Gründächer Reduzieren Urbanen Hitzeinseln

by Dr. Anna Zakrisson on Wednesday, February 12, 2020

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Wir Gründächer urbanen Hitzeinseln reduzieren können

Urbane Hitzeinseln (UHI) entwickeln sich besonders in urbanen Regionen und stehen für örtlich erhöhte Temperaturen, wenn die Landschaft sich von grün zu grau verändert. Was einst grün, feucht und kühl war, ist nun Asphalt, Stein und Zement und heizt daher schnell auf. Die meisten von uns wissen genau, wie heiß Stein und Asphalt werden können, wenn man im Sommer Barfuß läuft, während Gras einen angenehmen Laufuntergrund bietet. Zumindest haben die meisten von uns eine entfernte Kindheitserinnerung daran.

Urbane Hitzeinseln können städtische Populationen negativ beeinflussen, indem sie Hitze-bedingte Krankheiten und Mortalität direkt erhöhen. [1]. Aus wirtschaftlicher Sicht erhöhen Hitzeinseln die Spitzenenergielast im Sommer wie z. B. Klimatisierungskosten [2]. Zudem führen urbane Hitzeinseln zu erhöhten Treibhausgasemissionen und Luftverschmutzung [3].

Wieder etwas von dem Grün hinzuzugeben hilft, Temperaturen niedrig zu halten und sicherzustellen, dass unsere Städte sich in eine angenehme, gesunde Lebensumwelt verwandeln [4]. Begrünte Dächer und Fassaden sind eine exzellente Methode, um dies in bevölkerten städtischen Gegenden zu erreichen. In diesem Artikel untersuchen wir wissenschaftliche Literatur, die zum Thema Dachbegrünung als Werkzeug zur Verringerung von Hitzeinseln veröffentlicht wurde. Zu allen Artikeln gibt es Querverweise und wir hoffen, dass wir zu diesem Thema eine ausgewogene Darstellung geben.

Urbane Hitzeinseleffekte – Mit was sind wir konfrontiert?

Hitzeinseleffekt auf Oberflächen.

Hitzeinseln können die städtische Umwelt negativ beeinflussen. Bergdahl et al. 1997 [5] zeigte auf, dass ein sonniger Tag Straßen und gepflasterte Wege um 27-50°C (50-90°F) höher als die umgebende Lufttemperatur aufheizen kann. Allerdings unterschieden sich Oberflächen, die schattig oder feucht bleiben, wenig von den Lufttemperaturen. Dies müssen wir ernstnehmen.

Atmosphärische Hitzeinseleffekte

Nicht nur Oberflächen können sich überproportional erhitzen, das Phänomen Hitzeinseleffekt kann auch für die Atmosphäre gelten. Oke et al. 1997 [6] konnten nachweisen, dass sich für eine Stadt mit ca. 1 Million Einwohnern die jährliche Durchschnittstemperatur um 1-3°C (1.8-5.4°F) erhöhen könnte.

Es ist immer besser, die Sache mit einem konkreten Beispiel zu verdeutlichen. Lassen Sie uns einen Blick auf New York City werfen: Susca et al. [7] konnten einen durchschnittlichen Temperaturunterschied von 2°C zwischen den am meisten und am wenigsten begrünten Flächen der Stadt aufzeigen.

Das mag sich nicht hoch anhören, aber ein Anstieg um 2°C von 30-32°C erhöht das Risiko der hitzebedingten Sterblichkeit der Bevölkerung [1, 8]. Menschen sterben tatsächlich daran. Die meisten heißen Städte verlassen sich auf Klimatisierung. Europa hat gerade erst zwei extrem heiße Sommer erlebt und eine immer mehr Personen kaufen diese Anlagen, um ihr Zuhause zu kühlen. Je heißer es wird, desto schwerer muss die Klimaanlage arbeiten und desto mehr Elektrizität verbraucht sie. In gewisser Hinsicht ist das verschwendete Energie, da wir naturnahe Lösungen nutzen könnten, die unsere Städte passiv ohne zusätzliche Energie abkühlen.

