Biologische Klimaanlagen für mehr städtische Lebensqualität

Die Moosmaschine

Gartenheim entwickelt weltweit einzigartiges vertikales Begrünungssystem

Einleitung

Die Begrünung der Großstädte zählt zu den Zukunftsthemen unserer Zeit. Weltweit arbeiten Stadtplaner und Architekten an der Umsetzung ihrer grünen Visionen von bewaldeten Hochhäusern und vertikalen Gärten inmitten der Innenstädte. Die Frage lautet dabei allerorten: Wie lassen sich Pflanzen dekorativ in Bauprojekte einbeziehen, um architektonisch und ökologisch einen Mehrwert für die Gesellschaft zu erzielen?

Während die wenigsten Modelle in unseren Breitengraden zu einer langfristig erfolgreich funktionierenden Umsetzung gelangen, wurde bei der Wohnungsgenossenschaft Gartenheim eine Moosmaschinen-Serie mit patentiertem Bewässerungssystem entwickelt, welche sich bereits im mehrjährigen Praxistest an verschiedenen Standorten in Hannover bewährt hat und in ihrer Art weltweit einzigartig ist.

Seit mehr als zehn Jahren beschäftigt sich das Unternehmen mit der Entwicklung vertikaler Begrünungssysteme, um den ökologischen Herausforderungen unserer Zeit zu begegnen und die hannoversche Wohnungswirtschaft mit innovativen Lösungen zu bereichern.

Von der Vision zur Umsetzung

Das Ziel der über 10-jährigen Entwicklung bestand darin, ein flexibles Bewässerungssystem für Moosmatten zu entwickeln, das in Alt- und Neubaufassaden integriert werden kann oder auch als solitäres Gestaltungselement im urbanen Umfeld in Erscheinung treten kann. Nach intensiver Forschung und fachlichem Austausch mit Biologen wurde ein universelles, modular aufgebautes Vertikalbewässerungssystem für Moosmatten entwickelt. Dabei setzt Gartenheim auf pflegeleichte, saftig grüne Moose, die sich aufgrund ihrer Vorliebe für saure Umgebungen besonders gut für den städtischen Raum eignen.

Warum Moos?

Die Vorteile von Moosflächen in der vertikalen Gebäudeebene liegen in der optischen Einzigartigkeit und angenehmen Wahrnehmung sowie im mikroklimatischen Nutzen für die Gebäudeumgebung und einer sinnvollen Regenwassernutzung. Die Sporen-Pflanzen binden Feinstaubpartikel, absorbieren diverse Luftschadstoffe, verbessern die allgemeine Luftbefindlichkeit, erhöhen die Luftfeuchtigkeit und wirken durch die Wasserverdunstung kühlend.

Darüber hinaus erwiesen sich Moose als die einzigen wurzelfreien Landpflanzen, die ganzjährige Temperaturschwankungen von über 50-60° Celsius unbeschadet überstehen können und keinen Laubfall wie bei anderen Blattpflanzen kennen. Im Gegensatz zu Bodenpflanzen, die in der vertikalen Gebäudeebene ohne tiefes Wurzelwerk bei langen und harten Minustemperaturen nicht überleben können, sind Moose in der Lage, sich großen Wetterschwankungen und Extremsituationen relativ gut anpassen zu können.

Einzigartiges Vertikalbegrünungssystem

Als große Herausforderung bei der Pflege vertikaler Begrünung erweist sich indes immer wieder die Bewässerung. Moose haben keine Wurzeln, über die sie das benötigte Wasser aus dem Untergrund ziehen könnten, sondern verfügen lediglich über kleine Zellfäden, sogenannte Rhizoide, mit denen sie sich an beliebigen Untergründen festhalten können. Die für die eigene Existenz notwendige Feuchtigkeit entziehen sie bei bestimmten Wetterkonstellationen entweder der Umgebungsluftfeuchte, oder sie nehmen mit Hilfe ihrer schwammartigen Polsterstrukturen gesammeltes Regen- und Tauwasser direkt in die Zellen durch Osmose auf.

