HeatResilientCity (HRC)

Hitzeresiliente Stadt- und Quartiersentwicklung in Großstädten – Bewohnerorientierte Wissensgenerierung und Umsetzung in Dresden und Erfurt

Umsetzung

Pilotprojekt: 50 klimaangepasste Bäume und Sträucher für die Erfurter Oststadt (Stand April 2020)

Mit diesem Projekt setzt die Landeshauptstadt Erfurt das Vorhaben zur Neu- und Ersatzpflanzung von 50 Bäumen und Sträuchern um, welche den künftigen klimatischen Anforderungen (längerer Hitze- und Trockenstress, Kältestress) sowie den Gegebenheiten durch die Stadttechnik angepasst sind. Den Lageplan und die textliche Beschreibung des Vorhabens finden Sie im Download-Bereich nachfolgend beigefügt.

Ausgangslage und Standortbedingungen im innerstädtischen Raum
Der vorhandene Baumbestand leidet durch die mangelhaften Standortbedingungen und den hohen Nutzungsdruck. Viele Bäume mussten in der Vergangenheit aufgrund von Absterbeerscheinungen und Krankheits- oder Schädlingsbefall gefällt werden. Nachpflanzungen wurden oftmals aufgrund des Leitungsbestandes und aufgrund der einzuhaltenden Mindestabstände abgelehnt.

Stadttechnik und Klimawandel
Die technische Infrastruktur mit ihren ober- und unterirdischen Medien sind Errungenschaften unserer Zeit, die heute niemand mehr missen will und ganz selbstverständlich zu unserem Leben dazugehören. Leider bedeutet dieser Fortschritt für unsere Stadtbäume erhebliche Eingriffe und Beschränkungen des Kronen- und Wurzelraumes. Durch die Vielzahl unterschiedlicher Leitungen und Hausanschlüsse ist der unterirdische Bauraum deshalb dicht belegt. Aber für das Überleben der Stadtbäume ist es umso wichtiger ausreichend ober- und unterirdischen Lebensraum zur Verfügung zu haben, um sich zu verankern und mit Wasser, Luft und Nährstoffen versorgen zu können.
Mit den sich verändernden Klimabedingungen durch zunehmenden Hitze- und Trockenstress verschlechtern sich die ohnehin schwierigen Lebensbedingungen unserer Stadtbäume weiter.

Akzeptanz und Wohlfahrtswirkungen des Stadtgrüns und Stadtgestalt
Gleichwohl genießt das Stadtgrün zunehmende Akzeptanz bei der Bewohnerschaft Erfurts hinsichtlich der Erholungsfunktion, aber auch hinsichtlich ihrer Leistungen für das Ökosystem (Produktion von für den Menschen lebenswichtigen Sauerstoff, Speicherung und Filterung von Schadstoffen, bspw. Feinstaub, Stickoxide, CO2, Verdunstungsfunktion) und für die Gestaltung der Stadt. Stadtbäume prägen und gliedern Stadträume, sie spenden in den zunehmenden Hitzeperioden (mit Temperaturen über 40 Grad Celsius) wichtigen Schatten und leisten dabei einen wichtigen Beitrag für die thermische Regulierung der Körpertemperatur des Menschen und kühlen in deutlichem Maße auch Gebäude. Dies haben unter anderem Thermografieaufnahmen im Jahr 2019 (in Kooperation mit den Stadtwerken Erfurt GmbH und dem Ingenieurbüro Toralf Keilholz) rund um den Leipziger Platz sehr anschaulich verdeutlicht.

Kurzum gesagt: "Stadtgrün macht einen Stadtraum letztlich schön und lebenswert!"

Das HRC-Pilotprojekt "50 Bäume für die Erfurter Oststadt"
Mit dem BMBF-Forschungsprojekt "HeatResilientCity" (kurz HRC) unter der Federführung des Umwelt- und Naturschutzamts als Partner im Projekt sowie dem parallel laufenden BMU-Förderprojekt "Erfurter Stadtgrünkonzept im Klimawandel" (kurz SiKEF) wird die Chance genutzt, die Startbedingungen zu verbessern und mehr Baumpflanzungen in der Erfurter Oststadt zu initiieren.

