Balkonpflanzen unterstützen Gebäudetechnik

Nach den Erfordernissen der Botanik die Haustechnik auslegen - dies wird im Gewächshaus jedes botanischen Gartens gemacht. Die Pflanzen stehen innen, das Gebäude schützt sie. Die Möglichkeiten der Botanik aber vorrangig nutzen und die Haustechnik als Ergänzung betrachten, das wird in einer bislang bei Wolkenkratzern nicht da gewesenen Konsequenz in Mailand realisiert. Hier stehen die Pflanzen außen und schützen das Gebäude und seine Bewohner - selbst im 20. Stockwerk. Die Rede ist von zwei Wohnhäusern mit 80 und 112 Meter Höhe, deren Fassadenbegrünung zusammengenommen einen Hektar Wald abbildet. Die Versorgung des senkrecht gestapelten Waldes (Bosco Verticale) erfolgt mit Betriebswasser.

Kühlaggregate kommen bei diesem ehrgeizigen Projekt im Sommer nur zum Einsatz, falls die Verschattung durch die Laubgehölze und die Verdunstungskühlung durch die gesamte Pflanzengesellschaft an der Fassade nicht ausreicht. Es handelt sich bei der Begrünung um 480 große und mittlere Bäume, 250 kleinere Exemplare, 5000 Büsche, 11.000 Bodendecker und Hängepflanzen. Sie werden nicht mit Trinkwasser, sondern mit Grundwasser versorgt, dem vorher bereits in der Klimazentrale Wärme zur Energieversorgung der Gebäude entzogen wurde. Durch die Bewässerung der Fassadenpflanzen und deren Verdunstungsleistung entweicht bei gleichzeitiger Abkühlung Wasser in die Atmosphäre der regelmäßig zu warmen und zu trockenen Stadt. Ein Effekt mit mehrfacher Synergie: Die Luftfeuchtigkeit steigt, die Temperatur sinkt, der Anstieg des Grundwassers wird gebremst und der Energiebedarf des Gebäudes gesenkt.

Architektur im Wald versteckt

Die Idee des Bosco Verticale stammt von Stefano Boeri. Als Architekt sucht er nach Möglichkeiten, Städtebau ökologisch und nachhaltig zu verwirklichen. Als Professor an Hochschulen in Mailand, Genua und Venedig lehrt er, dass Bauen ein Miteinander von Mensch, Tier und Pflanze sein soll und sein kann. Das Planungsteam Boeri Studio entwickelte in den Jahren 2006 bis 2008 Design und Technik des heute im Bau befindlichen Projekts mit dem klangvollen Namen Porta Nuova Isola. Es liegt in einem innerstädtischen Quartier nördlich des Mailänder Zentrums. Dort standen bis vor 60 Jahren noch große Industrieanlagen mit Gleisanschluss an den Bahnhof Porta Garibaldi. Nach deren Rückbau wurde eine Linie der Metro durch das Areal geführt, die zusammen mit einem neuen Straßenkonzept die Erschließung optimiert, sowohl in Richtung City als auch zur Peripherie der kulturellen und wirtschaftsstarken Metropole, die Mailand als Hauptstadt der Lombardei schon immer ist.

Mittlerweile befindet sich das 65-Millionen-Euro-Projekt Porta Nuova Isola in der Ausführungsphase, die für den Zeitraum 2008 bis 2013 terminiert ist. Während die letzten Stockwerke noch konstruiert werden, sind in den unteren Etagen schon die Bäume in ihren Pflanztrögen "eingezogen". Verantwortlich für die Auswahl sind Laura Gatti und Emanuela Borio. Die Expertinnen stellen seit Jahren bereits Untersuchungen an zur Eignung bestimmter Gehölze und Stauden unter den speziellen Voraussetzungen dieses Experimentes. Winddruck und Windsog, Temperatur und Luftfeuchte, Wasser- und Nährstoffversorgung sowie Halt durch Verwurzelung (bei dem in solchen Balkontrögen üblichen leichten Substrat) sind kritische Größen.

Eigentümergemeinschaft mit eigenem Förster?

