GrünPlusSchule@Ballungszentrum - Hocheffiziente Fassaden- und Dachbegrünung mit Photovoltaik Kombination; optimale Lösung für die Energie­effizienz in gesamt­ökologischer Betrachtung

Im Rahmen dieses Projektes wurden an einer Wiener Schule unter Einbindung von SchülerInnen, unterschiedliche Gebäudebegrünungs-Systeme und Pflanzen-/Substratarten, kombiniert mit verschiedenen PV-Modulen, untersucht und ihre Einflüsse auf das hygro­thermische Verhalten der Gebäude, Energiesparpotential, Raumluftqualität, Luftfeuchtigkeit, Beschattung, Lärmminderung, Wasserrückhaltung und des Wärmeinseleffekts wissenschaftlich erläutert.

Kurzbeschreibung

Im vorliegenden Projekt wurden multifunktionale Wand-, Fassaden- und Dachsysteme untersucht. Dafür wurde eine Schule in einem Altbaugebäude im urbanen Umfeld begrünt. An ausgewählten Wänden im Innenraum wurden vertikale Begrünungssysteme angebracht, an den Außenfassaden wurde Fassadenbegrünung und am Flachdach Dachbegrünung installiert. Die Fassaden- und Dachbegrünung wurde an ausgewählten Stellen mit semitransparenten Photovoltaikzellen kombiniert, um sowohl Synergien, als auch Hürden zwischen Begrünung und Photovoltaik zu erforschen. Die Installation der Begrünung erfolge in einem partizipativen Prozess, gemeinsam mit SchülerInnen und LehrerInnen. Das Monitoring, die Pflege und Wartung sowie das Erforschen der Projektergebnisse wurde vom LehrerInnenteam in den Unterricht eingebaut.

Die installierten Begrünungssysteme wurden hinsichtlich ökologischer und ökonomischer Komponenten untersucht und analysiert. Dabei wurde jeweils der gesamte Lebenszyklus berücksichtigt und Empfehlungen für zukünftigen Forschungsbedarf herausgearbeitet.

Hinsichtlich der System(komponenten)eignung der unterschiedlichen Begrünungsformen für den Schulbetrieb wurden folgende Erkenntnisse gewonnen: Je dicker ein Vegetationsträger (je dicker die Substratstärke) ist, umso resilienter ist das System, da es nicht so schnell austrocknen kann und Temperaturschwankungen besser ausgeglichen werden. Horizontale Systeme haben eine homogenere Wasserverteilung als vertikal angebrachte Vegetationsträger, da die Schwerkraft weniger Auswirkungen hat. Die Zugänglichkeit der Begrünung sowie der Steuerung ist sehr wichtig: nur leicht erreichbare Stellen werden häufig gepflegt, und nur einfach einzusehende Steuerungen werden kontrolliert. Die Hemmung, eine Zeitschaltuhr einzustellen, ist geringer, als einen Bewässerungscomputer zu bedienen. Mechanische Zeitschaltuhren sind am leichtesten zu verstehen, sorgen jedoch für Verwirrung, wenn die Zeit nach einem Stromausfall verstellt ist (digitale Zeitschaltuhren haben im Gegensatz dazu einen Pufferspeicher, der die Einstellungen beibehält). Online überwachbare Anlagen können Fehlermeldungen versenden und sind übersichtlicher zu bedienen. Generell ist die Hemmschwelle in ein System einzugreifen umso höher, je technischer das System ist.

Geeignet zum Arbeiten mit Kindern sind vegetativ vermehrbare Pflanzengattungen wie: Grünlilie, Bogenhanf, Efeu Tute, Baumfreund, Dreimasterblume, Blutständel.

