co2ncrete by andreas klozoris

co2ncrete ein concrete design competition 2008 projekt die Ausarbeitung einer Idee von Andreas Klozoris und Lars Schuchard am Lehrstuhl f端r Baukonstruktion 2 der RWTH Aachen 1

co2ncrete 2

„Lieber Mensch, dir wurde alles in die Hände gelegt, alles Leben wurde dir anvertraut. Du hättest Gärtner sein können in einem Paradies, in dem lauter Blumen für dich gratis blühen. Aber du hast deine Hände zu Riesengreifern gemacht und deine Füße zu Riesenbaggern, damit überall dein Denkmal aus Stahl und Beton entsteht, zu deinem Lob und Preis. Nun sitzt du eingezwängt da, tot zwischen tausend toten Dingen, und suchst verzweifelt die Pille zum Leben.“ Phil Bosmans 3

co2ncrete 4

Inhalt 6

Vorwort

Hintergrund 9 12 14

Luftverschmutzung CO2-Assimilation Positive Effekte der Fassadenbegr端nung

Recherchen

Projektentwicklung Der Entwurf 47 50 56 58 64 66

Das Modul als Prinzip Systemschnitt Anwendung co2ncrete Produktion & Montage Beispiele Musterhaus

FAQ 74 Anhang 79 81

Quellen Ergebnisse der CO2 Umfrage 5

Vorwort Dieser Aphorismus, der uns von dem belgischen Ordenspriester Phil Bosmans überliefert ist, soll an dieser Stelle als Einleitung für eine Idee dienen, die versucht auf dem Grad zwischen Landschaftsgefühl und Funktion und architektonisch konstruktivem Anspruch zu wandeln.

Tony Garnier: Cité Industrielle Wohnviertel, 1917

offen: Wie fügen sich Betonbauten in die umgebende Natur ein und wie weit wird die Natur zurückgedrängt, wenn sich Betonflächen aneinanderreihen?

Seit Beginn der Moderne ist der Baustoff Beton ein verklärtes Material der Zukunft, welches soziale und räumliche Fragen durch Kosteneffizienz, Verarbeitbarkeit und Verfügbarkeit zu lösen vermag. Beispiele hierfür sind die Cité Indurielle von Tony Garnier oder Le Corbusiers Domino-Häuser und Mies van der Rohes Bürohaus für Berlin von 1922. Bei all diesen Projekten geht der Beton eine perfekte Einheit mit einem anderen Material ein – dem Stahl. Konstruktiv und Gestalterisch wird der Beton zum maßgebenden Element.

Betrachtet man heute ein beliebiges Stadtzentrum oder mehrgeschossige Wohnquartiere, so erinnert nur ein ungewollter Film aus Algen und Flechten auf Fassadenelementen an eine Natur die sich nicht einfach verdrängen lässt und die systematisch mit einem Alterungsprozess der Baustoffe Einzug hält und das Material sogar zerstört. Ganze Forschungszweige bemühen sich hierbei um eine Lösung, wie man die anorganische Substanz vor den organischen Parasiten und damit vor dem Verfall behüten kann. Wir gehen in die andere Richtung. Wir wollen beide Seiten vereinbaren und sehen in den vielen veralgten Fassaden ein großes Potential für einen architektonischen Gestaltungsanspruch.

Doch bleiben hierbei Fragen

In der heutigen Zeit kommt

ein weiterer Faktor hinzu, den man nicht mehr leugnen kann. Der weltweite Ausstoß von CO2 ist in den letzten überschaubaren Jahrzehnten rapide angestiegen, sei es durch Industrialisierung oder durch den Verbrauch eines jeden einzelnen von uns. So stellt sich für uns die Frage, ob es nicht möglich ist, der Natur wieder Einzug in unser Bauen zu verschaffen und so gezielt für einen Ausgleich von „Betonwüste“ und Landschaft zu schaffen, der nebenbei, unbemerkt von Blicken für ein besseres Stadtklima sorgt. In unserer Idee prallen Beton und lebendige Pflanzen aufeinander und gehen eine Symbiose ein. Es entsteht ein Hybrid, der seinen Bestandteilen zu neuen Dimensionen verhilft. Der Beton erfährt eine neue Variante der Oberflächenqualität und der Funktionalität während die Bepflanzung im Beton halt findet und so die Erschließung vertikaler Flächen möglich wird. Beide

kontr채ren Materialien, organisch und anorganisch, erg채nzen sich in Punkten die vorher nicht denkbar waren oder mit Sch채den auf einer Seite verbunden waren. Ziel ist es ein Modul zu entwickeln, dass in seiner Einfachheit und Funktionalit채t besticht. Es soll industriell einfach herzustellen sein und vor Ort auf den Baustellen einsatzbereit sein. Der normale Schalungsvorgang soll sich hierbei nicht sonderlich erschweren. Der Aufwand muss das Ergebnis bei weitem Untertreffen.

Kapitel 1

Hintergrund 8

Luftverschmutzung Unter dem Begriff Luftverschmutzung versteht man allgemein eine Veränderung der natürlichen Zusammensetzung der Luft. Dabei kommt es meist zum Vorkommen von sog. luftfremder Stoffen wie Gasen, Rauch, Ruß, Staub, Aerosolen, Dämpfen oder Geruchsstoffen. Obwohl in den meisten Industrieländern in den letzten Jahrzehnten eine Abnahme solcher Stoffe zu verzeichnen ist, hat der Ausstoß von Treibhausgasen wie Kohlenstoffdioxid (CO2) weiter zugenommen. Bezüglich der Quellen ist Luftverschmutzung erstmal in zwei Kategorien einzuteilen: natürliche und anthropogene Verschmutzung. Zum ersteren zählen seit Jahrtausenden vorhandene natürliche Prozesse, wie Vulkanausbrüche, Waldbrände. Streng genommen zählen auch Salze aus den Ozeanen, Pollen von Pflanzen und Gase von Sümpfen zu luftfremden Stoffen.

Die anthropogene Luftverschmutzung ist heutzutage auf unterschiedlichste Hintergründe bzw. Aktivitäten zurückzuführen. Allgemein kann man die anthropogene Luftverschmutzung auf zwei Grundtypen zusammenfassen: Gase und Partikel (Aerosole). Gase entstehen bei Verbrennung fossiler Brennstoffe wie z.B. Kohle, Öl oder Erdgas. Gasförmige Emissionen wie Kohlenstoffdioxid (CO2), Methan (CH4), halogenierte und teilhalogenierte Kohlenwasserstoffe (FCKW und H-FCKW) sowie Dickstickstoff-Monoxid (N2O) belasten heutzutage die Atmosphäre weltweit. Diese Gase werden auch langlebige Treibhausgase genannt, da sie für den Treibhauseffekt verantwortlich sind. Treibhauseffekt und CO2 Treibhausgase absorbieren einen Teil der vom Boden abgegebenen Wärmestrahlung (Infrarotstrahlung) und lassen kurzwellige Strahlung (Groß-

teil der Sonnenstrahlung) passieren. Da diese Wärmestrahlung ohne Treibhausgase in das Weltall entweichen würde, sind sie dafür verantwortlich, dass die mittlere Temperatur der Erdoberfläche +15° und nicht -18° beträgt (natürlicher Treibhauseffekt). Wasserdampf ist zu 60% für den natürlichen Treibhauseffekt zuständig und entstammt überwiegend dem Wasserkreislauf. Kohlenstoffdioxid ist mit einem Anteil von 20-26% das zweitwichtigste Gas, welches an diesem Prozess beteiligt ist. Methan hat eine 23mal höhere Wirkung als Kohlenstoffdioxid, da es allerdings in kleineren Mengen vorhanden ist, ergibt es auch eine ca. 20%ige Beteiligung. Weitere Gase sind Distickstoffoxid, Fluorkohlenwasserstoffe und Schwefelhexalfluorid. Der CO2-Anteil der Erdatmosphäre hatte zwar in den letzten Jahrtausenden hohe Schwankungen aufzuwei-

[oben] anthropogene Verschmutzung [unten] natürliche Verschmutzung

sen, welche auf biologische, physikalische und chemische Ursachen zurückzuführen ist, jedoch ist dieser Wert seid 650.000 Jahren nie über 280ppm (parts per million) gestiegen. In den letzten 10.000 Jahren blieb dieser Wert konstant auf 280ppm. Seit Beginn der Industrialisierung im 19. Jahrhundert hat dieser Wert erstaunliche 381ppm erreicht und scheint jährlich um 1,5 bis 2ppm pro Jahr zu steigen.

