78 1 · 2017 TR ANSFORMING CITIES THEMA Stadtklima Einleitung In so gut wie allen Klimawandel-Anpassungsstrategien wird eine vermehrte Verwendung von Vegetation gefordert. Begründet ist diese Forderung durch die bekannten positiven Klimaeffekte, wie sie beispielsweise von großen Parks und Straßenbäumen ausgehen. In der Stadtplanung besteht daher das Bestreben, möglichst viele und große Flächen für Baumpflanzungen und als öffentliche, begrünte Freiflächen vorzuhalten. Dem stehen jedoch häufig ökonomische Gründe entgehen, da die begrenzte Grundfläche in Städten einem hohen Verwertungsdruck als Bauland unterliegt. Ein bekannter Lösungsansatz ist hier, die stadtklimatisch negativen Effekte dichter Bebauung durch Bauwerksbegrünung abzumindern. Im Gegensatz zu Baumpflanzungen, bei denen häufig Jahrzehnte vergehen, bis sie die gewünschten ökologischen Funktionen erfüllen, erzielen Bauwerksbegrünungen die gewünschten Effekte meist in relativ kurzer Zeit. Gleichwohl erreichen sie jedoch nur in den seltensten Fällen die stadtklimatische Leistungsfähigkeit und ökologische Vielfalt, geschweige denn die Erlebnis- und Erholungsqualitäten, wie sie alte Baumbestände in öffentlichen Parks oder auch Gärten bieten können [1]. Im Rahmen des Forschungsprogramms Klimopass des Landes Baden-Württemberg wurden Möglichkeiten aufgezeigt, wie mit Hilfe der Baubotanik die ökologisch-klimatischen und ästhetischen Eigenschaften von Bäumen mit der schnellen Verfügbarkeit von Bauwerksbegrünungen verbunden und wie dabei privatwirtschaftlich-ökonomische und gesellschaftlich-soziale Aspekte auf neue Art miteinander verknüpft werden können. Klimaaktive baubotanische Bautypologien Modellprojekte und Planungswerkzeuge für innovative Stadtquartiere und grüne Infrastrukturen Baubotanik, Klimawandel, Stadtentwicklung, Stadtgrün, Bauwerksbegrünung, Regenwasser Ferdinand Ludwig, Daniel Schönle, Moritz Bellers Das im Folgenden dargestellte Forschungsvorhaben verfolgt das Ziel, konkrete Entwurfsbeispiele und Umsetzungsstrategien zu erarbeiten, um die stadtklimatischen Potenziale der Baubotanik in der Praxis anzuwenden. Die Baubotanik bietet, insbesondere durch die Technik der Pflanzenaddition, die Möglichkeit, die schnelle Verfügbarkeit von Bauwerksbegrünungen mit der Dauerhaftigkeit, langfristigen Robustheit und nachhaltigen ökologischen Wirkung von Bäumen zu verbinden. Damit kann der im Rahmen von Klimaanpassungsstrategien geforderten intensiven Durchgrünung von Städten bei gleichzeitig hoher Dichte entsprochen werden. Bild 1a bis 1c: Pflanzlich-technische Verbundstrukturen. © ludwig.schoenle 79 1 · 2017 TR ANSFORMING CITIES THEMA Stadtklima Baubotanik Die Baubotanik ist eine Bauweise, bei der Pflanzen - insbesondere Bäume - untereinander und mit nicht-lebenden Konstruktionselementen so verbunden werden, dass sie zu einer pflanzlich-technischen Verbundstruktur verwachsen: Einzelne Pflanzen verschmelzen zu einem neuen, größeren Gesamtorganismus und technische Elemente wachsen in die pflanzliche Struktur ein (Bild 1a bis 1c). Eines der wichtigsten vegetationstechnischen Verfahren, das dabei eingesetzt wird, ist die Pflanzenaddition. Dabei werden junge, in speziellen Behältern wurzelnde Pflanzen derart im Raum angeordnet und so miteinander verbunden, dass sie zu einer pflanzlichen Fachwerkstruktur