Aus der Vogelperspektive wird deutlich wie viel Fläche unsere Hausdächer im Siedlungsraum einnehmen. Dementsprechend gross ist der Einfluss von Dächern auf das Lokalklima. Begrünte Dächer kühlen die Umgebungsluft, da sie weniger Wärme abgeben und der Umgebungsluft durch Verdunstung Wärme entziehen.
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Wirkung
Die Kühlwirkung von Dachbegrünungen hängt in erster Linie von der Mächtigkeit des Substrats ab. Je dicker das Substrat, desto mehr Niederschlagswasser kann aufgenommen werden und desto dichtere und höhere Vegetation kann sich entwickeln. Dadurch haben Dachbegrünungen mit einer dickeren Substratschicht eine höhere Verdunstungs- und Kühlleistung.
Bei Dachbegrünungen wird je nach Schichtdicke des Substrats zwischen extensiven und intensiven Dachbegrünungen unterschieden. Bis zu einer Substratdicke von 10-15cm wird von einer extensiven Dachbegrünung gesprochen, ab 15cm von einer intensiven Dachbegrünung, wobei diese keine Obergrenze kennt. Zu den intensiven Dachbegrünungen gehören auch Dachgärten.
Die extensive Begrünung von Flachdächern wird in einigen Zürcher Gemeinden in der Bau- und Zonenordnung bereits vorgeschrieben. Da aber häufig keine Mindestschichtdicke eingefordert wird, verfügen sehr viele Dächer nur über sehr geringe Substratdicken von wenigen Zentimetern. Diese lassen nur den Bewuchs von Moos- und Sedumarten zu, und verfügen dadurch nur über eine geringe Klimawirksamkeit.
Die unmittelbar am Dach gemessene Temperatur ist bei extensiven Dachbegrünungen im Durchschnitt um 5° Grad kühler als auf unbegrünten Dächern. Bei intensiven Dachbegrünungen kann der Temperaturunterschied zu unbegrünten Dächern sogar 18.5° Grad betragen. Je weiter weg vom Dach, desto kleiner wird auch die Kühlwirkung der Dachbegrünungen. Dennoch sind die durchschnittlichen Tagestemperaturen zwei Meter über dem Dach bei extensiven Dachbegrünungen 0.8° Grad und bei intensiven Dachbegrünungen 2.5° Grad kühler, verglichen mit unbegrünten Dächern.
Auch auf die Innentemperaturen haben Dachbegrünungen einen kühlenden Effekt. Bei Dachwohnungen unter begrünten Dächern können 3-5 Grad kühlere Temperaturen gemessen werden als unter unbegrünten Dächern.
Modellberechnungen aus New York und Toronto geben eine Vorstellung, inwiefern der städtische Wärmeinseleffekt reduziert werden kann, wenn die Hälfte (New York) respektive alle Dächer (Toronto) begrünt würden:
- In New York würde demnach eine Bedeckung von 50% der Dächer den Wärmeinseleffekt um 0.1 – 0.8 °C reduzieren.
- In Toronto könnte der Wärmeinseleffekt mit der Begrünung aller Dächer um 0.5° - 2.0° C reduziert werden.
Beschreibung
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Eine Dachbegrünung bringt zusätzliches Gewicht auf die Tragkonstruktion eines Gebäudes. Bei einer extensiven Begrünung ist mit einer zusätzlichen Dachlast von bis zu 170kg/m2 im wassergesättigten Zustand zu rechnen. Intensive Begrünungen haben Dachlasten ab ca. 300kg/m2. Bei Neubauten müssen diese Lasten von Beginn weg miteingerechnet werden und bestehende Gebäude können nur begrünt werden, wenn die erhöhten Gewichte aufgenommen werden können. Zusätzlich sind die Windlasten auf den Dächern zu beachten. Diese müssen insbesondere bei Hochhäusern rechnerisch geprüft werden.
Die baulichen Vorschriften für Dachbegrünungen richten sich nach der SIA Norm 312 «Begrünung von Dächern». Das Dach muss mit einer durchwurzelungsfesten Abdichtung versehen werden. Hierzu werden normalerweise Bitumenbahnen in Kombination mit einer Kunststoffabdichtung verwendet. Bitumenbahnen sind zwar wurzelresistent, jedoch können sie von Rhizomen (Seitenaustrieben) durchdrungen werden. Die Dachabdichtung sollte die endgültige Substrathöhe daher auch um 5cm überragen, weil Seitenaustriebe auch über dem Boden wachsen. Eine Schutzlage (SL), meistens in Form eines Geotextils, schützt die Dachabdichtung vor mechanischen Schäden während der Einbauphase. Die Substratdicke muss mit der maximal möglichen Traglast des Dachs abgestimmt sein.
