Wissenschaftliche Hausarbeit zur Ersten Staatsprüfung
für das Amt des Studienrats mit einer beruflichen Fachrichtung
 

Extensiv begrünte Dächer im Vergleich zu konventionellen
Flachdächern - Eine Bewertung unter den Gesichtspunkten
der Dauerhaftigkeit, der Bauphysik sowie der Ökologie


Michael Schelter

30. August 2006

Inhaltsverzeichnis

A Einleitung ... 3

B Betrachtung und Vergleich konventioneller und extensiv begrünter Flachdächer ... 6

I Historischer Rückblick ... 6

1 Das Flachdach ... 6

2 Rückblick auf die Entwicklung von Dachabdichtungen ... 9

II Technische Angaben zum Aufbau der zu untersuchenden Dachkonstruktionen ... 11

1 Arten, Aufgaben und Materialien der Bauteilschichten ... 11
1.1 Tragende Flachdachkonstruktion ... 11
1.2 Trennschichten/ Ausgleichsschichten ... 13
1.3 Dampfsperre/ Dampfbremse ... 16
1.4 Wärmedämmung ... 19
1.5 Abdichtung ... 23
1.6 Oberflächenschutz... 29
1.7 Wurzelschutz ... 31

2 Das Umkehrdach ... 34
2.1 Aufbau... 36
2.2 Funktion ... 38

3 Die zu untersuchenden Dachkonstruktionen ... 39
3.1 Das konventionelle, ungenutzte und unbegrünte Flachdach mit bituminöser Abdichtung ... 40
3.2 Das extensiv begrünte Flachdach... 42
3.2.1 Extensive Bepflanzung im Mehrschichtenaufbau / Vegetationssubstrate ... 48
3.2.2 Extensive Bepflanzung mittels Vegetationsmatten ... 54
3.2.3 Extensive Bepflanzung mit System „Floratherm“ / „ZinCo-DUO-Dach“ ... 57

III Vergleich des konventionellen und extensiv begrünten Flachdaches ... 59

1 Städtebauliche und gesellschaftliche Anforderungen an das Bauen... 59
1.1 Rechtsvorschriften ... 59
1.2 Auswirkungen des Bauens auf den Menschen... 61
1.3 Zwischenfazit ... 63

2 Eine Bewertung der Konstruktionen unter dem Aspekt Dauerhaftigkeit ... 64

3 Die bauphysikalischen und mechanischen Beanspruchungen – Anforderungen an die zu untersuchenden Konstruktionen... 66
3.1 Anforderungen der Energieeinsparverordnung (EnEV) ... 66
3.2 Wärmeschutz / Tauwasserschutz / Verhalten bei Wassereinwirkung ... 67
3.2.1 Grundlagen des Tauwassernachweises ... 68
3.2.2 Tauwassernachweis nach Glaser... 69
3.2.3 Bewertung der Konstruktionen... 72
3.3 Brandschutz... 73
3.4 Die mechanische Beanspruchung Windsog ... 74
3.4.1 Berechnung der Windsoglasten... 75
3.4.2 Lagesicherheit auf dem bituminös abgedichteten Flachdach ... 76
3.4.3 Lagesicherheit der extensiven Dachbegrünung... 77

4 Eine ökologische Bewertung der Dachkonstruktionen... 78
4.1 Herstellung... 79
4.2 Eigenschaften auf dem Dach... 84
4.3 Rückbau und Entsorgung ... 87
4.4 Zwischenfazit ... 88

C Fazit ... 89

Quellenverzeichnis... 92
Literatur... 92
Normen (Deutsches Institut für Normung) ... 96
Bauaufsichtliche Zulassungen ... 97
Gesetze... 97
Zeitschriften ... 98
Internet... 100
Produktkataloge ... 102
Abbildungen... 103
Tabellen ... 103
Grafiken ... 104
Anlagen... 104