Passanten mit Schutzmaske [oben] SMOG [unten]

Der vom Menschen verursachte zusätzliche Treibhauseffekt besteht somit zu 60% aus dem ausgestoßenen Kohlenstoffdioxid. Im Jahr 2006 wurde vermessen, dass der anthropogene CO2-Ausstoß ca.32Gt betrug. Hingegen sind die Werte des geogenen mit 550Gt wesentlich Höher, ihnen steht jedoch auch ein etwa gleich hoher Verbrauch (von der Natur) gegenüber. Dies geschieht hauptsächlich durch Photosynthese (siehe: Kohlenstoffdioxid-Assimilation) und in durch Bindung in Kalk bildenden Organismen.

Stadtklima Das Bioklima einer Stadt ist neben den natürlichen Bedingungen (geologische Lage, Relief und Höhenlage) auch von anthropologischen Faktoren abhängig. Dazu zählen die Art und Dichte der Bebauung, der Versiegelungsgrad des Bodens, die Wärmespeichereigenschaften der Baustoffe und die Lufthygiene. Neben dem erhöhten Geräuschpegel zählen Luftverschmutzung und hohe Temperaturen zu den Reizen, die das Wohlbefinden und sogar die Gesundheit der Bewohner gefährden können. Bezüglich der Luftverunreinigung sind neben den oben genannten Treibhausgasen die Abgase des Verkehrs und der Industrie die Faktoren die das Bioklima der Stadt stark beschädigen. Schwefeldioxid (SO4) und Kohlenmonoxid (CO) entstehen meist durch Verbrennung fossiler Brennstoffe wie Kohle, Öl oder Erdgas, während Stickoxide (NOx) ihren Haup-

tursprung im Straßenverkehr haben und Spuren von Blei (Pb) aus der metallurgischen Industrie kommen. Diese sind nur einige der Stoffe, die gesundheitsschädliche Folgen auf den menschlichen Organismus haben. Ein hierfür bekanntes Phänomen ist der SMOG. Selbstverständlich werden all diese Stoffe nicht im Prozess der Photosynthese gebunden, trotzdem sind Pflanzen die wichtigste Bekämpfungsmaßnahme, da sie durch ihren Stoffwechsel-Prozess Sauerstoff (O2) produzieren. Je höher der Sauerstoffgehalt der Luft, desto besser ist die Luftqualität. So hat man gemessen, dass in begrünten Gebieten die Luftverunreinigung um 20-40% geringer ist.

Wärmeinsel Höhere Temperaturen im Stadtinneren als im weniger Bebauten Umland sind ein weiterer Effekt, der im städtischen Klima zu beobachten ist. Eine erhöhte Aufwärmung tagsüber und eine schlechtere Abkühlung über die Nacht ist im Prinzip der Hintergrund der sog. Wärmeinsel. In der Regel rechnet man mit Temperaturunterschieden zwischen Stadtzentrum und Umland von 0,5°C bis 0,8°C im Sommer und von 1,1°C bis 1,6°C im Winter. Die Schwankungen sind unter anderem von der Einwohnerzahl einer Stadt abhängig, da die menschlichen Wärmeemissionen in Form von Heizung, Klimaanlagen und der Nutzung elektronischer Geräte eine gravierende Rolle spielt. Jedoch sind die zwei wichtigsten Gründe für diesen Effekt, die Oberflächengestaltung und die Luftverschmutzung einer Stadt. Im Stadtinneren wird gewöhnlich durch die hohe Bebau-

ungsdichte viel Oberfläche für Strahlungsabsorbierung geboten, was zu der Aufheizung der Baukörper führt. Da die Fassaden vertikal verlaufen ist sogar der Einfallswinkel der Strahlen direkter, was den Effekt weiterhin verstärkt. Der Baukörper heizt sich tagsüber zwar schnell auf, gibt diese Wärme allerdings selbst bei Dunkelheit langsam ab, sodass die Luft selbst in der Nacht nicht abkühlen kann. Die Pflanzen arbeiten in der Natur diesem Phänomen entgegen, indem sie a) Schatten bieten und b) durch Verdunstung die Luft abkühlen. Die Luftverschmutzung verstärkt den Wärmeinsel - Effekt indem sie die Abstrahlung der Wärme verhindert. Die langwellige Strahlung (Infrarotstrahlung, Wärmestrahlung) wird aufgrund der Partikel in der Luft zurückreflektiert. Diese Rückstrahlung der Atmosphäre kann in einer Stadt 10-25% betragen. Hinzu kommt, dass die Luftzirkulation in einer Dichten Bebauung eingeschränkt ist,

sodass keine Ausreichende Kaltluftzufuhr gewährleistet wird. Außerdem ist meist an breiten Straßen (Luftschneisen) eine weitere Schadstoffquelle zu finden (erhöhter Verkehr, Schadstoff - produzierender Bau, etc.), sodass die einströmende Kaltluft noch mehr Partikel hinzufügt. Der Versiegelungsgrad einer Stadt ist des Weiteren auch von hoher Bedeutung. Das Niederschlagswasser wird im versiegelten Boden nicht gespeichert und kann somit auch nicht durch Verdunstung dem Temperaturanstieg entgegen wirken. Messungen CO2 Seit mehr als 650.000 Jahren hatten die Werte des CO2-Anteils der Erdatmosphäre zwar hohe Schwankungen aufzuweisen, niemals hatte dieser Wert jedoch die Marke von 280ppm (parts per million) überschritten. Seid den Anfängen der Industrialisierung im 19.Jahrhundert

Skizze der städtischen Wärmeinsel Beispiel aus England

Veränderung des CO2-Gehalts über 1000 Jahre in ppmv

begann die Menschheit in hohen Maßen fossile Rohstoffe zu verbrennen und brachte somit das natürliche Luftgleichgewicht stark ins schwanken. Nachdem der CO2-Wert die letzten 10.000 Jahre konstant 280ppm betrug, ist er heutzutage auf erstaunliche 381ppm angestiegen. Dabei meinen Experten, dass die momentane Anstiegsrate 1,5 bis 2,0ppm pro Jahr beträgt.

Der deutsche Durchschnittswert an Emissionen eines einzelnen Menschen: 9,8 t Der Durchschnittwert der Industrienationen (eines einzelnen Menschen): 11 t Um effektiv und ohne weitere gravierende Schäden die Erderwärmung zu verhindern muss der weltweite Durchschnittswert auf 2 t fallen.

ist, warum man dies oft nicht als „seine eigene Schuld“ betrachtet. Jedoch haben tatsächlich Dinge wie Essgewohnheiten (Produktart & -herkunft), Bekleidung, ja sogar Erholungsangewohnheiten unmittelbar mit den oben genannten Durchschnittwerten eines Industrielandes zu tun.

Nach den Forschern des Intergovernmental Panel on Climate Change IPCC könnten die Werte bis zum Jahr 2100 (bei ungebremsten Verlauf ) auf 650 – 970ppm steigen. Dies hätte einen Temperaturanstieg von 6°C (seit 1990) als Folge.

Die persönlichen CO2-Emissionswerte zu reduzieren ist somit inzwischen (beinahe?) Pflicht für jeden Bürger. Dabei denkt die Mehrheit fast ausschließlich an das eigene Auto oder die Heizwerte. Dies ist jedoch nicht das einzige worauf man achten sollte. Neben den direkten CO2 produzierenden Alltagsgewohnheiten (Auto, ÖPNV, Reisen) gibt es nämlich auch eine Unmenge an Dingen, die man beachten kann um der Erderwärmung entgegenzuwirken. Meist haben diese Angewohnheiten Einfluss auf die industrielle Produktion eines Landes, was auch der Grund

Kohlenstoff hat aufgrund seiner Elektronenkonfiguration die Eigenschaft sich zu komplexen Molekülen zu verwandeln und kann eine größere Anzahl von chemischen Verbindungen eingehen als jedes andere Element. Er bildet die molekulare Grundlage aller Organismen, da alle Lebewesen Kohlenstoff entweder zur Bildung des eigenen Zellbestandes oder für ihren Stoffwechsel brauchen.

