Forschungsprojekt zur Inventarisierung und Potenzialanalyse begrünter Dächer

Gründächer aus der Vogelperspektive

von:
Bauwerksbegrünung
Dachbegrünungen sind im Bereich der Stadtökologie vielseitig einsetzbar. Fotos, soweit nichts anderes angegeben, DDV

Gemeinsam mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Oberpfaffenhofen hat der Deutsche Dachgärtner Verband (DDV) ein Forschungsprojekt zur fernerkundlichen Inventarisierung und Potenzialanalyse begrünter Dächer gestartet. Die Untersuchung der städtischen Dachflächen aus der Vogel- beziehungsweise Satellitenperspektive soll Auskunft darüber geben, wie groß der Anteil begrünter Dächer bereits ist und welche weiteren Potenziale aktiviert werden können. Als Partnerstädte beteiligen sich München, Nürtingen, Stuttgart, Karlsruhe und Hamburg an dem Pilot-Projekt. Außerdem sind die HafenCity Universität Hamburg (HCU), der Gründachsystem-Hersteller ZinCo GmbH und die Deutsche Gartenamtsleiterkonferenz (GALK) mit von der Partie. Das Projekt wird von der Deutschen Bundestiftung Umwelt (DBU) gefördert und hat eine Laufzeit von 16 Monaten.

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Obwohl die Stadt Stuttgart zu den kommunalen Gründach-Pionieren gehört, ist die exakte Anzahl der begrünten Dachflächen unbekannt.

Die Ausgangslage - Grüne Potenziale zu Klimaschutz und Klimafolgenanpassung

Der Klimawandel stellt die Städte vor enorme Herausforderungen. Die Zunahme extremer Wetterereignisse (ausgedehnte Hitzeperioden, starke Unwetter, Hochwasser) wird sich auf die urbanen Ballungsgebiete aufgrund ihrer Bevölkerungs- und Bebauungsdichte und der hohen Wertekonzentration besonders stark auswirken. Um die bereits vorhandenen negativen Effekte abzumildern und Pufferkapazitäten für die prognostizierte Verstärkung des Klimawandels zu schaffen, müssen die kommunalen Entscheidungsträger deshalb in einer Doppelstrategie Maßnahmen des Klimaschutzes (Mitigation) und der Klimafolgenanpassung (Adaption) miteinander kombinieren. Als Modul einer klimawandelangepassten Stadt- und Raumentwicklung kommt dem Erhalt und der Vergrößerung der Grünflächen in der Stadt dabei besondere Bedeutung zu. Die positiven Wirkungen von "Grün in der Stadt" umfassen unter anderem die Bindung von Treibhausgasen und Luftschadstoffen, die Verringerung des urbanen Hitzeinsel-Effektes ("urban heat island"-Effekt) und die Entlastung der Kanalisation durch Speicherung, Verdunstung und Versickerung von Niederschlagswasser. Gleichzeitig erhöhen Grünflächen die Lebensqualität der Stadtbewohner und unterstützen Aspekte des Artenschutzes und der Biodiversität. Ein gezielter Ausbau der grünen Infrastruktur und die damit einhergehende Schaffung von zusätzlichen Freiflächen werden deshalb von vielen Kommunen als wichtige Bausteine für eine klimawandelgerechte Städteplanung angesehen. Aktuelle Unterstützung findet dieser Ansatz auch durch ein breites, branchenübergreifendes Bündnis aus Verbänden, Stiftungen und Unternehmen, das sich im Rahmen der Charta "Zukunft Stadt und Grün" für mehr "Lebensqualität durch urbanes Grün" einsetzt und hierzu acht Handlungsfelder identifiziert hat. Initiatoren der Anfang 2014 veröffentlichten Charta sind der Bundesverband Garten-, Landschafts- und Sportplatzbau e. V. (BGL) und die Stiftung DIE GRÜNE STADT.