Um auf der sicheren Seite zu sein, auch wegen der Gebäude-Haftpflichtversicherung, wurden an einer Universität in Florida Windkanal-Versuche mit Originalbauteilen durchgeführt. Schließlich sind die Bäume später bis zu neun Meter hoch, die Substrathöhe in den Pflanztrögen beträgt aber nur einen Meter. Doch bieten die Tröge Volumen durch Breite und Tiefe, vier bis fünf Kubikmeter für die größten Exemplare, und sie bekommen ein speziell entwickeltes Substrat. Zusätzlich sind Stahlseile von der Unterseite der darüber liegenden Balkone gespannt zu ein, zwei oder drei Befestigungspunkten an den Stämmen, je nach Höhe der Bäume. Dies ist vorbeugend und soll verhindern, dass die Gehölze zu stark vom Wind geschüttelt werden. "Eine weitere Maßnahme der Vorsorge war, die Bäume in einer speziellen Baumschule zu ziehen", sagt Laura Gatti, "so dass sie von Anfang an unter den besonderen Konditionen aufwachsen, denen sie nach der Verpflanzung an die Fassade ausgesetzt sind." Der Inhalt der Pflanztröge geht mit dem Kauf der Eigentumswohnungen nicht in die Obhut und Verantwortung der Bewohner über. Er ist ein Teil des "Klimasystems Fassade" und wird deshalb nach einem Wartungsvertrag von Fachleuten betreut. Diese Förster und Gärtner kommen mehrmals im Jahr im Korb von oben eingeschwebt, wie Fensterputzer, mit Hilfe eines an der Dachkante entlang fahrenden Krans.

System zum Heizen, Kühlen und Bewässern

Alle Pflanztröge sind an eine automatische Bewässerung angeschlossen. Die sollte ursprünglich aus aufbereitetem Grauwasser der Wohnungen gespeist werden. Nun wird das Betriebswassersystem mit Grundwasser versorgt. Im Zuge der Baugrunduntersuchung hat sich ergeben, dass in etwa 20 Meter Tiefe Grundwasser ansteht, das früher von den Fabriken an diesem Standort genutzt wurde. Seit das Industriezeitalter hier vor einigen Jahrzehnten zu Ende ging, stellt man einerseits eine Beeinträchtigung der Qualität dieses oberen Grundwasserleiters fest, andererseits einen kontinuierlichen Anstieg des Wasserspiegels.

Das veranlasst die Stadtverwaltung, bei Baumaßnahmen die Nutzung des Grundwassers zu empfehlen. Auf dem Gelände von Porta Nuova Isola sind nun mehrere Brunnen gebohrt. Das Wasser wird aufbereitet und in das Betriebswassernetz gepumpt, zur Versorgung der Pflanztröge an den Fassaden der Wohntürme. Anschließend wird es durch Wärmeübertrager geleitet, um die geothermische Kapazität des Grundwassers für die Heiz- und Klimatechnik zu nutzen. Da ganzjährig Kapazität zur Verfügung steht, findet die gewonnene Wärme für die ganzjährig benötigte Warmwasserbereitung Verwendung. Dafür stehen in der unterirdischen Technikzentrale neben den vier Wärmeübertragern vier Wärmepumpen. Ringleitungen versorgen die beiden Wohntürme, aber auch drei weitere niedrigere Häuser auf dem Areal mit Wasser und Energie. Unter jedem der Gebäude übernimmt dann eine separate Übergabestation die Unterverteilung.

Das überschüssige Grundwasser wird nach dem Wärmeentzug und dem Abzweig der Bewässerung über Sickerschächte in den Untergrund zurückgegeben - im Winter etwas kühler als entnommen, im Sommer etwas wärmer, da die Klimatechnik der Gebäude periodisch Abwärme dem zu versickernden Wasser mitgeben darf. In der Gesamtmenge fließt jedoch weniger Wasser und Wärme zurück, als aus dem Grundwasser gefördert wurde.

"Wir haben genau berechnet, wie viel Bewässerung in jedem Geschoss und auf jedem Balkon der Hochhäuser nötig ist. Es entspricht dem jährlichen Bedarf von 60 Bewohnern", erklärt Laura Gatti. "Wir vermuten, dass wir von März bis Oktober die Pflanztröge der Balkone bewässern müssen. Es kann in Mailand aber zusätzlich, bei entsprechender Witterung, auch im Winter gelegentlich notwendig sein."