Für die Wasserversorgung von Moosflächen in vertikaler Ebene bedeutet dies, dass die Bewässerung nur frontal erfolgen kann. Die „Moosmaschine" von Gartenheim ist das bislang einzige System, das eine gleichmäßige Frontalbewässerung großer Flächen ermöglicht, so dass die Moose auch in der künstlichen Vertikalebene optimale Lebensbedingungen vorfinden. Die „British Bryological Society“ listete die hannoversche Erfindung daher als eines der weltweit interessantesten Moosprojekte. 

Grüne Überlebenskünstler

Moose in Form von industriell gezüchteten Moosmatten können auf Flachdächern ohne weitere Bewirtschaftung und Bewässerung sehr lange Zeit überleben. In den heißen Sommermonaten retten sich Moose durch den Überlebensmechanismus des Trockenzustandes, gewissermaßen eine Trockenstarre, vor potenziellen Zellschädigungen, die durch Verdampfungseffekte bei hohen Temperaturen hervorgerufen werden können. Das Moos tritt hier in eine Phase der biologischen Inaktivität ein, was man an seiner unattraktiven braungelben Farbe erkennen kann. Sobald die Umgebungstemperatur für das Moos wieder im Normbereich liegt (ca. 3 – 26°) und genügend Feuchtigkeit auf die Pflanze gelangt, wechselt die Farbe wieder hin bis zum sogenannten Saftgrün. Moose können trotz natürlicher oder technischer Bewässerung auf Dauer nicht immer einen farblich optimalen Zustand jahresübergreifend halten, eine gewisse optische Schwankungsbreite liegt in der Sache der Natur.

Zur Funktion der Moosmaschine

Und so funktioniert das Prinzip der patentierten Idee der Vertikalbegrünungsanlage: Die Hauptcharakteristik der Moosmaschine liegt in der Frontalbewässerung der Moosmatten, die sich aus einer um 90 Grad gedrehten natürlichen Beregnungssituation ergeben würde. Ein beweglicher Bewässerungsbügel fährt die Moosfläche nicht nur gleichmäßig herauf und herunter, sondern schüttelt sich in der gleitenden Bewegung auch noch leicht, um zu gewährleisten, dass tatsächlich jeder einzelne Punkt mit Wasser versorgt wird. Damit erfolgt eine absolut gleichmäßige Bewässerung der Moose bis an die natürliche Sättigungsgrenze, so dass kaum überschüssiges Wasser verloren geht und außerhalb des kontrollierten Bewässerungsprozesses kein Wasserkontakt mit dem Bauwerk stattfindet.

Dies erfordert zwar einen hohen technischen Aufwand, ist aber in Bezug auf das angestrebte Ergebnis ohne realistische Alternativen. Vergleichbare Ansätze, Moosmatten aus der hinteren Ebene mit direkter Feuchtigkeit bzw. über kapillargesteuerte Wasserreservoire zu versorgen, zeigen hier deutliche Systemnachteile.

Ein Beregnungsvorhang sorgt für saftiges Moos

Das Herzstück der Moosmaschine ist eine kammartige Wasserstrahl-Rohrdüse, die eine Länge von knapp 2 m hat. Durch 250 kleine Düsenbohrungen, die wegen des zu vermeidenden horizontalen Bernoulli-Effektes unterschiedliche Durchmesser haben, wird ein konstanter Beregnungsvorhang erzeugt. Damit auch die entstehenden Zwischenräume optimal bewässert werden können, wird das Düsenrohr in eine schnelle mechanische horizontale Oszillation versetzt. Darüber hinaus sind in der Steuerung diverse elektromechanische Regelmechanismen umgesetzt worden, die auf einer Höhenebene von bis zu 6 m eine gleichmäßige Bewässerung gewährleisten.

Bewaesserung M2

Alles nass!

