Aufwand und Ertrag von begrünten Fassaden: Low-Tech-Green Fassadenbegrünung

Im Jahr 2019 wurde DGJ Architektur mit der Planung eines Wohnprojekts mit gemeinschaftlicher Nutzung für die Genossenschaft „WohnWerk Mannheim eG“ (www.wohnwerk-mannheim.de) beauftragt. „Wir haben uns sehr über dieses Projekt gefreut“, erinnert sich der leitende Projektarchitekt und Partner bei DGJ, Frederik Ehling. „Nachhaltigkeit gehört zu unseren Kernthemen. Das ‚WohnWerk‘ wünschte sich ein architektonisches Konzept, das  gemeinschaftliches Leben und ein nachhaltiges, modernes Wohnen fördert. Perfekt für uns!“

Nachhaltigkeit sollte jedoch nicht nur im Wohnkonzept berücksichtigt werden, bei dem durch ein Holzbau-System eine flexible Wohnbebauung möglich wurde – diese kombiniert unterschiedliche Wohnungsgrößen von 2- bis 5-Zimmer-Wohnungen und gemeinschaftliche Nutzungen wie einen  Multifunktionsraum, Gästezimmer und gemeinsam genutzte Dachterrasse und Garten. Die Südfassade des „WohnWerks“ befindet sich direkt gegenüber dem Gelände der Bundesgartenschau 2023 in Mannheim auf der Konversionsfläche „SPINELLI“. Von dieser prominenten Lage inspiriert, hat DGJ eine besondere Fassade entwickelt: Eine Grünfassade, die nicht nur dem Gebäude selbst Verschattungsgewinne bringt, sondern auch einen visuellen und nachhaltigen Gewinn für das gesamte Quartier darstellt. „Aus vorherigen Projekten wissen wir, dass verfügbare Fassaden-Begrünungssysteme am Markt technisch sehr aufwendig und dementsprechend teuer sind. Nach eingehenden Gesprächen mit der Bauherrin haben wir uns entschlossen, unser eigenes System für die Grünfassade zu entwickeln“, erklärt Ehling.

Forschung für nachhaltige Grünfassaden: „Low-Tech-Green“

Der nächste Schritt war die Beantragung einer Forschungsförderung. Da bereits einige vorangegangene Forschungsprojekte von DGJ aus dem Förderprogramm „Zukunft Bau“ des Bundesinstituts für Bau-, Stadt- und Raumforschung (BBSR) unterstützt werden, lag eine Beantragung für die Grünfassade nahe. Das BBSR engagiert sich auf den Gebieten Energie, Umwelt und Klima. Neben empirischen Fragen widmet sich das Institut ebenso planerischen und konzeptionellen Ansätzen und unterstützte auch das „Low-Tech-Green“-Projekt. „Wir wollten eine konkrete, nachhaltige Stoßrichtung für unser Projekt verfolgen“, erläutert Ehling. „Fragen beantworten, für die es bisher im Bereich Grünfassaden keine Antworten und belastbaren Daten gab, beispielsweise: Wie lassen sich die technischen und baulichen Bauweisen vereinfachen? Und wie lassen sich die Vorteile der Begrünung – insbesondere im Hinblick auf die Verschattungswirkung – quantifizieren?“

Letzteres betrifft konkret die Bezifferung des Abminderungsfaktors für unterschiedliche Bepflanzungen im Nachweis des sommerlichen Wärmeschutzes nach DIN 4108 oder in der Energiebilanz nach DIN V 18599. Was sich auf dem Papier sperrig liest, ist für die Entscheidung einer Bauherrin für oder gegen eine Grünfassade unter Umständen entscheidend: Spart eine Grünfassade vor meinem Haus wirklich Energie? Oder ist sie eigentlich nur eine nette Deko, die auch noch kon­tinuierlich gepflegt werden muss? Die Forschungsarbeit „Low-Tech-Green“ von DGJ und den Forschungspart­nerinnen Hochschule für Wirtschaft und Umwelt Nürtingen-Geislingen (HfWU), ina Planungsgesellschaft und GKR Hydro hat nun erstmals den wis­senschaftlichen Nachweis erbracht: Grünfassaden zahlen effektiv auf die Verschattungswirkung von Gebäuden und damit auf Energieersparnis und Kostenschonung ein. Die Quantifizie­rung der positiven Effekte bietet eine mögliche Planungsgrundlage für den Nachweis des sommerlichen Wärme­schutzes nach DIN 4108-2 in weiteren Projekten mit ähnlicher Zielsetzung. Die Veröffentlichung der Details durch das BBSR erfolgt voraussichtlich Mitte 2024.