Neuer Handlungsspielraum durch Dachbegrünungen

Die Erweiterung von Grünkorridoren und Grünvernetzungen steht allerdings häufig in Konflikt mit der ökonomischen Verwertung der knappen innerstädtischen Grundstückslagen. Auch stadtplanerische Konzepte einer qualifizierten Innenentwicklung, die in der Regel eine Nachverdichtung bereits bebauter Gebiete einschließen, reduzieren den potenziellen Freiflächenpool. Die städtischen Flächenressourcen für die Neuanlage umfangreicher Grünbereiche am Boden sind deshalb eng begrenzt. Dies gilt im besonderen Maße für die innerstädtischen Bezirke, in denen der Anteil der versiegelten Fläche durch Gebäude und Verkehrswege am höchsten ist. Die Installation von Grünflächen auf den Dächern der Stadt ist in der Lage, neue Handlungsspielräume für die Stadtplanung zu eröffnen, da Gründächer in vielen stadtökologischen Bereichen positive Wirkungen entfalten (etwa Stadtklima, Energieeinsparung, Entwässerung und Artenvielfalt) und gleichzeitig auf ein enormes brachliegendes Freiraumpotenzial zurückgreifen können, das über das gesamte Stadtgebiet verteilt ist. Dieser Aspekt wird auch in einer Studie des Umweltbundesamtes bestätigt, die die Dachbegrünung als eine uneingeschränkt geeignete Anpassungsmaßnahme an den Klimawandel im Handlungsfeld "Raumplanung" beschreibt (Umweltbundesamt; 2012). Eine wichtige Grundvoraussetzung für die Integration der Dachbegrünung in die kommunalen Klimafolgenanpassungsstrategien stellen fundierte qualitative und quantitative Datensätze dar, die neben dem Umfang und der Lage der bereits existierenden Gründachflächen zusätzlich auch geeignete Dachflächen für eine nachträgliche Begrünung ausweisen. Trotz der langen Tradition der Dachbegrünung in Deutschland besitzen aber nur eine Handvoll Kommunen (wie Düsseldorf, Hannover, Verwaltungsbezirk Friedrichshain-Kreuzberg in Berlin) detaillierte Angaben in diesem Bereich. Es ist daher nicht verwunderlich, dass die Dachbegrünung in Stadtklimagutachten zwar häufig als klimaverbessernde Maßnahme genannt wird, aber in die konkreten Modellrechnungen aufgrund des Fehlens von belastbaren Daten keinen Eingang findet.

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Die Mitglieder der Arbeitsgruppe V. l. n. r. Dr. Thomas Esch (DLR), Dieter Schenk (ZinCo GmbH), Sabine Früh (DDV), Julian Zeidler (DLR) und Wolfgang Ansel (DDV)
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Kommunen können den 84-seitigen Leitfaden kostenfrei bei der Geschäftsstelle des DDV bestellen (www.dachgaertnerverband.de).

Ziele und Anwendungsgebiete des Pilotprojektes

Um die Wissenslücken im Bereich der Gründach-Inventarisierung und ungenutzten Dachflächenpotenziale zu schließen, hat der Deutsche Dachgärtner Verband (DDV) gemeinsam mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt in Oberpfaffenhofen (DLR) ein Forschungsprojekt bei der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) beantragt. Unter dem Titel "Fernerkundliche Identifizierung von Vegetationsflächen auf Dächern zur Entwicklung des für die Bereiche des Stadtklimas, der Stadtentwässerung und des Artenschutzes aktivierbaren Flächenpotenzials in den Städten" haben Geoinformatiker und Gründach-Experten 16 Monate Zeit, um ein automatisiertes, fernerkundliches Verfahren zur Erfassung von Gründächern und potenziell begrünbaren Dachflächen zu entwickeln. Als Werkzeug der nachhaltigen Stadtentwicklung richtet sich die neuartige Methodik vor allem an die kommunalen Fachbehörden (wie Bauamt, Stadtplanungsamt, Umweltamt, Grünflächenamt, Naturschutzbehörden oder Entwässerungsbetriebe). Zu den weiteren Kooperationspartnern des Pilotprojektes gehören deshalb die Städte Hamburg (Behörde für Stadtentwicklung und Umwelt - BSU), Karlsruhe (Gartenbauamt), Stuttgart (Amt für Umweltschutz), München (Referat für Gesundheit und Umwelt) und Nürtingen (Dezernat III) sowie - wie bereits erwähnt - die HafenCity Universität Hamburg (HCU), die Firma ZinCo GmbH und die Deutsche Gartenamtsleiterkonferenz (GALK). Eine besonders wichtige Rolle kommt den Stadtmessungs-, Geoinformations- und Liegenschaftsämtern der kommunalen Kooperationspartner zu, die die Ausgangsdatensätze für die Analyse zur Verfügung stellen (siehe "Aktueller Stand in Forschung und Praxis").

