{"id":{"repo_id":"tu-berlin","oai_identifier":"oai:depositonce.tu-berlin.de:11303/27467"},"canonical_url":"https://search.dev.ndltd.org/etd/tu-berlin/oai:depositonce.tu-berlin.de:11303/27467","repository":{"repo_id":"tu-berlin","name":"Technische Universität Berlin","base_url":"https://api-depositonce.tu-berlin.de/server/oai/request"},"display":{"title":"Vertical Green and its impact on the building energy and CO₂ balance","abstract":"Climate change endangers urban populations by intensifying heat stress and heat-related health risks, amplified by the Urban Heat Island effect. Vertical green systems provide in-door cooling and thereby contribute to climate change adaptation. A vertical green system can be acknowledged as climate mitigation when air conditioning demand is reduced and bioenergy or biobased raw materials are derived from their biomass. The amortization timespan in which vertical green systems reach carbon dioxide equivalent (CO2-eq) break-even points and climate positivity depends on their annual CO2-eq savings and the amount of CO2-eq emissions, which arise from installation and maintenance. Among vertical green systems, green façades have lower CO2-eq emissions than living walls, while providing simi-lar CO2-eq savings. However, only a few species-specific studies have addressed the rele-vance of biomass production and indoor cooling for CO2-eq savings with green façades. Therefore, this dissertation addresses the following open research questions: How much biomass and bioenergy do green façade plants produce? What is the role of plant species, wall type, and plant parameters in the indoor cooling potential of green façades? What is the relationship between solar radiation and the indoor cooling potential of green façades, and which façades should be prioritized for indoor cooling with green fa-çades? Over the course of three scientific articles, these research questions were examined for five plant species: Fallopia baldschuanica, Hedera helix, Phaseolus coccineus, Par-thenocissus tricuspidata, and Humulus lupulus. In the first article, green façade biomass production rates were measured over multi-ple years. Biomass production differed significantly between plant species. Green façades produced similar biomass to that of other vertical green systems (living walls) in the vertical plane and exceeded agricultural and silvicultural biomass production rates in the horizontal plane. In the second article, indoor cooling potentials of green façades were simulated with a validated process-based heat and mass transfer model that considered the vertical leaf area index, transmittivity, crop thickness, and leaf inclination. Indoor cooling potentials differed significantly between plant species. The contribution of evapotranspiration to the total in-door cooling (between 2.8 and 25.6 %) decreased as indoor cooling potential increased. The transmittivity, which describes the plants’ shading potential, showed the strongest correlation with indoor cooling (R2 = 0.99). Therefore, the transmittivity of the three most abundant green façade plants in Berlin was measured and applied to solar radiation inversion models in a subsequent research note. In the third article, measured long-term solar radiation data from cities in different latitudes of the northern hemisphere were applied to different orientations and urban mor-phologies. Given the demonstrated strong linear relationships between solar radiation input and indoor cooling potential of green façades, the radiation data can be used to identify fa-çades that should be prioritized for greening as a heat stress reduction measure. In the synthesis chapter, CO2-eq break-even points were calculated. The following green façade properties influence the timespan until CO2-eq break-even is reached (in the order of relevance): vertical greening system type, plant species (transmittivity and biomass production), received solar radiation on the wall surface, coefficient of performance of the air conditioning unit, bioenergy conversion efficiency, and wall type. This results in the following planning recommendations: Priority should be given to (i) green façade systems with low CO2-eq emissions, (ii) high-performing species such as