Darüberhinaus sollten wir nicht vergessen, dass Klimaanlagen schlicht Wärme von innen nach außen transferieren, was tatsächlich das ganze Problem der Hitzeinseln verschärft. Klimaanlagen sind offen gesagt eine schreckliche und nicht nachhaltige Methode, unser urbanes Innenraumklima zu kühlen. Wie können wir also mit dieser ernsten Angelegenheit umgehen und dafür sorgen, dass sie nicht auftritt?

Verringerung des urbanen Hitzeinseleffekts – Welche Optionen gibt es?

Eine Strategie zur Reduzierung von Hitzeinseln ist generell, dass das Außenmaterial unserer Gebäude eine hohe sogenannte Albedo aufweisen.

Albedo ist der Wert dessen, wie gut eine Oberfläche Energie reflektiert. Reflektiert eine Oberfläche viel Licht, hat sie eine hohe Albedo and sieht weiß aus, während sie dunkel erscheint und einen niedrigen Albedowert hat, wenn sie den Großteil des Lichts absorbiert. Schwarzer Asphalt hat eine geringe Albedo und ist daher an einem warmen Sommertag ein heißer Laufuntergrund. Es gibt einige Optionen zur Verringerung der Hitzeinseleffekte. Ein Beispiel ist, sogenannte reflektierende oder kühle Dächer zu installieren. Diese weißen Dächer weisen eine hohe thermische Abstrahlung auf und wärmen sich nicht so effektiv auf wie ein traditionelles Dach [9, 10]. Entsprechend können kühle Pflastersteine auf Basis ähnlicher Technologie verwendet werden. Dennoch mag es nützlich sein, sich die Frage zu stellen, wohin die Energie reflektiert wird. Diese Methode der städtischen Abkühlung wurde schon damit verglichen, seinen Müll über den Nachbarszaun zu werfen. Ihr eigener Hof ist womöglich schön und kühl, aber wie sieht es bei Ihrem Nachbarn aus? Ist dies wirklich eine nachhaltige Lösung? Darüberhinaus besitzen diese Lösungen nur wenige sekundäre Vorteile.

Die naheliegendste Lösung für das Problem der Hitzeinseln ist, den Pflanzenbewuchs zu steigern. Einfach, weil Grünpflanzen Hitze besser verteilen als Pflastersteine, Stein und Asphalt [11]. Die Anzahl der Grünflächen in einer Stadt zu erhöhen, kann sich aufgrund der vorliegenden Überbevölkerung und kollidierender Unternehmensinteressen als schwierig erweisen. Denken Sie nur an eine Stadt wie NYC – Wo soll der Park errichtet werden? Und wie hoch belaufen sich die Errichtungskosten auf solch wertvollem Land?

Dachbegrünung ist eine weitere mögliche Lösung, die zudem eine Reihe von sekundären Vorteilen wie Niederschlagsmanagement, erhöhte urbane Biodiversität und einfach mehr Natur in unseren Städten, was nachweislich die geistige Gesundheit verbessert, mit sich bringt [12, 13]. Weiterhin werden Dächer allgemein nicht genutzt, sodass es nur wenige Interessenskonflikte gibt.

Wie reduziert Dachbegrünung Hitzeinseleffekte?

Und wie vermag Dachbegrünung, Dächer kühl zu halten?

Trotz der relativ dunklen Farbe begrünter Dächern und Fassaden, ist deren Albedowert noch immer ziemlich hoch [14]. Berardi et al. berichten von Albedowerten von 0,7-0,85 für begrünte Dächer, was wesentlich höher ist als die für Schotter-, Teer- und Bitumendächer gemessenen 0,1-0,2. Eine Reihe von Studien darüber, wie gut begrünte Dächer Hitzeinseleffekte verringern können, wurden durchgeführt. Eine Studie aus Hong Kong wies nach, dass graue Dächer 75% mehr Wärme speichern als grüne Dächer [15]! Dies stellt jedoch keine Zufallszahl dar, da viele weitere Studien in anderen Klimagebieten ähnliche Zahlen aufzeigen [16, 17, 18].