Ein paar weitere Werte: Die weltweiten anthropogenen CO2-Emissionen betragen ca. 36,3 Gt Der weltweite Durchschnittswert an Emissionen eines einzelnen Menschen: 4t -

CO2-Assimilation

Der Begriff der Kohlenstoffdioxid-Assimilation bezeichnet die Fähigkeit von Lebewesen Kohlenstoff und Sauerstoff aus Kohlenstoffdioxid zu gewin-

nen und dies für den Aufbau eigener organischer Kohlenstoffverbindungen zu benutzen. Da bei diesem Prozess CO2 in organischen Stoffen gebunden wird spricht man auch von einer „KohlenstoffFixierung“. Es gibt die autotrophe und die heterotrophe Kohlenstoffdioxid-Assimilation. Autotrophe Lebewesen (Pflanzen, Bakterien, Archaeen, etc.) benutzen Kohlenstoffdioxid als einzige Quelle um körpereigene organische Kohlenstoffverbindungen zu bilden, während heterotrophe auf das Vorkommen von organischen Stoffen als Quelle angewiesen sind. Somit sind alle autotrophe Lebewesen Voraussetzung für die Existenz von Heterotrophen. autotrophe: CO2 einzige Kohlenstoffquelle (d.h. organische Kohlenstoffverbindungen aus anorganischen Stoffen synthetisiert) heterotrophe: norganische Kohlenstoffverbindungen als Baustoffquelle (CO Fixierung gering / kaum)

Photoautotrophie Man spricht von Photoautotrophie, wenn Licht als Energiebasis für Autotrophie genutzt wird. Zu den phototautotrophen Organismen zählen fast alle Pflanzen und Algen sowie einige Bakterien (Schwefelpurpurbakterien, Grüne Schwefelbakterien). Dabei wandeln sie mit Hilfe von Chlorophyll Lichtenergie in chemische Energie (ATP). (-> Photosynthese) Photosynthese Die Photosynthese ist ein Prozess der zur Erzeugung organischer Stoffe unter Verwendung von Lichtenergie dient. Dabei wird die elektromagnetische Energie (in Form von Licht) von lichtabsorbierenden Farbstoffen aufgenommen und in chemische Energie umgewandelt. Dieser Prozess ist - wie schon eben erwähnt - bei fast allen Pflanzen und Algen, sowie von einigen Bakterien zu beobachten.

Der Prozess der Photosynthese ist in drei Hauptschritte einzuteilen: 1. Das Licht wird als elektromagnetische Energie mit Hilfe von lichtabsorbierenden Farbstoffen (Chlorophylle, Carotinoide, Phycobiline, Bacteriorhodopsin) aufgenommen. 2. Die elektromagnetische Energie wird in chemische Energie (ATP) umgewandelt (Phototrophie). Dabei wird die Lichtenergie mit dem energiearmen ADP und Phosphaten zum energiereichen ATP umgewandelt. Die Chlorophylle kommen durch das Licht vom sog. Grundzustand in einen energiegeladenen Zustand in dem sie für eine leichte Elektronenabgabe sorgen. 3. Die chemische Energie dient der Erzeugung energiereicher organischer Verbindungen, welche für den Baustoffwechsel (für das Wachstum) und für den Energiestoffwechsel wie-

Prinzip der Photosythese 13

derum wichtig sind. Für die Synthese dieser organischen Verbindungen benutzen Pflanzen meist energiearme (= leicht zu benutzen) Kohlenstoffverbindungen (überwiegend CO2). Um diese jedoch anzuwenden müssen sie erstmals reduziert werden (Vereinfacht). Dafür benötigt die Pflanze ein sog. Reduktans, welches bei allen Landpflanzen und Algen ausschließlich Wasser (H2O) ist. Andere Reduktionsmittel sind Schwefelwasserstoff (H2S), molekularer Wasserstoff (H2) oder andere einfache organische Stoffe (Säuren, Alkohole). Welches dieser Reduktionsmittel passend ist hängt von dem Organismus und seinen Enzymen ab. Im Falle von CO2 lässt sich die Gesamtreaktion wie folgt vereinfacht darstellen: 2 H2A + CO2 -> <CH2O> + 2 A + H2O

CH2O = gebildete energiereiche organische Stoffe H2A = Reduktans.

Alle Landpflanzen und Algen verwenden wie eben erwähnt ausschließlich Wasser als Reduktans. Der Buchstabe A steht somit für den gebundenen Sauerstoff. Er wird als Oxidationsprodukt des Wassers, als elementarer, molekularer Sauerstoff bei der Photosynthese freigesetzt. Wenn Sauerstoff bei Photosynthese freigesetzt wird spricht man von oxygener Photosynthese. Neben den Landpflanzen und Algen setzen auch Cyanobakterien (auch Blaualgen genannt) Sauerstoff frei, können allerdings auch Schwefelwasserstoff verwenden. Letzteres ist meist bei den anderen photosynthetischen Bakterien der Fall (Heliobacteria, Chloroflexaceae, Chlorobiaceae, Chromatiaceae), welche mehrere Stoffe als Reduktantien nutzen können, jedoch den Schwefelwasserstoff bevorzugen. Somit würde das oben aufgeführte A für den gebundenen Schwefel stehen. Wenn bei der Oxidation Schwefel statt Sauerstoff freigesetzt wird, spricht man von

anoxygener Photosynthese. Netto-Reaktionsgleichung für die oxygene Photosynthese: 6CO2 + 6H2O -> C6H12O6 + 6O2 Dies bedeutet: Aus Kohlenstoffdioxid und Wasser entsteht – durch Energiezufuhr (Licht; Chlorophyll) – Traubenzucker (Glucose) und Sauerstoff. Traubenzucker (Glucose): primäres Syntheseprodukt, dient als Energielieferant oder als Ausgangsmaterial für den nachfolgenden Aufbau von Bau- und Reservestoffen.

Positive Effekte der Fassadenbegrünung Bis zu diesem Punkt ist eine Unmenge an wissenschaftlichen Informationen bezüglich der Luft, des Klimas, des Kohlenstoffdioxids und dessen Abbaus aufgezählt worden. An dieser Stelle möchten wir eine vereinfachte Darstellung der positiven Auswirkungen

(auf verschiedene Faktoren) einer begrünten Fassade bieten: CO2-Bindung -> Treibhauseffekt O2 Bildung -> Erhöhung des O2-Gehaltes (Aufwertung der Luftqualität) Staub- und Partikelfilter -> Luftverschmutzung, Wärmeinselwirkung (Reduzierung der Rückstrahlung) [Bsp: siehe Zitat Wikipedia unten] Reflektion von Wärmestrahlung -> keine Erwährmung des Bauteins (Wärmeinsel) Regulierung der Feuchtigkeitswerte der Umgebung Vermeidung von Wärmegewinn /-verlusten durch Fassade (je nach Jahreszeit) „Die Funktion von Wäldern und Parks als „Grüne Lungen“ gilt besonders in der Nähe von Städten und Ballungsgebieten als besonders (lebens) wichtig. Das bezieht sich in

erster Linie auf die SauerstoffBildung, aber daneben auch auf die Wirkung als Staubfilter. Mit ihren Blättern und Nadeln wirken die Bäume der Wälder und Parks wie riesige Filter. Ein Hektar Buchenwald kann jährlich rund 70 Tonnen, ein Hektar Fichtenwald etwa 30 Tonnen Staub aus der Luft herausfiltern.“ (Wikipedia.de) In Paris sind, nach einem neuen Regelwerk in der Stadtplanung, im Jahr 2006 39 vertikale Gärten entstanden. Diese Änderungen vereinfachen die Entstehung von horizontalen und vertikalen Grünflächen im städtischen Umfeld. Das Ziel ist es in einem Sektor 5% der Gebäude zu Mauer, Wand oder Dachbegrünung zu bringen.

Chloroplastida Begrünung “Do plants really need soil? No they don´t… The soil is merely nothing more than a mechanical support. Only water and the many minerals dissolved in it are essential to plants, together with light and carbon dioxide to conduct photosynthesis. Plants in the wild are growing on vertical surfaces. Wherever water is available all year long, as in tropical forests or in temperate mountain forests, plant can grow on rocks, tree trunks and soil less slopes. In Malaysia, for instance, out of the 8.000 known species, about 2.500 are growing without any soil.” Patrick Blanc

Patrick Blanc 15

Stammbaum der Chloroplastida

Moose

* Rhizoide haben ähnliche Eigenschaften wie Wurzeln. Allerdings sind sie kein spezialisiertes Leitgewebe, sodass die Wasseraufnahme meist gering ist. Die Hauptfunktion liegt bei der Verankerung.

