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.
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 notwenige 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
IPAK — International Project Management Agency Klagenfurt on Lake Wörthersee GmbH
Projekt- bzw. KooperationspartnerInnen
Verein zur Förderung der HTL Lastenstraße
Grünstattgrau Forschungs- und Innovations GmbH
Citygreen Gartengestaltungs GmbH
Stadtwerke Klagenfurt AG
Bauwerksbegrünung kombiniert mit Solarenergie
Hier zeigen wir die unterschiedlichen Möglichkeiten der Kombination von Solarenergie mit Bauwerksbegrünung. Die Aufstellung kann in fix verankerten oder auflastgehalten Systemen umgesetzt werden. Fixe Verankerungen werden aufgrund der einzubindenden Durchdringung als nachteilig eingestuft. Unterschiedlichen Ausrichtungen und Auslegungen der Module sind möglich. Aktuelle wird zwischen folgenden Anordungsformen unterschieden:
Die jeweilige objektbezogene Planung und Umsetzung ist hinsichtlich der Zielvorgaben für Ertrag und Begrünung in optimalen Einklang zu bringen.
Das Solargründach
Eine spezielle Ausbildungsform 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:
- Erhöhung des Wirkungsgrades der Solaranlage
- Erhöhung der Artenvielfalt
- Schutz der Abdichtungsschicht vor thermischer und mechanischer Beanspruchung
- Punktuelle Belastungen können vermieden werden
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, Satteldach- oder Schmetterlingsform. 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.
Die vertikal aufgeständerten bi-fazialen Module sind West-Ost orientiert und können durch die bifazialen PV-Module sowohl vormittags als auch nachmittags Energie produzieren. Diese Aufstellung der Module ist ebenfalls auflastgehalten. Allerdings ist mit einer höheren Windlast zu rechnen, welche mit einem höheren Substrataufbau entgegengewirkt werden kann. Aus dem Forschungsprojekt „Grün und Photovoltaik auf dem Dach der Residenz Eichgut: Ideale Partner“ von solarspar und der ZHAW Zürich entstand die aktuelle Innovation im Bereich Solargründach. Eine weitere Erkenntnis aus diesem Forschungsprojekt ist die Ertragsteigerung von 17% durch den Einsatz von weißem Zierkies und silberlaubigen Pflanzen wie Thymian und Sonnenröschen, welche den Albedo Effekt steigern. Im genannten Forschungsprojekt ist keine Verschattung durch Pflanzen bis auf wenige Ausnahmen vorgekommen.
Hier sehen Sie eine Sonderlösung mit möglichem Mehrfachnutzen. Ein Beispiel solch einer Sonderlösung stellt der sogenannte PV-Dachgarten dar: Hierbei handelt es sich um eine Fläche welche mehreren Nutzungen wie Solartechnologie, Dachbegrünung und Aufenthaltsflächen vereint. Auf einer Pergola-Konstruktion werden semi-transparente Module installiert. Regenwasser wird in die intensive Dachbegrünung eingeleitet. Die Auflast der Begrünung wird ebenfalls von der Aufständerung gehalten. Die lichtdurchlässigen Module ermöglichen das Anwachsen von Pflanzen und spenden gleichzeitig Schatten für Menschen.
Die Solargrünfassade
Das Prinzip der Synergie ist bei der Kombination PV und Begrünung auf der Fassade sehr ähnlich. Es können hinter den Modulen unterschiedliche Technologien der Fassadenbegrünungen umgesetzt werden. Neben wandgebundenen Systemen (Living Walls) gilt vor allem bei Begrünungen mit Kletterpflanzen auf die geeignete Wahl der Kletterpflanzen zu achten. Hierbei müssen Dickenwachstum und lichtfliehende Triebe mit den baulichen Maßnahmen berücksichtigt werden, um eine Beschädigung der Anlage zu vermeiden.