Es gibt Berichte, die zeigen, dass in kühlen Klimagebieten Schwankungen der Dachtemperatur von begrünten Dächern erheblich niedriger sind. Eine Studie in Kanada berichtete, dass bei einem grauen Dach die Dachtemperatur um 45°C schwankte und nur 6°C bei einem grünen Dach [19]. Diese Verringerung von Temperaturschwankungen funktioniert nicht nur als Puffer für das örtliche Klima, sondern schützt auch die Dachmembran vor Beschädigung und sorgt so für eine längere Lebensspanne der Membran.

Kurz gesagt: Ersetzt man das herkömmliche Dach durch ein begrüntes Dach, so erhält man thermische Vorteile und der Hitzeinseleffekt wird reduziert. Trotzdem sollte man beachten, dass hauptsächlich aufgrund von mangelnden Daten die Debatte über die Wirksamkeit von begrünten Dächern bei der Reduzierung von Hitzeinseln in sehr kalten Klimagebieten noch immer anhält [18].

Aber wie bekämpfen grüne Dächer Hitzeinseleffekte?

Was steckt hinter Wärmeregulierung durch grüne Dächer?

Der magische Trick grüner Dächer für Wärmeverteilung ist die Vegetation und der Prozess der Verdunstungskühlung gekoppelt mit dem Energieverbrauch durch Photosynthese [11].

Evapotranspiration – der Motor der Kühlung! Evapotranspiration ist die Kombination der Prozesse Verdunstung und Transpiration. Beide Prozesse führen zu Verdünstungsabkühlung, dem energieverbrauchenden Prozess, in dem Wasser gasförmig wird. Die benötigte Energie wird der Luft entnommen und so sinkt die Temperatur. Es ist grundsätzlich der gleiche Prozess, wenn Menschen schwitzen, um sich abzukühlen.

Wenn Sie ein hohes Evapotranspirations-Niveau auf einem begrünten Dach wünschen, benötigen Sie eine hohe Retentionskapazität. Retention bedeutet, dass das Wasser das Dach nie als Ablauf, sondern als Dampf verlässt. Evapotranspiration erhöht sich mit gesteigerter kapillarer Aufnahmefähigkeit des Daches. Die oft verwendete gut durchlässige Erde von begrünten Dächern hat eine ziemlich geringe Wasserrückhaltungskapazität, das Wasser läuft entlang bevorzugten Abflussrinnen ab und die Makroporenfüllung ist gering. Allerdings verbessert zusätzliches Material wie Mineralwolle (vorzugsweise Phenol- und Formaldehydfreie Mineralwolle) unter der Pflanzbodenschicht die makropore Raumfüllung und so die Retentionsfähigkeit deutlich. Dies führt schließlich zu besserer Kühlung aufgrund erhöhter Evapotranspiration.

Dies heißt, dass man sein grünes Dach sorgfältig planen muss, sodass es zum Klima passt. Ein mangelhaftes Design kann hier zu hohem und teurem Bewässerungsbedarf führen oder zu abgestorbenen Pflanzen – und abgestorbene Pflanzen sind nicht wirklich hilfreich dabei, Hitzeinseleffekte zu verringern... Um Sie bei der klimaangepassten Dachbegrünungs-Planung zu unterstützen, haben wir einen Dachbegrünungs-Modell entwickelt, der die Pflanzenbelastung auf Basis der von Ihnen gewählten Dachbegrünungs-Konfiguration und Ihrem örtlichen Klima berechnet.

Dem Modell liegen die Daten mehrerer Jahre des Regenlabors von Green Roof Diagnostics zugrunde und seine Nutzung ist kostenlos. Sollte Ihre Stadt noch nicht aufgeführt sein, lassen Sie es uns bitte wissen: PURPLE-ROOF kontaktieren!.

Wärmedämmung durch ein grünes Dach – Temperatursenkung in Gebäuden

Nicht nur die Stadt als Ganzes profitiert von grünen Dächern, sondern auch die Gebäudeeigner, da sie ihre Heiz-/Kühlkosten erheblich senken können. Wie hoch das genau ist, hängt von den Gebäudeeigenschaften ab, z. B. davon, wie gut es unter der Dachbegrünung isoliert ist und vom örtlichen Klima.

