Cool Roofs

Kühle Dächer für heiße Städte

Klimaschutz
26.07.2022

Die globalen Herausforderungen, die ambitionierten Klimaziele doch noch zu erreichen, wachsen stetig. Und mit ihnen die Ideen und Entwicklungen, mit denen diese Hürden gemeistert werden können. Ins Visier geraten dabei immer mehr die Dachflächen. Und das nicht nur für die Gewinnung von Solarenergie.
Bald schon ein gewohnter Anblick: In Europa fassen Cool Roofs langsam Fuß, wie hier auf einem Hotel in Ludwigsburg (D) vom Architekturbüro VON M.

Schon heute lebt mehr als die Hälfte der Weltbevölkerung im urbanen Raum. Bis 2050 werden es über 70 Prozent sein, so die Prognosen. Fakt ist, dass die städtischen Gebiete tagsüber mehr Sonnenenergie absorbieren als es die ländliche Umgebung tut, und das hat fatale Folgen: Die Entstehung der so genannten UHIs (Urban Heat Islands), die unter anderem einen gewaltigen Einfluss auf die Gesundheit der Bewohner*innen haben. Um dieser Entwicklung entgegenzuwirken – denn der Zustrom in die Stadt wird nicht abreißen – müssen effektive Lösungen gefunden werden, die verhindern, dass Städte zu kochen beginnen. Idealerweise geschieht die Abkühlung mit Methoden, die das physische Energiebudget einer Stadt nicht noch weiter in hohem Maße strapaziert.

Weiß wirkt

Für eine gute Lösung hat man sich an der Architektur des Mittelmeerraums und des Nahen Ostens orientiert, wo eines ziemlich schnell ins Auge springt: Die Dächer sind alle weiß, und das aus gutem, bekanntem Grund. Dunkler gefärbte Dächer aus Standardmaterialien absorbieren mehr Wärme als hellere Standarddächer, da schwarze Materialien alle Wellenlängen des Lichts absorbieren und keine reflektieren, während weiße Materialien alle Wellenlängen des Lichts reflektieren und daher am wenigsten Wärme absorbieren. Die Rolle der Farbe bei der Fähigkeit eines kühlen Daches, die Sonne zu reflektieren, beruht auf grundlegenden physikalischen Überlegungen.
Doch diese Weisheit ist nicht neu: Schon in den 1980er-Jahren hat man herausgefunden, dass die Energiekosten sanken, wenn bestimmte Beschichtungen verwendet werden. Allerdings war diese Technologie damals noch nicht von großer Bedeutung. Weitere Untersuchungen über die Auswirkungen heller Beschichtungen auf Dächern führten zu dem Ergebnis, dass Innovationen wie begrünte Dächer und solarreflektierende Dächer die Lufttemperatur in städtischen Gebieten insgesamt senken könnten.

Wie funktioniert ein Cool Roof?

Doch wie funktioniert ein "Cool Roof" eigentlich? Unter einem Cool Roof versteht man ein Dachsystem, das im Vergleich zu Standarddachprodukten eine höhere Sonnenreflexion, sprich die Fähigkeit, die sichtbaren, infraroten und ultravioletten Wellenlängen der Sonne zu reflektieren und so die Wärmeübertragung auf das Gebäude zu verringern, und eine höhere Wärmeabstrahlung, also die Fähigkeit, absorbierte oder nicht reflektierte Sonnenenergie abzustrahlen, aufweist.
So einfach das allgemeine Konzept hinter kühlen Dächern auch sein mag, so effektiv ist es auch. Eine geringere Wärmebelastung des Daches trägt dazu bei, die Temperatur im Inneren des Gebäudes zu senken. Für Menschen, die keinen Zugang zu einer Klimaanlage haben, kann eine Senkung der Innentemperaturen, und sei es auch nur um ein paar Grad, einen enormen Einfluss nicht nur auf den Komfort, sondern auch auf die Erträglichkeit der Lebensbedingungen haben. Bei Gebäuden, die durch Klimaanlagen gekühlt werden, verringern kühle Dächer den Kühlbedarf, wodurch der Energieverbrauch gesenkt und die Treibhausgasemissionen verringert werden. Klingt nach einer Win-Win-Situation.

Weiße Materialien reflektieren die Wellenlängen des Lichts und absorbieren wenig Wärme.