38 Bäume sowie zahlreiche Strauchpflanzungen sollen in der Oststadt im Herbst 2020 (ersatz-)gepflanzt werden und die anschließende fünf-jährigen Pflege soll ein gutes Anwachsen gewährleisten.

Eingebaute Poller dienen dem Schutz der Baumscheiben vor Verdichtungen. Bei der Baumartenauswahl wurde Wert gelegt auf Artenvielfalt und angepasste Klimabäume immer unter Beachtung des vorhandenen Baumbestandes. Die Standorte der geplanten Baumpflanzungen und gewählten Arten sind im beigefügten Lageplan verortet.

Das Büro für Garten- und Landschaftsplanung Friedemann & Weber (Erfurt) wurde seitens des Garten- und Friedhofsamts mit der Planung des Projektes beauftragt.

Ziel war es wieder mehr Bäume in der Oststadt neu und nach zu pflanzen. Zahlreiche interne Abstimmungen (bspw. in der sogenannten Graberunde zur Vorabstimmung von Tiefbaumaßnahmen), Begehungen zur Bestandsaufnahme und Ortstermine mit den Versorgungsunternehmen wurden durchgeführt, um Lösungen und Kompromisse zu finden. Weiterhin wurden neue Rahmenvereinbarungen zwischen der Stadtverwaltung und den Leitungsträgern erarbeitet, um verstärkt Ersatzpflanzungen wieder zu ermöglichen. Diese koordinative Aufgabe leistete das Amt für Tiefbau und Verkehr.

Da der unterirdische Bauraum nur begrenzt zur Verfügung steht, müssen sich die Wurzelgruben den örtlichen Gegebenheiten anpassen und wurden für jeden einzelnen Standort individuell abgestimmt. Die unterirdischen Wurzelraumerweiterungen ziehen sich als Wurzelgraben in die Länge und werden durch Belüftungsstäbe mit Sauerstoff versorgt. Oberirdisch bleiben die offene Baumscheibe und die Belüftungsöffnungen sichtbar. Die Abdeckung der Baumscheibe erfolgt mit mineralischem Mulch, der diese Fläche vor Verdichtung und Verschlämmung schützt. An einigen Standorten waren Baumpflanzungen trotz Kompromissen aufgrund des Leitungsbestandes nicht möglich. So werden, z. B. in der Iderhoffstraße Großsträucher zur Begrünung der Baumscheiben verwendet.

Bewohnerorientiertes Wissen unterstützt die fachlichen Planungen
Die Maßnahme wurde aus Quartiersbefragungen sowie Beteiligungsworkshops in der Oststadt in den Jahren 2018 und 2019 sowie umfangreichen Messrundgängen mit einem Klima-Messrucksack und Bewertungen der Ökosystemleistungen seitens des HRC- Forschungsverbunds entwickelt. Das
vorliegende Konzept vernetzt somit Bürgerwissen und Nutzerakzeptanz mit den fachlichen Standards, welchen u.a. planungs- und genehmigungsrechtliche Vorgaben oder Normen zugrunde legen.

Mit diesem Quartiersgrünkonzept setzt die Stadtverwaltung Erfurt eine pilothafte Maßnahme im Rahmen des BMBF-Forschungsprojekts "HeatResilientCity" um. Sie ist zukunftsweisend für ähnliche Stadtquartiere und stark verdichtete städtische Räume Erfurts, aber auch in ganz Deutschland.

Downloads

  Lageplan – Baumpflanzungen in der Erfurter Oststadt
  Beschreibung – Baumpflanzungen in der Erfurter Oststadt

Pilotprojekt: Optimierung des sommerlichen Wärmeschutzes im Gebäudebestand der Eisenbahner-Wohnungsbaugenossenschaft Dresden eG

Mit diesem Projekt setzt die Eisenbahner-Wohnungsbaugenossenschaft Dresden eG (EWG) drei verschiedene Anpassungsmaßnahmen zur Reduzierung der thermischen Belastung während anhaltend heißer Außentemperaturen in drei Wohngebäudekomplexen um, welche auf Grundlage von Forschungsergebnissen des Leibniz-Instituts für ökologische Raumentwicklung e. V. und der Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden zur Umsetzung empfohlen wurden. Das zugehörige wissenschaftliche Konzept finden Sie unter dem Reiter Ergebnisse.