F. baldschuanica, which achieved the highest indoor cooling and biomass production potential, and (iii) façades with high solar exposure on buildings with high energy demand. Depending on these properties, CO2-eq break-even of green façades ranged from 0.5 to 350 years, underscoring the im-portance of careful planning. To conclude, these results help to maximize green façades’ CO2-eq savings and to es-tablish them as a standard urban and building climate mitigation and adaptation measure. In general, targeted application of urban green infrastructure can maximize its multifunctionali-ty and its ecosystem service provision. This contributes to vital and livable cities responding to urbanization, technological change, and climate change impacts.","abstract_html":"Climate change endangers urban populations by intensifying heat stress and heat-related health risks, amplified by the Urban Heat Island effect. Vertical green systems provide in-door cooling and thereby contribute to climate change adaptation. A vertical green system can be acknowledged as climate mitigation when air conditioning demand is reduced and bioenergy or biobased raw materials are derived from their biomass. The amortization timespan in which vertical green systems reach carbon dioxide equivalent (CO2-eq) break-even points and climate positivity depends on their annual CO2-eq savings and the amount of CO2-eq emissions, which arise from installation and maintenance. Among vertical green systems, green façades have lower CO2-eq emissions than living walls, while providing simi-lar CO2-eq savings. However, only a few species-specific studies have addressed the rele-vance of biomass production and indoor cooling for CO2-eq savings with green façades. Therefore, this dissertation addresses the following open research questions: How much biomass and bioenergy do green façade plants produce? What is the role of plant species, wall type, and plant parameters in the indoor cooling potential of green façades? What is the relationship between solar radiation and the indoor cooling potential of green façades, and which façades should be prioritized for indoor cooling with green fa-çades? Over the course of three scientific articles, these research questions were examined for five plant species: Fallopia baldschuanica, Hedera helix, Phaseolus coccineus, Par-thenocissus tricuspidata, and Humulus lupulus. In the first article, green façade biomass production rates were measured over multi-ple years. Biomass production differed significantly between plant species. Green façades produced similar biomass to that of other vertical green systems (living walls) in the vertical plane and exceeded agricultural and silvicultural biomass production rates in the horizontal plane. In the second article, indoor cooling potentials of green façades were simulated with a validated process-based heat and mass transfer model that considered the vertical leaf area index, transmittivity, crop thickness, and leaf inclination. Indoor cooling potentials differed significantly between plant species. The contribution of evapotranspiration to the total in-door cooling (between 2.8 and 25.6 %) decreased as indoor cooling potential increased. The transmittivity, which describes the plants’ shading potential, showed the strongest correlation with indoor cooling (R2 = 0.99). Therefore, the transmittivity of the three most abundant green façade plants in Berlin was measured and applied to solar radiation inversion models in a subsequent research note. In the third article, measured long-term solar radiation data from cities in different latitudes of the northern hemisphere were applied to different orientations and urban mor-phologies. Given the demonstrated strong linear relationships between solar radiation input and indoor cooling potential of green façades, the radiation data can be used to identify fa-çades that should be prioritized for greening as a heat stress reduction measure. In the synthesis chapter, CO2-eq break-even points were calculated. The following green façade properties influence the timespan until CO2-eq break-even is reached (in the order of relevance): vertical greening system type, plant species (transmittivity and biomass