Auf Basis der fernerkundlichen Analyse der Dachflächen lassen sich für die kommunalen Fachbehörden später unter anderem folgende praktische Anwendungsmöglichkeiten ableiten:

  • Einbindung der Daten in Modellierungen für das Stadtklima (Wärmeinsel-Effekte, Kaltluftschneisen und Luftschadstoffbelastungen), die Entwässerungsplanung und die Biotopvernetzung
  • Schaffung von vernetzten Grünzügen über den Dächern der Stadt
  • Aussagen zu lokal präferierten Gründach-Typen (unterschiedlicher Regenwasserrückhalt von Extensiv- und Intensivbegrünungen, Kombination mit Regenwassernutzung, Kombination mit Solaranlagen)
  • Nutzung der Daten, um bei Bürgern und Investoren die Akzeptanz für begrünte Dächer zu erhöhen
  • Gezielte kommunale Förderung begrünter Dächer in Gebieten mit mangelhafter Grünausstattung

Damit unterstützt das Pilotprojekt inhaltlich auch den "Leitfaden Dachbegrünung für Kommunen" (Ansel et al.; 2011), den der Deutsche Dachgärtner Verband gemeinsam mit der HafenCity Universität Hamburg und der Deutschen Gartenamtsleiterkonferenz vor zwei Jahren ebenfalls im Rahmen einer Förderprojektes der Deutschen Bundesstiftung Umwelt erstellt hat und der bereits in der zweiten Auflage erschienen ist. Zu den im Leitfaden beschriebenen stadtplanerischen Instrumenten, die zur Förderung begrünter Dächer eingesetzt werden können, gehören zum Beispiel Festsetzungen in Bebauungsplänen, Gründach-Satzungen, finanzielle Förderprogramme, indirekte Zuschüsse im Rahmen der gesplitteten Abwassergebühren oder Maßnahmen der Öffentlichkeitsarbeit. Der Einsatz dieser Instrumente kann sich nach der Dringlichkeit der Verbesserung der lokalen Grünflächenausstattung, den vorhandenen stadtökologischen Problemstellungen und den Rahmenbedingungen (Neubaumaßnahmen oder Maßnahmen im Bestand) richten. Um die Kombination dieser Instrumente effizient und zielgerichtet auf die jeweilige lokale Situation ausrichten zu können, bietet die Ermittlung der bereits vorhandenen Dachbegrünungen und die Erhebung potenziell begrünbarer Dachflächen eine wichtige Grundlage.

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Für die Begrünung von Bestandsgebäuden sind Informationen zur Dachneigung und Statik essentiell. Foto: Roland Fränkle, Bildstelle Stadt Karlsruhe

Aktueller Stand in Forschung und Praxis

Ein automatisiertes Verfahren zur Identifikation und Quantifizierung urbaner Gründachflächen, das eine schnelle und kostengünstige Erhebung in Kombination mit einer Potenzialanalyse ermöglicht, stand bisher nicht zur Verfügung. Erste Untersuchungen in Düsseldorf, Berlin und Hannover (unveröffentlicht) beruhen auf der visuellen Auswertung von Luftbildern, die zum Teil durch Vor-Ort-Besuche und die Auswertung von alten Bebauungsplänen ergänzt wurden. So wurden zum Beispiel in Düsseldorf anhand von digitalisierten Luftbildaufnahmen rund 1330 Gebäude mit begrünten Dächern identifiziert (Holzmüller; 2009). Der grüne Flickenteppich ist über das gesamte Stadtgebiet verteilt und nimmt die beachtliche Fläche von mehr als 440.000 Quadratmetern ein. Dies entspricht 1,6 Prozent aller Dachflächen in Düsseldorf. Im Innenstadtbereich liegt der Anteil der begrünten Dachflächen sogar bei knapp drei Prozent. Im Berliner Verwaltungsbezirk Friedrichshain-Kreuzberg wurden auf Basis einer visuellen Auswertung 613 Gebäude mit Dachbegrünung identifiziert (Köhler, Kresse & Belz; 2011). Die Gesamtfläche liegt hier bei etwa 330.000 Quadratmeter. Dies entspricht sieben Prozent der gesamten Dachflächen des Bezirks. Trotz der beeindruckenden Quadratmeterzahlen an begrünten Dächern zeigen beide Beispiele deutlich, dass das stadtökologisch nutzbare Flächenpotenzial noch lange nicht ausgereizt ist. Zu den methodischen Einschränkungen des in Düsseldorf, Berlin und Hannover eingesetzten, visuellen Auswerteverfahrens gehört neben dem vergleichsweise großen zeitlichen Aufwand auch die subjektive Bewertung der Luftbilder durch den jeweiligen Bearbeiter. Die komplizierte spätere Übertragung der erhobenen Daten in die typischen Katasterprogramme und stadtklimatischen Planungsszenarien ist ebenfalls mit dafür verantwortlich, dass die Methode keine breite Anwendung gefunden hat.