Nachrüstung leicht möglich

Mithilfe spiegelnder oder zumindest heller Eindeckungen sagen die Dachflächen den energiereichen, kurzwelligen Sonnenstrahlen den Kampf an und schicken sie eiskalt ins All zurück. Erklärtes Ziel ist es, die Dachkonstruktion gar nicht erst aufheizen zu lassen und – wenn genügend reflektiert wird – die Außentemperatur in den Städten um ein ganzes Grad Celsius zu reduzieren.
Der große Vorteil ist, dass bestehende Dächer leicht nachgerüstet werden können. Umgesetzt wird das in Form von nachträglich aufgebrachten Folien, Membranen, Anstrichen oder Beschichtungen, die den entscheidenden Anteil des Sonnenlichts wieder zurückwerfen. Um dafür die richtigen Produkte für europäische Projekte besser und einfacher finden zu können, wurde bereits 2011 der European Cool Roofs Council gegründet. Gemeinsam mit der Industrie und in Kombination mit wissenschaftlichen Erkenntnissen und Forschung werden Technologien entwickelt und gleichzeitig die Verwendung von Produkten und Materialien für kühlere Dächer in Europa gefördert.
Zu den Mitgliedern zählen unter anderem namhafte Hersteller wie BMI, Sika, Wienerberger sowie zahlreiche angesehene europäische Universitäten wie Brunel University London, die Università Politecnica delle Marche, die Université La Rochelle oder die National & Kapodistrian University of Athens. Die Institution bildet das europäische Pendant zu den amerikanischen Initiativen mit dem gleichen Ziel, die Dachflächen intelligent im Kampf gegen die steigenden Temperaturen in den Städten einzusetzen. Das Motto: Lieber darauf barfuß laufen, statt Spiegeleier braten. Auch wenn das bedeutet, dass es vielleicht eng werden könnte, wenn die Photovoltaik ihre Ansprüche auf diese Flächen anmeldet.

Bestehende Dächer können mit Beschichtungen, Anstrichen, Folien oder Membranen leicht zum Cool Roof nachgerüstet werden.

Von flach bis steil

Ursprünglich handelte es sich bei Kühldachbeschichtungen um weiße Acrylsysteme. Sie wurden in der Regel auf flache Gewerbedächer aufgetragen, vor allem, weil diese Dächer vom Boden aus oft nicht sichtbar sind und ihre Farbe – im Gegensatz zu den Dächern von Häusern und Spitzdächern von Hotels, Bildungseinrichtungen und anderen ähnlichen Gebäuden – keine Rolle spielt. Die Wissenschaft, die hinter diesen Beschichtungen steht, hat sich erheblich weiterentwickelt, insbesondere im Hinblick auf die Verbesserung ihrer Robustheit und Langlebigkeit unter den extremen Bedingungen auf Dächern. Beschichtungen für kühle Dächer sind heute auch für Spitzdächer erhältlich. Es wurden Pigmente entwickelt, auch in dunklen Farbtönen, die ein hohes Reflexionsvermögen im Infrarotbereich des Spektrums aufweisen und die Wärmebelastung drastisch reduzieren. Die Robustheit der Pigmente selbst sowie der Harze und Zusatzstoffe, die in diesen Beschichtungsformulierungen verwendet werden, sind ebenso wichtig und wurden kontinuierlich verbessert. Auch andere Bedachungsmaterialien, wie zum Beispiel Schindeln, nutzen diese Art von Pigmenttechnologie.

In Zahlen gesagt

Cool Roofs werden auch immer mehr zur rechnerischen Komponente, insbesondere im Rennen um die begehrten Nachhaltigkeitszertifikate, die den Wert einer Immobilie enorm steigern können. Die "kühlenden Dächer" ermöglichen es Gebäudeeigentümern, Architekt*innen, Bauingenieur*innen, Energieberater*innen und politischen Entscheidungsträgern, je nach Nutzung, Design, Umgebung und Umgebungsklima die Energie- und Umweltleistung eines einzelnen Gebäudes oder einer städtischen Umgebung zu optimieren, was sich positiv auf die Energiebilanz auswirkt.
Die Daten sprechen für sich: Weiße Dächer alleine können Klimaanlagen nicht ersetzen. Forscher haben aber berechnet, dass, wenn weltweit alle Dächer und Straßen weiß gestrichen würden, einmalig rund 44 Milliarden Tonnen CO₂ ausgeglichen werden könnten. Im Vergleich dazu müssten weltweit alle Autos 18 Jahre lang stillstehen. Klingt zugegeben utopisch, aber schon 100 Quadratmeter weiße Dachfläche würden ausreichen, um den durchschnittlichen CO₂-Ausstoß von ungefähr 10,5 Tonnen CO₂ zu neutralisieren. Und gleich noch eine gute Nachricht: Cool-Roofing-Produkte können für alle Arten von Dächern verwendet werden, einschließlich der Dächer von Wohngebäuden, Wohnblocks, Industriebauten, Geschäftsgebäuden, Krankenhäusern und Büros.