Eines der für dieses Projekt wichtigsten Unterscheidungsmerkmale unter der Gattung der Moose sind die unterschiedlichen Formen von Wasseraufnahme /-speicherung. Dabei unterscheidet man zwischen zwei Arten:

a. Ektohydrische Arten: Das Wasser wird größtenteils über die Oberfläche durch Kapillarwirkung zwischen Blättchen, Stamm und Rhizoiden*. Auch über die Luftfeuchtigkeit wird Wasser gewonnen. b. Endohydrische Arten: Diese Arten besitzen eine Cuticu-

la - eine schützende Wachsschicht (biol. Wachs) – auf der den Außenwänden der Epidermis (Haut). Sie hat die Funktionen der Erhöhung der Festigkeit und der Vermeidung des Wasserverlusts. Des Weiteren nehmen einen Teil des Wassers über die Rhizoide auf und leiten es dann durch den Stamm. Trotzdem sind auch diese Arten von der

äußeren Wasseraufnahme abhängig. Die für die Photosynthese erträgliche Temperatur beträgt bei Moosen ca. 30°C, danach kann es zu „Atmungsverlusten“ kommen. Hinzufügend muss man bei Moosen auch bezüglich der Trockenheit zwischen drei Gruppen unterscheiden: a. Hygrophyten – z.B. Wasserund Sumpfmoose b. Mesophyten – ertragen Austrocknung über kürzere Zeit c. Xerophyten – können selbst nach Jahrelanger Austrocknung durch Wasserzufuhr reaktiviert werden. Da selbst Endohydrische Arten von äußerer Wasseraufnahme abhängig sind ist zu bemerken, dass eine Fassade mit Moos als Oberflächenstruktur eher in Feuchten Gebieten zu empfehlen ist. Abweichend

können man jedoch auch Xerophyten-Moose anwenden und über eine eventuelle Trockenphase einen wechselnden Klima-abhängigen Effekt erreichen. Ob diese Xerophyten trotz des „Hydrogels“ zur Austrocknung kommen würden ist im jetzigen Wissensstand noch nicht zu sagen. Eine anwendbare Moos-Art ist das sog. Silbermoos (Bryum Argenteum). Es ist ein kosmopolitisch verbreitetes Moos, welches die seltene Eigenschaft hat Stickstoff-liebend zu sein und somit auch oft in Industriegebieten aufzufinden ist. Es hat eine silbrig-grüne Oberfläche, da die länglich eiförmigen Blätter an der Spitze kein Chlorophyll besitzen und somit weiß sind. Es handelt sich hierbei um ein sehr resistentes Moos, welches sowohl mechanischen Belastungen als auch langen Trockenphasen standhalten kann. Während einer Trockenphase sterben die äußeren Zellen ab. Dabei füllen sie sich mit Luft,

bieten somit Schutz für die unteren Schichten und schimmern aufgrund der Lichtspaltung leicht silbrig. Gefäßpflanzen Bei Gefäßpflanzen werden wir uns erstmal nicht auf bestimmte Arten festlegen. Wie schon oben im Zitat des Französischen Botanikers Patrick Blanc zu lesen ist brauchen Pflanzen im Prinzip keine Erde. Sie leben ausschließlich von Nährstoffen und Wasser sowie natürlich Licht und Kohlenstoffdioxid. Die Erde übernimmt ausschließlich die Funktion der Speicherung dieser Stoffe und des Halt bietenden Milieus. Bei Gedanken an eine begrünte Wand mag bei Vielen das Bild der Angkor-Tempeln in Kambodscha in den Sinn kommen. Hier haben sich die Pflanzen, ganz nach dem Zitat Blanc’s, an die vertikalen, erdlosen Steine der Tempel angeklammert. Das Problem dabei ist, dass die Wurzeln, durch ihre ständige „Suche“

[oben] Gefäßpflanze - Gras [unten] Moos - Silbermoos

nach Wasser, immer tiefer in den Stein einwachsen und diesen zum Bruch bringen. Dies kann recht einfach vermieden werden, indem die Wurzeln ständig bewässert werden. Wenn immer Wasser zur Verfügung steht gibt es auch keinen Grund nach diesem zu reichen. Ein weiterer zu beachtender Punkt ist das Gewicht der Pflanzen. Auch diese Befürchtung ist in Realität jedoch keine Bedrohung. Ohne Erde reduziert sich das Gewicht nämlich so sehr, dass im Beispiel von Blanc’s Filz-Fassade (siehe Absatz „Recherchen“) ein ganzer vertikaler Garten von einem einzigen Aluminium-Rahmen getragen wird.

Jochalgen im Gewässer [oben] Kieselalge stark vergrößert [unten]

Bezüglich dieses Projekts wurde oft nach dem alkalischen pH-Wert des Zements gefragt. Eine alkalische (basische) Umgebung hat auf Pflanzen zwei Wirkungen. Zum einen, weist Erde mit basischem pH-Wert einen starken Eisenmangel auf, des weiteren greift ein alkalisches Milieu Pflanzenorga-

ne und tierische Stoffe an. Algae Algen sind eukaryotische (Wesen mit Zellkern), pflanzenartige Organismen bezeichnet. Sie betreiben zwar auch Photosynthese gehören jedoch nicht zum Reich der Pflanzen. Unter den 80.000 bekannten Arten (400.000 geschätzt) gibt es sowohl Einzeller, als auch Vielzeller. Sie werden in 12 bis 15 Klassen unterteilt. Algen haben viele Erscheinungsformen. Plankton, „Grünfilme“, Blüten, Tang, usw. Uns interessieren die in Form von Einzellern auftretenden Arten, um später ein Fassadenelement herzustellen, welches immer noch die Haptik des Betons haben wird, jedoch bei gewissen Lichteinfallswinkeln einen Grünschimmer von sich gibt. Die meisten leben im Meer oder Süßwasser, wobei der Aspekt des Vorkommens für dieses Projekt essentiell ist: Im Falle von wasseraufnehmen-

den Polymerketten (siehe Kapitel: wasseraufnehmende Polymerketten) ist bekannt, dass dieses Material in vollgesaugtem Zustand zu 99% aus Wasser besteht. Dies lässt die Hypothese aufstellen, dass im Wasser lebende Algen auch im „Hydrogel“ überleben würden. Dieser Gedanke ist jedoch noch nicht geklärt, somit werden wir hier einige interessante Algenarten nennen ohne jedoch auf genauere Untersuchungen einzugehen. Neben den im Wasser lebenden Algen gibt es allerdings auch die sog. Aerophyten (Luftalgen) und die terrestischen Algen, sowie die Kryophyten. Erstere sind meist in den Tropen und Subtropen auf Felsen, Baumstämmen und Blättern zu finden. Darunter gibt es auch einige die den Schatten bevorzugen, welches ein durchaus interessanter Aspekt für die Anwendung an einer Fassade wäre. Terrestische Algen bevorzugen Waldböden und feuchte Erde, während Kryophyten im Schnee zu finden sind (z.B.

Chlamydomonas nivalis => roter Schnee). Des Weiteren gibt es viele Algen, die eine stark CO2-haltige und Schadstoffbelastete Umgebung bevorzugen.