production), received solar radiation on the wall surface, coefficient of performance of the air conditioning unit, bioenergy conversion efficiency, and wall type. This results in the following planning recommendations: Priority should be given to (i) green façade systems with low CO2-eq emissions, (ii) high-performing species such as F. baldschuanica, which achieved the highest indoor cooling and biomass production potential, and (iii) façades with high solar exposure on buildings with high energy demand. Depending on these properties, CO2-eq break-even of green façades ranged from 0.5 to 350 years, underscoring the im-portance of careful planning. To conclude, these results help to maximize green façades’ CO2-eq savings and to es-tablish them as a standard urban and building climate mitigation and adaptation measure. In general, targeted application of urban green infrastructure can maximize its multifunctionali-ty and its ecosystem service provision. 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Given the demonstrated strong linear relationships between solar radiation input and indoor cooling potential of green façades, the radiation data can be used to identify fa-çades that should be prioritized for greening as a heat stress reduction measure. In the synthesis chapter, CO2-eq break-even points were calculated. The following green façade properties influence the timespan until CO2-eq break-even is reached (in the order of relevance): vertical greening system type, plant species (transmittivity and biomass production), received solar radiation on the wall surface, coefficient of performance of the air conditioning unit, bioenergy conversion efficiency, and wall type. This results in the following planning recommendations: Priority should be given to (i) green façade systems with low CO2-eq emissions, (ii) high-performing species such as F. baldschuanica, which achieved the highest indoor cooling and biomass production potential, and (iii) façades with high solar exposure on buildings with high energy demand. Depending on these properties, CO2-eq break-even of green façades ranged from 0.5 to 350 years, underscoring the im-portance of careful planning. To conclude, these results help to maximize green façades’ CO2-eq savings and to es-tablish them as a standard urban and building climate mitigation and adaptation measure. In general, targeted application of urban green infrastructure can maximize its multifunctionali-ty and its ecosystem service provision. This contributes to vital and livable cities responding to urbanization, technological change, and climate change impacts.","Der Klimawandel gefährdet die Stadtbevölkerung, indem er Hitzestress und hitzebedingte Gesundheitsrisiken verschärft, die durch den städtischen Wärmeinseleffekt (Urban Heat Island) zusätzlich verstärkt werden. Vertikale Begrünungssysteme bewirken eine Kühlung von Innenräumen und tragen dadurch zur Anpassung an den Klimawandel bei. Ein vertikales Begrünungssystem kann als Klimaschutzmaßnahme anerkannt werden, wenn der Gebäude-klimatisierungsbedarf reduziert wird und aus seiner Biomasse Bioenergie oder biobasierte Rohstoffe gewonnen werden. Der Amortisationszeitraum, in dem vertikale Begrünungssysteme den Break-even-Punkt der Kohlenstoffdioxid-Äquivalente (CO2-Äq.) und damit Klimapositivität erreichen, hängt von ihren jährlichen CO2-Äq.-Einsparungen sowie von der Höhe der CO2-Äq.-Emissionen ab, die bei Installation und Instandhaltung entstehen. Unter den vertikalen Begrünungssystemen weisen Fassadenbegrünungen geringere CO2-Äq.-Emissionen auf als Living Walls, bei gleichzeitig vergleichbaren CO2-Äq.-Einsparungen. Bislang haben jedoch nur wenige artspezifische Studien die Bedeutung der Biomasseproduktion und der Innenraumkühlung für die CO2-Äq.