A Einleitung

Das Umweltbundesamt zieht im Jahr 2003, zehn Jahre nach der Konferenz der Vereinten Nationen für Umwelt und Entwicklung in Rio de Janeiro, u. a. folgendes Resümee: Die Zielsetzung für das Handlungsfeld „Minderung der Flächeninanspruchnahme für Siedlungen und Verkehr“,¹ innerhalb der deutschen Nachhaltigkeitsstrategie, wurde nicht erreicht.² Stattdessen erreichte im Jahr 2002 die täglich hinzukommende Flächenversiegelung, trotz konjunktureller Rückgänge im Bausektor, 105 ha/Tag.³
Es ist davon auszugehen, dass auch heute und in Zukunft große Mengen Grünflächen durch bauliche Veränderungen verloren gehen. Hinsichtlich des Wunsches nach Erhalt dieser Flächen bedarf die Bebauung innerhalb der Städte und auf dem Land einer kritischen Betrachtung.
Dass mit entsprechenden baulichen Mitteln schonend mit der Natur umgegangen werden kann, zeigen die verschiedenen Formen der Bauwerksbegrünung. Ein inzwischen bewährtes Konzept stellt die Dachbegrünung dar. Durch die intensive oder extensive Begrünung flacher und geneigter Dachflächen entstehen natürliche Inseln in Bereichen des Bauwerks.

Welchen Beitrag die extensive Begrünung auf flachen und ungenutzten Dächern zur Flächenentsiegelung leistet, was sie dabei für Anforderungen an das Bauwerk stellt und welchen Nutzen der Mensch aus ihr zieht, soll in dieser Arbeit anhand eines Vergleiches mit dem konventionellen, unbegrünten und ungenutzten Flachdach aufgezeigt werden. Die Flachdachbegrünung in extensiver Form ist – unabhängig von ihren Variationsmöglichkeiten – die auf das Tragwerk am geringsten einwirkende Naturalisierung des Daches. Sie beschreibt eine Begrünung mittels trockenheitsverträglicher und zeitweise Vernässung ertragender, niedrig bleibender Pflanzen, die regenerationsfähig sein müssen und einen geringen Pflegeaufwand erfordern. Ihr dünnschichtiger Aufbau ist besonders gut auf horizontalen und flachgeneigten Flächen zu realisieren und erzeugt nur geringe zusätzliche Flächenbelastungen.

Welche Auswirkungen die beiden ausgewählten Dachoberflächenkonstruktionen jeweils auf die Trias „Mensch, Bauwerk, Natur“ haben, wird im Folgenden anhand der Gesichtspunkte Dauerhaftigkeit, Bauphysik sowie Ökologie dargestellt: Unter I sind in Kapitel 1 zunächst divergierende Definitionen auf eine gemeinsame Grundlage zu bringen. Es soll eine klar umrissene Begriffsbestimmung der Dachkonstruktion Flachdach vorgenommen werden. Hierauf aufbauend ist das flache Dach der Gegenwart in den historischen Kontext einzubetten. Die geschichtliche Entwicklung des Flachdachs soll die technischen Ursprünge und Möglichkeiten in den einzelnen Epochen darstellen und einen Eindruck vermitteln, wie der Mensch den obersten Gebäudeabschluss jeweils gestaltet hat. Flache Dachkonstruktionen stellen hohe Anforderungen an die Ausführung ihres Schichtenaufbaus. Ein historischer Rückblick auf die Abdichtungstechnik vergangener Jahrhunderte und Jahrzehnte in Kapitel 2 soll helfen, die Abdichtungsproblematik flacher Dachformen zu verstehen und zeigen, wie der heutige Stand der Technik in die geschichtlichen Entwicklungen eingebettet ist.

Unter II wird der Aufbau des konventionellen und extensiv begrünten Flachdaches dargestellt. Wie komplex die gesamte Flachdachkonstruktion, einschließlich Dachabdichtung und vorbereitender Schutzlage zum Aufbringen einer Dachbegrünung ist, kann anhand der Darstellung der einzelnen Schichten des Regeldachaufbaus abgelesen werden. In Kapitel 1 werden die zum Einsatz kommenden Werkstoffe aufgezählt und Angaben darüber gemacht, wie sie miteinander zu verbinden sind. In Kapitel 2 wird die Heterogenität des Flachdachs durch Erläuterungen zum Umkehrdach, im Hinblick auf Funktion und Aufbau verdeutlicht. Als Abwandlung der konventionellen Flachdachkonstruktion ist die Darstellung des Umkehrdaches gleichzeitig die Grundlage für die Vorstellung einer extensiven Dachbegrünung mit wärmedämmenden Eigenschaften. Den vorausgehenden Grundlagen nachfolgend, wird in Kapitel 3 die zu betrachtenden Dachoberflächenkonstruktionen im Einzelnen vorgestellt und die Extensivbegrünungen in ihrer Vielfältigkeit zum Ausdruck gebracht. Die Variationsmöglichkeiten können ausschlaggebend dafür sein, ob sich für oder gegen die Naturalisierung des oberen Gebäudeabschlusses entschieden wird.