Im 26. Stock Grundwasser verdunsten

Projektentwickler Hines lässt das Projekt nach LEED (Leadership in Energy and Environmental Design) zertifizieren. Angestrebt wird eine Auszeichnung in Gold. "Zwei Punkte für die Nutzung des Grundwassers zur Bewässerung der Außenanlagen sind bereits garantiert" sagt der verantwortliche LEED-Berater Mattia Mariani und ergänzt: "Auch die Wasserspararmaturen in Sanitärräumen und Küchen sind berücksichtigt. Und natürlich gibt es Punkte für das Begrünen des Grundstücks im Sinne von Vermeiden urbaner Erhitzung." Wie viel Punkte für einen Hektar Wald vor der Hochhausfassade als Schatten spendendes Element zu vergeben ist, sei in den Zertifizierungslisten allerdings nicht zu finden gewesen. Hier habe man den Vergleich mit Markisen gesucht und entsprechend geschätzt.

Die Verschattung durch die Laubbäume im Sommerhalbjahr und deren Verdunstungskühlung wird bei der Bemessung der Kühlleistung für die Innenräume pauschal in Ansatz gebracht. Man habe vor, so Mariani, mit den in den ersten Jahren gewonnenen Messdaten die Technik nachträglich zu justieren. Auch zum Wasserverbrauch bei Grundwasser und Trinkwasser soll eine Evaluierung folgen, entsprechende Zähler seien installiert.

Metropole mit Biodiversität

Um Interessenkonflikte zu vermeiden, hat Stefano Boeri (der geistige Vater des senkrecht gestapelten Waldes von Mailand) sich von seinem Lehrauftrag an der Universität "Politechnico di Milano" suspendieren lassen, seit er Juni 2011 das Amt des Bürgermeisters für Kultur, Design und Mode übernommen hat. Sein Planungsbüro Stefano Boeri Architetti akquiriert seither auch keine neuen Aufträge mehr.

Von einem derart konsequenten und pragmatischen Visionär darf man erwarten, dass er seine Überzeugung der notwendigen Umwandlung der Stadt in einen ökologisch gesunden Organismus und der Architektur in eine Energie und Flächen sparende Baukunst nun in der Lokalpolitik vorantreibt. Für Mailand bietet sich eine "Spielwiese" dafür in der nahen Zukunft geradezu an: Die Expo 2015 mit dem Motto: Den Planeten ernähren, Energie für das Leben.

Das Büro Stefano Boeri Architetti entwickelt mit Partnern und Studenten seit Jahren bereits realisierbare Modelle für den allmählichen Umbau der versiegelten und versteinerten Großstadt zu einem so genannten Bio-Milano. Allein die Wiederinbetriebnahme von 26 stillgelegten kommunalen Agrarbetrieben (Landwirtschaft und Gärtnerei) könnte den Wandel einleiten, unterstützt vom internationalen Trend zu Urban Farming, der Selbstversorgung von City-Bewohnern mit Gärtnereiprodukten durch Begrünung von Höfen, Dächern und Fassaden.

Bereits sicher ist, dass bei der Expo 2015 neben Bosco Verticale, dem senkrechten Wald auf den Hochhäusern der Porta Nuova Isola, weitere Utopien einer "Metropole mit Biodiversität" verwirklicht sein werden. Dieser abstrakt wirkende Begriff ist der Untertitel des Buches "biomilano" mit farblich passendem grünem Umschlag. Es zeigt auf mehr als 150 Seiten entsprechende Modellprojekte. Verfasser: Stefano Boeri, herausgegeben 2011 von Corraini Edizioni, Preis 26,- Euro, ISBN 9 788875 703028.

