Inhaltlicher Überblick
Die Anpassung von Städten an die Auswirkungen des Klimawandels ist in den kommenden Jahren unumgänglich. So ist auch in der Landeshauptstadt Klagenfurt am Wörthersee in Zukunft mit höheren Temperaturen und einem vermehrten Auftreten von urbanen Hitzeinseln in Gebieten mit hoher Flächenversiegelung und Bebauungsdichte zu rechnen.
Im Zentrum des Projektes GREENsChOOLENERGY steht die HTL1 Klagenfurt Lastenstraße, die durch eine großzügig angelegte, südexponierte Glasfassade und einer versiegelten Fläche im Haupteingangsbereich sowie einem darüber liegenden herkömmlichen Flachdach mit starker Überhitzung konfrontiert ist. Diese Gegebenheiten sorgen für gravierende Einschränkungen der körperlichen und geistigen Leistungsfähigkeit der Schülerinnen und Schüler sowie dem Lehrpersonal.
Abb. 3: HTL1 Lastenstraße (2020)
Inhalte und Zielsetzungen
Im vorliegenden Projekt soll einerseits mit einer strategischen Begrünung des Vorplatzes und dem Flachdach der urbane Hitzeinseleffekt ebendort reduziert und andererseits die hohe Sonneneinstrahlung zur lokalen Stromproduktion genutzt werden. Hierbei bieten sich Teile des Vorplatzes, ein Großteil der Glasfassade sowie das bereits erwähnte Flachdach an. Zum Einsatz kommen dabei experimentelle PV-Anlagen, die aktuell noch keine Marktreife besitzen.
Das Flachdach wird mit vertikal/bifacialen Modulen versehen, die Lastspitzen in den Morgen- und Abendstunden abfangen sollen. Kombiniert werden diese PV-Elemente am Dach mit extensiver Begrünung und möglichst hellen Pflanzenarten, um die Albedorückstrahlung zu erhöhen und eine zusätzliche Ertragssteigerung zu erzielen. Referenzwerte bieten dabei herkömmliche, bereits existierende PV-Module an anderen Teilen des Daches.
Die Elemente der Glasfassade werden mit, der Sonne nachgeführten und beweglichen, Modulen ersetzt und auf unterschiedliche Weise (Wasserfilm, Sprühnebel, Fassadenbegrünung etc.) gekühlt, um Ertragssteigerungen zu erzielen. Am Vorplatz sollen Begrünungsmaßnahmen die Aufenthaltsqualität erhöhen. Dabei wird auch ein künstlicher Wasserlauf angelegt und im Nahbereich mit weiteren PV-Modulen Strom erzeugt.
Methodische Vorgehensweise
In dem Arbeitspaket 1 (Projektmanagement) geht es um die Sicherung der Qualität eines termingerechten Projektablaufes und der Dokumentation der Projektergebnisse. Darunter fällt die Koordinierung der einzelnen Arbeitspakete sowie eine laufende Berichterstattung an die Förderstelle.
Das Arbeitspaket 2 (Kommunikation und Dissemination) umfasst die Verbreitung des Projekts in der Öffentlichkeit, durch Veranstaltungen, Workshops und digitalen Plattformen (Website, Social Media, etc.), um die Inhalte und Projektfortschritte mit den Stakeholdern und anderen Interessenten diskutieren zu können.
Die Arbeitspakete 3 (Begrünungssysteme), 4 (Photovoltaiksysteme) und 5 (Versorgung und Steuerung) beschäftigen sich mit der Entwicklung und Umsetzung der geplanten Begrünungen und PV-Anlagen sowie deren notwendige Steuerung und Versorgung. Diese Arbeitspakete sind eng miteinander verwoben und entwickeln die jeweiligen Konzepte, Detailplanung und Umsetzung.
Für die interne Qualitätskontrolle sind Prüfberichte und Pflegeprotokolle zu erstellen. Das Arbeitspaket 6 (Monitoring, Modellierung, Evaluierung, Geschäftsmodelle) sorgt für die Aufbereitung und Verarbeitung der erhobenen Daten an den Versuchsanlagen. Dazu werden einerseits Energieerträge an den experimentellen PV-Anlagen untersucht, vegetationsökologische Besonderheiten gemonitort (Wildbienenaufkommen, Bodenparameter am begrünten Dach etc.), mikro- und raumklimatische Daten (inkl. ZAMG-Wetterstation) erhoben und das gesamte Projekt in Bezug auf Kosten/Nutzen-Relation zur Erstellung von Geschäftsmodellen verwertet.