verwachsen. Die einzelnen Pflanzen werden anfangs mit Wasser und Nährstoffen versorgt und mittels temporärer Hilfsgerüste in Form gehalten. Im Verlauf der weiteren Entwicklung entsteht durch sekundäres Dickenwachstum eine selbsttragende und belastbare Struktur, sodass die Hilfsgerüste obsolet werden. Vor allem aber wird erreicht, dass der Transport von Wasser, Nährstoffen und Assimilaten von der untersten Wurzel bis zum obersten Blatt erfolgen kann und die untersten, in den Erdboden gesetzten Pflanzen ein sehr leistungsfähiges Wurzelsystem entwickeln. Die im Gerüstraum angeordneten Wurzeln werden dadurch überflüssig und können gemeinsam mit der anfangs notwendigen Bewässerungs- und Düngetechnik entfernt werden (Bild 2). Auf diese Art ist es möglich, die schnelle Verfügbarkeit von Bauwerksbegrünungen mit der Dauerhaftigkeit und langfristigen Robustheit von Bäumen zu verbinden: Bereits unmittelbar nach Fertigstellung ist eine relativ hohe Blattmasse vorhanden. Anders als viele Begrünungssysteme sind die Strukturen nur in der Anfangsphase und nicht dauerhaft von wartungsintensiver Bewässerungs- und Düngungstechnik abhängig. Auf lange Sicht sind die Systeme so robust wie natürlich gewachsene Bäume. Auch Gerüststrukturen bzw. Spaliere werden nur anfangs benötigt, da die Strukturen selbsttragend werden. Durch das Verbinden der Pflanzen untereinander und mit technischen Bauteilen wird es möglich, Bäume in ihrer Geometrie an bauliche Gegebenheiten anzupassen. Bauwerke und Bäume fusionieren zu einer vegetationstechnischen und gestalterischen Einheit, die es ermöglicht, bauliche Nutzungen mit den beschriebenen Qualitäten und stadtklimatischen Wirkungen von Bäumen auf vergleichsweise kleiner Grundfläche zu verbinden. Zielsetzung und Gliederung des Forschungsvorhabens Um die Baubotanik als innovative Form des Stadtgrüns vorzustellen und ihren möglichen Beitrag zur Lösung stadtklimatischer bzw. stadtökologischer Probleme diskutieren zu können, wurden zunächst bekannte Formen des Stadtgrüns bezüglich ihrer botanischen, technischen, räumlichen, ökonomischen und ökologischen Aspekte sowie ihrer zeitlichen Entwicklung untereinander und mit der Baubotanik verglichen. Darauf aufbauend wurden fünf Beispielentwürfe für klimaaktive baubotanische Bauwerke, Stadtquartiere und Infrastrukturen erarbeitet. Diese wurden modellhaft an Situationen in Stuttgart entwickelt, die eine hohe stadtklimatische Relevanz und eine Vergleichbarkeit mit Situationen in anderen Städten erkennen ließen. In einem weiteren Arbeitspaket wurden Umsetzungsstrategien entwickelt und anhand ausgewählter Modellprojekte veranschaulicht. Bild 2: Prinzip der Pflanzenaddition: Pflanzliche Fachwerkstrukturen mit leistungsfähigem Wurzelsystem. © Ludwig Bild 3a bis 3c: Modellprojekt „Baubotanischer Straßentypus Nordbahnhofareal“ in Stuttgart. © LUBW 80 1 · 2017 TR ANSFORMING CITIES THEMA Stadtklima Modellprojekte Die Standorte für die Modellprojekte wurden auf Basis des Klimaatlasses der Region Stuttgart [2] und das Bauflächenmanagements der Stadt Stuttgart [3] identifiziert. In ihrer Zielsetzung orientieren sie sich an den beiden aktuell maßgeblichen Stadtentwicklungskonzepten für Stuttgart, dem Klimaanpassungskonzept KLIMAKS [4] und dem Stadtentwicklungskonzept STEK [5]. Ein wichtiger Aspekt der