Verdunstung mindert Hitzeinsel-Effekt

Undurchlässige Flächen, wie Dächer, Fassaden und Straßen, beeinträchtigen das Mikroklima durch die Änderung der Strahlungs- und Energiebilanz. In Stadtzentren wird die Solarstrahlung statt in Verdunstung von Wasser in fühlbare Wärme und langwellige Strahlung umgesetzt, die Ursache für den Hitzeinsel-Effekt. Gebäude müssen deshalb im Sommer stärker gekühlt werden. Wenn hierbei konventionell erzeugter Strom verbraucht wird, entsteht bei Einbeziehen der gesamten Energieumwandlung mehr Wärme als Kälte und verschärft das Problem der globalen Erwärmung. Eine Maßnahme zur Vermeidung ist die Gebäudebegrünung mit dem Ziel der Verschattung und Verdunstungskühlung. Die Folge sind Energieeinsparung bei der Gebäudeklimatisierung, Verbesserung des Mikroklimas, Staubbindung und Lärmdämpfung.

Die Verdunstung, ein faszinierendes global wirksames Phänomen, hält unser Wettergeschehen in Bewegung. Ihr Wärmebedarf wird weltweit durch die Sonneneinstrahlung gespeist und führt zu Luftfeuchtigkeit. Wo diese entsteht, kühlt die Umgebung ab. Umgekehrt, wenn die feuchte Luft auf kühlere Schichten in der Atmosphäre trifft, entstehen Wolken als feines Kondensat und schließlich, wenn sich dieser Prozess fortsetzt, werden Wolken zu Regenwasser und geben die gebundene Wärme wieder frei. So wird ständig weltweit Wasser und Wärme von einem Ort zum anderen transportiert. Wir erleben die Veränderung des Aggregat-Zustandes vom Flüssigen zum Gasförmigen auch am eigenen Körper - etwa beim Schwitzen. Die zur Verdunstung nötige Wärme liefert in diesem Fall die Umgebung, aber auch unser Körper. Er erfährt dadurch die notwendige Kühlung.

Der Baum als natürliche Klimaanlage

Jede Pflanze, jeder Baum transpiriert und stellt eine natürliche Klimaanlage dar. Aloys Bernatzky, Altmeister der deutschen Baumkunde, hat 1978 in seinem Buch "Baumchirurgie und Baumpflege" den Funktionswert einer 100-jährigen freistehenden Buche bei besten ökologischen Voraussetzungen beschrieben. Dieser 25 Meter hohe Baum mit einer Kronenbreite von 14 Metern, einem Kronenvolumen von 2700 Kubikmetern und einer innerzellularen Blattfläche von 160.000 Quadratmetern nimmt stündlich 2352 Gramm CO2 und 960 Wasser auf. Seine Gesamtverdunstung im Jahr beträgt zehn Kubikmeter Wasser bei einem Wärmeverzehr von insgesamt 8 x 106 kcal. Das entspricht bei einem Kubikmeter also 8 x 105 oder 800.000 kcal pro Jahr.

In der Physik wird die zur Verdunstung eines Kubikmeters Wasser erforderliche Energie mit 680 kWh/Kubikmeter angegeben. Dieser Wert bezieht sich auf die Verdunstung bei 30 Grad Celsius. Bei 100 Grad Celsius sind es noch 630 kWh/Kubikmeter.

Projektdaten Bosco Verticale/Porta Nuova Isola

• Lage in Mailand Zwischen Via de Castillia und Via Confalonieri
• Gesamtfläche Areal Porta Nuova Isola 40.000 m²
• Wohnturm D Höhe 80 m, 18 Stock- werke, 40 Appartements
• Wohnturm E Höhe 112 m, 26 Stock- werke, 73 Appartements
• Pflanztrogfläche an den Hochhausfassaden 10.000 m²
• Bauzeit 2008-2013
• Kosten 65 Mio. EUR
• Architektur Boeri Studio (Stefano Boeri, Gianandrea Barreca, Giovanni La Varra)
• Beratung Emanuela Borio, Fassadenbegrünung Laura Gatti
• Bauherrschaft, Generalunternehmer und Projektentwickler Hines Italia
• Haustechnikplanung Hilson Moran Italia
• Tragwerksplanung Arup Italia
• Jahresniederschlags-menge in Mailand 980 mm
• Täglicher Bewässerungsbedarf Wohnturm D und E max. 19-21 m³
• Jährlicher Bewässerungsbedarf Wohnturm D min. 1855 m³/ (Mrz.-Okt.) max. 1975 m³
• Jährlicher Bewässerungsbedarf Wohnturm E min. 3490 m³/(Mrz.-Okt.) max. 3708 m³