Erwartete Ergebnisse
Im Sinne der Smart City Strategie der Landeshauptstadt Klagenfurt am Wörthersee trägt das Projekt dazu bei, den urbanen Hitzeinseleffekt im nahen Umfeld der Schule zu reduzieren und einen Beitrag für ein verträgliches Stadtklima zu leisten. Darüber hinaus wird durch die lokale Stromproduktion der Anteil der erneuerbaren Energien erhöht und ein Beitrag zum Klimaschutz geleistet.
Die Errichtung der unterschiedlichen, innovativen PV-Anlagen in Kombination mit Begrünungsmaßnahmen trägt dazu bei, dass sowohl Erkenntnisse in der technischen Umsetzung generiert werden, als auch die Marktreife im Realbetrieb, von Beginn der Planung, über die Errichtung, bis hin zur Fertigstellung und begleitendem Monitoring festgestellt wird. Daraus resultierend sollen Geschäftsmodelle eine zukünftige Umsetzung an anderen Gebäuden erleichtern und gewonnene Erkenntnisse übertragbar gemacht werden.
Projektleitung
Projekt- bzw. KooperationspartnerInnen
Abb.2: Solargründach BOKU.
Das Solargründach
Eine Sonderform der Dachbegrünung ist das Solargründach, eine Kombination aus Photovoltaikmodulen und einem Gründach. Die integrierte Montagelösung ermöglicht es, dass das Substrat und die Vegetation die notwendige Auflast darstellen, um die Grundkonstruktion der Module zu befestigen. Dadurch ist es nicht notwendig die Dachabdichtung zu durchdringen, um die Montageeinheiten direkt auf dem Dach zu installieren.Solargründächer werden seit Jahrzehnten auf unterschiedliche Weise realisiert. Diese Kombination hat besondere Vorteile:
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Erhöhung des Wirkungsgrades der Solaranlage
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Erhöhung der Artenvielfalt
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Schutz der Abdichtungsschicht vor thermischer und mechanischer Beanspruchung
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Punktuelle Belastungen können vermieden werden
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Zur Aufständerung der Photovoltaikmodule werden Trägersysteme (3) verwendet, die auf die Solargrundbasis montiert werden, die gleichzeitig der Drainage und Wasserspeicherung (7) dienen. Das Gründach und seine Unterkonstruktion ist so zu planen, dass das gesamte anfallende Regenwasser der Dachfläche der Dachbegrünung zur Verfügung gestellt wird.
Die Drainageplatte dient bei auflastgehaltenen Systemen als Grundplatte zur Fixierung der Unterkonstruktion für die Paneele. Die Halterung sind Aluminium-Montageschienen worauf die einzelnen Paneele verschraubt werden. Die Modulneigung ist je nach Hersteller unterschiedlich.
Hierbei wird die Unterkonstruktion der Solaranlage ohne Durchdringung der Dachabdichtung errichtet. Die Substrathöhe, der Abstand und Neigung der Module ist objektbezogen zu definieren und zu berechnen (Windlast, Schneelast, etc.).
Durch die Aufständerung werden die Module hinterlüftet und eine Überhitzung vermieden. Durch die Evapotranspiration verdunsten Pflanzen Wasser, entziehen ihrer Umgebung Energie und kühlen diese mit der sogenannten Verdunstungskälte. Dadurch kann die Umgebungstemperatur der Module durch die Kühlleistung der Pflanzen reduziert und der Energieertrag der PV-Anlage gesteigert werden.
Bei Solargründächern muss ein Mindestabstand von 20 cm von der Substratoberfläche zur Unterkante der Solarpaneele beachtet werden, um eine Verschattung durch zu hochwachsende Pflanzen zu vermeiden.
Mögliche Aufstellungen: entweder in einzelnen Paneel-Reihen (Abb. 3), Satteldach- oder Schmetterlingsform (Abb. 4). Dabei wird der tiefste Punkt der Module mit einem Mindestabstand von 20cm zur Vegetationsschicht auf die Unterkonstruktion montiert.
Für die Pflege sind zwischen den einzelnen Modulreihen ein entsprechender Abstand zu planen.