Grünfassaden können langfristig Kosten sparen

Die positiven Auswirkungen von be­grünten Fassaden beispielsweise auf das Mikroklima konnten bereits in verschiedenen Studien nachgewie­sen werden. Die Studie „Low-Tech- Green“ eröffnet nun eine Möglichkeit, die Fassadenbegrünung bei geeigneter Konstruktion und Pflege auch als Ver­schattungssystem einzusetzen. Eh­ling verweist auf die zahlreichen Vor­teile von Fassadenbegrünungen: „Vor Fenstern oder Glasfassaden kann sie durch die Verschattungsleistung und Verdunstungskühlung der Pflanzen zu einer Verringerung von Überhitzung führen. Die Vegetation bietet Lebens­raum für Tiere und unterstützt die Artenvielfalt. Die jetzt von uns nach­gewiesene Verschattungswirkung kann Energie und damit Kosten sparen.“

Ein weiteres, wichtiges Ziel des For­schungsprojekts war die Entwicklung einer Low-Tech-Bauweise, die mit ein­fachen baukonstruktiven und physika­lischen Grundprinzipien arbeitet und robuster und nachhaltiger zu betreiben ist als die aktuell am Markt verfügbaren, komplexen High-Tech-Lösungen. Be­grünung, Pflanzkübel, Stahlseile und Befestigung sind variabel anwendbar, je nach Einsatzort. Ehling ergänzt, dass es für die Forschung ein großer Vorteil war, dass das neue System nicht nur theoretisch entwickelt, sondern auch in einem konkreten Bauprojekt einem Praxistest unterzogen werden konnte.

Schritt für Schritt zu mehr Klimaschutz

Bis dahin waren verschiedene Herausforderungen zu bewältigen. Zuerst wurden die Grundlagen der Systementwicklung erarbeitet, darunter Re­cherche zu bestehenden Bauweisen, Best-Practice-Beispiele und bautech­nische Anforderungen wie Holz- und Brandschutz. Anschließend wurden die erforderlichen Kenngrößen für Parametrisierung, Evaluation und Si­mulation der ausgewählten Bauwei­sen entwickelt. Dabei wurde für das „WohnWerk“ eine bauphysikalische Sonnenstandsanalyse durchgeführt. Diese zeigt, für wie viele Stunden eine Fassade direktes Sonnenlicht erhält, und informiert somit spezifisch darüber, wo und zu welchen Zeiten mit Sonneneinstrahlung und Verschat­tung zu rechnen ist. Damit wurde die voraussichtlich ideale Platzierung der verschiedenen Pflanzenarten be­stimmt.

Die dritte Phase bestand in der konkre­ten Umsetzung von drei Testständen auf einem Grundstück der Technischen Hochschule Ostwestfalen-Lippe. Die Teststände wurden nach den Bauwei­sen konstruiert, die am erfolgverspre­chendsten für das Modellvorhaben in Mannheim waren: Eine Kombination aus boden- und wandgebundener Begrünung. Im Modellvorhaben wur­de ein Pflanzgefäß mit freier Wasserebene eingesetzt, um eine manuelle Bewässerung und wartungsarme Pfle­ge zu ermöglichen. Außerdem wurde die Konstruktion mit Wuchshilfen von nichtrostenden Stahlseilen ausgestat­tet, die eine direkte Verankerung der Pflanzen an der Holzkonstruktion ver­hindern. Die Pflanzen müssen anlass­bezogen zurückgeschnitten werden.