Ausarbeitung war zudem die konzeptionelle Integration eines kommunalen Regenwassermanagements zur Bewässerung der Pflanzenstrukturen und zur Steigerung der Verdunstungsleistung. Ein weiterer Schwerpunkt wurde darauf gelegt, Lösungsansätze für anfangs vergleichsweise hohe Investitions- und Pflegeaufwendungen zu erarbeiten, die sich aus dem Ansatz der Pflanzenaddition ergeben. Im Folgenden werden exemplarisch drei Modellprojekte schlaglichtartig vorgestellt: Ziel des Modellprojekts „Baubotanischer Straßentypus Nordbahnhofareal“ ist es, exemplarisch an einem sich in Planung befindlichen Quartier (Stuttgart 21, Teilprojekt C1) neue Straßentypologien bzw. Straßenprofile zu entwickeln, die die ökologischen Potenziale der Baubotanik mit einer hohen Aufenthaltsqualität für die Bewohner und einer großen Nutzungsvielfalt zu verbinden. Im Ergebnis wird ein sehr großes Grünvolumen geschaffen durch das die Gebäude verschattet werden und lokal ein Kühlungseffekt eintritt, während gleichzeitig durch die lineare Anordnung der Baumkronen eine gute Durchlüftung des Straßenraums gewährleistet ist. Das Projekt nimmt im Forschungsvorhaben eine Schlüsselfunktion ein, da hier in besonderem Maße auch Aspekte der zeitlichen Entwicklung sowie der Wartung und Pflege dargestellt werden. (Bild 3a bis c) Bei dem Modellprojekt Park-Haus Züblin steht die Frage im Mittelpunkt, wie in innerstädtischen Situationen Pocketbzw. Quartierparks geschaffen werden können, die als Teil der städtischen Infrastruktur auf kleinster Fläche einen hohen Aufenthalts- und Erholungswert bieten und im städtischen Wassermanagement eine aktive Rolle spielen. Dabei wurde auch versucht, bestehende Gebäudestrukturen zu nutzen, um die im Baubestand gespeicherte graue Energie einer weiteren Nutzung zuzuführen, anstatt Primärenergie in Abriss und Neubau zu investieren. Durch die baubotanische Intervention ist zu erwarten, dass die Biodiversität erhöht werden kann und sich der Ort stadtklimatisch von einer Hitzeinsel zu einer Kühloase wandelt. Gleichzeitig erfährt das gesamte Stadtquartier eine Aufwertung, die zu einer Entschärfung sozialer Probleme beitragen kann. (Bild 4a und 4b) Ausgangspunkt des Modellprojekts Transformation Gewerbegebiet Birkenkopf ist die Erkenntnis, dass für eine Verbesserung der klimatischen Bedingungen von Städten auch ein angepasstes Vorgehen in den Randgebieten und im Umland notwendig ist. Das Modellprojekt stellt sich am Beispiel des Gebiets „Unter dem Birkenkopf“ der Frage, wie stadtnahe Gewerbegebiete unter anderem mittels Baubotanik so weiterentwickelt werden könnten, dass Bild 4a und 4b: Durch Baubotanik lassen sich Stadtquartiere aufwerten, die soziale Situation somit verbessern. © LUBW 81 1 · 2017 TR ANSFORMING CITIES THEMA Stadtklima der Transport von Kalt- und Frischluft möglichst wenig behindert bzw. diese möglichst wenig erwärmt und verunreinigt wird. Gleichzeitig wird mit dem Projekt versucht, eine mögliche Antwort auf den Strukturwandel aufzuzeigen, dem derartige Gebiete unterliegen. (Bild 5a und 5b) Planungs- und Umsetzungswerkzeuge Voraussetzung für eine erfolgreiche Umsetzung bzw. breite Anwendung dieser hier exemplarisch erarbeiteten Ansätze ist, dass auf unterschiedlichen Planungsebenen durch die Formulierung verbindlicher Ziele, rechtlicher Regelungen und Fördermaßnahmen