Grundlegende Informationen zu den Beispielobjekten

Die Beispielobjekte (s. 1) befinden sich im Stadtteil Gorbitz am westlichen Rand der Stadt Dresden. Dieser Stadtteil ist geprägt durch ab etwa 1980 entstandene Mehrfamilienwohnhäuser, die in einem Neubaugebiet überwiegend in Großtafelbauweise der Wohnungsbauserie 70 (WBS 70) errichtet wurden.

Fassade   Fassade

Abbildung 1: Ansicht eines Beispielobjektes, links: Fassade Süd (© Kunze 2018), rechts: Fassade West/Nord (© Schiela, Kunze 2018)


Die im Jahr 1984 erbauten, vollständig unterkellerten Beispielobjekte sind repräsentative Vertreter für ortstypische Gebäude und weisen rechteckige Grundrisse über insgesamt sechs Wohngeschosse auf. Ein typisches Merkmal der Bauweise ist die Kaltdachkonstruktion, welche aus einer Trogdachkonstruktion mit einem darunter liegenden, belüfteten Drempelraum (Luftzwischenraum zwischen Dachfläche und oberster Geschossdecke) besteht.

Die aus Großtafeln zusammengesetzten Außenwände sind als 3-schichtige Sandwichelemente ausgeführt und setzen sich von innen nach außen (i) aus einer 14 cm breiten Stahlbetontragschale, (ii) einer 6 cm dicken Kerndämmung aus Schaumpolystyrenplatten und (iii) einer 6 cm starken Wetterschutzschicht aus Stahlbeton zusammen. Die Innenwände bestehen aus Stahlbeton und weisen je nach Funktion eine Dicke von 7 cm bzw. 15 cm auf. Die Geschossdecken wurden aus 14 cm dicken Spannbetonfertigteilen hergestellt und für den Fußbodenaufbau lediglich mit einem Anhydritspachtel versehen.

Um diese Gebäude auch für weitere Dekaden wohnungswirtschaftlich nutzen zu können, sind durchgreifende Instandsetzungs- und Modernisierungsmaßnahmen notwendig. So werden neben der energetischen Sanierung auch gebäudeintegrierte Aufzüge errichtet und seniorengerechte 2- und 3- Raumwohnungen geschaffen. In diesem Zusammenhang werden auch Maßnahmen zur Optimierung des sommerlichen Wärmeschutzes umgesetzt.

Anpassungsmaßnahmen zur Optimierung des sommerlichen Wärmeschutzes

Um die Wärmeeinträge in die Gebäude während Hitzeperioden zu mindern, ist der in der Sanierung ohnehin vorgesehene Fensteraustausch positiv zu bewerten. Durch die Reduzierung des Wärmedurchgangskoeffizienten sowie des Gesamtenergiedurchlassgrades der Verglasungen wird ein positiver Effekt auf das Innenraumklima unter sommerlichen Witterungsbedingungen erreicht. Zur weiteren Verbesserung werden außen liegende Verschattungseinrichtungen in Form von Rollläden an den Fensterflächen der südlichen, westlichen sowie östlichen Fassaden angeordnet (siehe 2). Davon ausgenommen sind Fensterflächen, welche durch externe Bauteile wie vorgestellte Balkone verschattet werden. Durch die Wahl einer manuellen Steuerung der Rollläden beeinflusst das Nutzerverhalten die Wirksamkeit der Anpassungsmaßnahme in hohem Maße. Die Investitionskosten sowie der Wartungsaufwand sind jedoch geringer als bei einer automatisierten Steuerung. Daraus ergeben sich Vorteile für die Lebensdauer der Rollläden.