Auf das Schutzvlies kommt eine Drainschicht (DS), die Überschusswasser abführt und somit Staunässe verhindert. Je nach Dachneigung kann auf die Drainschicht auch verzichtet werden. Bezüglich Hitzeminderung ist es am sinnvollsten, möglichst viel Regenwasser auf dem Dach zu speichern, damit dieses der Vegetation zur Verfügung steht und verdunstet werden kann. Um ein Verstopfen der Drainschicht zu verhindern, wird eine Geotextilmatte als Filterschicht (FS) zwischen Substrat und Drainschicht eingebaut.
Je nach gewünschter Dachbegrünung sind unterschiedliche Zusammensetzungen und Substratdicken erforderlich. Viele ältere extensive Dachbegrünungen verfügen über rein mineralische Substrate mit einer minimen Substratdicke. Der Wert solcher Begrünungen für das Stadtklima und die Biodiversität ist dadurch gering.
Extensive Dachbegrünungen sollten heute mindestens 10 Zentimeter Substratdicke aufweisen (besser 15 cm). Das Substrat sollte aus ca. 30% Feinanteile (Korngrösse < 2mm) und 50 – 70% grobem Material (Korngrösse 0.2 – 6cm) bestehen und kann mit 10 – 15 Volumenprozent organischem Material ergänzt werden. Beispielsweise kann Strassen- oder Wandkies oder sauberes Recyclingmaterial wie Ziegelsteinbruch mit 20% Erde oder Kompost gemischt werden. Bei Schrägdächern kann der Feinanteil erhöht werden, um einen stärkeren Wasserrückhalt zu erreichen.
Bei intensivbegrünten Dächern sind höhere Substratdicken zu verwenden und der organische Anteil kann erhöht werden, um eine dichtere, höhere und anspruchsvollere Vegetation zu ermöglichen.
Das Substrat und dessen Dicke sind entscheidend für die mögliche Begrünung. Zudem muss auf die lokalen Gegebenheiten und die Dachausrichtung geachtet werden. Eine standortangepasste Vegetation ist langlebig und stabil und verringert dadurch den späteren Pflegeaufwand.
Vegetation kann über Ansaat, Pflanzung oder von allein als Spontanvegetation auf das Dach gelangen. Die drei Varianten unterscheiden sich in dessen Aufwand, Wirkung und Kosten:
- Pflanzung: Bei der Topfpflanzung ist schnell eine deckende Vegetationsschicht erreicht. Die vorgezogenen Jungpflanzen und der Pflanzaufwand führen aber zu höheren Kosten, als sie die Ansaat verursacht. Bei der Topfpflanzung ist mit ca. 12-18 Pflanzen pro m2 zu rechnen.
- Ansaat: Der Erfolg einer Ansaat kann sehr variieren, weshalb teilweise nachgesät werden muss. Dennoch hält sich der Aufwand in Grenzen. Eine erfolgreichere Ansaat kann durch die sogenannte Nasssaat erreicht werden. Hierbei wird das Saatgut kombiniert mit Hilfsstoffen ausgebracht, welche die Keimung fördern. Dadurch ist das Nasssaatverfahren auch etwas teurer als die Trockensaat. Verschiedene Anbieter bieten Saatmischungen für Dachflächen an. In der Praxis werden auch oft Pflanzungen mit Ansaat kombiniert.
- Eine Interessante Begrünungsmethode bietet das Direktsaatverfahren. Hierbei wird das Schnittgut und damit die Samen von benachbarten Wiesen oder anderen erfolgreichen Dachbegrünungen auf das zu begrünende Dach gebracht. So können bestehende, funktionierende Florenzusammensetzungen kopiert werden. Zudem werden mit dem Schnittgut auch Insekten auf das Dach gebracht und das tote Pflanzenmaterial dient als Mulchschicht.
- Der Erfolg von Ansaaten jeglicher Form ist immer auch wetterabhängig. Die beste Saatzeit ist Mitte März bis Ende Mai. Eine Ansaat im Sommer sollte verhindert werden. Im Herbst wiederum ist die Ansaat möglich. Wichtig ist, dass das Substrat nicht trocken oder gefroren ist. Falls nach der Ansaat kein Regen fällt, sollte bewässert werden.