Rahmenbedingungen geschaffen werden, die den spezifischen Herausforderungen gerecht werden. So sind baubotanische Projekte insbesondere dadurch charakterisiert, dass es sich bei ihnen sowohl um bauliche Anlagen als auch um lebende Systeme handelt. Für die Planung stellt dies eine große Herausforderung dar, da für derart hybride Gebilde klare baurechtliche Definitionen fehlen und eine entsprechende Verortung in der Planungs- und Baupraxis bislang nicht besteht. Dies ist auch dem Umstand geschuldet, dass die Baubotanik eine vergleichsweise neue Bauweise ist, die sich stark von den bekannten Formen der Fassadenbegrünung unterscheidet und weit darüber hinaus gehende Möglichkeiten bietet. Aufgrund des prozessualen Charakters und den anfangs vergleichsweise hohen Anforderungen an Wartung und Pflege der Projekte kommt der Frage, wer für diese Aufgaben verantwortlich ist, eine entscheidende Bedeutung zu. Gleichzeitig ist zu bedenken, dass die ästhetischen wie mikroklimatischen Wirkungen der Allgemeinheit zu Gute kommen sollten, aber auch einen Mehrwert für den Einzelnen (z.B. den Wohnungseigentümer oder Mieter) darstellen können. Diese Zusammenhänge bilden einen wichtigen Hintergrund für die Entwicklung von Planungs- und Umsetzungswerkzeugen. Im Rahmen des Forschungsprojekts wurden formelle und informelle Planungsinstrumente sowie Möglichkeiten der Förderung aufgearbeitet und diskutiert. Im Ergebnis zeigte sich, dass zur Umsetzung derart innovativer Konzepte diese unterschiedlichen Werkzeuge zu einer stimmigen Prozessarchitektur verknüpft werden müssen. Nur im Zusammenspiel der Maßnahmen kann den räumlichen und zeitlichen Ansprüchen an Planungs- und Umsetzungsprozesse baubotanischer Projekte Rechnung getragen werden kann (Bild 6). Aus diesen Komponenten - Formell, Informell, Förderung - entsteht ein Dreiklang (FIF), der projektbezogen auf jeweils unterschiedliche Art entworfen werden muss. Den formellen Instrumenten kommt hierbei die Aufgabe zu, ein Gerüst für den Prozess und die Maßnahme zu schaffen. Der informelle Teil des Planungsprozesses muss die Beteiligten überzeugen und damit Bereitschaft und Identifikation schaffen. Die Förderung setzt gezielt Anreize, um Forderungen durchsetzen zu können. Mit der Zusammenstellung dieser möglichen Maßnahmen, die anhand ausgewählter Modellprojekte konkretisiert wurden, sollen Städten und Gemeinden, Architekten und Landschaftsarchitekten sowie privaten Bauherren Werkzeuge an die Hand gegeben werden, um baubotanische Strukturen zukünftig in städtische Entwicklungsprozesse integrieren zu können. Schlussbemerkung Baubotanische Projekte können ein produktiver Bestandteil urbaner Landschaften werden und aktiv zu einer Steigerung der Umwelt- und Lebensqualität beitragen. Die Ergebnisse dieses Forschungsvorhabens legen den Schluss nahe, dass insbesondere die Errichtung klimaaktiver baubotanischer Stadtquartiere gut geeignet ist, die thermische Aufenthaltsqualität des Freiraumes zu verbessern. Die konkrete Wirkung lässt sich selbstverständlich erst dann überprüfen, wenn derartige Projekte umgesetzt Bild 5a und 5b: Stadtnahe Gewerbegebiete mittels Baubotanik weiterentwickeln. © LUBW 82 1 · 2017 TR ANSFORMING CITIES THEMA Stadtklima und messtechnisch begleitet werden (Ansätze des Vorhabens sind im Projekt „Grünes