Das Beregnungsprinzip der Moosmaschine M2



Das raffinierte Konstrukt setzt sich aus ca. 180 selbstentwickelten und -gebauten Einzelteilen zusammen, doch die technischen Details sind für den Betrachter nicht sichtbar, da die Anlage selbst hinter der Grünfläche verschwindet. Die speziellen Anforderungen an die Funktion und Bauform der Erfindung brachten es mit sich, dass hunderte von verschiedenen Bauteilen für diesen Maschinentyp selbst entwickelt und in einer eigenen CNC-Werkstatt gefertigt bzw. extern gelasert werden mussten.

Die gesamte Moos-Steuerungsanlage kann von jeder Browseroberfläche aus überwacht und kontrolliert werden und benachrichtigt selbstständig den Anwender über die relevanten Prozesszustände per Email. Eine optische Kameraüberwachung ermöglicht zudem einen visuellen Überblick über den aktuellen „Gesundheitszustand“ der Moosflächen. Durch die Verwendung von nichtrostenden Werkstoffen wie Aluminium und Edelstahl und durch den Einsatz von robusten und hochwertige Antriebselementen und Steuerungskomponenten ist hier eine erkennbar nachhaltige Lösung entstanden, die sich bereits im mehrjährigen Betrieb als äußerst zuverlässig herausgestellt hat.

Mittlerweile kann das Bewässerungssystem in verschiedenen Größen produziert werden. Zudem ist es möglich, die Mooswände samt Versorgungsanlage wahlweise direkt in die Hausfassade eines Neubaus einzubauen oder aber skulptural vor einem Wohnhaus aufzustellen.

Moos nach Maß

Die Moosmaschinen von Gartenheim ist modular aufgebaut. Ein einzelnes Moos-Modul hat eine Standardbreite von 2 m und kann in der Höhe von 4 bis 6 m anwendungsspezifisch variieren. Eine Besonderheit der mechanischen Konstruktion besteht darin, dass die gesamte Fläche in der kompletten Breite bis auf wenige Millimeter nahezu randlos mit Moos bestück werden kann. Dadurch können einzelne Moosflächen in der horizontalen Ebene zu einem zusammenhängenden „Moos-Cluster-System“ nahezu beliebiger Breite verschaltet werden, was gestalterischen Effekten und Intentionen große Möglichkeiten bietet. Das System kann in vorhandene und geplante Gebäudefassaden integriert, mit Abstand vor Fassaden aufgestellt oder auch z.B. als eine doppelwandige Solitärinstallation im öffentlichen Raum platziert werden. Die Moose sind in der kompletten Fläche in einer einzelnen reversiblen Trägerplatte befestigt, die komplett ausgetauscht werden kann. Bei einer weiteren vorhandenen Reserveplatte könnte das Moos bei Beschädigung oder Degradation bei einer optisch hohen Anforderungslage ohne relevante Off-Zeit ausgetauscht werden.

Prinzipaufbau der Moosmaschine M2

Moosmaschine made in Hannover – Ein innovatives Produkt und seine Entwicklungsgeschichte

Wie dargelegt wurde, ist der mechanische Aufwand für ein derartiges Bewässerungssystem im Verhältnis zur Moosfläche sehr hoch. Um exemplarisch zu zeigen, dass sich diese sehenswerte und begehrte Lösung dennoch sinnvoll in der Praxis realisieren lässt, wurden in den vergangenen 10 Jahren große Anstrengungen unternommen, ein zuverlässiges und nahezu marktfähiges Produkt zu entwickeln.

Im Oktober 2013 wurde der erste Prototyp M1 in der Philipsbornstraße sowie an der Hildesheimer Straße, unmittelbar neben dem Unternehmenssitz von Gartenheim aufgestellt. Beide System sind allerdings nicht mehr in Betrieb, da sie durch das weiterentwickelte Nachfolgemodell M2 abgelöst wurden, welches 2018 direkt an einem Objekt des Wohnungsunternehmens im Stadtteil Hainholz in der Bunnenbergstraße mit 24 qm Moosfläche installiert wurde, wo die Moosmaschine den Bewohnern seither ein einzigartiges Naturerlebnis verschafft.

