nt 01 | 2025 Leben im Klimawandel
Gebäudebegrünung messbar machen
Martina Majcen, Daniel Rüdisser, Waldemar Wagner, Peter Gruber, Susanne Formanek, Elisabeth Leitner, Rudolf Bintinger, Ulrike Pitha, Bernhard Scharf, Philipp Spörl, Udo Buttinger
In einer Welt, die mit den Herausforderungen des Klimawandels und der Urbanisierung konfrontiert ist, bietet die Begrünung von Gebäuden innovative Lösungen für eine nachhaltige Stadtentwicklung. Das Forschungsprojekt MARGRET („Messtechnische Erfassung begrünter/nicht begrünter Objekte zur Adaptierung von Berechnungsmodellen“) untersucht in einem kontrollierten Prüfsetting, wie Fassaden- und Dachbegrünungen die Energieeffizienz von zeitgemäß gedämmten Gebäuden beeinflussen und so zur Klimaneutralität beitragen können. Gestützt auf interdisziplinäre Expertise hat MARGRET zum Ziel, standardisierte Messverfahren und Kennwerte zu entwickeln, um die Wirkung von Gebäudebegrünungen quantitativ zu erfassen und damit die Implementierung in Normen und Energieausweise voranzutreiben.
Die Vision von MARGRET
Gebäudebegrünungen wirken wie natürliche Klimaanlagen: Sie reduzieren die Aufheizung von Fassaden und Dächern, kühlen durch Verdunstung und bieten gleichzeitig Lebensraum für Flora und Fauna. Neben der direkten Verbesserung der Wohnqualität tragen sie im Außenraum dazu bei, städtische Hitzeinseln zu mindern. Mit der Schaffung einer wissenschaftlich fundierten Basis für die Integration dieser Grünstrukturen in bauliche Energiestandards und Normen knüpft die vom BMK über die FFG beauftragte Studie direkt an das österreichische Forschungsprojekt GREENergieausweis an¹.
Limitationen bisheriger Forschungen zum Thema
Trotz der Vielzahl an Studien mit Messungen an Wand- und Dachbegrünungen, die in den letzten Jahren veröffentlicht wurden, ist es bisher noch nicht gelungen, daraus allgemeingültige Werte und Messverfahren abzuleiten. Ein Grund dafür ist, dass kaum Untersuchungen an Objekten mit zeitgemäßem Gebäudestandard vorliegen. Eine Ausnahme bildet die kürzlich abgeschlossene Studie am Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP². Messungen einer wandgebundenen Begrünung ergaben im Raum hinter der Grünfassade eine um knapp 2 K niedrigere innere Oberflächentemperatur und einen um bis zu 10 W/m² reduzierten Wärmestrom im Vergleich zum identischen unbegrünten Testraum. Studien an realen begrünten Gebäuden haben das Problem, dass selten ein unbegrünter Referenzraum mit identischen Ausgangsvoraussetzungen (Wandaufbau, Orientierung, Fensterflächen) zur Verfügung steht. Dadurch ist es schwierig, die gemessenen Werte eindeutig Effekten der Begrünung zuzuordnen. Der dynamische Charakter von Begrünungen ist, im Gegensatz zu statischen Bauelementen, die sich jahrzehntelang nicht verändern, wesentlich schwieriger mit Kennwerten zu beschreiben.
Innovative Messmethoden und Forschungsansätze
MARGRET begegnet diesen Herausforderungen, indem die Fassadenprüfbox bei AEE INTEC, die über zwei identische, thermisch entkoppelte Räume verfügt, für die Messungen herangezogen wird. Die Prüfbox ist mit umfangreicher Messtechnik ausgestattet und seit 2017 erfolgreich im Einsatz. Mit Ausnahme der Testfassade werden die Wärmeströme von fünf Umschließungsflächen thermisch kompensiert, sodass ein Wärmeaustausch nur über die begrünte bzw. die nicht begrünte Referenzfassade möglich ist. Um verschiedene Arten von Grünfassaden messen zu können, wurden 3x3 Meter große, mobile Fassadenbegrünungen errichtet, die abwechselnd vor der Prüffassade montiert werden. Dazu gehören troggebundene Klettersysteme mit Wisteria sinensis (Chinesischer Blauregen) sowie Parthenocissus quinquefolia (Wilder Wein) und eine Living Wall der Naturebase GmbH (https://www.naturebase.at). Ein von der Universität für Bodenkultur ferngesteuertes Bewässerungssystem und eine Düngerpumpe stellen die optimale Versorgung der Pflanzen sicher.