-Einsparungen von Fassadenbegrünungen untersucht. Daher widmet sich die vorliegende Dissertation den folgenden offenen Forschungsfragen: Wie viel Biomasse und Bioenergie produzieren Fassadenbegrünungspflanzen? Welche Rolle spielen Pflanzenart, Wandtyp und Pflanzenparameter für das Innenraumkühlpotenzial von Fassadenbegrünungen? Welcher Zusammenhang besteht zwischen der Solareinstrahlung und dem Innenraumkühlpotenzial von Fassadenbegrünungen, und welche Fassaden sollten für die Innenraumkühlung mittels Fassadenbegrünung priorisiert werden? Im Rahmen von drei wissenschaftlichen Artikeln wurden diese Forschungsfragen für fünf Pflanzenarten untersucht: Fallopia baldschuanica, Hedera helix, Phaseolus coccineus, Parthenocissus tricuspidata und Humulus lupulus. Im ersten Artikel wurden die Biomasseproduktionsraten von Fassadenbegrünungen über mehrere Jahre gemessen. Die Biomasseproduktion unterschied sich signifikant zwischen den Pflanzenarten. In der vertikalen Ebene erzielten Fassadenbegrünungen eine Biomasseproduktion, die mit jener anderer vertikaler Begrünungssysteme (Living Walls) vergleichbar war, und übertrafen in der horizontalen Ebene die Biomasseproduktionsraten der Land- und Forstwirtschaft. Im zweiten Artikel wurden die Innenraumkühlpotenziale von Fassadenbegrünungen mit einem validierten, prozessbasierten Wärme- und Stofftransportmodell simuliert, das den vertikalen Blattflächenindex, Transmissivität, Schichtdicke und Blattneigung berücksichtigte. Die Innenraumkühlpotenziale unterschieden sich signifikant zwischen den Pflanzenarten. Der Beitrag der Evapotranspiration zur gesamten Innenraumkühlung (zwischen 2,8 und 25,6 %) nahm mit steigendem Innenraumkühlpotenzial ab. Die Transmissivität, die das Verschattungspotenzial der Pflanzen beschreibt, wies die stärkste Korrelation mit der Innenraumkühlung auf (R2 = 0,99). Daher wurde die Transmissivität der drei häufigsten Fassadenbegrünungspflanzen Berlins gemessen und in einer anschließenden Research Note auf Inversionsmodelle der Solareinstrahlung angewendet. Im dritten Artikel wurden langjährige Messdaten der Solarstrahlung aus Städten unterschiedlicher Breitengrade der Nordhalbkugel auf verschiedene Ausrichtungen und Stadtmorphologien angewendet. Angesichts der nachgewiesenen starken linearen Zusammenhänge zwischen dem Solarstrahlungseintrag und dem Innenraumkühlpotenzial von Fassadenbegrünungen können die Strahlungsdaten genutzt werden, um Fassaden zu identifizieren, die als Maßnahme zur Reduktion von Hitzestress vorrangig begrünt werden sollten. Im Synthesekapitel wurden die CO2-Äq.-Break-even-Punkte berechnet. Die folgen-den Eigenschaften von Fassadenbegrünungen beeinflussen den Zeitraum bis zum Erreichen des CO2-Äq.-Break-even (in der Reihenfolge ihrer Relevanz): Typ des vertikalen Begrünungssystems, Pflanzenart (Transmissivität und Biomasseproduktion), auf die Wandoberfläche auftreffende Solareinstrahlung, Leistungszahl (COP) der Klimaanlage, Umwandlungswirkungsgrad der Bioenergie und Wandtyp. Daraus ergeben sich die folgenden Planungsempfehlungen: Vorrang sollten (i) Fassadenbegrünungssysteme mit geringen CO2-Äq.-Emissionen, (ii) leistungsstarke Arten wie F. baldschuanica, die das höchste Innenraum-kühl- und Biomasseproduktionspotenzial erreichte, sowie (iii) Fassaden mit hoher solarer Einstrahlung an Gebäuden mit hohem Energiebedarf erhalten. In Abhängigkeit von diesen Eigenschaften lag der CO2-Äq.-Break-even von Fassadenbegrünungen zwischen 0,5 und 350 Jahren, was die Bedeutung einer sorgfältigen Planung unterstreicht. Zusammenfassend tragen diese Ergebnisse dazu bei, die CO2-Äq.-Einsparungen von Fassadenbegrünungen zu maximieren und sie als standardmäßige Klimaschutz- und Klimaanpassungsmaßnahme auf Stadt- und Gebäudeebene zu etablieren. Allgemein kann eine gezielte Anwendung urbaner grüner Infrastruktur deren Multifunktionalität und die Bereitstellung von Ökosystemleistungen maximieren. Dies trägt zu vitalen und lebenswerten Städten bei, die auf Urbanisierung, technologischen Wandel und die Folgen des Klimawandels reagieren können."]},{"key":"dc:title","label":"Title","values":["Vertical Green and its impact on the building energy and CO₂ balance"]}]}],"canonical_facts":{"dc:contributor.advisor":["Churkina, Galina"],"dc:creator":["Dahm, Yannick Luca"],"dc:date.accessioned":["2026-07-22T10:51:53Z"],"dc:date.available":["2026-07-22T10:51:53Z"],"dc:date.issued":["2026"],"dc:description.abstract":["Climate change endangers urban populations by intensifying heat stress and heat-related health risks, amplified by the Urban Heat Island effect. Vertical green systems provide in-door cooling and thereby contribute to climate change adaptation. A vertical green system can be