Die Forschungsergebnisse haben gezeigt, dass die fassadengebundenen Begrünungssysteme den U-Wert einer nicht gedämmten Fassade reduzieren. Die Reduktion ist von den Hinterlüftungsöffnungen und von der Größe der Begrünungsfläche abhängig. An ungedämmten Gebäuden ist eine Verbesserung von ca. 20 % möglich. Die Innenraumbegrünung verbessert die hygrothermische Behaglichkeit. In dem hier untersuchten Fallbeispiel ist es im Winter um 73 % häufiger behaglich, wenn der Raum begrünt ist. Das liegt an der Erhöhung der Luftfeuchtigkeit im Raum. Es konnte festgestellt werden, dass trotz erhöhter Luftfeuchtigkeit die Konzentration von Schimmelsporen gegenüber nicht begrünten Räumen und der Außenluft nicht erhöht wird. Die Staubkonzentration wurde hinsichtlich den Feinstaubgrößen PM1, PM2,5 PM4 PM10 untersucht. In begrünten Räumen ist die Konzentration geringer, als in nicht begrünten Räumen. Je nach Partikelgröße variiert die Differenz. Die CO2-Konzentration nimmt aufgrund der Pflanzen während der Tageszeit ab, da Pflanzen Photosynthese betreiben. Die Abnahme der CO2-Konzentration ist allerdings so gering, dass sie im laufenden Schulbetrieb keine relevanten Auswirkungen hat. Die angebrachte Begrünung erhöhte die äquivalenten Schallabsorptionsflächen. In weiterer Folge reduziert das die Nachhallzeit. Je nach Begrünungssystem und Schallfrequenz ist die Reduktion der Nachhallzeit unterschiedlich. Die Kombination von Photovoltaik und Begrünung führt zu einer geringen Modultemperatur an besonders heißen ertragreichen Tagen. Die geringere Modultemperatur erhöht wiederum den Wirkungsgrad der Module. Die größte Hürde an der Kombination von Photovoltaik und Begrünung ist die Wartung des Begrünungssystems. Mittels Zu- und Abflussmessungen könnte die Verdampfungsenergie von Fassadenbegrünung an heißen Sommertagen bestimmt werden. Sie beträgt an besonders heißen Tagen südseitig bis zu 2 kWh/m² Grünfläche und Tag.

Publikationen

Hocheffiziente Fassaden- und Dachbegrünung mit Photovoltaik-Kombination. Optimale Lösung für die Energieeffizienz in gesamtökologischer Betrachtung (GrünPlusSchule@Ballungszentrum)

Im Rahmen dieses Projektes wurden an einer Wiener Schule unter Einbindung von SchülerInnen, unterschiedliche Gebäudebegrünungs-Systeme und Pflanzen-/Substratarten, kombiniert mit verschiedenen PV-Modulen, untersucht und ihre Einflüsse auf das hygro­thermische Verhalten der Gebäude, Energiesparpotential, Raumluftqualität, Luftfeuchtigkeit, Beschattung, Lärmminderung, Wasserrückhaltung und des Wärmeinseleffekts wissenschaftlich erläutert. Schriftenreihe 27/2019
A. Korjenic, D. Tudiwer, M. S. Penaranda Moren, J. Hollands, T. Salonen, M. Mitterböck, U. Pitha, I. Zluwa, R. Stangl, J. Kräftner, K. Gump, G. Becker
Herausgeber: BMVIT
Deutsch, 137 Seiten

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Projektbeteiligte

Projektleitung

Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. Azra Korjenic - Forschungsbereich für Bauphysik und Schallschutz, Institut für Hochbau und Technologie, Technische Universität Wien

Projekt- bzw. KooperationspartnerInnen

  • Universität für Bodenkultur Wien (BOKU) - Institut f. Ingenieurbiologie und Landschaftsbau, Fachbereich Vegetationstechnik (IBLB)

    • O. Univ. Prof. Dr. Florin FLORINETH Departmentleitung, Institutsleitung
    • Univ. Ass.in DIin Dr.in Ulrike PITHA stellv. Institutsleiterin
  • ATB - Becker e.U., Ing. DI (FH) Gernot Becker
  • Kräftner Landschaftsarchitektur, Dipl. Ing. Joachim Kräftner

Kontaktadresse

Technische Universität Wien
Institut für Hochbau und Technologie
Forschungsbereich für Bauphysik und Schallschutz
Karlsplatz 13/206-2
A-1040 Wien
Tel.: +43 (1) 58801 - 20662
Fax: +43 (1) 58801 - 920662
E-Mail: azra.korjenic@tuwien.ac.at
Web: www.bph.tuwien.ac.at
Web: Projekt auf der Website der technischen Universität Wien