Zusätzlich wurden zwei identische Dachbegrünungstestboxen mit konditioniertem darunterliegendem Hohlraum, eingebauter Sensorik und aktuellem Dämmstandard errichtet. Eine Testbox wurde mit reduzierter Intensivbegrünung und eine mit bekiestem Referenzdach ausgestattet. Beim Versuchsaufbau wurden die ÖNORM L1131, Begrünung von Dächern und Decken auf Bauwerken, sowie ÖNORM L1136, Vertikalbegrünung im Außenraum, eingehalten, deren Entwicklung vom Verband für Bauwerksbegrünung und GRÜNSTATTGRAU als Partner begleitet wurde.
Die verwendete Sensorik erfasst eine Vielzahl von Parametern, darunter Temperatur, Luftfeuchtigkeit, solare Einstrahlung, Wärmeströme und Wasserverbrauch. Parallele Messkampagnen der BOKU Wien bestimmen Leaf Area Index (LAI), den Deckungsgrad der Bepflanzung, die stomatäre Leitfähigkeit sowie die Transpiration und geben Aufschluss über die Vitalität der Begrünung.
Die mobile Living Wall. Fotos: AEE INTEC / Martina Majcen
Neuheit: Messung des Verschattungseffektes mittels PyroScanner
Bisherige Messungen zur Verschattung durch Grünfassaden waren meist dadurch limitiert, dass die Messergebnisse mit ortsfesten Pyranometern die räumlich fluktuierende Einstrahlung nicht erfassen können, da die konkrete Anordnung von Vegetationsbestandteilen (vor allem Blätter) die Messungen stark beeinflusst und sich im Laufe des jährlichen Wachstums verändert. Damit sind keine aussagekräftigen Messungen für die gesamte Fassade oder Fensterfläche möglich. Die Verschattungswirkung von begrünten Fassaden, insbesondere vor transparenten Fassadenelementen, stellt jedoch die maßgebliche energetische Wirkung der Grünfassade auf das Gebäude dar. Um dieses Problem zu lösen, wurde ein bewegliches Pyranometer auf einer zweiachsigen, mikrocontrollergesteuerten Router-Plattform montiert. Das Pyranometer wird auf einer speziell optimierten Route hinter dem Fenster geführt und erfasst die fluktuierende Einstrahlung an einer Vielzahl von Messpositionen. Durch Auswertung dieser Messungen kann die durch die Grünfassade hervorgerufene Änderung der Transmissionseigenschaften des Fensters für unterschiedliche Bewuchsstände und Einstrahlungsverhältnisse ermittelt werden.
Der Pyroscanner. Foto: AEE INTEC
Grafische Darstellung der erfassten Messpunkte in einem Scandurchgang. Foto: AEE INTEC
Webbasierte Echtzeit-Verfolgung der Messungen am digitalen Zwilling
Ein 3D-Modell der Teststände und Sensoren ermöglicht über den webbasierten BIM-Viewer buildingtwin.at³, der von AEE INTEC entwickelt wurde, dem gesamten Konsortium einen ortsunabhängigen Zugriff auf die erfassten Echtzeit-Messdaten. Durch die zusätzliche räumliche Zuordnung der Messdaten können Live-Diskussionen über Ergebnisse besonders effizient geführt werden. Diese Technologie wird künftig auch bei weiteren Demonstrationsprojekten im Monitoring zum Einsatz kommen.
Erste Erkenntnisse und Herausforderungen
Die bisher gewonnenen Ergebnisse zeigen, dass Fassadenbegrünungen im Sommer die Oberflächentemperaturen von Gebäuden signifikant senken und den Wärmestrom ins Gebäude sowohl verzögern als auch verringern. Bei der Dachbegrünung ergaben die ersten Messungen, dass selbst bei zeitgemäßem Dämmstandard noch eine Verringerung des sommerlichen Hitzeeintrags nachweisbar ist. Spannend sind auch die Erkenntnisse aus Versuchen zur Abflussverzögerung und Regenwasserretention bei plötzlichen Regenereignissen, die gerade aufgrund ihrer Relevanz für die Klimawandelanpassung in der Messperiode 2025 weiter vertieft werden.
Besonders aufschlussreich sind die Erkenntnisse zur Verschattungsleistung von Kletterpflanzen: Bei einer Messung im Anwuchsjahr konnte ein Bewuchs mit Wildem Wein im abgedeckten Teil bereits einen Abminderungsfaktor der Solarstrahlung von ca. 70 Prozent erreichen. Eine weitere Erhöhung ist durch das dichtere Wachstum im zweiten Jahr noch zu erwarten. Eine interessante Erkenntnis ist, dass dieser Verschattungseffekt bei diffusem oder seitlichem Lichteinfall reduziert wird, da er zum Teil von durch die Blätter in den Raum gestreutem Licht kompensiert wird. Dieser Effekt ist vorteilhaft, da die Beschattungswirkung somit bei starkem, direktem Sonneneinfall ihren Höchstwert erreicht, aber reduziert ist, wenn weniger Licht zur Verfügung steht.
