VertiKKA2

VertiKKA2 – Umsetzung, Monitoring und Weiterentwicklung der vertikalen Klima-Klär-Anlage

VertiKKA ist eine Antwort auf den Flächennutzungsdruck in Städten und verbindet Grün in der Stadt mit der Produktion von erneuerbarer Energie. Bei der VertiKKA handelt es sich um ein multifunktionales Fassadenbegrünungsmodul, das mit Grauwasser bewässert wird und Strom durch ein vorgelagertes PV-Modul erzeugt. Es bietet neben der Kühlung und Energieproduktion eine Möglichkeit der getrennten Behandlung und Ableitung von Teilströmen der im Haushalt anfallenden Abwässer.

Mehr Grün in die Stadt
Verdichtete Städte führen in Kombination mit dem Klimawandel zu vielen Herausforderungen. Hierbei steht die Stadtplanung vor dem Problem einer steigenden Verdichtung der urbanen Räume mit immer weniger Platz für Stadtgrün. Fassadenbegrünung kann auch mit wenig verfügbarer Fläche den Grünanteil in Städten enorm erhöhen und bietet vielfältige Vorteile. Die Innovation des Fassadenbegrünungsmoduls liegt in seiner Multifunktionalität: Es werden die Elemente Fassadenbegrünung, Grauwasserreinigung und Energieerzeugung durch Photovoltaik kombiniert. Die positiven Effekte liegen in der Kombination der Einzelvorteile von Fassadenbegrünungssystemen und PV-Modulen, die Strom erzeugen und gleichzeitig die Pflanzen vor Extremwettereinflüssen schützen. Die kombinierte Grauwasserreinigung liefert den Pflanzen Nährstoffe und ein permanentes Wasserdargebot, sodass auf den Einsatz von Trinkwasser komplett verzichtet werden kann.

Grauwasseranalyse: Küvettentests in Reihe (links), Photometer (rechts)
© Bauhaus-Universität Weimar

Vom Container an die Wand
In der ersten Förderphase wurden unterschiedliche Varianten entwickelt und in Testmodulen hinsichtlich der Komponenten PV, Grauwasserreinigungsleistung und Pflanzenvitalität optimiert. Die Ergebnisse hinsichtlich der Reinigungsleistung des Moduls zeigten einen guten Abbaugrad des chemischen Sauerstoffbedarfs (CSB) des künstlich gemischten Grauwassers und keine Einschränkungen der Pflanzenvitalität. Die bauphysikalischen Untersuchungen ergaben eine nachweisliche Verbesserung des Mikroklimas in der Stadt durch Senkung der Lufttemperatur und der mittleren Strahlungstemperatur in städtischen Räumen im Sommer. Die numerische Simulation des hygrothermischen Verhaltens einer Außenwand zeigte eine verbesserte Wärmeisolierung und eine geringere Wärmestromdichte durch die Wand bei Verwendung einer wandgebundenen Begrünung.

Versuchsaufbau der Messstation des VertiKKA1- Moduls in Weimar
© Bauhaus-Universität Weimar

Und rein in die Planung
Auf diesen Ergebnissen wird in der Umsetzungs- und Verstetigungsphase aufgebaut. Ziel ist die erfolgreiche wissenschaftliche, technische und wirkungsbezogene Weiterentwicklung des VertiKKA-Moduls. Von der Containerwand geht es nun an ein Gebäude der Universität Weimar. Für dieses Reallabor wird eine Fläche aus weiterentwickelten VertiKKA-Modulen aufgebaut. Dort werden die Reinigungsleistung unter Verwendung von echtem Grauwasser, die Ermittlung des erneuerbaren Stromertrags in Tagesganglinien sowie weitere wichtige Effekte (z. B. Kühlung der Umgebung, Schutz der Gebäudehülle, Brandschutz etc.) untersucht. Es wird angenommen, dass die Reinigungsleistung im Vergleich zur ersten VertikKA-Anlage steigt. Grund dafür ist die Vergrößerung der Reinigungsfläche. Das neue VertiKKA-Modul liefert aber auch neue Ergebnisse über die Reinigungsleistung, da das reale Grauwasser, anders als das synthetische Grauwasser aus der ersten Versuchsreihe, starken qualitativen Schwankungen unterliegt, Es soll aufgezeigt werden, dass Grün in der Stadt auch dann umsetzbar ist, wenn nicht viel Fläche und Trinkwasser vorhanden sind. Gerade größere Städte suchen hier nach Lösungen.