Unter III wird der Vergleich zwischen konventionellem und extensiv begrüntem Flachdach vorgenommen. Dem Trias-Bestandteil Mensch, als einem von drei Untersuchungsschwerpunkten dieser Arbeit, wird in Kapitel 1 durch eine Untersuchung sozialer Auswirkungen entsprochen. Diese entstehen, wenn Bauwerke das Umfeld des Menschen verändern. Welche städtebaulichen Entwicklungen sich daraus ergeben und wie ihnen der Gesetzgeber gegenübersteht, wird beleuchtet. Im 2. Kapitel werden die beiden Flachdachvarianten auf ihre Dauerhaftigkeit hin untersucht. Dargestellt wird, ob und wie stark der jeweils unterschiedlich ausgeprägte Oberflächenschutz thermische, biogene und mechanische Belastungen absorbiert und ob sich dies laufzeitverlängernd oder laufzeitverkürzend auf die Konstruktionen auswirkt. Um die betrachteten Dachkonstruktionen in bauphysikalischer Hinsicht zu bewerten, werden in Kapitel 3, zusammen mit dem unterschiedlichen Verhalten bei Windsog, anhand des Wärmeschutzes/ Tauwasserschutz und Brandschutz die Wechselwirkungen zwischen Einwirkung und Baukonstruktion offengelegt. Bzgl. Wärmeschutz stellen die Anforderungen aus der Energieeinsparverordnung den Rahmen für nachstehende Untersuchungen dar. Ausschlaggebend für die dauerhafte Gebrauchstauglichkeit der Konstruktionen ist der Nachweis, ob es zu Kondensation im Bauteil kommt. Wie unterschiedlich die einzelnen Konstruktionen in den Punkten Wärmeschutz und Kondensation zu bewerten sind, zeigt jeweils eine exemplarische Berechnung. Da Brände eine große Gefahr für den gesamten Baukörper darstellen, werden die beiden Dachoberflächenausbildungen hinsichtlich ihres Verhaltens bei Flugfeuer und strahlender Wärme untersucht. Zuletzt stellt die Bewertung in Kapitel 4 ökologische Unterschiede beider Konstruktionen bzgl. Herstellung, Verhalten auf dem Dach und Entsorgung dar. Der Vergleich des begrünten Flachdaches mit dem unbegrünten Flachdach prüft, welchen Nutzen jeweils die eine und andere Dachkonstruktion für die Umwelt hat, welche Probleme sich daraus ergeben können und wie es um die jeweiligen Rückbauund Entsorgungsmöglichkeiten bestellt ist.

Die Zusammenstellung aller Ergebnisse und Aufführung aller Erkenntnisse, aus den Einzelkapiteln am Ende dieser Arbeit, ist die Grundlage für die abschließende Bewertung der konventionellen, unbegrünten und ungenutzten Flachdächer im Vergleich zu extensiv begrünten Flachdächern. Ziel der Arbeit ist es, mit den Ergebnissen aus den Einzelbewertungen zu einer Zusammenstellung zu gelangen. Diese soll Bauherren und Tragwerksplanern gleichermaßen als Entscheidungshilfe dienen, konventionelle, unbegrünte und ungenutzte Flachdächer sowie extensiv begrünte Flachdächer den menschlichen Bedürfnissen sowie den Erfordernissen des Bauwerks und der Natur entsprechend einzusetzen.⁴

[...]

1 Penn-Bressel et al 2003, Vorwort S. 3

2 Vgl. Penn-Bressel et al 2003, Vorwort S. 3

3 Vgl. Penn-Bressel et al 2003, Vorwort S. 3

4 Der Verfasser verzichtet aus Gründen der Übersichtlichkeit auf die weibliche Form.