μm), kugelförmig bis zu 4% aus Chlorophyll => hohe Photosyntheseraten Vorkommen in Süßwasser Heterokontophyta

Chlorophyta

Kieselalgen einzellige Alge Chloroplasten braun, da Carotinoid Chlorophylle überdeckt (=>bräunliches Schimmern) Vorkommen im Meer & Süßwasser (planktisch od. benthisch) & terrestisch (Boden od. Blätter)

(Grünalgen)

Jochalgen einzellige oder fädige Grünalgen Vorkommen in Wasser Desmidiales (Zieralgen) einzellige Algen der Gruppe Charophyta näher Verwandt mit Pflanzen als andere Algen (hohe Photosyntheserate) Vorkommen in Wasser, meist Benthos Chlamydomonas reinhardtii einzellige Alge (10μm) Vorkommen in Erde & Süßwasser kann auf einfachem Medium aus anorganischen Salzen überleben (=> die „Kakerlake“ unter den Algen) Chlorella Vulgaris einzellige Alge (2 μm -10

(Chrysophyta)

Abbaupotential Für die Berechnung des Abbaupotentials einer begrünten Fassade haben wir uns Hilfe bei Herrn Dr. Joachim Jahnke vom Institut für Biologie I an der RWTH Aachen geholt. Er ist in der Abteilung für Bodenökologie tätig. Die folgenden Werte sind als überschläglich zu interpretieren. Bei einer Fläche die mit einer Algenkolonie besiedelt ist, kann man mit einer Zunahme von 100 Gramm Biomasse pro

Quadratmeter pro Jahr rechnen. Dieser Wert entspricht dem in diesem Zeitraum abgebauten Kohlenstoffdioxid. Für Gras auf ebenen Flächen kann mit 800 g Biomassezuwachs pro Jahr gerechnet werden. Dementsprechend werden hier 800 Gramm Kohlendioxid pro Jahr zerlegt. Diese Werte hören sich auch den ersten Blick nicht besonders ausschlaggebend an. Zeiht man aber einige Beispiele zur Hand, so wird das mögliche Abbauvolumen deutlicher. Die Fassade eines durchschnittlichen Mehrfamilienhauses hat eine Fläche von ca. 250 m² ohne die Fensterflächen, das ergibt einen möglichen Kohlestoffdioxidabbau von ca. 125 kg/Jahr bei Gräsern in der Fassade. Der Hoover Damm in den USA zum Beispiel hat eine vordere Betonfläche von 380 m auf 221 m, das ergibt 83 980 m2 auf der Südseite. Der mögliche Kohlestoffdioxidabbau würde hier 41 t/Jahr bei Grä-

Chlamydomonas reinhardtii 19

sern in der Wand erreichen.

Kapitel 2

Recherchen 21

Bei unserer Recherche sind wir auf einige interessante Informationen und Projekte gestoßen, die uns weitergeholfen haben. Leider war es meistens unmöglich tiefer in die Materie einzudringen und mehr darüber zu erfahren, die Ansätze allein waren jedoch trotzdem ausschlaggebend. Steinwolle – Tomaten

Green-Growing Concrete [oben] Steinwolle Tomaten [unten]

Beim Beispiel der auf Steinwolle wachsenden Tomaten, sind wir zum ersten Mal auf einen existierenden Beweis gestoßen, dass Pflanzen keine Erde brauchen um zu wachsen. Durch Nutzung der Steinwolle versucht man das Problem der, in der Erde vorkommenden, Schädlinge und Krankheitserreger in den Griff zu bekommen. Des Weiteren ist es beinahe unmöglich eine konstante Qualität der Erde zu behalten, da die Gehälter an Nährstoffen und Spurenelementen immer variieren. In der Steinwolle könne diese Gehälter einfacher reguliert werden und die Wurzeln haben gute Atembedingungen.

Nachteile sind der hohe Energieverbrauch um Steinwolle herzustellen und die schlechten Entsorgungsbedingungen. Inzwischen werden auch Kokosfasern und PU-Schaum verwendet. Ein Unternehmen welches diese Technik anwendet ist der Schweizer Betrieb Kellermann: www.lvg-straelen-lwkr.de/koordination/kompetenz-substrat/reichenau06/reichenau-06.htm

Green-Growing Concrete Ein weiteres, äußerst ermutigendes Projekt ist der „GreenGrowing Concrete“ der Takenaka Corporation (www. takenaka.co.jp). Das Natürliche zurück in die Stadt zu bringen ist sicherlich auch einer der Hauptansätze dieses Projekts. Jedoch beschränkt man sich hier auf schräge Flächen, wie Böschungen oder Flussufern, an denen man einerseits Begrünung, andererseits konstruktive Festigkeit erreichen will. Als Unterste Schicht wird Kies gestreut. Darüber kommt der

sog. „Green-Growing Concrete“, welcher aus einem Hochporösen Beton mit sehr großem Zuschlag besteht. Im Prinzip handelt es sich hierbei um Steine, die mit Zement verklebt wurden. In den Hohlräumen wurde ein sog. „Green-Fill“ verwendet, dessen wahre Zusammensetzung uns nicht verraten wurde. Einzig die Funktion und zwar die Speicherung von Nährstoffen ist bekannt. Über diese besondere Schicht werden anschließend wenige Zentimeter Erde gestreut, welche die Samen enthält. Zu vermuten ist, dass genau diese Erdschicht der Hauptgrund ist, warum sich die Konstruktion auf einen Winkel von 60° beschränkt. Genauere Informationen sind unter folgender Adresse zu finden: www.takenaka.co.jp/takenaka_e/ news_e/pr9906/m9906_03.htm

Vertical Garden Bei diesem Beispiel gibt es keine Zweifler. Entweder man ist beeindruckt oder man findet das ganze eher absurd. Pat-

rick Blanc ist ein Französischer Botaniker, der mehrere Jahre mit der Betrachtung von Tropenpflanzen verbracht hat. In seinen Reisen durch die verschiedenen Regenwälder faszinierte ihn ganz besonders die Eigenschaft einiger Pflanzen auf Felsen oder Baumstämmen zu wachsen. Die Idee nennt sich heute Vertical Gardens und basiert auf seinem Spruch „Retour á la nature“. Das System – wie auch in seinem Zitat nachzulesen ist (siehe Kapitel Chloroplastida / Begrünung) – ist recht simpel. Patrick Blanc befestigt vor die Konstruktion einer Wand einen Metall-Rahmen. In diesem ist auf der hinteren Seite eine Wasserdichte Folie und auf der äußeren eine wenige Zentimeter Dicke Filzschicht eingespannt. Beim Betrachten einer solchen Fassade (Caixa Forum, Madrid) sind allerdings auch kleine Einschnitte im Filz zu erkennen, welche wahrscheinlich zur Stabilisierung der noch Jungen Pflanzen dienen. Die ganze Wand wird durch einen Tropfschlauch von der oberen Dachkante

bewässert, was bei windigen Tagen auch zu Nieselregen in unmittelbarer Nähe der Fassade führen kann. Ein weiterer Interessanter Aspekt ist die Anwendung des Systems an Innenräumen und sogar dunklen Garagenhäusern. Dafür verwendet Blanc hauptsächlich kleinwüchsige Tropenpflanzen, welche sich an schlechte Lichtverhältnisse angepasst haben. Mehr Infos und Bilder unter folgendem Link zu finden: www.verticalgardenpatrickblanc. com

Heather Ackroyd & Dan

für unser Projekt durchaus verwendet werden könnte. Mit einem ähnlichen Projekt wurde 2003 der Innenraum der Dilston Grove Church gestaltet. In eine andere Richtunge gehen die beiden Engländer mit ihren Protraits aus Gras. Durch andauernde Diaprojektionen entstehen auf Rasenflächen unterschiedliche Grüntöne, je nach Belichtungsintensität. So entstehen richtige Bilder aus Gras. www.artsadmin.co.uk/projects/artist. php?id=40 >>

Harvey Dieses Künstlerpaar aus England hat mehrere Kunstobjekte mithilfe von Gras hergestellt. Ein häufig gesehenes Projekt ist die Verkleidung von Architektur in eine natürliche Haut aus Gras. Bezüglich Sichtbeton bietet das „Flytower“ Projekt am Nationaltheater Londons ein aussagekräftiges Bild. Ein Bild welches auch

Vertical Garden von Patrick Blanc 23

Heather Ackroyd & Dan Harvey Flytower National Theater London 2007

Heather Ackroyd & Dan Harvey [rechts] Santa Barbara Museum of Art 1998 [links] Dilston Grove Church 2003

Kapitel 3

Projektentwicklung 26

Unser Projekt hat sich im Laufe der letzten Monate entwickelt. Auf den folgenden Seiten wollen wir einen kurzen Überblick über diesen Verlauf geben. Gestartet sind wir mit dem Ziel eine Betonfassade umzunutzen und Grünpflanzen darauf anzusiedeln, um in erster Linie den CO2 Haushalt zu regulieren. Wie kann man eine Betonsubstanz bearbeiten oder direkt so herstellen, das ein Nährboden entstehen kann? Woran können sich die Wurzeln festhalten und woher beziehen sie Wasser und Nährstoffe? Ist es möglich den Beton punktuell aufzubrechen und trotzdem eine große Festigkeit zu erzielen, dass der Einsatz an Fassaden überhaupt denkbar wird? Mit welchem Aufwand ist eine solche Installation auf der Baustelle verbunden?

mit unserem Projekt und wie sieht das schließlich aus? Diese und noch viel mehr Fragen haben wir versucht zu beantworten und mit unserem Entwurf zu beantworten. Im folgenden Kapitel wird es konkret. So sieht unser Entwurf aus und das kann er.