Zimmer Ludwigsburg“ umgesetzt, siehe hierzu den Beitrag von Bernd Eisenberg in diesem Heft auf Seite 74). Um solche Vorhaben zu realisieren und damit neues Terrain zu betreten, ist neben den im Projekt adressierten planungsmethodischen, rechtlichen und organisatorischen Voraussetzungen jedoch auch Offenheit und Mut bei Planern wie Bauherren erforderlich. So macht eine derart weit gehende Integration von Pflanzen in die Architektur interdisziplinäre Kooperation - beispielsweise mit Biologen und Ökologen - notwendig, die über das notwendige Wissen über Bäume und über ökologische Zusammenhänge und Prozesse verfügen. Der Ansatz fordert darüber hinaus aber auch eine Entwurfshaltung und Entwurfsmethoden, die dem prozessualen Charakter des Mediums Pflanze gerecht werden. Denn die Baukomponente „Grün“ bewegt sich - auch nach Abschluss der Bauarbeiten - selbsttätig weiter, sie ist lebendig, dynamisch - anders als alle anderen Baukomponenten, die statisch sind und nur geringe, berechenbare Schwankungen unter Hitze, Kälte und Gebrauch aufweisen [6]. Dies ist eine stark gekürzte und überarbeitete Version des Forschungsberichts „Klimaaktive baubotanische Stadtquartiere, Bautypologien und Infrastrukturen: Modellprojekte und Planungswerkzeuge“, der auf den Webseiten der LUBW als online-Ressource zur Verfügung steht. Das Vorhaben wurde durch das Programm KLIMOPASS der LUBW (Landesanstalt für Umwelt, Messungen und Naturschutz Baden-Württemberg) finanziert. Die Autoren danken Prof. Jürgen Baumüller und Imke Mumm für die beratende Begleitung des Projekts sowie dem Institut für Landschaftsplanung und Ökologie (ILPÖ) und dem Institut Grundlagen Moderner Architektur und Entwerfen (IGMA) für die infrastrukturelle und inhaltliche Unterstützung. LITERATUR [1] Gegenüberstellung unterschiedlicher Grünsysteme in: Pfoser, N., Jenner, N., Henrich, J., Heusinger, J., Weber, S.: Gebäude Begrünung Energie. Potenziale und Wechselwirkungen. Technische Universität Darmstadt, Technische Universität Braunschweig, 2013. [2] Verband Region Stuttgart (Hrsg.): Klimaatlas Region Stuttgart, Stuttgart: Verband Region Stuttgart, 2008. [3] http: / / gis3.stuttgart.de/ nbs/ stplnbs.html [4] Landeshauptstadt Stuttgart, a. F. U., Abteilung Stadtklimatologie: Klimaanpassungkonzept Stuttgart KLIMAKS, 2012. [5] Pesch, F., Mayer-Dukart, A., Jung, C. C., Goebel, J.: Stadtentwicklungskonzept Stuttgart, Strategie 2006. Landeshauptstadt Stuttgart, Referat Städtebau und Umwelt, Amt für Stadtplanung und Stadterneuerung, 2006. [6] Fassbinder, H.: Stadt als Natur: eine Kehrwende in Architektur und Stadtplanung. Conference‚ Livet i staden 2012. Movium, Swedish Landscape University, Alnarp: biotop-city.org, 2012. Prof. Dr.-Ing. Ferdinand Ludwig Professur für Green Technologies in Landscape Architecture Technische Universität München, ludwig.schoenle Baubotaniker Architekten Stadtplaner Kontakt: baubotanik@ferdinandludwig.de Prof. i.V. Daniel Schönle Universität Stuttgart, Städtebau Institut ludwig.schoenle Baubotaniker Architekten Stadtplaner Kontakt: buero@hp4.org Dipl.-Ing. Moritz Bellers Projektleiter Internationale Bauausstellung Heidelberg Kontakt: m.bellers@iba.heidelberg.de AUTOREN Bild 6: Die unterschiedlichen Werkzeuge der Baubotanik müssen zu einer stimmigen Prozessarchitektur verknüpft werden. © LUBW