acknowledged as climate mitigation when air conditioning demand is reduced and bioenergy or biobased raw materials are derived from their biomass. The amortization timespan in which vertical green systems reach carbon dioxide equivalent (CO2-eq) break-even points and climate positivity depends on their annual CO2-eq savings and the amount of CO2-eq emissions, which arise from installation and maintenance. Among vertical green systems, green façades have lower CO2-eq emissions than living walls, while providing simi-lar CO2-eq savings. However, only a few species-specific studies have addressed the rele-vance of biomass production and indoor cooling for CO2-eq savings with green façades. Therefore, this dissertation addresses the following open research questions: How much biomass and bioenergy do green façade plants produce? What is the role of plant species, wall type, and plant parameters in the indoor cooling potential of green façades? What is the relationship between solar radiation and the indoor cooling potential of green façades, and which façades should be prioritized for indoor cooling with green fa-çades? Over the course of three scientific articles, these research questions were examined for five plant species: Fallopia baldschuanica, Hedera helix, Phaseolus coccineus, Par-thenocissus tricuspidata, and Humulus lupulus. In the first article, green façade biomass production rates were measured over multi-ple years. Biomass production differed significantly between plant species. Green façades produced similar biomass to that of other vertical green systems (living walls) in the vertical plane and exceeded agricultural and silvicultural biomass production rates in the horizontal plane. In the second article, indoor cooling potentials of green façades were simulated with a validated process-based heat and mass transfer model that considered the vertical leaf area index, transmittivity, crop thickness, and leaf inclination. Indoor cooling potentials differed significantly between plant species. The contribution of evapotranspiration to the total in-door cooling (between 2.8 and 25.6 %) decreased as indoor cooling potential increased. The transmittivity, which describes the plants’ shading potential, showed the strongest correlation with indoor cooling (R2 = 0.99). Therefore, the transmittivity of the three most abundant green façade plants in Berlin was measured and applied to solar radiation inversion models in a subsequent research note. In the third article, measured long-term solar radiation data from cities in different latitudes of the northern hemisphere were applied to different orientations and urban mor-phologies. Given the demonstrated strong linear relationships between solar radiation input and indoor cooling potential of green façades, the radiation data can be used to identify fa-çades that should be prioritized for greening as a heat stress reduction measure. In the synthesis chapter, CO2-eq break-even points were calculated. The following green façade properties influence the timespan until CO2-eq break-even is reached (in the order of relevance): vertical greening system type, plant species (transmittivity and biomass production), received solar radiation on the wall surface, coefficient of performance of the air conditioning unit, bioenergy conversion efficiency, and wall type. This results in the following planning recommendations: Priority should be given to (i) green façade systems with low CO2-eq emissions, (ii) high-performing species such as F. baldschuanica, which achieved the highest indoor cooling and biomass production potential, and (iii) façades with high solar exposure on buildings with high energy demand. Depending on these properties, CO2-eq break-even of green façades ranged from 0.5 to 350 years, underscoring the im-portance of careful planning. To conclude, these results help to maximize green façades’ CO2-eq savings and to es-tablish them as a standard urban and building climate mitigation and adaptation measure. In general, targeted application of urban green infrastructure can maximize its multifunctionali-ty and its ecosystem service provision. This contributes to vital and livable cities responding to urbanization, technological