Auch im Wohnbau – hier eine Anlage mit klassischem Satteldach von CAS Architekten – ist das Cool Roof bereits angekommen.

Der Klimawandel ist kein Ereignis, auf das wir uns irgendwann in der Zukunft einstellen müssen. Er ist längst da und beeinflusst sowohl die Architektur als auch die Bauproduktehersteller in Europa.

Klaus H. Niemann, Sprecher der deutschen Initiative Steildach

Weiße Dächer – bald ein Bestseller?

Was beispielsweise in Kalifornien etwa bei Neubauten bereits seit einigen Jahren Vorschrift ist, ist in Europa noch die Ausnahme. Doch es gibt erste Erfolge für das Andocken der Cool Roofs auf ihrem Weg, nicht nur im Ursprungsland USA, sondern auch in Europa bereits gelebte Praxis zu werden.
Ein gelungenes Exempel dafür ist unter anderem das vom Architekturbüro VON M geplantes Hotel in Ludwigsburg, das mit dem Deutschen Nachhaltigkeitspreis ausgezeichnet wurde. Ins Auge sticht dabei einerseits eine neue Ästhetik, die die helle Gebäudehülle ausstrahlt, andererseits auch der hohe Sonnenreflexionsgrad, der so genannte Solar Reflectance Index SRI, von bis zu 90 Prozent. Auch die CAS Architects legen die klimatische Zukunft der von ihnen geplanten Wohnhausanlage vertrauensvoll in die Hände des innovativen Daches. In Kombination mit einer energieeffizienten Haustechnik sorgt die helle Farbgebung von Fassade und den als Cool Roofs ausgeführten, asymmetrischen Satteldächern für ein ganzjährig konstantes Raumklima.
Ebenfalls auf den Geschmack gekommen ist der deutsche Haushersteller Baufritz, der im Unterallgäu das erste Einfamilienhaus mit weißem Dach errichtet hat und damit eindrucksvoll demonstriert, dass sich Architektur auch weiß gekrönt wunderbar in seinen Umgebungskontext einfügen kann.
Dass Cool Roofs sich von einem Nischenprodukt zu einem begehrten Bestseller entwickeln könnten, indem helle Dachflächen schon bald "salonfähig" sein werden, lässt die Aussage von Klaus H. Niemann, Sprecher der deutschen Initiative Steildach, bereits durchklingen: "Der Klimawandel ist kein Ereignis, auf das wir uns irgendwann in der Zukunft einstellen müssen. Er ist längst da und beeinflusst sowohl die Architektur als auch die Bauproduktehersteller in Europa".

Der deutsche Haushersteller Baufritz hat im Unterallgäu das erste Einfamilienhaus mit weißem Dach errichtet.

Verschiedene Einflussfaktoren, unterschiedliche Ergebnisse

Doch es gibt auch Stimmen, die sich dieser Euphorie nicht völlig hingeben und zu bedenken geben, dass Cool Roofs – wie auch begrünte Dächer – Auswirkungen haben können, die miteinkalkuliert werden sollten. Einer davon ist der Forscher Ashish Sharma von der University of Notre Dame. Er hat im Rahmen einer von der Environmental Change Initiative der University of Notre Dame durchgeführten Studie untersucht, ob begrünte Dächer, die mit Pflanzen bedeckt sind, und kühle Dächer, die mit reflektierenden Materialien bedeckt sind, die UHI-Effekte in Chicago verringern könnten: "Wir stellten fest, dass diese Überdachungsstrategien den städtischen Wärmeinseleffekt zwar verringerten, ihre Auswirkungen innerhalb der Stadt jedoch nicht einheitlich waren. Sie verringerten auch die Brisen vom Michigansee und veränderten die regionale Luftzirkulation in einer Weise, die einige ihrer Vorteile in Bezug auf Kühlung und Luftqualität aufheben könnte. Obwohl die Dächer immer noch einen Netto-Kühleffekt hatten, müssen Stadtplaner die Auswirkungen auf den Energieverbrauch und die Luftqualität verstehen, um die Vorteile der Installation von grünen und kühlen Dächern zu maximieren."