- Spontanvegetation: Über die Samenausbreitung durch den Wind (bspw. Löwenzahn) oder durch die Ausscheidungen von Vögeln wird sich auf einem Dach auch ohne Initialpflanzung oder Ansaat eine Vegetation entwickeln. Darunter sind unwillkommene Gehölzsämlinge oder invasive Arten, die bei Pflegegängen entfernt werden müssen. Unproblematische Pflanzen können aber stehengelassen werden. Wenn diese den Standortbedingungen gewachsen sind, werden sie zur pflegeleichten und in der Beschaffung kostenlosen Begrünung. Andernfalls verschwinden sie von selbst wieder. Bis sich durch Spontanvegetation eine stabile Pflanzengesellschaft gebildet hat, dauert es einige Jahre und eignet sich daher nicht für eine schnelle Vegetationsdecke. Spontanvegetation bietet die kostenfreie und standortgerechte Ergänzung von Initialpflanzungen und Ansaaten.
Während der Vegetationsphase sollten mindestens 1- 2 Kontroll- resp. Pflegegänge auf dem Dach erfolgen. Dabei ist die Arbeitssicherheit zu gewährleisten. Daher müssen Dachbegrünungen, sofern sie über kein ausreichendes Geländer verfügen, die Möglichkeit bieten, sich anzuseilen.
Bei den Kontrollgängen sind folgende Arbeiten erforderlich:
- Verholzende Pflanzen entfernen
- Rhizombildende Pflanzen entfernen
- Invasive Neophyten entfernen
- Substratverfrachtungen ausgleichen
- Kahlstellen nachsäen
- Dachentwässerung kontrollieren
- Freihalten der Kiesstreifen von Vegetation (nur wenn er eine Entwässerungsfunktion hat)
- Evtl. düngen (nur organisch und Langzeitdünger)
Bei intensiven Begrünungen mit Sträuchern und üppigem Pflanzbewuchs fallen zudem Strauchschnitte und eventuell auch eine Mahd an. Für die Pflege- und Unterhaltsarbeiten können auch Unterhaltsverträge mit Fachkräften (bspw. Gartenbau) abgeschlossen werden.
Intensive Dachbegrünungen und Dachgärten beherbergen viele trockenheitsempfindliche Pflanzen, weshalb hier eine Bewässerung in Trockenphasen notwendig wird. Bei extensiven Begrünungen wird eine Bewässerung normalerweise nicht eingeplant. Um die hitzemindernde Wirkung und die allenfalls wertvolle ökologische Gemeinschaft nicht zu verlieren, rechtfertigt sich aber auch eine punktuelle Bewässerung von extensiven Dachbegrünungen. Mit Blick auf die zunehmend heisseren und längeren Trockenperioden macht es durchaus Sinn auch bei extensiven Begrünungen eine nachhaltige Bewässerungslösung miteinzuplanen. Dazu bietet es sich an, das Dachabwasser zu speichern (siehe Massnahme 17: Regenwassermanagement planen) oder eine mögliche Nutzung des Grauwassers abzuklären. Die Verwendung von Trinkwasser gilt es in Trockenperioden zu vermeiden.
Begrünung von Schrägdächern
Zur Begrünung von Dächern eignen sich in erster Linie Flachdächer. Jedoch können auch Schrägdächer begrünt werden. Ab einer Neigung von 15 Prozent müssen jedoch Erosionsschutzgewebe oder Georaster sowie verankerte Schubsicherungen eingebaut werden. Mit solchen Massnahmen kann die Begrünung von Dächern mit bis zu 35 Prozent Neigung ermöglicht werden.
Synergien
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Dachbegrünungen können für Tiere und Pflanzen wertvolle Lebensräume bieten. Kleintiere wie Käfer können ihren ganzen Entwicklungszyklus auf Dächern durchleben, andere Tiere finden hier Futter oder einen sicheren Nistplatz. Bedrohte Pflanzenarten wie jene der extensiv genutzten Wiesenflächen, können auf Dächern ein Ersatzhabitat finden. Dachbegrünungen übernehmen auch eine Funktion als Trittsteinbiotop und tragen so zur Vernetzung von Lebensräumen und Populationen bei.
Der ökologische Wert von Dachbegrünungen kann stark variieren. Grundsätzlich gilt: Je strukturreicher eine Fläche ist, desto reicher an unterschiedlichen Arten ist sie. Dafür ist eine ausreichende Substrathöhe erforderlich, die nicht nur Sedum und Moosarten Wachstum ermöglicht. Neben einer vielfältigen Vegetation fördern aber auch offene Bodenstellen, unterschiedliche Substrathöhen, Totholz oder Steinhaufen die Biodiversität. Sie bieten unterschiedlich spezialisierten Tieren Schutz und Nistmöglichkeiten.