change, and climate change impacts.","Der Klimawandel gefährdet die Stadtbevölkerung, indem er Hitzestress und hitzebedingte Gesundheitsrisiken verschärft, die durch den städtischen Wärmeinseleffekt (Urban Heat Island) zusätzlich verstärkt werden. Vertikale Begrünungssysteme bewirken eine Kühlung von Innenräumen und tragen dadurch zur Anpassung an den Klimawandel bei. Ein vertikales Begrünungssystem kann als Klimaschutzmaßnahme anerkannt werden, wenn der Gebäude-klimatisierungsbedarf reduziert wird und aus seiner Biomasse Bioenergie oder biobasierte Rohstoffe gewonnen werden. Der Amortisationszeitraum, in dem vertikale Begrünungssysteme den Break-even-Punkt der Kohlenstoffdioxid-Äquivalente (CO2-Äq.) und damit Klimapositivität erreichen, hängt von ihren jährlichen CO2-Äq.-Einsparungen sowie von der Höhe der CO2-Äq.-Emissionen ab, die bei Installation und Instandhaltung entstehen. Unter den vertikalen Begrünungssystemen weisen Fassadenbegrünungen geringere CO2-Äq.-Emissionen auf als Living Walls, bei gleichzeitig vergleichbaren CO2-Äq.-Einsparungen. Bislang haben jedoch nur wenige artspezifische Studien die Bedeutung der Biomasseproduktion und der Innenraumkühlung für die CO2-Äq.-Einsparungen von Fassadenbegrünungen untersucht. Daher widmet sich die vorliegende Dissertation den folgenden offenen Forschungsfragen: Wie viel Biomasse und Bioenergie produzieren Fassadenbegrünungspflanzen? Welche Rolle spielen Pflanzenart, Wandtyp und Pflanzenparameter für das Innenraumkühlpotenzial von Fassadenbegrünungen? Welcher Zusammenhang besteht zwischen der Solareinstrahlung und dem Innenraumkühlpotenzial von Fassadenbegrünungen, und welche Fassaden sollten für die Innenraumkühlung mittels Fassadenbegrünung priorisiert werden? Im Rahmen von drei wissenschaftlichen Artikeln wurden diese Forschungsfragen für fünf Pflanzenarten untersucht: Fallopia baldschuanica, Hedera helix, Phaseolus coccineus, Parthenocissus tricuspidata und Humulus lupulus. Im ersten Artikel wurden die Biomasseproduktionsraten von Fassadenbegrünungen über mehrere Jahre gemessen. Die Biomasseproduktion unterschied sich signifikant zwischen den Pflanzenarten. In der vertikalen Ebene erzielten Fassadenbegrünungen eine Biomasseproduktion, die mit jener anderer vertikaler Begrünungssysteme (Living Walls) vergleichbar war, und übertrafen in der horizontalen Ebene die Biomasseproduktionsraten der Land- und Forstwirtschaft. Im zweiten Artikel wurden die Innenraumkühlpotenziale von Fassadenbegrünungen mit einem validierten, prozessbasierten Wärme- und Stofftransportmodell simuliert, das den vertikalen Blattflächenindex, Transmissivität, Schichtdicke und Blattneigung berücksichtigte. Die Innenraumkühlpotenziale unterschieden sich signifikant zwischen den Pflanzenarten. Der Beitrag der Evapotranspiration zur gesamten Innenraumkühlung (zwischen 2,8 und 25,6 %) nahm mit steigendem Innenraumkühlpotenzial ab. Die Transmissivität, die das Verschattungspotenzial der Pflanzen beschreibt, wies die stärkste Korrelation mit der Innenraumkühlung auf (R2 = 0,99). Daher wurde die Transmissivität der drei häufigsten Fassadenbegrünungspflanzen Berlins gemessen und in einer anschließenden Research Note auf Inversionsmodelle der Solareinstrahlung angewendet. Im dritten Artikel wurden langjährige Messdaten der Solarstrahlung aus Städten unterschiedlicher Breitengrade der Nordhalbkugel auf verschiedene Ausrichtungen und Stadtmorphologien angewendet. Angesichts der nachgewiesenen starken linearen Zusammenhänge zwischen dem Solarstrahlungseintrag und dem Innenraumkühlpotenzial von Fassadenbegrünungen können die Strahlungsdaten genutzt werden, um Fassaden zu identifizieren, die als Maßnahme zur Reduktion von Hitzestress vorrangig begrünt werden sollten. Im Synthesekapitel wurden die CO2-Äq.-Break-even-Punkte berechnet. Die folgen-den Eigenschaften von Fassadenbegrünungen beeinflussen den Zeitraum bis zum Erreichen des CO2-Äq.-Break-even (in der Reihenfolge ihrer Relevanz): Typ des vertikalen Begrünungssystems, Pflanzenart (Transmissivität und Biomasseproduktion), auf die Wandoberfläche auftreffende Solareinstrahlung, Leistungszahl (COP) der Klimaanlage, Umwandlungswirkungsgrad der Bioenergie und Wandtyp. 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