Ein weiteres Thema das im Verlauf immer mehr in unsere Arbeit eingeflossen ist, der gestalterische Anspruch. Was für Möglichkeiten hat man 27

1. Betreuung Ideenfindung

andere erste Ideen aus der ersten Betreuung

2. Betreuung mit ersten Recherchen

Stahlgeflecht

Hanffaser

Das Ergebnis der Versuchsreihe zeigt, dass es schwierig ist eine poröse Betonpberfläche durch Einlagen zu generieren. Durch die Übergabe der Feuchtigkeit des Frischbetons an die Einlage erfolgt in den meisten Fällen um die Einlagen herum eine besonders rasante Trocknung. Diese ist

Steinwolle

allerdings nicht förderlich für die Festigkeit und die Haltbarkeit der Oberfläche. Wir sehen für unser weiteres Vorgehen eher eine Zukunft in der konkreten Formung des Betons. Eine Grobkörnigkeit könnte zu einem positiven Ergebnis führen. Unser Ziel

Kokosfaser

Kunstschwamm

bleibt weiterhin erreichbar und bekommt durch diese Versuche die erste Richtung.

Versuchsreihe Betonoberflächen

These Es kann ein Betonbauteil geben, das eine poröse Oberfläche hat und im Inneren trotzdem massiv ist und somit die gewohnten Festigkeiten bietet. Auf dieser porösen Oberfläche können je nach Körnung unterschiedlichste Pflanzenarten gezielt und kontrolliert wachsen. Diese organische Schicht muss mit einer ausreichenden Bewässerung versehen sein und ständig feucht gehalten werden. Diese Feuchtigkeit darf den Beton nicht angreifen. Sie kann aber unter Umständen mit der Innenraumfeuchte kommunizieren und Diffusion kann theoretisch durch punktuelle Verbindungen zwischen Innen und Außen stattfinden.

1. Kolloquium These

3. Betreuung Recherchen und Ans채tze

Ansatz Unser Ansatz ist ein handliches vorgefertigtes Bauteil, dass auf jeder Baustelle einfach in die Schalung eingesetzt werden kann. Der folgende Ortbeton geht einen Einheit mit dem Bauteil ein und sie verschmelzen zu einer Betonwand. Die Oberfl채che enspricht den Anspr체chen f체r die Pflanzen. Aus Concrete Flora wird co2ncrete

2. Kolloquium Ansatz

5. Betreuung erste Umsetzung

Umsetzung Ein poröses Betonfertigteil wird auf der Baustelle in die Schalung eingestellt. Es kann von einer Person transportiert und zurecht geschnitten werden. Der Ortbeton verbindet sich kraftschlüssig mit den Elementen. Der Ortbeton wird möglichst als WU-Beton ausgeführt um die nötige Dichtigkeit gegen die feuchte Schicht zu erhalten. Die poröse Ebene der Wand ist von einer horizontalen Tröpfchenbewässerung durchzogen die für ein fruchtbares Klima sorgt. Die Substanz in de Poren ist gelartig und bietet den Wurzeln ein entsprechendes Milieu und speichert Flüssigkeit. 42

3. Kolloquium Umsetzung

Kapitel 4

Der Entwurf 44

CO2 Reduktion durch begrünte Fassaden. Passend für jede Situation gibt es die richtige Auswahl an Pflanzen, die in unterschiedlichen Körnungen einer Fassade Halt finden. Je nach Belich-

tung gibt es unterschiedliche Pflanzenarten und verschieden Erscheinungsarten einer Pflanze. Dem Bauherr und den Architekten ist freie Hand gelassen das Erscheinungsbild eines

Gebäudes entscheidend zu verändern und zu prägen.

Bandbreitenschema

Das Modul als Prinzip Um sämtlichen Ansprüchen zu genügen, ist es notwendig möglichst unkompliziert einsetzbar zu sein. Der logische Schluss ist ein Modulsystem, dass felxibel an alle gegebenheiten anpassbar ist und für den gewohnten Bauablauf keine besondere Behinderung oder Erschwerung bedeutet. Rechts ist eine Prinzipskizze zu sehen. Eine modulare Form wird in die Schalung eingestellt und geht einen Verbund mit dem Ortbeton ein. Die Wasserversorgung übernimmt ein Netz aus Schläuchen, die ebenfalls einfach zu installieren sind. DIe Größe der Module bleibt konstant, während sich die Zusammensetzung und damit die Körnung verändern lässt, je nach Wunschpflanze und Sonneneinstrahlung.

Körnung 1

Körnung 2

3 - 5 mm

5 - 8 mm

Modulgröße ca. 40 x 30 x 10 cm

Gewicht ca. 20 kg

Körnung 3

Körnung 4

8 - 10 mm

10+ mm

Modulgröße ca. 40 x 30 x 10 cm

Gewicht ca. 20 kg

Systemschnitt DIe Art und Weise der Schalung oder die Größe der Schalplatten ist für die Modulbeisteine nicht von Bedeutung. Eine gestapelte Wand aus Modulbausteinen geht einen Verbund mit dem Ortbeton ein. Rohrleitungen zur Tröpfchenbewässerung ziehen sich waagerecht durch die Modulnahtstellen.

Schaltafel

Modulbaustein Verbund! Tröpfchenbewässerung

Ortbeton Schaltafel

vereinfachter Aufbau 50

Der Ortbeton soll nach DIN 1045-1:2001-07 die besondere Eigenschaft des hohen Wassereindringungswertes haben, hieberi darf die Wassereindringtiefe 50 mm nicht überschreiten. Es handelt sich um den so genannten WU-Beton. Er ermöglicht die Problemlose Installation einer Wasserführenden Schicht in der Wand.

Schalungsvarianten

Stützenschalung

Ankerschalung

*Diese Variante ist generell etwas komplizierter, da die Anker auch die Modulbausteine an deren Stößen durchdringen. Hier ist etwas Nacharbeit auf der Baustell von nöten und das Schlauchsystem ist anzupassen.

Bepflanzung TrĂśpfchenbewĂ¤sserung Zuschlag

Hydrogel

Modulinhalt 52

Wasserdurchläsiger Beton Für das zu begrünende Element haben wir die Anforderung schon zuvor gestellt. Es muss die Stärke haben, die Pflanzen zu tragen, eine hohe Porosität aufweisen (ca. 2030%) und aus Beton sein. Um dies zu bewerkstelligen brauch man einen sehr grobkörnigen Zuschlag, PortlandZement, Wasser und sehr wenig Sand. Durch vorsichtiges Mischen entsteht eine äußerst dickflüssige Masse. Davon brauch man gerade mal soviel um den Zuschlag damit zu verkleidet und in so miteinander zu verbinden. Dadurch erreicht man Porositätswerte von 15-25%. Dies entspricht einer Wasser-Versickerungsrate von 11-30 Liter pro Minute. Des Weiteren ist dieses Element mit 1,6 t – 1,9 t/m³ sehr leicht. Wasser – Zement Verhältnis 0,27-0,30 : 1 Zuschlag – Zement Verhältnis 4–4,5 : 1