Die kühlende Wirkung von Dachbegrünungen hat auch einen positiven Einfluss auf die Stromerzeugung mittels Solaranlagen. Der Wirkungsgrad von Solarmodulen nimmt nämlich mit zunehmender Umgebungstemperatur ab. So entsteht zwischen Dachbegrünungen und Solaranlagen eine wertvolle Synergie. Zudem sind die unterschiedlichen Temperaturzonen, welche durch den Schattenwurf der Module entstehen, auch für die Biodiversität auf dem Dach wertvoll.
Um ein pflegearmes und gut funktionierendes Zusammenspiel von Vegetation und PV-Anlage zu ermöglichen, ist jedoch eine sorgfältige Planung erforderlich. Eine Beschattung der Solarmodule durch die Vegetation würde die Leistung der Module wieder verhindern.
Deshalb sollte unter und neben den Modulen nur eine geringe Substrathöhe eingebaut werden und ausreichend Platz zwischen den Modulen für Pflegegänge eingeplant werden. Dank der Aufständerung der Module auf Stelzen kann eine tiefe aber dennoch kühlende Vegetation ermöglicht werden. Bei zwei Kontrollgängen pro Vegetationsphase (ca. Ende Mai und Ende August) werden die zu hochwachsenden Pflanzen entfernt.
Wenig Probleme mit Beschattung konnten auch bei der Verwendung von bifacialen Modulen beobachtet werden. Diese vertikalen Module sind ebenfalls aufgeständert und können die Sonnenstrahlung von beiden Seiten in Strom umwandeln. Dadurch haben sie zwei Leistungsspitzen, jeweils am Morgen und am Abend, und können damit herkömmliche Module zudem gut ergänzen.
- Vertiefte Informationen zur baulichen Umsetzung -> Leitfaden Solar und Dachbegrünung
Dachbegrünungen können aufgrund ihrer isolierenden Wirkung zu geringeren Kühl- und Heizkosten führen. Die bessere Isolierung verhindert auch extreme Temperaturschwankungen der Dachhaut und kann so Risse in der Dachabdichtung vorbeugen. Zusammen mit der Schutzfunktion vor UV-Strahlung können Durchgrünungen so die Lebensdauer von Dächern verdoppeln.
Das anfallende Regenwasser wird oftmals vom Dach in die Kanalisation geleitet. Mit Dachbegrünungen kann das wertvolle (Verdunstungskühlung) und unverschmutzte Regenwasser zurückgehalten werden und die Kanalisation entlastet werden. Gerade bei Starkregenereignissen kann diese schnell an ihre Kapazitätsgrenze gelangen.
Das Wasserrückhaltevermögen steigt mit der Dicke und der Saugfähigkeit des gewählten Substrats. Das nicht zurückgehaltene Dachwasser kann in Versickerungsmulden geleitet oder gespeichert werden, um es später zur Bewässerung zu verwenden (siehe auch Massnahme 17: Regenwassermanagement planen)
Dachbegrünungen tragen durch die staubfilternde Wirkung von Pflanzen zur Lufthygiene einer Stadt bei. Dabei gilt grundsätzlich: Je höher die Vegetation, desto stärker ist die staubfilternde Wirkung.
Zielkonflikte und Lösungsideen
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Die erhöhten Substratdicken und der angestrebte Regenwasserrückhalt führen dazu, dass klimawirksame Dachbegrünungen zu höheren Traglasten für das Gebäude führen. Die höheren baulichen Anforderungen können dadurch zu einer Erhöhung der grauen Energie des Gebäudes führen.
Dank der isolierenden und schützenden Funktion der Dachbegrünung auf die Gebäudehülle (siehe Synergien) könnte beim Bau anfallende graue Energie auf lange Sicht kompensiert werden. Dazu kommen die weiteren wertvollen Beiträge von Dachbegrünungen an Stadtklima und Biodiversität. Im konkreten Fall sollten die Vor- und Nachteile einer klimawirksamen Dachbegrünung einander gegenübergestellt werden um zur besten Lösung zu gelangen.
Eine Begrünung und Bepflanzung von Dächern erhöht den Unterhaltsaufwand. Auch hier kann der Aufwand aber den Vorteilen der Dachbegrünung für Gebäudehülle und Energieverbrauch gegenübergestellt werden. Mit einer durchdachten Begrünung können Pflegeaufwände zudem reduziert werden.
Weiterführende Informationen
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Amt für Abfall, Wasser, Energie und Luft - Sektion Klima und Mobilität
8090 Zürich