Zur Einordnung und Bewertung der VertiKKA im Vergleich zu anderen Maßnahmen der blau-grünen Infrastruktur wird eine Software-Anwendung entwickelt. So sollen die wirkungsvollsten Maßnahmen nach objektiven Maßstäben ausgewählt und darauf basierend weitere Planungsschritte eingeleitet werden können. Als eine Maßnahme verbindet VertiKKA die blaue und grüne Infrastrukturplanung. Mit einer erfolgreichen Darstellung der positiven Gesamteffekte wird ein Umdenken über die Möglichkeiten der Grauwassernutzung und die Notwendigkeit einer Begrünung in der Stadt vorangetrieben

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Projekttitel
VertiKKA2 – Umsetzung, Monitoring und Weiterentwicklung der vertikalen Klima-Klär-Anlage

Internet
vertikka.de

Laufzeit
01.07.2022–30.06.2024

Förderkennzeichen
033W108AN

Kontakt
Kevin Friedrich
Björnsen Beratende Ingenieure GmbH
+49 7152 331109-27
k.friedrich@bjoernsen.de

Projektbeteiligte
Björnsen Beratende Ingenieure GmbH
IZES gGmbH – Institut für ZukunftsEnergie- und Stoffstromsysteme
ifak – Institut für Automation und Kommunikation e.V.
Solyco Technology GmbH
Bauhaus-Universität Weimar

Stand
Juni 2023

Informationen zur ersten Förderphase (2019 – 2022) finden Sie hier


Ergebnisse

Ergebnisse aus 2019 – 2022
Beitrag in der Publikation der Ergebnisse der ersten Förderphase Vertikale KlimaKlärAnlage zur Steigerung der Ressourceneffizienz und Lebensqualität in urbanen Räumen

Ergebnisse aus 2021 – Beitrag im RES:Z-Newsletter 3: Das Fassadenmodul in der Erprobung

Ergebnisse aus 2020 – Beitrag im RES:Z-Newsletter 2: Funktionale Fassadenbegrünung

Ergebnisse aus 2019 – Beitrag im RES:Z-Newsletter 1: Mehr Grün in die Stadt!


Veröffentlichungen

Alsaad, H., Hartmann, M., Voelker, C.: The effect of a living wall system designated for greywater treatment on the hygrothermal performance of the façade. In: Energy and Buildings 255 (2022) 111711.

Vera Middendorf, Nadja Becker, Matthias Schulz: Vertikale Klima-Klär-Anlage: Grauwasserreinigung und -nutzung durch Fassadenbegrünung. In: Transforming Cities 3 (2021), S. 20-21.

Alsaad, Hayder; Hartmann, Maria; Voelker, Conrad. The effect of a living wall system designated for greywater treatment on the hygrothermal performance of the facade. Energy and Buildings 2022;255:111711. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2021.111711.

Alsaad, Hayder; Hartmann, Maria; Voelker, Conrad. Hygrothermal simulation data of a living wall system for decentralized greywater treatment. Data in Brief 2022;40:107741. https://doi.org/10.1016/j.dib.2021.107741.

Alsaad, Hayder; Hartmann, Maria; Hilbel, Rebecca; Voelker, Conrad. The potential of facade greening in mitigating the effects of heatwaves in Central European cities. Building and Environment 2022;216:109021. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2022.109021.Alsaad, H., Hartmann, M., Voelker, C. (2022a): The potential of facade greening in mitigating the effects of heatwaves in Central European cities, Building and Environment 216, 109021. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2022.109021.

Alsaad, Hayder; Hartmann, Maria; Hilbel, Rebecca; Voelker, Conrad. ENVI-met validation data accompanied with simulation data of the impact of facade greening on the urban microclimate. Data in Brief 2022;42:108200 (submitted). https://doi.org/10.1016/j.dib.2022.108200.

Alsaad, Hayder; Engelhardt, Miriam; Voelker, Conrad. Messtechnische Untersuchung der Auswirkung von Fassadenbegrünungen auf den U-Wert der Außenwand. Bauphysik 2022;44(4):211-219 (submitted). https://doi.org/10.1002/bapi.202200017.

Vu Tran Le (2022): Genehmigungsrechtliche Anforderungen von Photovoltaik-Fassaden in urbanen Räumen. In: Solarzeitalter 1-2022, S. 25-27.

Schinkel, U.; Becker, N.; Trapp, M.; Speck, M. (2022): Assessing the Contribution of Innovative Technologies to Sustainable Development for Planning and Decision-Making Processes: A Set of Indicators to Describe the Performance of Sustainable Urban Infrastructures (ISI). In: Sustainability 14(4):1966