Grünes Hochhaus Arabella 26 im Wandel der Jahreszeiten | Forschungsversuch: Mikroklimatische Wirkungen von Kletterpflanzen auf Gebäude und Umgebung

Die weltweite Verstädterung und die Auswirkungen des Klimawandels haben das Bewusstsein für die positiven Auswirkungen grüner Infrastrukturen in Städten geschärft. Dem städtischen Wärmeinseleffekt (engl. urban heat island effect, UHI), der wegen hoher Versiegelungs- und Emissionsgrade im urbanen Raum auftritt und sich im Zuge des Klimawandels potenziert, kann mit Vegetation entgegengewirkt werden (siehe Abb. 1). Da aufgrund von Nachverdichtung und weltweiter Verstädterung die Pflanzmöglichkeiten für Stadtbäume limitiert sind, bieten auch begrünte Dächer und Fassaden die Möglichkeit einer Antwort auf die mit dem Klimawandel einhergehenden Herausforderungen im urbanen Raum. Verschattung und Evapotranspiration wirken sich nicht nur günstig auf das städtische Mikroklima aus, sondern können Gebäude auch vor Überhitzung schützen und somit im Sommer ihren Energieverbrauch (Kühllasten) senken. Sinnvoll erscheint dies vor allem unter Berücksichtigung der Tatsache, dass Gebäude laut Weltklimarat zu jeweils rund einem Drittel am globalen Endenergieverbrauch und an den weltweiten CO2-Emissionen beteiligt sind.

Zahlreiche Untersuchungen haben ergeben, dass die Höhe und die Saisonalität der Thermoregulation stark abhängig sind von der Pflanzenart (Leuzinger et al., 2010; Armson, 2012; Rahman et al., 2015) beziehungsweise dem Pflanzenfunktionstyp (Peters et al., 2010), den Wuchsbedingungen (Ferrini & Baietto, 2006; Armson, 2012; Rahman et al., 2017a), dem Management (Ferrini & Baietto, 2006) als auch dem Pflanzkonzept (Armson, 2012; Norton et al., 2015). Was die relative Leistungsfähigkeit unterschiedlicher Pflanzenarten und insbesondere Kletterpflanzen betrifft, bestehen jedoch noch große Forschungs- und Wissenslücken. Der an die Hochschule Weihenstephan-Triesdorf vergebene Forschungsauftrag ist ein Baustein, um diese Wissenslücke zu schließen.

Ziele des Forschungsversuches

Das 16-stöckige grüne Hochhaus "Arabella 26" wird im Münchner Arabella Park gebaut. Hierbei werden die Fassaden großflächig mit gebäudegebundenen Kletterpflanzenmodulen begrünt. Die Ziele des Feldversuchs an der Hochschule Weihenstephan-Triesdorf (HSWT) sind:

• Ermittlung aller wesentlichen vegetationstechnischen Grundlagen (Substrat, Bewässerung, Düngung, Pflanzenauswahl und -pflege), sowie Messung der Evapotranspiration (Pflanzen und Substrat), des Wachstums und der Vitalität der Pflanzen.
• Ermittlung der klimawirksamen Ökosystemleistungen der Kletterpflanzen (Verschattung und Kühlung) für das Gebäude und die Umwelt.

Vorgehensweise

Nach dem Aufbau der Versuchsanlage ist der Start des dreijährigen Forschungsversuches im Frühjahr 2019 geplant. Im Rahmen der Pflanzversuche werden alle wichtigen Parameter gemessen, die die Regulationsleistungen von Pflanzen beeinflussen. Ungefähr 50 Arten und Sorten und bis zu fünf Substratvarianten werden hinsichtlich ihrer Eignung getestet. Vorgesehen ist die Verwendung innovativer und neuester Messmethoden, wie etwa Untersuchungen zur Entwicklung der Wurzelsysteme, phänologischer Erscheinungen und etwaigen Trockenstresses mit Hilfe von Bildanalyseverfahren oder auch die indirekte Abschätzung der Evapotranspiration im Rahmen eines kontinuierlichen Wiegeversuches. Die Ergebnisse der Forschung werden die Entscheidungsgrundlage für die tatsächliche Auswahl der Kletterpflanzen und das Pflanzkonzept für das grüne Hochhaus "Arabella 26" sein.

