Synergien von Innenraumbegrünung und Lehmbaustoffen

Abstract

Infolge der fortschreitenden Urbanisierung verbringen Menschen den überwiegenden Teil ihrer Zeit in Gebäuden, wodurch die Qualität der Innenraumumgebung zunehmend an Bedeutung gewinnt. Naturbasierte Lösungen wie Innenraumbegrünung und sorptionsaktive Materialien bieten großes Potenzial zur passiven Regulierung von Luftfeuchtigkeit und thermischem Komfort, wobei ein relativer Feuchtebereich von 40–60 % als gesundheitlich günstig gilt. Das vorliegende Forschungsprojekt verfolgt einen ganzheitlichen Ansatz und untersucht systematisch drei zentrale Komponenten: (1) die Verdunstungseigenschaften von Innenraumpflanzen, (2) die physikalischen Eigenschaften von Pflanzensubstraten mit Fokus auf Wasserretention, Verdunstungsverhalten und Feuchtedynamik sowie (3) die sorptiven Eigenschaften von Lehm-Verbundstoffen. Aufbauend darauf wird (4) die synergetische Wirkung experimentell analysiert. Im ersten Schritt wurden die Transpirationsraten ausgewählter Innenraumpflanzen unter unterschiedlichen Lichtbedingungen und Substratfeuchten bestimmt. Pflanzen erhöhen durch Verdunstung die relative Luftfeuchtigkeit und können insbesondere im Winter zur Stabilisierung eines gesundheitlich günstigen Bereichs beitragen. Ergänzend wurde ihr Potenzial zur Reduktion von Feinstaub untersucht. In experimentellen Untersuchungen mit einem Rezirkulationssystem zeigte insbesondere Nephrolepis exaltata (Schwertfarn) eine hohe Effizienz bei der Reduktion von PM2.5. Bereits nach einer Stunde wurde eine Reduktion von bis zu 50,28 % erreicht, verglichen mit 41,81 % im Referenzsystem ohne Pflanzen. Nach vier Stunden sank die Partikelkonzentration von etwa 300 μg/m³ auf 38,36 μg/m³, während im Referenzfall höhere Restkonzentrationen gemessen wurden. Im zweiten Schritt wurden mineralische Pflanzensubstrate hinsichtlich Wasserretention, Verdunstungsdynamik und weiterer physikalischer Eigenschaften analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass Substrate maßgeblich zur Gesamtverdunstung beitragen und die Feuchtedynamik von Begrünungssystemen entscheidend beeinflussen. Die initialen Verdunstungsraten liegen zwischen 1,9 und 5,6 g/h, mit Unterschieden von bis zu 74 % zwischen den Substraten. Auch die pflanzenverfügbare Wassermenge variiert stark (2,7–30,9 Vol.-%). Parallel dazu wurden im dritten Schritt sorptionsaktive Lehm-Verbundstoffe auf Basis von Tonmineralen (Montmorillonit, Kaolinit, Illit) und organischen Abfallstoffen (Stroh, Holzspäne, Hanfschäben) entwickelt. Insbesondere Montmorillonit zeigt aufgrund seiner Schichtstruktur eine hohe Wasseraufnahmefähigkeit. Durch die Zugabe von Stroh konnte die Schwindung von 14,81 % auf 1,85 % reduziert und die strukturelle Stabilität verbessert werden. Die Verbundstoffe erreichen die Wasserdampfabsorptionsklasse WS III und Feuchtepufferkapazitäten von bis zu 152,73 g/m² innerhalb von 12 Stunden. Zusätzlich weisen sie günstige thermische und akustische Eigenschaften sowie ein sehr gutes Brandverhalten (bis Klasse A2) auf. Aufbauend darauf wurde im vierten Schritt die synergetische Wirkung von Pflanzen, Substraten und Lehm-Verbundplatten analysiert. In Small-Scale-Versuchen (1 m³ Testkammern) wurde die Interaktion zwischen Chlorophytum comosum (Grünlilie) und Lehmplatten untersucht (Abb. 1). Dabei zeigte sich eine maximale Differenz der relativen Luftfeuchtigkeit von 23,04 % zwischen Referenzkammer ohne Lehmplatten und Testkammer mit Lehmplatten. n einem ergänzenden Full-Scale-Versuch (Abb. 2) wurde die kombinierte Wirkung unter Realbedingungen untersucht. Das System umfasste Lehmplatten (Lehm + Hanf) sowie eine vertikale Begrünung mit Chlorophytum comosum (Grünlilie) und Epipremnum aureum (Efeutute). Die Ergebnisse zeigen, dass Lehmplatten bei hoher Luftfeuchtigkeit im Raum als effektive Puffer wirken und Feuchtespitzen reduzieren. Bei niedriger Luftfeuchtigkeit stabilisiert das System das Raumklima durch kombinierte Feuchteabgabe aus Transpiration, Substratverdunstung und Desorption der Lehmplatten. Die Ergebnisse verdeutlichen, dass erst das Zusammenspiel aller Komponenten eine effektive und robuste Regulierung des Innenraumklimas ermöglicht. Die synergetische Nutzung von Innenraumbegrünung und natürlichen Baustoffen stellt somit einen vielversprechenden Ansatz für energieeffizientes und gesundes Bauen dar.