Integration in Normen gemeinsam mit Expert*innen
Ein zentraler Schwerpunkt von MARGRET besteht in der Ausarbeitung von Empfehlungen zur Anpassung bestehender Bau- und Energienormen. Es werden relevante Kenngrößen bestimmt, um damit die Weiterentwicklung von Berechnungsmodellen und -verfahren zu unterstützen. Beispielsweise werden pflanzenspezifische Verschattungsfaktoren für Fassadenbegrünungen ermittelt. Diese sollen sowohl in Energieausweise als auch in dynamische Berechnungsmodelle integriert werden können. Auch könnten etwa Substrate von Gründächern in die tabellierten Wärmeschutzwerte der ÖNORM B 8110 aufgenommen werden. Projektpartner IBO (Institut für Bauen und Ökologie)⁴ ist hier federführend bei der Entwicklung von Kennwerten und Berechnungsformeln und GRÜNSTATTGRAU sorgt für hochkarätigen Fachaustausch und Stakeholder*inneneinbindung mittels Workshops und der Einrichtung der internationalen Austauschgruppe U-Green im DACH Raum. Die MARGRET Projektpartner*innen sind gleichzeitig in die „Schwesternprojekte“ HEDWIG⁵ und GlasGrün⁶ involviert, wodurch Messergebnisse zwischen den Projekten verglichen und diskutiert werden können.
Fazit: Grün als Zukunftsstrategie
Das Projekt MARGRET zeigt, dass Bauwerksbegrünungen weit mehr sind als ein ästhetisches Element. Sie bieten einen vielfältigen Mehrwert für Klimaschutz, Energieeffizienz und Lebensqualität. Die Ergebnisse von MARGRET könnten wegweisend für die fundierte Integration von Grünstrukturen in Bauplanungen, Energiebedarfs- bzw. Energieverbrauchsberechnungen und Normen sein.
Kommentar
"Die immer häufiger werdenden Extremwetterereignisse zeigen uns, wie dringend die Anpassung an den Klimawandel ist. Nur durch gezielte Maßnahmen können wir Städte zukunftsfähig und resilient gestalten. FTI schafft dafür die Grundlage, indem sie nachhaltige Lösungen und Technologien wie z.B. klimafitte Gebäude, urbane Begrünungssysteme und innovatives Wassermanagement entwickelt."
Das Forschungsprojekt MARGRET ist eine F&E Dienstleistung für das BMK im Rahmen des Programms TIKS „Technologien und Innovationen für Klimaneutrale Städte“.
Weiterführende Informationen
Literatur
¹ https://nachhaltigwirtschaften.at/de/sdz/publikationen/schriftenreihe-2021-43-green-energieausweis.php
² https://www.th-nuernberg.de/fileadmin/fakultaeten/ar/Forschung2/Konstruktion_und_Technik/Abschlussberichte/GreenFaBS-Schlussbericht-03ET1636A_B-220427-Web.pdf
³ https://buildingtwin.net/
⁴ https://www.ibo.at/
⁵ https://www.ibo.at/forschung/referenzprojekte/data/hedwig
⁶ https://gruenstattgrau.at/projekt/glasgruen/
Autor:innen
Dipl.-Ing.in Dr.in med. Martina Majcen und Dipl.-Ing. Dr. Daniel Rüdisser sind wissenschaftliche Mitarbeiter des Bereichs „Gebäude“ bei AEE INTEC. Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!, Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!
Peter Gruber, BSc. ist wissenschaftlicher Mitarbeiter und Ing. Waldemar Wagner ist Leiter des Bereichs „Technischer Labor und Daten“ bei AEE INTEC. Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!, Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!
Dipl.-Ing.in Susanne Formanek ist Geschäftsführerin von GRÜNSTATTGRAU, Präsidentin des IBO, Präsidialratsmitglied Austrian Standards International ASI und Vorständin des Innovationslabors RENOWAVE.AT. Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!
Elisabeth Leitner, BSc. ist Projektkoordinatorin/-mitarbeiterin bei GRÜNSTATTGRAU. Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!
Mag. (FH) Rudolf Bintinger ist Forschungsmitarbeiter bei der IBO GmbH. Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!
Priv.-Doz.in Dipl.-Ing.in Dr.in Ulrike Pitha ist Leiterin der Arbeitsgruppe Vegetationstechnik und Grüne Infrastruktur des Instituts für Ingenieurbiologie und Landschaftsbau, BOKU Wien. Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!
Dipl.-Ing. Dr. Bernhard Scharf ist Senior Scientist des Instituts für Ingenieurbiologie und Landschaftsbau, BOKU Wien. Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!
Dipl.-Ing. Udo Buttinger ist Projektmitarbeiter des Instituts für Ingenieurbiologie und Landschaftsbau, BOKU Wien. Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!
Dipl.-Ing. Dr. Philipp Spörl ist Projektmitarbeiter des Instituts für Ingenieurbiologie und Landschaftsbau, BOKU Wien. Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!