In der Studie werden verschiedene Daten kontinuierlich gemessen und ausgewertet:

• Standortklima: Temperatur, Niederschlag, Luftfeuchte, Windgeschwindigkeit und Windrichtung
• Ermittlung der Evapotranspiration (Ermittlung über die Bodenwassergehalte und gravimetrisch)
• Bodenchemische und -physikalische Untersuchungen: Wasser-Luft-Haushalt (Gesamtporenvolumen, Luftkapazität, Wasserkapazität, Wasserdurchlässigkeit. Schüttdichte und Kornverteilung)
• Bodenchemie: pH-Wert, Salzgehalt und Nährstoffe
• Wachstum und Wuchsgeschwindigkeit, Vitalitätsbonitur
• Blattmenge, Dichte des Bewuchses, Blattflächenindex (mit Bildanalyse)
• Wurzelsysteme und -wachstum (mit Bildanalyse)
• Kühleffekte (über Infrarot-Bildanalyse)

Hinweis auf Phase I des Forschungsprojekts

Zitierte Literatur

• Armson, D., 2012. The Effect of Trees and Grass on the Thermal and Hydrological Performance of an Urban Area. University of Manchester (Ph.D. thesis).
• Ferrini, F., Baietto, M., 2006. Response to fertilization of different tree species in the urban environment. Arboriculture and Urban Forestry. 32, 93–99.
• Gillner, S., Vogt, J., Tharang, A., Dettmann, S., Roloff, A., 2015. Role of street trees in mitigating effects of heat and drought at highly sealed urban sites. Landscape and Urban Planning. 143, 33–42.
• Leuzinger, S., Vogt, R., Körner, C., 2010. Tree surface temperature in an urban environment. Agricultural and Forest Meteorology. 150, 56–62.
• Norton, B.A., Coutts, A.M., Livesley, S.J., Harris, R.J., Hunter, A.M., Williams, N.S.G., 2015. Planning for cooler cities: a framework to prioritise green infrastructure to mitigate high temperatures in urban landscapes. Landscape and Urban Planning. 134, 127–138.
• Nowak, D.J., Crane, D.E., Stevens, J.C., 2006. Air pollution removal by urban trees and shrubs in the United States. Urban Forestry and Urban Greening. 4, 115–123.
• Nowak, D.J., Greenfield, E.J., Hoehn, R.E., Lagpoint, E., 2013. Carbon storage and sequestration by trees in urban and community areas of the United States. Environmental Pollution 178, 229–236.
• Pauleit, S., Liu, L., Ahern, J., Kazmierczak, A., 2011. Multifunctional green infrastructure planning to promote ecological services in the city. In: Niemelä, J. (Ed.), Handbook of Urban Ecology. Oxford University Press, Oxford, 272–285.
• Peters, E.B., McFadden, J.P., Montgomery, R.A., 2010. Biological and environmental controls on tree transpiration in a suburban landscape. Journal of Geophysical Research. 115, G04006.
• Rahman, M.A., Moser, A., Rötzer, T., Pauleit, S., 2017a. Microclimatic differences and their influence on transpirational cooling of Tilia cordata in two contrasting street canyons in Munich, Germany. Agricultural and Forest Meteorology. 232, 443–456.
• Zölch, T., Maderspacher, J., Wamsler, C., Pauleit, S., 2016. Using green infrastructure for urban climate-proofing: an evaluation of heat mitigation measures at the micro-scale. Urban Forestry and Urban Greening. 20, 305–316.