Feiner Zuschlag (Sand) 0–1 : 1 Wasserlösliche Polymere & Hydrogele Für die erfolgreiche und langlebige Vereinigung von Organischem (Pflanzen) und Anorganischem (Stein) benötigen wir ein Übergangsstoff der den Anforderung der Begrünung entgegenkommt, sich jedoch gleichzeitig den Bedingungen des Steins anpasst. Porosität -> Halt & Durchlüftung Um den Wurzeln ausreichend Halt und Durchlüftung zu bieten, benötigen wir eine Porosität des Steins von ca. 2030%. Dies ist auch ein guter Wert um die mechanischen Eigenschaften des Steins nicht zu stark zu verringern. Wasser & Nährstoffe Wie schon im Kapitel Chloroplastida_Begrünung erwähnt wachsen Wurzeln nur dann

weiter wenn sie a) nicht ausreichend Halt für die Pflanze bieten und b) wen sie ihnen kein Wasser zur Verfügung steht. Für den Halt benötig die Pflanze keine große Tiefen. Das Wasser muss ihr zur Verfügung gestellt werden, sodass sie nicht zu tief in den Stein eindringt und diesem zu Bruch bringt. Nährstoffe können heute auch ausschließlich in flüssiger Form ausgegeben werden. Sie werden in pflanzenabhängigen Proportionen ins Wasser eingemischt. Die spezielle Porenfüllung Was also benötigt wird ist ein Stoff, der Wasser speichern kann. Aber nicht nur das muss diese spezielle Füllung können. Wasserspeichernde Medien gibt es viele, jedoch die wenigsten wäre leicht in einen porösen Stein einzubringen. Was sind also die Bedingungen für unser Wasserspeicherndes Element: -

wasserdurchlässiger Beton „rice crispy concrete“

möglichst lange & gute Wasserspeicherung mit wenig Verlust (geringerer Verlust an Nährstoffen & effektivere Gießung) guter Halt der Füllung in den Poren (Witterungsbeständigkeit) Verrottungsresistenz (->Lebensdauer), Die Filzschicht Patrick Blanc’s besteht in Realität aus unverrottbaren Kunstharz. Bei der Suche nach diesem Material sind wir auf einige leicht unterschiedliche Stoffe gestoßen, welche jedoch alle auf demselben Prinzip basieren: Polymeren. water-soluble polymeric soil conditioners

water-soluble polymeric soil conditioners

Diese Stoffe wurden zum ersten Mal in den 1950ern erfunden, als die amerikanische Agrarwirtschaft nach Stoffen suchte, die eine Verbesserung der Bodenverhältnisse herbeiführen sollten. Die erwünschten Effekte wa-

ren, eine bessere Durchlüftung, höhere Wasserspeicherungsraten und eine höhere Stabilisierung des Bodens (erosionshemmend). Entstanden sind wasserlösliche Bodendünger (watersoluble polymeric soil conditioners). Ihre Herstellung: Zwei einfache Moleküle (Monomere), ein Acrylamid und ein Acryl werden in einer Lösung vermischt. Ein Wirkstoff wird hinzugefügt um eine Kette zu bilden (=Polymerisation). Meistens sind 80% der Monomere Acrylamide und 20% Acrylate. Die Acrylate verleihen dem Polymer eine negative Spannung, was für die Wasseraufnahme zuständig ist. Es werden ausreichend Monomere kombiniert um ein gewisses molekulares Gewicht von ca. 10-15 Mio. Daltons zu erreichen. Aufgrund der hohen Kosten und der schwierigen Eingabe in den Boden drohte diese Technologie jedoch zu verschwinden. Einzig ein Produkt hat sich als (nicht un)wirtschaftlich erwiesen: Polyacry-

lamide (PAM) war das einzige Produkt, welches bis zu den 1980ern hielt als die zweite Welle von Versuchen begann. Seine Stärken lagen hauptsächlich in der Bodenbefestigung (erosionshemmend) bei gleichzeitiger auflockerung des Bodens (bessere Wasserdurchdringung und Durchlüftung). Später entstand das sog. Micronized PAM (MP). Während PAM ca 25 Partikel / 2,5cm beträgt kann MP aus ca. 500 Partikel / 2,5cm bestehen. Die Partikel können sogar kleiner als 50 Mikrometer sein. Die Möglichkeit der Chemie in diese Größenordnungen einzusteigen ist sicherlich ein interessanter Punkt, bezüglich der Verwendung von einzelligen Algenarten.

wasseraufnehmende und -unlösliche Polymerketten - Hydrogele Wie oben schon erwähnt begann in den 80ern eine weitere Versuchsreihe mit Polymeren. Dabei entstanden wasseraufnehmende bzw. gel-bildende Polymere. Diese besitzen keine lineare Struktur wie die Wasserlöslichen (siehe oben). Die Ketten sind in ein dreidimensionales Netz verflochten (Gel). Dies geschieht wenn bei der Herstellung eine Divinyl-Verbindung hinzugefügt wird. Durch die hydrophilen Polymerkomponenten quellen sie in Wasser unter Volumenzunahme auf, behalten allerdings ihren stofflichen Zusammenhalt. Dabei bestehen sie in vollgesaugtem Zustand zu 99% aus Wasser. Ihre Biokompatibilität und gewebeähnlichen mechanischen Eigenschaften verleiht ihnen eine hohe Flexibilität. Heutzutage sind Hydrogele in den verschiedensten Berei-

chen zu finden: medizinische Anwendungen: weiche Kontaktlinsen, Interokularlinsen, plastische Implantate Heilgel (gute Umgebung für Wundheilung) Gewebebildungshilfe, dabei enthalten sie menschliche Zellen Umgebungssensitive Hydrogele: können Änderungen im pH-Wert, Temperatur oder sogar die Ansammlung von Metaboliten spüren. Als Reaktion können sie dann eine ihnen beigemischte Ladung abgeben. Somit könnte ein intelligentes Erhaltungs-AusgabeSystem entwickelt werden. Hydrogele, die auf bestimmte Moleküle reagieren, können die Funktion eines Sensors übernehmen. Hydrogele als Pflanzenmilieu Wenn Hydrogele als Pflanzenmilieu eingesetzt werden, haben sie für die Entwicklung

dieser vorteilhafte Auswirkungen. In der Erde entziehen die Wurzelhärchen an heißen Tagen das Wasser aus ihrer Umgebung. Diese trocknet dabei aus und versetzt die Pflanzen in ein Wasser-Stress Zustand. Bei Hydrogelen ist die Umgebung immer feucht, sodass die Pflanze bei Bedarf immer auf den Vorrat greifen kann. Dies führt zu einem schnelleren und stärkerem Wachstum. Ein weiterer Vorteil der Hydrogele, ist die Tatsache, dass sie das Wasser samt Nährstoffen speichern. Dies bedeutet, dass die Nährstoffe während der Befeuchtung nicht verloren gehen, was sicherlich ein sehr wirtschaftlicher Aspekt ist. Da Hydrogele oft auch mit Erde vermischt wurden, hat man beobachtet, dass die Wasserspeicherungsrate von hohen Salzgehalten oder Eisenwerten (in der Erde) verschlechtert werden können. Somit sind Hydrogele effektiver wenn sie als einziges Mittel eingesetzt werden. Für den häuslichen Gebrauch wurde mitte der 90er Hydro-

Hydrogel 55

gel unter dem Namen „Plant Gel“ angeboten (auch im Model zu sehen). Es wird in verschiedenen Größen von Kristallen (Granulat) verkauft und man kann es sowohl im aufgefüllten als auch im trockenen Zustand bearbeiten. Hier einige Fakten des Plant Gels: 95% des gespeicherten Wassers kann von Pflanzen entnommen werden (dabei besteht ein aufgequillter Kristall zu 99% aus Wasser) bei Einmischung in normale Erde: Verbesserung der Wasserspeicherung (Gieß – Wiederholung kann bei Kübeln um 50-75% und bei Rasen um 15-40% reduziert werden) Gießen von Hauspflanzen alle 4-6 Wochen notwendig gute Luftzufuhr an Wurzeln, wegen Gelatine-Konsistenz 0,5 kg Kristalle kann 100-200 l Wasser aufsaugen langsa56

meres Abgeben / Verlust aufgrund der kleineren relativen Oberfläche in destilliertem Wasser kann ein Kristall 400x sein eigenes Volumen aufsaugen Lebensdauer ca. 15 – 20 Jahre Dosierungsbeispiel: 15cm Kübel = 1 Teelöffel trockenes Granulat od. (2 Tassen Gel) 20cm Kübel = 3 Teelöffel trockenes Granulat od. (6 Tassen Gel); 25cm Kübel = 4 Teelöffel trockenes Granulat od. (8 Tassen Gel) Farbe kann auch hinzugefügt werden Das Produkt ist 100% nichttoxisch Anwendung co2ncrete Dieses Mittel wäre noch nicht ganz für den Gebrauch unserer Fassade tauglich, da es kleine Mängel bei der Haftung aufweist. Wir könnten uns durch Zugabe von Siliciumatomen eine

Erhöhung des klebenden Effekts vorstellen, sodass das Hydrogel meteorologischen sowie physikalischen Einwirkungen standhalten kann. Siliciumatome sind Hauptbestandteil für Silikone. Sie verbinden sich mit Sauerstoffatomen zu netzartigen Molekülketten.