Die im vergangenen Jahrzehnt realisierten Fortschritte der Fernerkundung ermöglichen es aber mittlerweile, Objekte und Oberflächenbeschaffenheiten urbaner Landschaften räumlich so detailliert zu erfassen und zu verarbeiten, dass die spezifischen Fragestellungen der Gründachinventarisierung und Potenzialanalyse mit einer automatisierten Software-Lösung untersucht werden können. Zur Klassifikation urbaner Objekte stehen zum Beispiel die unterschiedlichsten flugzeug- und satellitengestützten Datensätze zur Verfügung: So werden höchstauflösende Satellitendaten zur Klassifikation thematischer Gruppen wie Gebäude oder Vegetation verwendet (Taubenböck et al.; 2010). Hyperspektrale Datensätze werden zur Differenzierung von Oberflächenmaterialien wie beispielsweise Metall, Asphalt, Laub- oder Nadelwald eingesetzt. Oder multisensorale Ansätze kombinieren digitale Oberflächenmodelle mit höchstauflösenden optischen Erdbeobachtungsdaten, um Attribute wie Gebäudehöhen oder Dachneigungen (Esch, 2011; Wurm et al. 2011) abzuleiten. Die Kombination von digitalen Oberflächenmodellen mit höchstauflösenden Falschfarben-Infrarot-Luftbildern ermöglicht etwa einen sehr hohen Differenzierungsgrad der Gründach-Inventarisierung, der Analysen für das gesamte Stadtgebiet bis hinunter auf die Ebene einzelner Gebäude erlaubt. Eine Herausforderung für die Entwicklung der automatisierten fernerkundlichen Analyse-Software stellen die unterschiedlichen Datensätze und Datenqualitäten dar, die den kommunalen Fachbehörden zur Verfügung stehen. Denn auch herkömmliche farbige Orthofotos (RGB) oder höchstauflösende Multispektral-Satellitenaufnahmen sollen durch die Software-Programmierung abgedeckt werden, wodurch ein breites Anwendungsspektrum gewährleistet wird.

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Um die Beschaffenheit der Dachoberflächen automatisiert zu ermitteln, werden verschiedene fernerkundliche Datensätze und Geoinformationsdaten miteinander verknüpft. Foto: Karlsruhe/DLR

Fragestellungen der Dachbegrünung im Bestand

Zu den konstruktiven Anforderungen, die einen besonders starken Einfluss auf die Begrünung von Dachflächen besitzen, gehören die statischen Lastreserven und die Dachneigung. Während in neuen Baugebieten oder bei Nachverdichtungen im Bestand durch entsprechende Hinweise in den Bebauungsplänen die spätere Begrünung bereits in die Planung der Gebäude Eingang finden kann, können diese Faktoren bei Bestandgebäuden häufig eine begrenzende Rolle einnehmen. Hinweise zur Gebäudestatik lassen sich aus den Oberflächenmodellen und optischen Erdbeobachtungsdaten nicht direkt ableiten. Im Vergleich zu einer Einzelfallprüfung bietet eine vorgeschaltete fernerkundliche Potenzialanalyse aber auch in diesem Bereich eine erhebliche Arbeitsersparnis. Die zur Ermittlung des Gründach-Potenzialkatasters verwendete Methode berücksichtigt die Dachneigung der Gebäude und grenzt dadurch die Gesamtzahl der potenziell begrünbaren Dächer ein. Zu den präferierten Dachtypen für eine nachträgliche Begrünung gehören Flachdächer und leicht geneigte Dächer bis zehn Grad Dachneigung, da hier in der Regel keine besonderen Vorkehrungen zur Aufnahme der Schubkräfte berücksichtigt werden müssen. Weitere Informationen zur statischen Belastbarkeit können aus der vorhandenen Dacheindeckung (Kiesdach oder "nackte" Dachabdichtung) abgeleitet werden. Im "Leitfaden Dachbegrünung für Kommunen" wird die untere Grenze der Gewichtsbelastung durch extensive Dachbegrünungen mit 60 Kilogramm pro Quadratmeter angegeben. Kiesdächer, die häufig eine Belastung von 100 Kilogramm pro Quadratmeter verursachen, lassen sich also nach Entfernung des Kiesbelages ohne Änderung der Gebäudestatik in Gründächern umwandeln. Bei Dächern, die keinen Kiesbelag aufweisen, muss im Einzelfall die statische Belastbarkeit geprüft werden. Im Unterschied zu Festsetzungen von Dachbegrünungen in Bebauungsplänen stellt die Installation von Gründächern auf Bestandsgebäuden in der Regel eine freiwillige Maßnahme dar. Um die Motivation der Gebäudeeigentümer zu erhöhen, kann die Kommune diese Maßnahmen gezielt durch finanzielle Förderprogramme unterstützen.

