„nachhaltige technologien 04 | 2021"

Das Gebäudeenergie- und Umweltlabor (BEEL) der South China University of Technology (SCUT) befindet sich in Südchina, einem typischen heißen und feuchten Gebiet, das sich für das Wachstum von vertikalen Begrünungen gut eignet. In den letzten Jahren hat die Gruppe eine Reihe von Studien zu vertikalen Begrünungen durchgeführt, die im Wesentlichen drei Teile umfassen: Mechanismusforschung, Feldversuche sowie Simulation und Anwendungsforschung. Mechanismusforschung Feng [2] führte eine Reihe von Experimenten mit der Dachbegrünung Sedum lineare (siehe Titelbild) durch und erstellte ein Energiebilanzmodell. Ein 24-Stunden- Experiment im sonnigen Sommer zeigte, dass der Wärmegewinn der Pflanzen hauptsächlich aus Sonnenstrahlung (97,6 Prozent) und konvektiver Wärme (2,3 Prozent) besteht. Die Wärmeabgabe wird hauptsächlich durch die Transpiration (51,5 Prozent), Wärmeabgabe im langwelligen Bereich (40,1 Prozent) und photosynthetische Wärmespeicherung (8,4 Prozent) bestimmt. Ihre photosynthetische Effizienz ist deutlich höher als die von Pflanzen des C3- und C4-Zyklus 3 , was auf einen speziellen Pflanzenstoffwechsel (CAM) 4 zurückzuführen ist. Forschung im Feldexperiment Liang [3] ermittelte den Blattflächenindex 5 der Fassaden- begrünung und untersuchte die photosynthetische Wärmespeicherkapazität von Pyrostegia venusta (siehe Abbildung). Diese beträgt etwa 1,7 Prozent des Gesamtwärmegewinns und liegt damit weit unter der von Sedum lineare, die 8,4 Prozent beträgt. Die Versuche von Zhang [4] mit Pyrostegia venusta zeigten, dass die latente Transpirationswärme 6 der grünen Fassade etwa 50 Prozent der Gesamtwärme- abgabe ausmacht. Durch die grüne Fassade wurde eine Senkung der operativen Innentemperatur um bis zu 3,6 °C und der Feuchtkugeltemperatur 7 um bis zu 2,7 °C gemessen. Yan untersuchte den Regulationsmechanismus der stomatären Leitfähigkeit 8 von vier vertikalen Begrü- nungen. Danach korreliert die stomatäre Leitfähig- keit linear und positiv mit der Photosyntheserate und der Transpirationsrate. Die Photosyntheserate wird dabei durch die zwei Parameter Lufttemperatur und Sonneneinstrahlung, die Transpirationsrate durch die Parameter Bodenfeuchtigkeitsgehalt und Dampf- druckdefizit (VPD) 9 charakterisiert. Simulation und Anwendungsforschung Dem Modell der stomatären Leitfähigkeit in den Simulationsprogrammen ENVI-met und Energyplus fehlt das Steuerungselement der Wasserdampf- druckdifferenz zwischen Blatt und Luft, was zu Simu- lationsfehlern der stomatären Leitfähigkeit führt, wenn Sonneneinstrahlung und Luftfeuchtigkeit nicht konsistent sind. Gleichzeitig führt der Einfluss von jahreszeitlichen Schwankungen auf die stomatäre Leitfähigkeit aufgrund des Fehlens von Regelungs- möglichkeiten der Lufttemperatur zu Fehlern, vor allem für immergrüne Pflanzen im Winter. Ma [5] führte am Beispiel von Sedum lineare ein Expe- riment zur Auswirkung einer Gründach-Matrixschicht auf den Energieverbrauch von Gebäuden durch und ermittelte die thermische Leistung der Matrixschicht mit unterschiedlichem Wassergehalt. Im Sommer liegt 6 Über verschließbare Poren an der Blattunterseite, die sogenannten Spaltöffnungen (Stomata), geben Pflanzen kontrolliert Wasserdampf an die Atmosphäre ab und regulieren so ihren Wasserhaushalt. Durch diese sogenannte Transpiration kühlt sich die Pflanze ab. https://www.pflanzenforschung.de/de/pflanzenwissen/journal/wie-pflanzen-schwitzen-mechanismus-zum-wassersparen-ent-848 7 Die Feuchtkugeltemperatur ist wie relative oder absolute Luftfeuchte ein Feuchtemaß der Luft. Sie ist definiert als die niedrigste Temperatur, die durch Verdunsten von Wasser erreicht werden kann. 8 Die stomatäre Leitfähigkeit (für CO 2 oder Wasserdampf) beschreibt den Öffnungsgrad der Spaltöffnungen (Stoma) in der Blattoberfläche, die für die Abgabe von Wasserdampf verantwortlich sind. 9 In der Regel wird davon ausgegangen, dass der Dampf in der Stomata-Höhle gesättigt ist. Der Dampfdruckunterschied zwischen der Stomata-Höhle und der Luft wird üblicherweise als Dampfdruckdefizit (VPD) bezeichnet. Feldmessung von Pyrostegia venusta, Messung des Blattflächenindexes und der photosynthetischen Wärmekapazität Foto: South China University of Technology 19 18 GEBÄUDESIMULATION