schematische Darstellung   Fenster mit Rolladen

Abbildung 2: Außenliegende Verschattungseinrichtungen an den Fenstern,
links: westliche Fassade mit geplanten Anpassungsmaßnahmen (© Schiela 2020),
rechts: Fenster mit eingebautem Rollladen (© Kunze 2020)


Im Vergleich zu den heute üblichen Flachdachkonstruktionen ist es vorteilhaft, dass bei den Beispielgebäuden oberhalb der obersten Geschossdecke ein ungenutzter Luftraum zur Verfügung steht, der über Außenluftdurchlässe in den Außenwänden belüftet wird. Um insbesondere die thermische Belastung in den Obergeschossen zu reduzieren, wird dieser Luftraum bei der Konzeption von spezifischen Anpassungsmaßnahmen für diese Gebäude berücksichtigt. Zur Optimierung zwischen dem Wärmedurchlasswiderstand (Dämmwirkung eines Bauteils) und der Wärmespeicherkapazität (Eigenschaft von Baustoffen bei Temperaturerhöhung Wärme aufzunehmen und zu speichern) der obersten Geschossdecke werden zusätzliche Schichten aus Estrich (z. B. 3 cm dick) und Mineralwolldämmung (z. B. 16 cm dick) empfohlen (s. 3).
 

Mineralwolldämmung  

Abbildung 3:
links: zusätzliche Schichten von Estrich und Mineralwolldämmung (© Zweinert 2020),
rechts: Schematische Darstellung der zentralen Lüftungsanlage zur Unterstützung des Luftwechsels während der Nacht (© Schiela 2019)


Abschließend wurde eine Anpassungsmaßnahme entwickelt, welche die überwiegenden kälteren Nachttemperaturen zum Austausch der aufgeheizten Innenraumluft nutzt. Da die Beispielobjekte überwiegend über innen liegende Badezimmer verfügen, ist eine Abluftanlage zwingend notwendig. Sie sichert eine Lüftung zum Feuchteschutz nach DIN 1946-6 in jedem Badezimmer mit einem Abluftvolumen von 30 m³/h. Dieses Abluftvolumen wird zur Unterstützung des nächtlichen Luftwechsels im Sommerhalbjahr verdoppelt. Um das Eindringen von wärmerer Außenluft über die notwendigen Außenluftdurchlässe in den Fenstern in das Gebäudeinnere zu verhindern, wird diese Anpassungsmaßnahme nur aktiviert, wenn die Innenraumtemperatur mehr als 26 °C beträgt und gleichzeitig über der Außenlufttemperatur liegt. Diese Maßnahme ist besonders bei geringen Nachttemperaturen und unabhängig vom Nutzer wirksam. Ihre Wirksamkeit ist jedoch bei Hitzeperioden mit mehreren aufeinander folgenden tropischen Nächten (Minimaltemperatur > 20 °C) eingeschränkt.

Vor der Empfehlung der aufgezeigten Anpassungsmaßnahmen zur Umsetzung an den Beispielobjekten wurde deren Wirksamkeit mit Hilfe von dynamisch-thermischen Gebäudesimulationen untersucht. Dabei konnte gezeigt werden, dass der Maximalwert der Innenraumtemperatur (operative Temperatur) in einem besonders von Hitze betroffenen Wohnraum unter zukünftigen Klimarandbedingungen mit den einzelnen Maßnahmen um bis zu 2,5 °C reduziert werden kann. Eine gleichzeitige Anwendung der drei Anpassungsmaßnahmen bewirkt darüber hinaus eine Reduzierung um 3,2 °C.

Die beschriebenen Anpassungsmaßnahmen wurden bereits im Jahr 2019 an zwei Wohngebäuden der EWG umgesetzt. Ein weiterer Gebäudekomplex befindet sich im Sommer 2020 im Umbau. Um die tatsächliche Wirksamkeit der umgesetzten Maßnahmen an den Beispielobjekten zu untersuchen, werden im Sommer 2020 systematische Vergleichsmessungen durchgeführt.

Gebäude   Gebäude

Abbildung 4: Beispielobjekte nach erfolgter Sanierung mit Anpassungsmaßnahmen (© Kunze 2020