Modellfoto >>

Produktion & Montage

Bestellung

Guss des waserdurchl채ssigen Betons

>>>

in Form pressen

>>>

Beschichtungsbad pro PH-Wert

>>>

W채sserung und Wartezeit

>>>

Hydrogelbad

>>>

Aussaat der jeweiligen samen

Logistik

Palettenanlieferung auf der Baustelle

Transport durch Bauarbeiter

Bearbeitung durch Bauarbeiter Aufstellen der Modulwand

Betonieren der Wand und Erstellung des Verbundes

Schulhaus in Paspels Umgestaltung mit KĂśrnung 3 und der Pflanzung von Rasensamen. Original von Valerio Olgiati, ZĂźrich, 1999 << Fassadenschnitt M 1:20

Konferenzpavillon in Weil am Rhein Umgestaltung mit Kรถrnung 3 und der Pflanzung von Rasensamen. Original von Tadao Ando & Associates, Osaka, 1993 Fassadenschnitt M 1:20 >>

Musterhaus Varianten für Fenster- und Türöffnungen, Häuserecken und ein beispielhafter Fußpunkt.

Fensterlösung 1 M 1:15 „Ortbetonrahmen“

Stahlbeton / Ortbeton Wärmedämmung 120 mm Ortbeton co2ncrete Fensterelement

Fensterlösung 2 M 1:15 „Blechrahmen“

Stahlbeton / Ortbeton Wärmedämmung 120 mm Ortbeton co2ncrete Fensterelement Blechverkleidung

Ecklösung 1 M 1:10

Stahlbeton / Ortbeton Wärmedämmung 70 mm Ortbeton co2ncrete Schalungsanker Zylinderstopfen

Bei der vorhergegangenen Ecklösung muss ein Spezialbeuteil zum Einsatz kommen. Es muss auf einer Seite falch abgeschnitten sein und Platz für das Verteilerrohr mit den Anschlüssen für die Tröpfchenbewässerung bieten.

„der co2ncrete Eckkonflikt“ 70

Ecklösung 2 M 1:10

Stahlbeton / Ortbeton Wärmedämmung 70 mm Ortbeton co2ncrete Schalungsanker Zylinderstopfen

Fußpunkt M 1:10 mit Hauptwasserversorgung

Stahlbeton / Ortbeton Wärmedämmung 70 mm Ortbeton co2ncrete Schalungsanker Zylinderstopfen Fußbodenaufbau Fußpunkt mir Hauptleitung DN 20

Wasserversorgung der Fassade

Stragnschema mit Fenster端berbr端ckung

Kapitel 5

FAQ 74

Wo kann der co2ncrete eingesetzt werden? Prinzipiell kann der co2ncrete überall dort eingesetzt werden, wo Ortbeton zum Einsatz kommt. Dieser ist allerdings Vorraussetzung, damit er einen Verbund mit den Modulen eingeht und diese in den Wandaufbau integriert. Läuft an den Wänden ständig das Wasser? Die Tröpfchenbewässerung hält nur das Gel feucht und erzeugt keinen Wasserfluss, der aus der Wasser führenden Schicht in der Fassade austritt. Das System reguliert sich automatisch und führt nur die notwendigen Mengen zu. Über Fenstern und Türen ist kein „Wasserfall“ zu befürchten. Warum tropft es dann bei Patrick Blancs Vertical Garden so stark? Der Untergrund der Vertical Gardens ist bei weitem nicht so saugfähig wie das Hyd-

rogel. Die Fassaden in Paris müssen viermal täglich unter Wasser gesetzt werden. Somit ist dort der Wasserverbrauch und auch der Spritzwasseranteil bedeutend höher, als bei unserem System mit dem Hydrogel.

verhindern. Die eigentliche Struktur und auch das Gel sind robust und sollten unter normalen Beanspruchungen seine Form gehalten.

Muss ich mit Ungeziefer in der Fassade rechnen?

Leider gibt es den noch nicht im Handel. Wir bemühen uns aber eine adäquate Lösung dafür parat zu halten um die Pflege der Bepflanzung möglichst einfach zu gestalten.

Die Fassade bietet je nach Körnung und Bepflanzung einen Lebensraum für unterschiedliche Tierarten, die solch exponierte Flächen erreichen können. Wie die Erfahrung in Paris zeigt, ist dies allerdings nicht als negativ zu bewerten, vielmehr ist es eine Chance in der Stadt eine Zuflucht für bestimmte Arten zu schaffen. Große und gefährliche Tiere sind wohl auszuschließen. Wie pflege ich meine grüne Wand? In der Regel sollte es genügen, die Wand hin und wieder zu stutzen, um ein überdimensionales Pflanzenwachstum zu

Wo bekomme ich einen passenden Rasenmäher?

Was passiert im Winter, wenn es draußen friert? Generell sollte nur auf winterharte Pflanzen zurückgegriffen werden. Das Gel verhält sich bei Frost genau wie der Erdboden, es gefriert, zusammen mit den Pflanzen, behält aber seine Eigenschaften und kann diese auch wieder voll entfalten. Warum bekomme ich co2ncrete nicht im Baumarkt? co2ncrete wird schon in der Fabrik mit Pflanzensamen be75

stückt und die Keimung beginnt sofort mit dem Kontakt im Hydrogel. Deshalb belifern wir nur Baustellen auf Bestellung mit den passenden Steinen und den richtigen Samen für ihre ganz individuelle Fassadengestaltung. Wie viel bringt co2ncrete der Umwelt wirklich? Betrachtet man die Zahlen des CO2 Abbaus an einer einzelnen mit Grass bewachsenen Fassade, so erscheinen die Werte nicht allzu hoch. Aber hier ist es wie bei vielen Dingen - die Masse machts. Ein Auto würde auch der Umwelt auch nicht schaden, aber Millionen machen es aus. Deswegen sind wir sehr dankbar Sie als Interessanten für unsere Fassade gewinnen zu können.

Kapitel 6

Anhang 78

Quellen INTERNET Luftverschmutzung, Treibhauseffekt, Stadtklima: carbonfootprint.com replacetree.org greenhouse.crc.org.au atmosphere.mpg.de oekosystem-erde.de europa.eu/scadplus umweltdatenbank.de/lexikon/luftverschmutzung.htm Kohlenstoffdioxidassimilation, Photosynthese: abiwissen.info -> autotrophe assimilation biologie.uni-hamburg.de, botanik online web.fu-berlin.de/cellbio/lehre/Photosynthese07.pdf -> Dr. Michael Krauß,Institut für Chemie-Biochemie zytologie-online.net Chloroplastida_Begrünung: fortunecity.de/lindenpark/hundertwasser/517/Algen.html chlorella-vulgaris.eu/ epsag.uni-goettingen.de/ systematik-entomologie.de Recherchen: www.artsadmin.co.uk/projects/artist.php?id=40 www.verticalgardenpatrickblanc.com www.takenaka.co.jp/takenaka_e/news_e/pr9906/m9906_03.htm www.lvg-straelen-lwkr.de/koordination/kompetenz-substrat/reichenau-06/reichenau-06.htm Pervious Concrete: www.secement.org www.concretethinker.com/Papers.aspx?DocId=10

Wasserlösliche Polymere & Hydrogele: www.uom.ac.mu/Faculties/foa/AIS/SIROI/SIROIWEBUK/Maurice/Farc/AMAS97/P14TXT.HTM www.biconet.com/soil/hydrogel.html www.querycat.com/faq/3fcf77a083eae166a0b8fe1f1e1002e5 Allgemein: Wikipedia PRINT Betonatlas, Kind-Barkauskas, Kauhsen, Polonyi & Brandt; Birkhäuser 2002 GEOkompakt Nr.5, Gruner und Jahr AG (Hrsg.); Hamburg 2005 Opening Spaces, Loidl & Bernard; Birkhäuser 2003 Der Handapparat CDC2008 in der BauKoBIB.

Ergebnisse der CO2 Umfrage

co2ncrete ein concrete design competition 2008 projekt Aachen, 11.03.2008