Die Teststände wurden unter unter­schiedlichen Witterungsbedingungen und mit Messungen zur Solareinstrah­lung, Temperatur und Feuchtigkeit begleitet. Die Ergebnisse der Simula­tionen wurden validiert und geeigne­te Begrünungsformen bestimmt. Die Pflanzen wurden auf ihre Belastbarkeit hin getestet. Bei gleichen Wasser- und Nährstoffbedingungen entwickelten sich einige Pflanzenarten gut, bei an­deren gab es Ausfälle, insbesondere unter den verschärften Klimabedin­gungen des Sommers 2022. Auf dieser Grundlage wurde eine Empfehlungs­liste einsetzbarer Pflanzen erstellt, aus denen eine Auswahl getroffen werden kann. Die Versorgungs- und Instand­haltungsanforderungen sowie die technische Detaillierung wurden kon­kretisiert. Die Ausschreibung für das „WohnWerk“ konnte beginnen.

Ein Nutzungskonflikt: Freie Sichtachsen vs. Verschattung

Die enge Abstimmung mit der Bauherrin und die partizipative Planung ergaben eine wichtige Erkenntnis: Fassadenbe­grünung kann je nach Anwendungsfall zu Nutzungskonflikten führen. Sie entstehen, wenn die wachsenden Pflanzen die Sicht durch Fenster, Terrassentüren oder gene­rell in der Architektur angelegte Sichtach­sen behindern. Die Holzkonstruktion des Hauses in Mannheim stellt technische Anforderungen an die Fassadenbegrü­nung. Im Sommer soll eine hohe Ver­schattungsleistung erreicht werden, um möglichst viel Energie zu sparen. Im Win­ter darf der (geringe) solare Ertrag nicht gemindert werden. Die Bewohner haben jedoch das Bedürfnis nach Ausblick in die Umgebung und ausreichendem Lichtein­fall in ihre Wohnungen. Die Forschenden erarbeiteten einen variablen Lösungsan­satz für dieses Problem. Die Positionie­rung und Auswahl der Pflanzen wurden an die Ergebnisse der Untersuchung des Sonnenstands im Jahresverlauf ange­passt. Hochwachsende Kletterpflanzen wurden vor Teilen der gesamten Fassade, versetzt vor den Fenstern in Richtung Sü­den, eingesetzt, wo die Sonne am meis­ten einstrahlt. Kleinere Pflanzgefäße mit entsprechenden Pflanzen wurden direkt an den Balkonen platziert, wo die unmit­telbare Sonneneinstrahlung keine große Rolle spielt. Sie können von den Nutze­rinnen und Nutzern auch als „kleiner Gar­ten“ genutzt werden. Die Sicht wird nicht behindert und die Holzkonstruktion bleibt frei von Begrünung.

Engagement der Nutzenden

Anfangsidee war es, das System einerseits einfach und kostengünstig zu konstru­ieren und andererseits mit den Vorteilen einer automatischen Bewässerung für den Pflanzerfolg zu kombinieren. Eine weitge­hend passive Technologie sollte das Was­ser durch die Schwerkraft in die Pflanz­tröge verteilen, indem auf dem Dach ein Zwischenspeichertank installiert wird. Um die potenzielle Energie (Lageenergie) nut­zen zu können, muss das Wasser auf das Dach gepumpt werden, was im Idealfall mithilfe des PV-Stroms erfolgt. Beim Mo­dellprojekt „WohnWerk“ wurde allerdings aus Kostengründen auf eine technische Bewässerung sowie Sensorik und Steue­rungstechnik verzichtet. Die Bewohnen­den des „WohnWerks“ erklärten sich be­reit, einen Großteil der Wartungs- und In­standhaltungsarbeiten, wie Bewässerung, Austausch und Rückschnitt der Pflanzen, selbst zu übernehmen.

