossel extensiv und einfach intensiv
• www.optigruen.de  > Optigrün Ablaufdrossel Smart Flow Control SFC