Im Jahr 2019 folgte mit der Inbetriebnahme einer skulptural aufgestellten, doppelseitigen Mooswand in der Südstadt die nächste Etappe bei dem weiteren geplanten Einsatz der Moosmaschinen im Wohnungsbestand von Gartenheim. Die doppelseitige Anlage in der Straße „An der Tiefenriede“ umfasst 40 qm Moosfläche, was einer biologisch wirksamen Fläche von ca. 6.500 qm entspricht, die seit Sommer 2019 als „Biofilter“ in Hannovers Südstadt wirkt.

Im Oktober 2020 präsentierte die Wohnungsgenossenschaft Gartenheim das weltweit erste Neubauprojekt mit integrierter Moosfläche, den MossCube I im Stadtteil Hannover-List. Das fünf Neubauwohnungen umfassende Eckgebäude in der Borkumer Straße wurde durch fünf Moos-Cluster mit einer Gesamtfläche von 50 qm umrahmt und zusätzlich noch mit einer 10 m hohen Holzfassade veredelt. Mit diesem gestalterischen Clou präsentierte Gartenheim zugleich die dritte Variante im Einsatzspektrum der bekannten Moosmaschinen, die in den vergangenen Jahren erfolgreich installiert wurden.

Die Wohnungsgenossenschaft setzt die Entwicklung ihrer vertikalen Begrünungssysteme fort und und wird nach dem Moss-Cube I im Juli 2021 den Moss-Cube II mit ca. 70 qm Moosfläche an der Hildesheimer Straße in Betrieb nehmen, wo die dort ansässige Moosmaschinen-Fabrik des Wohnungsunternehmens ihre Mooseinkleidung erhält.

Projekt Moss-Cube I in der Borkumer Straße

Projekt Moss-Cube II - Moosmaschinenfabrik - Orli-Wald-Allee 11

Eine innovative Lösung auf Basis langjähriger Erfahrung

Was vor einem Jahrzehnt als Vision begann, hat sich durch die beschleunigte Entwicklung des allgemeinen Umweltbewusstseins zu einer zeitgemäßen Lösung entwickelt, die heute konkurrenzlos ist. Das in den Jahren gesammelte praxiserprobte Wissen über die Bewässerungsalgorithmen und die langjährige Optimierung sowohl der speziellen Fertigungsprozesse als auch der Steuerungssoftware sind momentan für andere Akteure aus dem Stand nicht aufzuholen.

Damit ist die Moosmaschine von Gartenheim das einzige System, welches in der Lage ist, industriell gezüchtete Moosmatten über einen mehrjährigen Zeitraum an der Fassade bzw. in einer vertikalen Position am Leben zu erhalten. Der Markt ist für ein solch anspruchsvolles Premium-Produkt zu klein, als dass sich solche Entwicklungsaufwendungen und der Zeiteinsatz aus der Perspektive eines Nachbaues lohnen könnten. Leidenschaft ist eben durch nichts zu ersetzen. Der Rest wird durch ein Patent geschützt.

Begleitendes Forschungsprojekt

Um fundierte Aussagen über den exakten biologischen Nutzen von vertikalen Moosflächen zu erhalten, beteiligt sich die Wohnungsgenossenschaft Gartenheim seit 2019 an dem Forschungsprojekt TransMIT (http://www.transmit-zukunftsstadt.de/) der Leibniz Universität Hannover. Mittlerweile liegen die ersten Ergebnisse der Messungen des Forschungsprojektes vor, die auf der Untersuchung der großflächigen Grünanlagen im Südstädter Wohnkomplex von Gartenheim beruhen. Die Messungen ergaben, dass die von der Wohnungsgenossenschaft großzügig betriebene Begrünung signifikante Kühlungsergebnisse mit sich bringt, zu denen auch die bisher installierten Mooswände beitragen.