Der Verzicht auf aktive Bewässerung ver­einfacht das System und spart Kosten. Es ist aber unsicher, ob der Pflanzerfolg ein­tritt, wenn die Bewässerung den Bewoh­nenden überlassen wird. Nicht alle haben ausreichende Kenntnisse in der Pflanzen­pflege. Im privaten Bereich ist das unpro­blematisch. Wenn Pflanzen jedoch eine wichtige Funktion für den Wärmeschutz des Gebäudes erfüllen, müssen sie kon­tinuierlich gepflegt werden. Chancen zur Aufrechterhaltung sind vorhanden, da Bewohnende ein Eigeninteresse am Pflanzenwachstum und dem resultieren­den Wärmeschutz haben. Bessere Chan­cen für Low-Tech-Systeme werden bei gewerblichen oder öffentlichen Immobi­lien vermutet, wo Pflege und Unterhalt Teil der laufenden Wartungsarbeiten sind. Routinemäßige professionelle Pflege ist gewährleistet, jedoch entstehen dabei Kosten.

Die Übertragung der Pflegeverantwor­tung an Nutzende stellt ein gewisses Er­folgsrisiko dar. Deshalb sind von Beginn an Investitionen in die Kommunikation vorzusehen. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn das Pflanzsystem bei einem existierenden Gebäude implementiert werden soll. Je eher die Anwenderinnen und Anwender eingebunden und an der Entscheidung für die individuelle Ausfor­mung der Bauweise eingebunden wer­den, desto besser.

Der Kontext gibt den Ausschlag

Für „Low-Tech-Green“ existieren na­turgemäß noch keine Langzeitdaten. „Vielleicht können wir eine Langzeitbe­obachtung auf das bestehende Projekt aufsetzen“, hofft Ehling. Man kann bei der Entscheidung für ein Grünfassaden­system keine Pauschalempfehlungen aussprechen. Der örtliche Kontext, die Bereitschaft der Bewohnenden, sich zu engagieren oder auch nicht, die regiona­len, klimatischen Verhältnisse: dies al­les spielt eine wesentliche Rolle für den Projekterfolg. Alle diese Faktoren sollten frühzeitig in die Planung einbezogen und sorgfältig abgewogen werden.

In jedem Fall kann das „Low-Tech-Green“-System durch die flexiblen Im­plementierungsvoraussetzungen sowohl bei Neubauten als auch Bestandsgebäu­den eingesetzt werden. Die im Verhältnis geringeren Aufwände senken die Hemm­schwelle von potenziellen Nutzerinnen und Nutzern, die mit der Entscheidung für eine solche Bauweise einen aktiven Beitrag zum Klimaschutz leisten wollen.

Ehling betont, dass die im Forschungs­projekt geleistete Quantifizierung der Verschattungsleistung dafür sorgen kann, dass zukünftig die positiven Effekte der Grünfassade als Teil des Energiekonzepts für ein Gebäude berücksichtigt und beim Nachweisverfahren rechnerisch einge­setzt werden können. „Und diese posi­tiven Effekte zahlen auf viele Bereiche des Gebäudes ein: auf die Reduktion des Energiebedarfs, den Materialschutz und die Materialökonomie, wasserwirt­schaftliche und städtebauliche Aspekte sowie den Klimaschutz und natürlich das Wohlbefinden“, fasst er zusammen. Eine Grünfassade kann auch ein positives Ar­gument für potenzielle Bewohner sein, die das Haus zum Leben erwecken. Das Engagement für „ihre“ Grünfassade kann zur Identifikation mit dem Gebäude und so zur nachhaltigen Nutzung beitragen.

Der Autor

Isabelle Drexler
Isabelle Drexler arbeitet seit 2022 bei DGJ Architektur als Pressesprecherin und Projektmanagerin. Davor war die promovierte Geisteswissenschaftlerin am Bankenstandort Frankfurt lange Jahre in der Finanzbranche tätig, unter anderem als Public Affairs Managerin und Vorstandsreferentin.