Machen Cool Roofs in kühlen Regionen Sinn?

Durchaus seine Berechtigung hat die Frage, ob Cool Roofs in grundsätzlich kühlen Regionen überhaupt Sinn machen, weil diese natürlich auch bei tieferen Temperaturen kühlen. Trotzdem, so die Expert*innen, ist eine Installation eines kühlenden Daches ratsam, denn sogar in Gebieten, wo sich keine besorgniserregenden Hitzeamplituden zusammenbrauen, sind Nettoenergieeinsparungen durch kühle Dächer möglich. Ausgenommen davon sind freilich extrem kalte Regionen wie etwa Alaska. Zwar gibt es in nördlicheren Regionen einen gewissen Heizungsnachteil, der sich jedoch minimal von südlicheren Regionen unterscheidet. Unter dem Strich bleiben positive Gesamtenergieeinsparungen pro Quadratmeter konditionierter Dachfläche.
Bleibt noch der Punkt in Hinblick auf mögliche Kondensatprobleme, die auftreten können, wenn die Dachoberfläche in den Wintermonaten viel kühler bleibt als eine dunklere Oberfläche. Wenn die Temperatur sinkt, steigt warme Luft im Inneren eines Gebäudes zum Dach auf und kann bei Kontakt mit einer Oberfläche unterhalb des Taupunkts Kondensation bilden. Wenn diese warme, feuchte Luft in das Dachsystem eindringt, verwandelt sich die kondensierte Feuchtigkeit bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt in Frost und Eis. Ist die Luftfeuchtigkeit im Gebäude hoch und besteht ein erheblicher Temperaturunterschied zwischen Innen- und Außentemperatur, so erhöht sich die Wahrscheinlichkeit von Kondensation im Dachsystem, die zur Schimmelbildung und im Weiteren zur schweren Schädigung des Dachsystems führen kann.

Das lässt zum Schluss kommen, dass reflektierende Dächer in kalten Klimazonen gut funktionieren können, wenn bestimmte präventive Konstruktionsänderungen vorgenommen werden.

Barbara Jahn

Durchstarten statt zögern

In den kühlen Perioden sammelt sich unabhängig von der Farbe des Daches Feuchtigkeit in Dächern an. Aber auch selbst wenn ein kühles Dach zu Kondenswasserproblemen beiträgt, gibt es nach Ansicht vieler Dachexpert*innen mehrere Möglichkeiten, Abhilfe zu schaffen. Die wirksamste Maßnahme ist eine zusätzliche Dämmung oberhalb der Dachfläche. Eine weitere Möglichkeit ist es, eine durchgehende Luft- oder Dampfbremse zu installieren, die verhindert, dass feuchte und nasse Luft in das Dachsystem gelangt. Kondensationsprobleme müssen bei kühlen Dächern in kälteren Klimazonen nicht zwingend auftreten, und wenn doch, gibt es technische Optionen, die Probleme zu beheben oder überhaupt zu verhindern. Das lässt zum Schluss kommen, dass reflektierende Dächer in kalten Klimazonen gut funktionieren können, wenn bestimmte präventive Konstruktionsänderungen vorgenommen werden. Zwei prominente Beispiele aus Nordeuropa treten den Beweis an: Das Opernhaus in Oslo und das Polaria Adventure Centre in Tromsø.

Investition in die Zukunft

Die Vorteile von kühlen Dächern sind schwer zu leugnen, vor allem in heißen Klimazonen. Reflektierende Dächer können einem Gebäude zu erheblichen Energieeinsparungen verhelfen, und da der Kampf gegen den Klimawandel immer mehr in den Vordergrund rückt, können kühle Dächer auch eine umweltfreundliche Wahl sein, da sie städtische Wärmeinseln abschwächen und den Energiebedarf reduzieren. Die Wirksamkeit von Kaltdächern in kälteren Klimazonen wird zwar immer noch diskutiert, aber die Bedenken in Sachen Heiznachteil und Kondensation wurden entkräftet, sodass ein Cool Roof auch in nördlichen Städten mit strengen Wintern durchaus eine gute Investition in die Zukunft darstellt.
(bt)