Ist ein Gebäude schlecht isoliert, wird das Hinzufügen einer Dachbegrünung eine größere Auswirkung haben als bei einem gut isolierten Gebäude. Zudem stellen aufgrund der Unterschiede beim Verhältnis von Volumen zu Oberfläche sehr hohe Gebäude einen ganz anderen Fall dar als sehr niedrige Gebäude. Und beschattete Gebäude wie in Städten wie Hong Kong können geringere Kühleffekte aufweisen als solche, die der Sonne direkt ausgesetzt sind [20].

Eine Studie, die bei heißem Mittelmeerklima in Griechenland durchgeführt wurde, konnte beim Vergleich eines begrünten Daches mit einem nicht-begrünten grauen Dach eine Reduzierung der Innentemperatur von 4°C nachweisen [21]. Viele weitere Studien in verschiedenen Großstädten weltweit kamen zu ähnlichen Ergebnissen mit Unterschieden bei der Innentemperatur von mehreren Grad Celsius, wenn ein grünes Dach installiert war, verglichen mit einem Raum bei einem herkömmlichen grauen Dach [20].

Folglich verbessern begrünte Dächer den Energieverbrauch des Gebäudes und sparen Geld, aber das Ausmaß hängt von den oben erwähnten Faktoren ab. Lassen Sie uns trotzdem nicht vergessen, dass dies nur einer von vielen Vorteilen eines begrünten Daches ist.

Grüne Wände und urbane Hitzeinseleffekte.

Eine kleine Bemerkung am Ende zu Fassadenbegrünung, da begrünte Dächer nicht die einzige grüne Gebäudelösung für unsere Städte sind. Begrünte Fassaden sind hervorragend bei der Verringerung von Hitzeinseleffekten, teils aufgrund der direkten Wirkung auf die Vegetation, aber auch, weil sie bestimmte Typen von Windverhältnissen, die besonders in sogenannten Hochhauscanyons auftreten können, unterbrechen können.

Verschiedene Arten von Fassadenbegrünungssystemen scheinen unterschiedliche Auswirkungen auf die Reduzierung von Hitzeinseleffekten zu haben. In einer Studie von Perini et al. [22] wurde gezeigt, dass lebende Wände direkte und indirekte Fassadenbegrünungssysteme übertrafen, aber dass alle Systeme im Vergleich zur nackten Wand eine deutliche Verbesserung aufwiesen. Die Temperaturverringerung der drei Wandtypen betrugen 1,2, 2,7 bzw. 5,0 °C. Noch einmal, denken Sie daran, dass dies keine unbedeutenden Zahlen sind. Eine Differenz von nur einem Grad kann wortwörtlich in vielen Klimaregionen Leben retten!

Hitzeinseleffekte und begrünte Dächer – Wohin führt uns der Weg von hier?

Also, was machen wir jetzt? Naja, wir richten grüne Dächer ein! Das ist, was wir tun.

Der Beweis liegt vor und unsere Städte kochen. Wir müssen unsere Städte abkühlen, um die hitze-bedingte Sterblichkeit zu senken, unsere Klimatisierungskosten im Sommer zu verringern und das Problem der durch diese Hitzeinseln verursachten verschärften Umweltverschmutzung zu reduzieren.

Ich arbeite mit Purple-Roof im Unterschied zu herkömmlichen grünen oder blau-grünen Dächern, aber der Ökologin in mir ist es ehrlich gesagt egal, welche Art von Dach sie installieren. Was zählt, ist, dass wir von grau zu grün gehen. Ich möchte, dass meine Tochter in einer Welt aufwächst, in der Kinder im Sommer draußen spielen können und Verschmutzung uns nicht krank macht. Wir verfügen über die Technologie, diese Zukunft zu ermöglichen und sie bringt weitere Vorteile mit sich. Lassen Sie uns die Welt verändern – ein Dach nach dem anderen!

- Dr. Anna Zakrisson für Purple-Roof.

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Bibliography


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4. Rosenzweig C, Solecki W, Parshall L, et al. Mitigating New York City’s heat island with urban forestry, living roofs, and light surfaces. 86th AMS Annu Meet. 2006. United States.
5. Berdahl P, Bretz SE. Preliminary survey of the solar reflectance of cool roofing materials. Energy Build. 1997;25(2):149-158. doi:https://doi.org/10.1016/S0378-7788(96)01004-3
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