Fazit und Ausblick

Ein Kataster potenziell begrünbarer Dachflächen stellt eine wichtige Grundlage dar, um das für die Bereiche des Stadtklimas, der Stadtentwässerung und des Artenschutzes aktivierbare Flächenpotenzial auf den Dächern der Stadt quantitativ zu erfassen, zu lokalisieren und gezielt zu entwickeln. Dabei spielen natürlich auch die bereits vorhandenen Gründach-Flächen, die im Rahmen der fernerkundlichen Inventarisierung erstmalig genau bestimmt und lokalisiert werden, eine wichtige Rolle. Beide Werte fügen sich zu einem Gesamtbild zusammen, auf dessen Basis das Potenzial begrünter Dächer für eine nachhaltige, städtebauliche Entwicklung besser abgeschätzt werden kann und eine gezielte Förderung ermöglicht wird. Weitere Informationen zum Projekt erhalten Sie bei der Geschäftsstelle des Deutschen Dachgärtner Verbandes (Tel: 0 70 22-30 13 78, E-Mail: contact@dachgaertnerverband.de)

Literatur

Ansel, W., Baumgarten H., Dickhaut, W., Kruse, E. & Meier, R. (2011): Leitfaden Dachbegrünung für Kommunen - Nutzen - Fördermöglichkeiten - Praxisbeispiele. Projektbericht Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) Aktenzeichen 28269. ISBN 978-3-9814184-0-8.

Esch, T., Taubenböck, H., Geiss, C., Nast, M., Schillings, C., Metz, A., Heldens, W., Keil, M. & Dech, S. (2011): Potenzialanalyse zum Aufbau von Wärmenetzen unter Auswertung siedlungsstruktureller Merkmale. Projektbericht Bundesinstitut für Bau-, Stadt-, und Raumforschung im Bundesamt für Bauwesen und Raumordnung, Berlin. Förderkennzeichen 3004775.

Holzmüller, K. (2009): Natürlich Klimaschutz - Grüne Dächer in Düsseldorf: Finanzielle Förderung und quantitative Luftbildauswertung. In: Dachbegrünung in der modernen Städtearchitektur S. 145-148. ISBN 978-3-9812978-0-5.

Köhler, M., Kresse, W. & Belz, C. (2011): Ein Beitrag zum Berliner Umweltatlas. Begrünte Dächer der Bundeshauptstadt. In: Artikel aus der Zeitschrift: Dach + Grün. ISSN: 0943-5271. Jg.: 20, Nr.3, 2011. Seite 12-15.

Taubenböck, H., Esch, T., Wurm, M., Roth, A. & Dech, S. (2010): Object-based feature extraction using high spatial resolution satellite data of urban areas. In: Journal of Spatial Science, vol. 55, no. 1, pp. 117-133.

Umweltbundesamt (2012): Kosten und Nutzen von Anpassungsmaßnahmen an den Klimawandel - Analyse von 28 Anpassungsmaßnahmen in Deutschland.

Wurm, M., Taubenböck, H., Schardt, M. Esch, T. & Dech, S. (2011): Object-based image information fusion using multisensor earth observation data over urban areas. In: International Journal of Image and Data Fusion, 2(2), 121-147.

Dipl.-Wirt. Biol. Wolfgang Ansel
Autor

Deutscher Dachgärtnerverband

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